專利名稱：直流無刷電機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)驅(qū)動及控制領(lǐng)域，尤其涉及一種直流無刷電機(jī)控制器。
背景技術(shù)：
直流無刷電機(jī)，簡稱BLDC，其已逐步取代直流有刷電機(jī)。其由直流有刷 電機(jī)演變而來，其中，電機(jī)的定子采用線圈繞組，轉(zhuǎn)子采用永磁體。在轉(zhuǎn)子 運(yùn)行過程中，使用直流無刷電機(jī)控制器檢測轉(zhuǎn)子位置，自動切換定子繞組的 通電順序，保證轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)及產(chǎn)生扭矩輸出。其中檢測轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行相位切換 為電機(jī)控制過程的關(guān)鍵部分。目前轉(zhuǎn)子位置的檢測主要有兩種
一、 傳感器檢測法
使用傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，目前主要使用霍爾器件。此種方法將轉(zhuǎn)子位 置信號轉(zhuǎn)換為電信號，從而提供換相信號以控制逆變器的功率器件的導(dǎo)通與 關(guān)斷，從而可以控制轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。但其對傳感器的安裝位置要求極為精確， 安裝誤差將導(dǎo)致?lián)Q相不準(zhǔn)，且其不適合電機(jī)在高速運(yùn)行時使用，因?yàn)殡姍C(jī)在 高速運(yùn)行時效率快速下降，甚至?xí)龤щ姍C(jī)及控制器。
二、 反電動勢檢測法
永磁轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中，定子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，控制器檢測感應(yīng)電 動勢以判斷轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行換相控制。但當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子速度很低時，感應(yīng)電動勢 幅值很低，使得檢測的誤差較大，因而本方法不適用于在電機(jī)低速運(yùn)行時檢測轉(zhuǎn)子位置。
所以對于電機(jī)轉(zhuǎn)子位置的檢測，第一種方法不適用于電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情 形，而第二種方法不適用于電機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的情形。因此，上述兩種檢測法的 換相控制及動態(tài)適應(yīng)性都受到一定的限制。

實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于針對現(xiàn)有技術(shù)中直流無刷電機(jī)控制器 的動態(tài)適應(yīng)范圍較小的缺陷，提供一種可以同時適用于電機(jī)在低速及高速運(yùn) 轉(zhuǎn)時準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)子位置以使電機(jī)準(zhǔn)確換相的直流無刷電機(jī)控制器。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是構(gòu)造一種直流無刷電 機(jī)控制器，其包括與電機(jī)相連并用以驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電路，還包括與所述驅(qū) 動電路相連的控制電路、同時與所述電機(jī)及控制電路相連的用以檢測電機(jī)中 轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測電路，所述轉(zhuǎn)子位置檢測電路包括與電機(jī)相連的傳 感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路及反電勢檢測電路，所述控制電路包括在電機(jī)達(dá)到切 換轉(zhuǎn)速時將所述傳感器檢測電路切換為反電勢檢測電路的單片機(jī)。
在本實(shí)用新型所述的直流無刷電機(jī)控制器中，所述傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測 電路包括位置傳感器，所述位置傳感器設(shè)置于電機(jī)的轉(zhuǎn)子的軸上。
在本實(shí)用新型所述的直流無刷電機(jī)控制器中，所述位置傳感器為開關(guān)型
霍爾傳感器EW-632。
在本實(shí)用新型所述的直流無刷電機(jī)控制器中，所述單片機(jī)的輸入端連接 傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路中的霍爾信號。
在本實(shí)用新型所述的直流無刷電機(jī)控制器中，所述單片機(jī)為MEGA48單片機(jī)。在本實(shí)用新型所述的直流無刷電機(jī)控制器中，所述反電勢檢測電路包括 過零檢測電路。
在本實(shí)用新型所述的直流無刷電機(jī)控制器中，所述過零檢測電路包括電 壓比較器。
