CN105162368A - 电机主控板的控制电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及电机技术，具体公开一种电机主控板的控制电路，适用于无位置传感器无刷直流电机的电机，该电机主控板的控制电路内包括反电动势检测电路、起动换向逻辑电路和驱动电路和保护电路，其中：反电动势检测电路从电机线圈检测并输出反电动势信号；起动换向逻辑电路根据该反电动势信号，输出表征电机起动或换向次序及时间的控制信号；驱动电路包括高端门极驱动部分和低端门极驱动部分，根据该控制信号生成用以起动电机或使电机换向的驱动信号；保护电路包括欠压保护部分和过流保护部分，用以对整个控制电路起到安全保护作用。本申请对位置传感器无刷直流电机的主控板控制电路进行了优化设计，可以改善整个电机的综合性能。

Description

电机主控板的控制电路

技术领域

本申请涉及电机技术，尤其涉及一种适用于无位置传感器无刷直流电机的电机主控板的控制电路。

背景技术

无刷直流电机是同步电机的一种，具有体积小、重量轻、维护方便、高效节能、易于控制等优点，被广泛地应用于各个领域，它将同步电机加上电子式控制(驱动器)，由其控制定子旋转磁场的频率，并将电机转子的转速回授至控制中心反复校正，以期达到接近直流电机特性的方式。大多数无刷直流电机使用霍尔效应传感器来测量转子的位置，但霍尔效应传感器的装配成本较高，限制了无刷直流电机的应用，这就促成了无位置传感器无刷直流电机的产生。

无位置传感器无刷直流电机通过一些替代方案来控制电机的换向，常用方法是重新测量电机的电磁场，利用这些信息来控制电机的换向。大多数无位置传感器无刷直流电机控制系统使用反电动势过零点作为闭环控制变量，其关键技术在反电势检测算法，因为最佳的电流换向点应该略超前磁场切换点。无位置传感器无刷直流电机是紧密电子产品中的一种理想选择，具有广阔的发展前景，但它的控制电路设计较为复杂。

无位置传感器无刷直流电机从电机线圈中检测反电动势，有助于减少电机及其控制系统的引线数量，通常设置3根引线即可。同时参见图1、图2，表示传统的无位置传感器无刷直流电机引出线的接线方式，是以固定于电机定子1上的印刷电路板(PCB)2作为内部连接的电机引出线连接结构。三相电机引出线4的外部接线端子5连接到主控板(图未示出)，内部接线端子连接在印刷电路板2的焊盘3上，该焊盘3电性连接到该印刷电路板2的另一组焊盘6上，以便与电机三相绕组的相应引出插针相连。

由图1、图2可以看出，传统无位置传感器无刷直流电机引出线连接结构中，需先将电机引出线4焊接在印刷电路板上的焊盘1处，再由印刷电路板焊盘6处焊接到直流电机三相绕组的引出插针上。这就存在一定的缺陷：一方面，需要使用印刷电路板，成本相对较高；另一方面，连接过程需要二次焊接，难以完全避免虚焊现象，降低了引出线连接的可靠性。

如前所述，对于现有无位置传感器无刷直流电机而言，其主控板控制电路的设计较为关键，需要从综合考虑信号质量、低速起动、电机调速性能、限流与保护等方面的问题。但现有技术并未完善地解决这些问题，因此无位置传感器无刷直流电机主控板控制电路还存在较大的改进空间。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种适用于无位置传感器无刷直流电机主控板控制电路，可以改善整个电机的综合性能。

为解决以上技术问题，本申请提供一种电机主控板的控制电路，适用于无位置传感器无刷直流电机的电机，该电机主控板的控制电路内包括反电动势检测电路、起动换向逻辑电路和驱动电路和保护电路，其中：反电动势检测电路从电机线圈检测并输出反电动势信号；起动换向逻辑电路根据该反电动势信号，输出表征电机起动或换向次序及时间的控制信号；驱动电路包括高端门极驱动部分和低端门极驱动部分，根据该控制信号生成用以起动电机或使电机换向的驱动信号；保护电路包括欠压保护部分和过流保护部分，用以对整个控制电路起到安全保护作用。

较优地，反电动势检测电路接入环路滤波器。

较优地，控制电路内包括比较器，它的一个输入端接入反电动势信号，另一个输入端接入一预设低电平信号，输出端接至起动换向逻辑电路的一个输入端，用以开启/关闭起动换向逻辑电路。

较优地，控制电路内包括PWM速度控制电路，它的输入端接入反电动势信号，输出端接至起动换向逻辑电路的另一个输入端，另一个输出端反馈至反电动势检测电路，用以调节电机转速。

较优地，电机主控板的控制电路包括PWM电流控制单稳电路，它的输出端接至起动换向逻辑电路的又一个输入端，用以检测电机输出电流并对进入起动换向逻辑电路的电流进行限流。

较优地，每一电机引出线的一端结合于外部接线端子上，该外部接线端子接至主控板上；每一电机引出线的另一端结合于内部接线端子上，该内部接线端子固定于电机三相绕组的引出插针上。

与现有技术相比，本申请对位置传感器无刷直流电机的主控板控制电路进行了优化设计，其较优实施例的电路输出信号质量较好，可以动态地调节转速和电流，改善了电机调速性能及低速起动问题，并具有较好地限流与保护作用，由此使得整个电机的综合性能得以改善。

特别地，本申请进一步对无位置传感器无刷直流电机内部连接线的改造技术，其较优实施例通过电机引出线与内部接线端子的结合，由焊锡固定于无刷直流电机三相绕组的引出插针上。由于不需要印刷电路，有助于降低材料成本；同时，由于只需一次焊接，减少了虚焊发生的可能，大大增强了电机引出线的连接可靠性。

