無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)刷直流(Brushless Direct Current, BLDC)電機(jī)正在汽車(chē)、家電、工業(yè)自動(dòng)化、航空航天及醫(yī)療設(shè)備領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用，并將繼續(xù)逐步取代有刷電機(jī)。由于采用電子換相，BLDC電機(jī)具有更長(zhǎng)的壽命和更小的運(yùn)轉(zhuǎn)噪音。此外，隨著軟磁材料技術(shù)的進(jìn)一步提高和價(jià)格的不斷下降，BLDC電機(jī)將更多的采用高性能的釹鐵硼稀土材料制作永磁轉(zhuǎn)子，其較高的磁能積和穩(wěn)定的特性使BLDC電機(jī)擁有更好的機(jī)械特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)，更高的效率和轉(zhuǎn)速范圍。因此，在環(huán)境和性能要求比較苛刻的中高端應(yīng)用中，BLDC電機(jī)將獲得進(jìn)一步的推廣。
[0003]BLDC電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)具有相同的頻率和轉(zhuǎn)速，因此是同步電機(jī)的一種。定子繞組可繞制成單相、兩相和三相，其中三相BLDC電機(jī)因輸出功率大、轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)小和效率高應(yīng)用最廣泛。
[0004]三相BLDC電機(jī)米用兩相順序通電模式產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),定子各相繞組的導(dǎo)通與否由轉(zhuǎn)子位置唯一確定，以保證轉(zhuǎn)子能夠始終輸出最大轉(zhuǎn)矩。由于取消了自動(dòng)換向的機(jī)械電刷，因此需要實(shí)時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的空間位置，霍爾效應(yīng)傳感器因其較高的性?xún)r(jià)比和安裝方便被廣泛采用。對(duì)于兩相導(dǎo)通的三相BLDC電機(jī)來(lái)說(shuō)，每個(gè)電周期分成6個(gè)不同的通電區(qū)間，因此需要三個(gè)霍爾傳感器來(lái)進(jìn)行分區(qū)。霍爾傳感器的每一個(gè)變化都要求導(dǎo)通相的實(shí)時(shí)改變，電機(jī)即按照既定的邏輯連續(xù)順序運(yùn)行。
[0005]目前有傳感器BLDC電機(jī)控制方案，一般將三路霍爾傳感器的輸出接到MCU的輸入引腳上，每一路電平的變化將會(huì)觸發(fā)中斷，MCU通過(guò)中斷服務(wù)程序來(lái)進(jìn)行換相，在對(duì)電機(jī)電流的監(jiān)控上，電流信號(hào)由外部采樣及運(yùn)放電路送入MCU的ADC后由軟件程序來(lái)比較判斷是否過(guò)流并關(guān)斷PWM輸出，保護(hù)電機(jī)及電路系統(tǒng)。這種控制方案中，電機(jī)的換相和電流的監(jiān)控都在軟件中完成，但是電流的放大與處理需要外部的運(yùn)放電路，速度慢，成本較高且不可與_ O

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)中將電流的放大及過(guò)流判斷均在MCU中處理，處理速度快。
[0007]本發(fā)明解決上述問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括MCU、BLDC電機(jī)、驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、給驅(qū)動(dòng)電路供電的電源、三個(gè)檢測(cè)BLDC電機(jī)狀態(tài)信號(hào)的霍爾傳感器和檢測(cè)BLDC電機(jī)電流的采樣電阻，所述霍爾傳感器連接到MCU上，所述MCU包括放大模塊、過(guò)流閾值參考電壓模塊、濾波模塊、比較器、PWM輸出控制模塊，所述采樣電阻連接放大模塊輸入端，所述放大模塊的輸出端通過(guò)濾波模塊連接比較器的正向輸入端，所述過(guò)流閾值參考電壓模塊的輸出端連接在放大器的反向輸入端，所述放大器的輸出端連接PWM輸出控制模塊。
[0008]進(jìn)一步，所述MCU還包括換向邏輯存儲(chǔ)模塊，所述換向邏輯存儲(chǔ)模塊的輸入連接PWM輸出控制模塊，輸出連接驅(qū)動(dòng)電路。
[0009]進(jìn)一步，所述濾波模塊由一個(gè)濾波電容構(gòu)成，濾波電容一端連接在比較器的正向輸入端和放大模塊之間，另一端接地。