在本實(shí)用新型所述的直流無刷電機(jī)控制器中，所述驅(qū)動電路包括與電機(jī) 相連的用以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、及轉(zhuǎn)矩的功率開關(guān)。
在本實(shí)用新型所述的直流無刷電機(jī)控制器中，所述驅(qū)動電路為包括有電 力場效應(yīng)管的全橋驅(qū)動電路。
實(shí)施本實(shí)用新型的直流無刷電機(jī)控制器，具有以下有益效果其混合使 用傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路及反電勢檢測電路，通過控制電路中單片機(jī)及程 序以在電機(jī)不同運(yùn)行速度下控制選擇使用不同的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，從而準(zhǔn) 確檢測轉(zhuǎn)子位置，以使電機(jī)進(jìn)行準(zhǔn)確換相，進(jìn)一步控制驅(qū)動電路對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn) 的控制，其有效的適應(yīng)了電機(jī)在啟動、低速、高速不同工作階段對換相準(zhǔn)確 性的要求，拓寬了電機(jī)動態(tài)工作范圍，提高了工作效率。


下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，附圖中-
圖1是本實(shí)用新型直流無刷電機(jī)控制器的原理框圖2是本實(shí)用新型直流無刷電機(jī)控制器一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例中控制電路里單片機(jī)的連接示意圖4是本實(shí)用新型一實(shí)施例的反電勢檢測電路的電路原理圖5是本實(shí)用新型一實(shí)施例的反電勢檢測的工作原理圖6是本實(shí)用新型一實(shí)施例的傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路的輸出波形圖。
具體實(shí)施方式

本實(shí)用新型所提供的直流無刷電機(jī)控制器適用于電機(jī)在低速或高速運(yùn)轉(zhuǎn) 時使其在不同階段準(zhǔn)確換相及正常運(yùn)轉(zhuǎn)。
參見圖1及圖2，圖1是本實(shí)用新型直流無刷電機(jī)控制器的原理框圖； 圖2是本實(shí)用新型直流無刷電機(jī)控制器一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
本實(shí)用新型提供的直流無刷電機(jī)控制器包括與電機(jī)3相連并用以驅(qū)動
電機(jī)3的驅(qū)動電路2、與驅(qū)動電路2相連的控制電路1、同時與電機(jī)3及控制 電路1相連的轉(zhuǎn)子位置檢測電路4，轉(zhuǎn)子位置檢測電路4用以檢測電機(jī)3中 轉(zhuǎn)子的位置，因?yàn)闄z測轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行相位切換是整個電機(jī)3控制過程的關(guān)鍵。 轉(zhuǎn)子位置檢測電路4包括:與電機(jī)3相連的傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路41及反 電勢檢測電路42;控制電路1包括用來根據(jù)電機(jī)的切換轉(zhuǎn)速切換傳感器檢測 電路與反電勢檢測電路42的單片機(jī)11。
直流無刷電機(jī)3通過控制驅(qū)動電路2中的功率開關(guān)器件來控制電機(jī)3的 轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、轉(zhuǎn)矩以及保護(hù)電機(jī)3。本實(shí)用新型中控制電路1主要采用單片 機(jī)，并通過程序來控制切換不同的轉(zhuǎn)子位置檢測電路。不同的電機(jī)有不同的 參數(shù)，其電勢系數(shù)不同，對應(yīng)電機(jī)的切換轉(zhuǎn)速也不同，即不同的電機(jī)在不同 的切換轉(zhuǎn)速時進(jìn)行從傳感器檢測電路到反電勢檢測電路的切換，該切換是通 過單片機(jī)的內(nèi)置程序?qū)崿F(xiàn)。
傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路包括位置傳感器，位置傳感器設(shè)置于電機(jī)的轉(zhuǎn) 子的軸上。單片機(jī)的輸入端連接傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路中的霍爾信號，即 電機(jī)在啟動時，其直接采用的是傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路。電機(jī)控制器先根 據(jù)霍爾輸出信號進(jìn)行轉(zhuǎn)子位置的初定位，定子電流逐漸增加，轉(zhuǎn)子開始逐漸加速，當(dāng)速度達(dá)到電機(jī)切換轉(zhuǎn)速時，反電勢穩(wěn)定可靠，則單片機(jī)自動轉(zhuǎn)入反
