CN104485856A - 一种宽电压无刷电机的控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自适应功率管工作电压、并可感知功率开关管的电压和电流的宽电压无刷电机的控制电路，包括：微处理器、电机驱动电路、由三个功率驱动组构成的功率输出电路以及为微处理器以及将为功率输出电路提供直流电压的功率驱动稳压电源变换成分别为微处理器和电机驱动电路提供直流工作电压的DC-DC变换电路，每个功率驱动组包括：上、下功率开关管，所有下功率开关管的源极或发射极并接后通过采样放大电路与微处理器的相应A/D输入端相连，所述功率输出电路的三个输出端即上功率开关管源极或发射极与下功率开关管的漏极或集电极的连接处分别通过一个采样滤波电路与微处理器的相应A/D输入端相连。该控制电路主要用于驱动无刷电机。
Description
技术领域
本发明涉及到一种电机的控制电路，尤其涉及到一种宽电压无刷电机的控制电路。
背景技术
目前，电动工具中通常采用无刷电机作为动力，其中的无刷电机控制器中的控制电路的具体结构包括：微处理器、电机驱动电路、功率输出电路以及为微处理器、电机驱动电路和功率输出电路分别提供直流电压的直流电源，所述电机驱动电路的所有控制输入端分别与微处理器的相应输出端相连；所述的功率输出电路包括三个功率驱动组，每个功率驱动组包括上功率MOS管和下功率MOS管，所有上功率MOS管的漏极并接、并与所述直流电源的相应电压输出端即功率输出电路的电源端相连，所述下功率MOS管的源极并接、与直流电源的接地输出端相连，同一个功率驱动组中的上功率MOS管的源极与下功率MOS管的漏极并接、并与功率输出电路的相应输出端相连，所有上、下功率MOS管的栅极分别与电机驱动电路的相应控制输出端相连。上述控制电路主要存在如下缺点：
一、使用范围较窄，通用性不好，造成不同电压等级的产品需要对应不同的控制电路。
二、工作效率偏低，造成在过载时耗电加大，电机发热大，进一步引起电机性能下降。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种自适应功率管工作电压、并可感知功率开关管的电压和电流的宽电压无刷电机的控制电路。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种宽电压无刷电机的控制电路，包括：微处理器、电机驱动电路、功率输出电路以及为微处理器、电机驱动电路提供直流工作电压的直流电源，所述电机驱动电路的所有控制输入端分别与微处理器的相应输出端相连；所述直流电源的具体结构包括：将为功率输出电路提供直流电压的功率驱动稳压电源变换成分别为微处理器和电机驱动电路提供直流工作电压的DC-DC变换电路，DC-DC变换电路与功率驱动稳定电源共地；所述的功率输出电路包括：三个功率驱动组，每个功率驱动组包括：上功率开关管和下功率开关管，所有上功率开关管的漏极或集电极并接作为功率输出电路的电源端与功率驱动稳定电源的正极输出端相连，所述下功率开关管的源极或发射极并接、作为功率输出电路的汇流输出端即电流采样端，该电流采样端通过电流采样电阻与功率驱动稳定电源的接地输出端相连，同一个功率驱动组中的上功率开关管的源极或发射极与下功率开关管的漏极或集电极并接、并与功率输出电路的相应输出端相连，所有上、下功率开关管的栅极或基极分别与电机驱动电路的相应控制输出端相连；所述的电流采样端通过采样放大电路与所述微处理器的相应A/D输入端相连，所述功率输出电路的所有输出端分别通过一个电压采样电路与功率驱动稳定电源的接地端相连，每个电压采样电路的输出端通过一个采样滤波电路与所述微处理器的相应A/D输入端相连，所述的电压采样电路和相应的采样滤波电路构成电压反馈电路。
作为一种优选方案，在所述的宽电压无刷电机的控制电路中，设：所述的电流采样电阻为R采，所要驱动的电机的内阻为R内，功率驱动稳压电源的正极输出电压为V，功率输出电路中的上功率管的压降为V上，功率输出电路中的下功率管的压降为V下，微处理器的工作电压为VCC，
则：其中，0.05≤K≤0.135，10.8伏≤V≤36伏。
作为一种优选方案，在所述的宽电压无刷电机的控制电路中，所述的电压采样电路包括：上分压电阻和下分压电阻，上、下分压电阻的一端串接在一起作为电压采样电路的输出端，上分压电阻的另一端与功率输出电路的相应输出端相连，下分压电阻的另一端与所述功率驱动稳定电源的接地端相连。
