CN105978416A - 一种无霍尔吊扇马达控制器及其启动方法 - Google Patents

一种无霍尔吊扇马达控制器及其启动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无霍尔吊扇马达控制器及其启动方法，由电源模块供电，SOC控制模块控制无霍尔马达驱动模块驱动无霍尔马达启动，包括以下步骤：a、逆变电路驱动无霍尔马达的任意两相导通，使转子定位；b、预设一个角速度值，根据预设的角速度值确定分区且得出六个MOS管的开关顺序，产生旋转磁场，在旋转磁场作用下驱动转子旋转；c、SOC控制模块控制无霍尔马达驱动模块由开环状态转为闭环状态，并接收闭环电路的信号，检测转子的位置，且将信号反馈到SOC控制模块中以实现闭环控制；本设计可以平稳地启动马达，不会出现反转，无霍尔无刷马达无需更换霍尔传感器和电刷，寿命大大增加，同时也减少劳动力。

Description

一种无霍尔吊扇马达控制器及其启动方法
技术领域
本发明涉及一种马达控制器及其启动方法，特别是一种无霍尔吊扇马达控制器及其启动方法。
背景技术
目前的工业自动化领域中，有刷直流马达已经逐步被无刷直流马达所替代。现在从国外进口的设备中，已经很少看到以有刷直流马达作为执行马达的系统，一些国家(如美国、英国、日本、德国等)的相关公司已经不再大量生产伺服驱动用的有刷直流马达。无刷直流马达已在航空航天、电力推进系统、工业自动化设备、办公自动化设备、电动车、医疗器械和计算机外围设备等方面获得了广泛应用。与此同时，直流无刷马达的应用也深入到了民用领域，其数量和品种都以相当快的速度发展着。例如，国外在高档的吊扇中采用了直流无刷马达，在新一代的空调、洗衣机、电冰箱、吸尘器等家用电器中，也大量采用直流无刷马达来驱动。近年来国内空调厂商不断推出的“直流变频”空调，就是采用了直流无刷马达来驱动，综合节电效果比普通空调高30%-40%。总之，由于直流无刷马达的优点，随着永磁材料性能的不断提高和价格的不断降低，电力电子技术日新月异的高速发展，各应用领域对马达的要求越来越高，直流无刷马达应用领域将不断扩展，这是必然的结果。
以往的直流无刷马达一般采用霍尔传感器对转子位置进行检测，从而以一定的顺序给定子绕组通电，驱动马达转动。然而采用霍尔传感器的缺点在于增加了马达体积以及成本，马达连线多，易受干扰，在高温、高湿、污浊空气等恶劣的工作环境下工作会降低传感器可靠性，传感器的安装精度直接影响马达的运行性能。
现今直流无刷马达可采用无霍尔传感器的方式驱动，而此方式最大的问题在于因没有霍尔传感器检测转子位置，导致启动不流畅甚至无法启动。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种无霍尔吊扇马达控制器及其启动方法。
本发明采用的技术方案是：
一种无霍尔吊扇马达控制器，包括电源模块，以及由电源模块的SOC控制模块、带动吊扇的无霍尔马达，还包括无霍尔马达驱动模块；该SOC控制模块的输出端连接无霍尔马达驱动模块的输入端，该无霍尔马达驱动模块的输出端连接无霍尔马达的三相输入端。
所述无霍尔马达驱动模块包括有由六个绝缘栅双极型MOS管组成逆变电路、闭环电路，且该逆变电路的输出端连接无霍尔马达的三相输入端且两个MOS管控制其中一相定子绕组，该逆变电路的输入端连接SOC控制模块，该闭环电路的输入端连接逆变电路的输出端，该闭环电路的输出端连接SOC控制模块。
无霍尔电扇马达控制器还包括与SOC控制模块连接的无线接收模块，该无线接收模块内设置有无线芯片以及无线接收器，该无线芯片输入端连接SOC控制模块。
无霍尔电扇马达控制器还包括用于控制吊扇上灯具亮度的灯具驱动模块，该灯具驱动模块设置有光电耦合器和与光电耦合器输出端连接的双向晶闸管，该光电耦合器的输入端连接SOC控制模块，该双向晶闸管输出端连接灯具。
无霍尔电扇马达控制器还包括用于记忆灯具与吊扇工作状态的工作状态记忆模块，该工作状态记忆模块内设置有电可擦写储存芯片，该电可擦写储存芯片与SOC控制模块电性连接。
无霍尔电扇马达控制器还包括用于获取电源频率信号以供灯具驱动模块同步比较的取样模块，该取样模块的输入端连接电源模块、输出端连接SOC控制模块。