[0010]進(jìn)一步，所述過(guò)流閾值參考電壓模塊為可編程IDAC電流源。
[0011 ] 進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)電路采用三相全橋驅(qū)動(dòng)電路，該三相全橋驅(qū)動(dòng)電路連接到MCU的GP1接口上。
[0012]進(jìn)一步，所述霍爾傳感器通過(guò)MCU的GP1接口連接MCU。
[0013]綜上，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明將電流的放大及過(guò)流判斷均在MCU中處理，處理速度快；
2、本發(fā)明能夠快速完成電機(jī)的閉環(huán)速度調(diào)節(jié)和其它相應(yīng)的控制運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)更快速可靠的硬件換相，無(wú)須軟件干涉；利用MCU片內(nèi)的硬件來(lái)完成無(wú)刷直流電機(jī)的順序換相和電流監(jiān)控，比軟件實(shí)現(xiàn)更加快速可靠，且節(jié)省了可觀的片外有源器件的成本。
[0014]3、本發(fā)明的MCU可以直接檢測(cè)霍爾信號(hào)的失效狀態(tài)，并立即關(guān)斷PffM輸出，迅速保護(hù)電機(jī)。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
[0017]如圖1所示，無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括MCU、BLDC電機(jī)、驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、給驅(qū)動(dòng)電路供電的電源、三個(gè)檢測(cè)BLDC電機(jī)狀態(tài)信號(hào)的霍爾傳感器和檢測(cè)BLDC電機(jī)電流的采樣電阻，所述霍爾傳感器連接到MCU上，所述MCU包括放大模塊、過(guò)流閾值參考電壓模塊、濾波模塊、比較器、PWM輸出控制模塊、換向邏輯存儲(chǔ)模塊:
所述采樣電阻連接放大模塊輸入端；所述放大模塊的輸出端連接比較器的正向輸入端，濾波模塊由一個(gè)濾波電容構(gòu)成，濾波電容一端連接在比較器的正向輸入端和放大模塊之間的連接導(dǎo)線上，另一端接地，濾波電容對(duì)包含大量PWM信號(hào)的電壓作平滑處理；所述過(guò)流閾值參考電壓模塊的輸出端連接在放大器的反向輸入端，所述放大器的輸出端連接PWM輸出控制模塊；所述換向邏輯存儲(chǔ)模塊的輸入連接PWM輸出控制模塊，輸出連接驅(qū)動(dòng)電路。
[0018]所述過(guò)流閾值參考電壓模塊為可編程IDAC電流源。所述驅(qū)動(dòng)電路采用三相全橋驅(qū)動(dòng)電路，該三相全橋驅(qū)動(dòng)電路連接到MCU的GP1接口上。所述霍爾傳感器通過(guò)MCU的GP1接口連接MCU。
[0019]本實(shí)施例中采用PSoC芯片作為MCU，PSoC4采用ARM Cortex-MO作為處理核心，完全繼承了 PSoC芯片家族本身的高度可編程的靈活性，并融合了 Cortex-MO高性?xún)r(jià)比的處理器核架構(gòu)，使得PSoC4系列產(chǎn)品成為一個(gè)具有高度可擴(kuò)展性的處理器平臺(tái)，在性?xún)r(jià)比、功耗等方面優(yōu)勢(shì)顯著。PSoC4針對(duì)電機(jī)控制提供了完整和極具特色的片內(nèi)資源，在PSoC4上開(kāi)發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)將更加直觀與快捷。
[0020]PSoC4內(nèi)部集成有支持比較器模式的運(yùn)算放大器(Opamp)和可編程IDAC電流源，因此對(duì)電機(jī)電流的監(jiān)控也可以完全集成到PSoC4片內(nèi)完成，而不需要任何外部有源器件。電機(jī)電流經(jīng)采樣電阻后進(jìn)入片內(nèi)Opamp，放大后作為片內(nèi)比較器的正端輸入，比較器的負(fù)端輸入為片內(nèi)IDAC電流源產(chǎn)生的過(guò)流閾值基準(zhǔn)。比較器輸出的跳變將直接關(guān)斷PffM輸出，保護(hù)電機(jī)。
[0021]電機(jī)電流經(jīng)采樣電阻后輸入片內(nèi)放大器，后輸入片內(nèi)比較器，與片內(nèi)IDAC產(chǎn)生的過(guò)流閾值基準(zhǔn)進(jìn)行比較，反轉(zhuǎn)后將直接關(guān)斷PWM輸出，通過(guò)換相邏輯表LUT_Cmut來(lái)使電機(jī)斷電。