作为一种优选方案，在所述的宽电压无刷电机的控制电路中，还包括：起停开关和应急开关，起停开关的一端和应急开关的一端分别与所述微处理器的相应输入端相连，起停开关的另一端和应急开关的另一端与DC-DC变换电路的接地端相连。
作为一种优选方案，在所述的宽电压无刷电机的控制电路中，还包括有欠压检测电路。
作为一种优选方案，在所述的宽电压无刷电机的控制电路中，所述欠压检测电路包括：上分压电阻和下分压电阻，上、下分压电阻的一端串接在一起作为欠压检测电路的输出端、与微处理器的相应A/D输入端相连，上分压电阻的另一端与功率输出电路的电源端相连，下分压电阻的另一端与功率驱动稳定电源的接地端相连。
本发明的有益效果是：本发明通过采样功率开关管上的电流和电压，并分别放大和滤波后，反馈至微处理器，微处理器通过电机驱动电路来动态实时地调整功率开关管的工作状态，实现了对无刷电机的双闭环控制，同时调整功率开关管的工作状态，大大提高了工作效率，能够及时感知电机是否过载等异常情况，及时做出处理，可使得功率开关管得到及时保护，而且，当功率开关管损坏时，可以禁止功率输出电路输出，从而可有效地防止电路、电池、及设备的二次损坏；此外，由于采用了DC-DC变换电路，使得一定电压等级内的电机可以使用同一种控制电路，从而大大拓宽了该控制电路的使用范围，增加了控制电路的通用性；另外，通过选取合适阻值的电流采样电阻，使得最终到达微处理器的相应A/D输入端的电平在正常范围内，保证了整个控制电路的正常稳定工作。
附图说明
图1是本发明的电原理结构框图。
图2是与图1相对应的电原理结构图。
图1中的附图标记：101、微处理器，102、电机驱动电路，103、功率输出电路，104、功率驱动稳压电源，105、DC-DC变换电路，107、起停开关，108、应急开关，111、第一电压反馈电路，112、第二电压反馈电路，113、第三电压反馈电路，114、欠压检测电路，115、采样放大电路。
具体实施方式
下面结合附图，详细描述本发明所述的一种宽电压无刷电机的控制电路的具体实施方案：
如图1所示，本发明所述的宽电压无刷电机的控制电路，包括：微处理器101、电机驱动电路102、功率输出电路103、起停开关107、应急开关108、欠压检测电路114和直流电源，功率输出电路103由功率驱动稳压电源104提供直流电压，所述的直流电源为将功率驱动稳压电源104变换成分别为微处理器101和电机驱动电路102提供直流工作电压的DC-DC变换电路105，DC-DC变换电路105与功率驱动稳压电源104共地，所述起停开关107的一端和应急开关108的一端分别与所述微处理器101的相应输入端相连，起停开关107的另一端和应急开关108的另一端与DC-DC变换电路105的接地端即接地输出端相连；所述电机驱动电路102的所有控制输入端分别与所述微处理器101的相应输出端相连；如图2所示，所述的功率输出电路103包括：三个功率驱动组，每个功率驱动组包括：上、下功率MOS管，所有上功率MOS管的漏极并接、作为功率输出电路103的电源端与功率驱动稳压电源104的电压输出端即正极输出端相连，所述下功率MOS管的源极并接、作为功率输出电路103的汇流输出端即电流采样端，该电流采样端通过由阻值为0.005欧母的电阻KT1和KT2并联而成的电流采样电阻R采与DC-DC变换电路105的接地输出端相连，同一个功率驱动组中的上功率MOS管的源极与下功率MOS管的漏极并接、并与功率输出电路103的相应输出端相连，所有上、下功率MOS管的栅极分别与电机驱动电路102的相应控制输出端相连；所述的电流采样端通过采样放大电路115与所述微处理器101的相应A/D输入端相连，功率输出电路103的三个输出端分别通过第一电压反馈电路111、第二电压反馈电路112和第三电压反馈电路113馈接至所述微处理器101的相应A/D输入端，第一电压反馈电路111、第二电压反馈电路112和第三电压反馈电路113均由一个电压采样电路和一个采样滤波电路构成，所述的功率输出电路103的三个输出端与微处理器101的相应A/D输入端的具体连接结构为：所述功率输出电路103的三个输出端分别通过一个电压采样电路与DC-DC变换电路105的接地端相连，每个电压采样电路的输出端通过一个采样滤波电路与所述微处理器101的相应A/D输入端相连，所述的电压采样电路包括：上分压电阻和下分压电阻，上、下分压电阻的各自一端串接在一起作为电压采样电路的输出端，上分压电阻的另一端与功率输出电路的相应输出端相连，下分压电阻的另一端与所述功率驱动稳压电