電動勢檢測運(yùn)轉(zhuǎn)方式。通常使用的電機(jī)轉(zhuǎn)速(KV)值在2000以上，若KV為 2000，則電機(jī)切換轉(zhuǎn)速為1000。使用其它KV值的電機(jī)時，可改變切換轉(zhuǎn)速。 其間，單片機(jī)根據(jù)位置傳感器的信號就會輸出信號使轉(zhuǎn)子位置檢測電路進(jìn)入 反電勢檢測電路。具體的換相原理如下
在轉(zhuǎn)子位置檢測電路4中，其通過轉(zhuǎn)子磁極位置信號作為電子開關(guān)線路 的換相信號，并進(jìn)而將檢測到的信號反饋給控制電路1，控制電路根據(jù)轉(zhuǎn)子 位置及時對功率器件進(jìn)行切換。
安裝于轉(zhuǎn)子軸上的位置傳感器，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的實(shí)時檢測。其優(yōu)選為磁 敏式的霍爾位置傳感器，本實(shí)用新型采用開關(guān)型霍爾傳感器EW-632，其磁靈 敏度達(dá)3mT，其輸出波形如圖6，通常在電機(jī)3啟動及低速階段，使用霍爾信 號進(jìn)行換相控制。
在反電勢檢測電路42中，優(yōu)選地，反電勢的檢測采用過零法檢測，參見 圖4，其為一實(shí)施例的反電勢檢測電路的電路原理圖。其主要通過單片機(jī)檢 測脈沖的變化，本實(shí)施例采用四電壓比較器LM339，輸入信號U、 V、 W分別 為三相電壓。當(dāng)截止相U反電勢到達(dá)過零點(diǎn)時，LM339將產(chǎn)生一個脈沖；當(dāng) 反電勢為零時有2uU 二 uV + uW ，從圖中可見，當(dāng)uU從+ —-過程中， LM339輸出一個下降沿脈沖，當(dāng)uU從-一+過程中，LM339輸出一個上升沿 脈沖。所以，單片機(jī)通過檢測脈沖的變化，即可得到過零點(diǎn)的位置。其工作原 理如圖5所示，圖5是本實(shí)用新型一實(shí)施例的反電勢檢測的工作原理圖。在 任何時刻，電機(jī)3三相繞組只有兩相導(dǎo)通，每相繞組正反相分別導(dǎo)通120°電 角度。通過測量三相繞組端子及中性點(diǎn)相對于直流母線負(fù)端(或正端)的電位, 當(dāng)某端點(diǎn)電位與中性點(diǎn)電位相等時，則此時刻該相繞組反電動勢過零，再過30°電角度就必須對功率器件進(jìn)行換相。從而得知全橋驅(qū)動電路中功率器件
的開關(guān)順序。
從圖5可見，每一個周期由6個60。的扇區(qū)組成，每個元件導(dǎo)通120。， 即在兩個連續(xù)的扇區(qū)中導(dǎo)通。因此有兩種P麗調(diào)制方式半橋載波和全橋載 波。半橋載波截止相都會產(chǎn)生續(xù)流，導(dǎo)致其余兩相電流產(chǎn)生波動。而采用全橋 載波，則始終有兩相導(dǎo)通，截止相不會產(chǎn)生續(xù)流，電流波動和轉(zhuǎn)矩脈動都較 小。優(yōu)選地，采用全橋驅(qū)動電路，即使用一對P溝道和N溝道的電力場效應(yīng) 管控制。
當(dāng)電機(jī)3高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(最高可達(dá)250000 r /min)，電機(jī)3的換相通過單 片機(jī)程序控制實(shí)現(xiàn)。當(dāng)進(jìn)入一個狀態(tài)的控制階段時，程序首先根據(jù)上一次換相 的時間，估算本次過零點(diǎn)時間，然后等待檢測反電勢過零點(diǎn)。當(dāng)檢測到準(zhǔn)確的 過零點(diǎn)時間后，程序計(jì)算出本次換相點(diǎn)理論時間(30。換相時間)。隨后根據(jù) 設(shè)置的參數(shù)對換相時間做修正，以發(fā)揮電機(jī)3的最大工作效率當(dāng)換相時間到 達(dá)時，程序切換MOSFET管的通斷狀態(tài)，然后進(jìn)入下一狀態(tài)的控制階段。
參見圖3所示，其為本實(shí)用新型一實(shí)施例中控制電路1里單片機(jī)的連接 示意圖。該單片機(jī)采用MEGA48，其為控制電路的核心。該單片機(jī)價(jià)格與低檔 單片機(jī)相當(dāng)，具有高性價(jià)比，且其具有8通道10位A /D轉(zhuǎn)換，最多有23個可 編程的I/O 口，可任意定義I/O 口的輸出和輸入方向。輸出時為推挽輸出，可 直接驅(qū)動大電流負(fù)載。該單片機(jī)的輸入端連接霍爾信號，見圖3中HA、 HB、 HC三個霍爾信號。MEGA48單片機(jī)具有3個硬件P麗通道，可以實(shí)現(xiàn)任意〈16 位、相位和頻率可調(diào)的P麗脈寬調(diào)制輸出。程序使用MEGA48內(nèi)部定時器作為 檢測調(diào)速信號的基準(zhǔn)時鐘。當(dāng)MEAGE48工作在16 MHz,定時器工作在8分頻 的模式下時，定時器的時間精度為0. 5us，程序檢測控制信號的精度達(dá)到0.5%。該系列單片機(jī)具有一定的靈活性，且可以簡化外部電路，其信號處理器 速度快，外圍電路少，系統(tǒng)組成簡單可靠，簡化了直流無刷電機(jī)的組成，大 大改進(jìn)了電機(jī)的性能，且有利于電機(jī)的小型化和智能化。
驅(qū)動電路2受控于控制電路1以輸出電功率，進(jìn)而驅(qū)動功率開關(guān)21以驅(qū) 動電機(jī)3的電樞繞組?？梢圆捎萌匦偷墓β书_關(guān)器件，例如可關(guān)斷晶體 管(GT0)、電力場效應(yīng)晶體管(M0SFET)、金屬柵雙極性晶體管IGBT模塊、 集成門極換流晶閘管(IGCT)、及電子注入增強(qiáng)柵晶體管(IEGT)。優(yōu)選地， 驅(qū)動電路2為包括有電力場效應(yīng)管的全橋驅(qū)動電路2。本驅(qū)動電路2采用全 控型開關(guān)器件，可便于驅(qū)動電路2實(shí)現(xiàn)智能化、高頻化、小型化。