[0022]霍爾信號(hào)經(jīng)I/O弓I腳后直接輸入U(xiǎn)DB換相邏輯表LUT_Cmut直接驅(qū)動(dòng)三相全橋電路，完成電機(jī)的硬件換相。同時(shí)霍爾信號(hào)也同步輸入另一個(gè)UDB邏輯表LUT_Spd，實(shí)現(xiàn)霍爾傳感器的失效狀態(tài)檢測(cè)并完成電機(jī)的速度檢測(cè)。
[0023]PSoC4采用的ARM Cortex-MO高性能處理核心不僅能夠快速完成電機(jī)的閉環(huán)速度調(diào)節(jié)和其它相應(yīng)的控制運(yùn)算，其內(nèi)部集成的可編程UDB可以將換相邏輯以CPLD的形式固化在芯片中，實(shí)現(xiàn)更快速可靠的硬件換相，無(wú)須軟件干涉；PSoC4由于集成了豐富的片內(nèi)模擬和數(shù)字資源，可以完全用片內(nèi)的硬件來(lái)完成無(wú)刷直流電機(jī)的順序換相和電流監(jiān)控，比軟件實(shí)現(xiàn)更加快速可靠，且節(jié)省了可觀的片外有源器件的成本。此外，UDB更可以直接檢測(cè)霍爾信號(hào)的失效狀態(tài)，并立即關(guān)斷PWM輸出，迅速保護(hù)電機(jī)。
[0024]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括MCU、BLDC電機(jī)、驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、給驅(qū)動(dòng)電路供電的電源、三個(gè)檢測(cè)BLDC電機(jī)狀態(tài)信號(hào)的霍爾傳感器和檢測(cè)BLDC電機(jī)電流的采樣電阻，所述霍爾傳感器連接到MCU上，其特征在于， 所述MCU包括放大模塊、過(guò)流閾值參考電壓模塊、濾波模塊、比較器、PffM輸出控制模塊，所述采樣電阻連接放大模塊輸入端，所述放大模塊的輸出端通過(guò)濾波模塊連接比較器的正向輸入端，所述過(guò)流閾值參考電壓模塊的輸出端連接在放大器的反向輸入端，所述放大器的輸出端連接PWM輸出控制模塊。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述MCU還包括換向邏輯存儲(chǔ)模塊，所述換向邏輯存儲(chǔ)模塊的輸入連接PWM輸出控制模塊，輸出連接驅(qū)動(dòng)電路。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波模塊由一個(gè)濾波電容構(gòu)成，濾波電容一端連接在比較器的正向輸入端和放大模塊之間，另一端接地。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述過(guò)流閾值參考電壓模塊為可編程IDAC電流源。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路采用三相全橋驅(qū)動(dòng)電路，該三相全橋驅(qū)動(dòng)電路連接到MCU的GP1接口上。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，其特征在于，所述霍爾傳感器通過(guò)MCU的GP1接口連接MCU。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉公開(kāi)了一種無(wú)刷直流電機(jī)控制系統(tǒng)，包括MCU、BLDC電機(jī)、驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路、電源、三個(gè)檢測(cè)BLDC電機(jī)狀態(tài)信號(hào)的霍爾傳感器和檢測(cè)BLDC電機(jī)電流的采樣電阻，所述霍爾傳感器連接到MCU上，所述MCU包括放大模塊、過(guò)流閾值參考電壓模塊、濾波模塊、比較器、PWM輸出控制模塊，所述采樣電阻連接放大模塊輸入端，所述放大模塊的輸出端通過(guò)濾波模塊連接比較器的正向輸入端，所述過(guò)流閾值參考電壓模塊的輸出端連接在放大器的反向輸入端，所述放大器的輸出端連接PWM輸出控制模塊。本發(fā)明將電流的放大及過(guò)流判斷均在MCU中處理，處理速度快；能夠快速完成電機(jī)的閉環(huán)速度調(diào)節(jié)和其它相應(yīng)的控制運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)更快速可靠的硬件換相，無(wú)須軟件干涉且比軟件更可靠，節(jié)省了片外有源器件的成本。
【IPC分類(lèi)】H02P6/08, H02P6/14, H02H7/08
【公開(kāi)號(hào)】CN105515458
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410558489
【發(fā)明人】楊利
【申請(qǐng)人】楊利
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2014年10月18日