源104的接地端相连；所述欠压检测电路114包括：上分压电阻和下分压电阻，上、下分压电阻的一端串接在一起作为欠压检测电路114的输出端、与微处理器101的相应A/D输入端相连，上分压电阻的另一端与功率输出电路103的电源端即功率驱动稳压电源104的正极输出端相连，下分压电阻的另一端与所述功率驱动稳压电源104的接地输出端相连；在本实施例中，设定：所述的电流采样电阻为R采，所要驱动的电机的内阻为R内，功率驱动稳压电源104的正极输出电压为V即功率输出电路的电源端+V，功率输出电路中的上功率管的压降为V上，功率输出电路中的下功率管的压降为V下，微处理器的工作电压为VCC，
则：0.05≤K≤0.135，10.8伏≤V≤36伏。
实际应用时，所述的宽电压无刷电机的控制电路中的MOS功率管采用YPI的大功率MOS管，其峰值电流达到170A，正常工作电流可以承受80A，功率驱动稳压电源104采用电池；在实际工作过程中，可以设定两段过流保护，在电池达到50A时，控制功率输出电路103的输出下降40％，而当电流达到60A时，控制功率输出电路103的输出为零。这样，电动工具在使用过程中，因为卡机或者堵转造成的大电流可以得到控制，而且，MOS功率管本身又具有较大的过电流能力，从而满足了电动工具所需具备大转矩的要求。
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所作的均等变化与修饰，均应包括在本发明的权利要求范围内。
Claims (6)
1.一种宽电压无刷电机的控制电路，包括：微处理器、电机驱动电路、功率输出电路以及为微处理器、电机驱动电路提供直流工作电压的直流电源，所述电机驱动电路的所有控制输入端分别与微处理器的相应输出端相连；其特征在于，所述直流电源的具体结构包括：将为功率输出电路提供直流电压的功率驱动稳压电源变换成分别为微处理器和电机驱动电路提供直流工作电压的DC-DC变换电路，DC-DC变换电路与功率驱动稳定电源共地；所述的功率输出电路包括：三个功率驱动组，每个功率驱动组包括：上功率开关管和下功率开关管，所有上功率开关管的漏极或集电极并接作为功率输出电路的电源端与功率驱动稳定电源的正极输出端相连，所述下功率开关管的源极或发射极并接、作为功率输出电路的汇流输出端即电流采样端，该电流采样端通过电流采样电阻与功率驱动稳定电源的接地输出端相连，同一个功率驱动组中的上功率开关管的源极或发射极与下功率开关管的漏极或集电极并接、并与功率输出电路的相应输出端相连，所有上、下功率开关管的栅极或基极分别与电机驱动电路的相应控制输出端相连；所述的电流采样端通过采样放大电路与所述微处理器的相应A/D输入端相连，所述功率输出电路的所有输出端分别通过一个电压采样电路与功率驱动稳定电源的接地端相连，每个电压采样电路的输出端通过一个采样滤波电路与所述微处理器的相应A/D输入端相连，所述的电压采样电路和相应的采样滤波电路构成电压反馈电路。
2.如权利要求1所述的宽电压无刷电机的控制电路，其特征在于，设：所述的电流采样电阻为R采，所要驱动的电机的内阻为R内，功率驱动稳压电源的正极输出电压为V，功率输出电路中的上功率管的压降为V上，功率输出电路中的下功率管的压降为V下，微处理器的工作电压为VCC，
则：其中，0.05≤K≤0.135，10.8伏≤V≤36伏。
3.如权利要求1或2所述的宽电压无刷电机的控制电路，其特征在于，所述的电压采样电路包括：上、下分压电阻，上、下分压电阻的一端串接在一起作为电压采样电路的输出端，上分压电阻的另一端与功率输出电路的相应输出端相连，下分压电阻的另一端与所述功率驱动稳定电源的接地端相连。
4.如权利要求1或2所述的宽电压无刷电机的控制电路，其特征在于，还包括：起停开关和应急开关，起停开关的一端和应急开关的一端分别与所述微处理器的相应输入端相连，起停开关的另一端和应急开关的另一端与DC-DC变换电路的接地端相连。
5.如权利要求1或2所述的宽电压无刷电机的控制电路，其特征在于，还包括有欠压检测电路。
6.如权利要求5中所述的宽电压无刷电机的控制电路，其特征在于，所述欠压检测电路包括：上分压电阻和下分压电阻，上、下分压电阻的一端串接在一起作为欠压检测电路的输出端与微处理器的相应A/D输入端相连，上分压电阻的另一端与功率输出电路的电源端相连，下分压电阻的另一端与功率驱动稳定电源的接地端相连。
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