綜上所述，本實(shí)用新型結(jié)合位置檢測方法及反電勢檢測方法，將兩種方 式混合使用。在電機(jī)啟動、低速運(yùn)行時，使用傳感器檢測法，在高速運(yùn)行時， 使用反電動勢檢測法。本方法極大的提高了直流無刷電機(jī)控制器的動態(tài)適應(yīng) 范圍，調(diào)速范圍可以從0到10萬轉(zhuǎn)/分鐘以上。
以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用以限制本實(shí)用新型，凡 在本實(shí)用新型的精神和原則內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進(jìn)等，均應(yīng)包 含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種直流無刷電機(jī)控制器，包括與電機(jī)相連并用以驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電路，其特征在于，還包括與所述驅(qū)動電路相連的控制電路、同時與所述電機(jī)及控制電路相連的用以檢測電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測電路，所述轉(zhuǎn)子位置檢測電路包括與電機(jī)相連的傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路及反電勢檢測電路，所述控制電路包括在電機(jī)達(dá)到切換轉(zhuǎn)速時將所述傳感器檢測電路切換為反電勢檢測電路的單片機(jī)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流無刷電機(jī)控制器，其特征在于，所述傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路包括位置傳感器，所述位置傳感器設(shè)置于電機(jī)的轉(zhuǎn)子的 軸上。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流無刷電機(jī)控制器，其特征在于，所述位置 傳感器為開關(guān)型霍爾傳感器EW-632。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直流無刷電機(jī)控制器，其特征在于，所述單片 機(jī)的輸入端連接傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路中的霍爾信號。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的直流無刷電機(jī)控制器，其特征在于，所述 單片機(jī)為MEGA48單片機(jī)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直流無刷電機(jī)控制器，其特征在于，所述反電 勢檢測電路包括過零檢測電路。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流無刷電機(jī)控制器，其特征在于，所述過零 檢測電路包括電壓比較器。
8、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直流無刷電機(jī)控制器，其特征在于，所述驅(qū)動 電路包括與電機(jī)相連的用以控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向、及轉(zhuǎn)矩的功率開關(guān)。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的直流無刷電機(jī)控制器，其特征在于，所述驅(qū)動 電路為包括有電力場效應(yīng)管的全橋驅(qū)動電路。
專利摘要本實(shí)用新型涉及直流無刷電機(jī)控制器，其主要包括與電機(jī)相連并用以驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動電路，還包括與所述驅(qū)動電路相連的控制電路、同時與所述電機(jī)及控制電路相連的用以檢測電機(jī)中轉(zhuǎn)子位置的轉(zhuǎn)子位置檢測電路，所述轉(zhuǎn)子位置檢測電路包括與電機(jī)相連的傳感器轉(zhuǎn)子位置檢測電路及反電勢檢測電路，所述控制電路包括在電機(jī)達(dá)到切換轉(zhuǎn)速時將所述傳感器檢測電路切換為反電勢檢測電路的單片機(jī)。其適用于電機(jī)在不同轉(zhuǎn)速時準(zhǔn)確檢測轉(zhuǎn)子位置，可使電機(jī)準(zhǔn)確換相，擴(kuò)大了電機(jī)的動態(tài)工作范圍，并提高了電機(jī)工作效率。
文檔編號H02P6/22GK201383787SQ200920136109
公開日2010年1月13日 申請日期2009年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月19日
發(fā)明者王永祿 申請人:深圳市拓邦電子科技股份有限公司