本申请具有设计巧妙、结构简单、性能优良等优点，因而应用前景较好。

附图说明

图1为传统无位置传感器无刷直流电机引出线连接结构的安装实例示意图；

图2为图中除去电机定子后的示意图；

图3为本申请无位置传感器无刷直流电机引出线连接结构的安装实例示意图；

图4为图3中除去电机定子后的示意图；

图5为本申请无位置传感器无刷直流电机的控制电路电原理图。

具体实施方式

本申请的以下实施例对无位置传感器无刷直流电机的电机引出线连接结构、主控板控制电路进行了优化设计，可以提高引出线连接的可靠性，并改善主控板控制电路的综合性能。

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步的详细说明。

同时参见图3、图4，表示本申请无位置传感器无刷直流电机引出线连接结构的安装实例。该种电机引出线连接结构涉及部件包括电机引出线4、内部接线端子8、热缩套管(或束线卡等其它束线部件)7等部件，其中：:通过电机引出线4与内部接线端子8结合，并由焊锡固定于无位置传感器无刷直流电机三相绕组的引出插针9上；配合热缩套管7，进一步固定电机引出线4于无位置传感器无刷直流电机的内部。

这种电机引出线连接结构的接线方式十分便捷，其通过电机引出线4与内部接线端子8的结合，再由焊锡固定于电机三相绕组的引出插针9上，就可配合热缩套管7将电机引出线4固定于电机内部，提高了作业效率，也有助于提高设备可靠性，降低生产成本。

与传统的无位置传感器无刷直流电机引出线使用印刷电路板作为电机内部连接的方式相比，本申请的电机引出线连接结构增强了无刷直流电机引出线的连接可靠性，同时降低了材料成本。

参见图5，表示本申请无位置传感器无刷直流电机控制电路的一较优实施例。电机主控板的控制电路内设置有PWM(脉冲宽度调制信号)速度控制电路U1、反电动势检测电路U2、比较器U3、起动换向逻辑电路U4、驱动电路U5、PWM电流控制单稳电路U6和保护电路(图5未示出)，另加少量阻容元件就可实现对无刷直流电机的控制，以下分别对各部分进行说明。

所述反电动势检测电路U2，可从电机线圈(三相绕组PN1～PN3)检测并输出反电动势信号；该反电动势检测电路U2的输出端可优选地接入环路滤波器(图5未示出)，以改善输出信号质量。

所述起动换向逻辑电路U4根据该反电动势信号，输出表征电机起动或换向次序及时间的控制信号。优选地，起动换向逻辑电路4的换向通过反电动势信号锁相控制后完成。

所述比较器U3，它的一个输入端接入反电动势信号，另一个输入端接入一预设低电平信号VL(如0.6V)，输出端接至起动换向逻辑电路U4的一个输入端，用以开启/关闭起动换向逻辑电路U4；当电机速度信号低于VL时，比较器U3开启“起动”逻辑电路部分，关闭“换向”逻辑电路部分。

所述驱动电路U5包括高端门极驱动部分和低端门极驱动部分，可根据起动换向逻辑电路输出的控制信号P1～P3、N1～N3，生成用以起动电机或使电机换向的驱动信号；高端门极驱动部分和低端门极驱动部分可分别由驱动模块构成，也可分别由分立的MOSFET构成。

所述PWM速度控制电路U1，它的输入端接入反电动势信号，一个输出端接至起动换向逻辑电路的另一个输入端，另一个输出端反馈至反电动势检测电路U2，用以调节电机转速；该PWM速度控制电路U1可优选地采用双闭环动态调节系统，其包括两个调节器，可分别动态地调节转速和电流。

所述PWM电流控制单稳电路U6，它的输出端接至起动换向逻辑电路的又一个输入端，用以检测电机输出电流IS并对进入起动换向逻辑电路U4的电流进行限流；当反电动势检测电路U2输出电压高于比较器负端电压时，PWM电流控制单稳电路被触发，使电流下降，直至单稳电流被复位。

所述保护电路包括欠压保护、过流保护等部分，对整个控制电路起到安全保护作用；当电压低于供电电压低值(如正常供电电压12V，低值8.75V)时，使得驱动电路U5的各驱动器均关闭。

上述无位置传感器无刷直流电机的控制电路具有较好地限流与保护作用，对于电机调速性能也得到改善，并改善了低速起动问题，其结构简单、功能齐全，提高了系统的可靠性。

Claims (3)

1.一种电机主控板的控制电路，适用于无位置传感器无刷直流电机的电机，其特征在于，电机主控板的控制电路内包括反电动势检测电路、起动换向逻辑电路和驱动电路和保护电路，其中：反电动势检测电路从电机线圈检测并输出反电动势信号；起动换向逻辑电路根据该反电动势信号，输出表征电机起动或换向次序及时间的控制信号；驱动电路包括高端门极驱动部分和低端门极驱动部分，根据该控制信号生成用以起动电机或使电机换向的驱动信号；保护电路包括欠压保护部分和过流保护部分，用以对整个控制电路起到安全保护作用。

2.如权利要求1所述的电机主控板的控制电路，其特征在于，反电动势检测电路接入环路滤波器。

3.如权利要求1所述的电机主控板的控制电路，其特征在于，控制电路内包括比较器，它的一个输入端接入反电动势信号，另一个输入端接入一预设低电平信号，输出端接至起动换向逻辑电路的一个输入端，用以开启/关闭起动换向逻辑电路。