一种无霍尔吊扇马达控制器的启动方法，马达控制器包括电源模块，以及由电源模块的SOC控制模块、带动吊扇的无霍尔马达，还包括无霍尔马达驱动模块；所述无霍尔马达驱动模块包括有由六个绝缘栅双极型的MOS管组成的逆变电路、闭环电路，且该逆变电路的输出端连接无霍尔马达的三相输入端且两个MOS管控制其中一相定子绕组，该逆变电路的输入端连接SOC控制模块，该闭环电路的输入端连接逆变电路的输出端，该闭环电路的输出端连接SOC控制模块；包括以下步骤：a、逆变电路驱动无霍尔马达的任意两相导通，使无霍尔马达内的转子转到与导通状态相对应的预知位置以完成定位；b、SOC控制系统预设一个角速度值，根据预设的角速度值确定分区且得出六个MOS管的开关顺序，SOC控制系统输出信号以控制MOS管的开关来产生旋转磁场，在旋转磁场作用下驱动转子旋转，从而拖动无霍尔马达动作；c、SOC控制模块控制无霍尔马达驱动模块由开环状态转为闭环状态，并接收闭环电路的信号，检测转子的位置，得出无霍尔马达的实际转速，闭环电路将实际转速的信号反馈到SOC控制模块中以实现闭环控制。
所述步骤 a中，逆变电路驱动无霍尔马达的任意两相导通且控制无霍尔马达内的电流，通电一段预设的时间后，转子转到与该导通状态相对应的一个预知位置以完成转子的定位。
所述步骤b中，预设一个角速度值，角速度值为零开始以恒定加速度加速，直至预设的角速度值后保持恒速，对角速度曲线进行积分，得到总角度，对2π求余可判断分区，确定分区后且得知六个绝缘栅双极型MOS管的开关顺序，产生一定的旋转磁场，旋转磁场驱动无霍尔马达的转子旋转。
所述步骤c中，对无霍尔马达失电状态的绕组的反电动势进行检测，在该失电状态的绕组过零点时，将该失电状态绕组的反电动势过零点脉冲输入到SOC控制模块中，得出转子的位置。
本发明的有益效果：
本发明无霍尔吊扇马达控制器一般用于驱动、控制吊扇的无霍尔马达，由六个绝缘栅双极型MOS管组成的逆变电路的输出端连接马达的三相输入端以实现两个MOS管控制其中一相定子绕组的状态，并且在逆变电路输出端接入闭环电路。本设计先将无霍尔马达的转子定位，确定六个MOS管的开关顺序，在开环状态下带动马达到一定速度，再经过SOC控制模块控制无霍尔马达驱动模块由开环状态转为闭环状态，闭环电路检测转子的位置并将信号反馈到SOC控制系统中。本设计可以平稳地启动马达，加速到较高的速度，不会出现反转，无霍尔无刷马达无需由于内部器件损坏而更换霍尔传感器和电刷，寿命大大增加，同时也减少劳动力。
本设计还包括无线接收模块，可以通过无线传输控制吊扇的启动、调速以及吊扇上灯具亮度的控制，简单方便。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明无霍尔吊扇马达控制器的原理图。
图2是本发明无霍尔吊扇马达控制器SOC控制模块的电路图。
图3是本发明无霍尔吊扇马达控制器无霍尔马达驱动模块的电路图。
图4是本发明无霍尔吊扇马达控制器电源模块的电路图。
图5是本发明无霍尔吊扇马达控制器灯具驱动模块的电路图。
图6是本发明无霍尔吊扇马达控制器取样模块的电路图。
图7是本发明无霍尔吊扇马达控制器工作状态记忆模块的电路图。
图8是本发明无霍尔吊扇马达控制器无线接收模块的电路图。
图9是本发明无霍尔吊扇马达控制器蜂鸣器驱动模块的电路图。
图10是本发明无霍尔吊扇马达控制器启动方法的流程图。
图11是本发明无霍尔吊扇马达控制器启动方法的波形图。
具体实施方式
如图1所示，本发明无霍尔吊扇马达控制器包括电源模块1、SOC控制模块2、无霍尔马达3、无霍尔马达驱动模块4；如图2-图4所示，该电源模块为SOC控制模块2、无霍尔马达3供电，该SOC控制模块2的输出端连接无霍尔马达驱动模块3的输入端，该无霍尔马达驱动模块4的输出端连接无霍尔马达3的三相输入端。
由于吊扇上设置有灯具，本设计还包括用于控制吊扇上灯具亮度的灯具驱动模块6，如图5所示，该灯具驱动模块6设置有光电耦合器和与光电耦合器输出端连接的双向晶闸管，该光电耦合器的输入端连接SOC控制模块2，该双向晶闸管输出端连接灯具，该SOC控制模块2输出控制信号到灯具驱动模块6以启动灯具且调节灯具亮度。
另外，为了准确记录吊扇工作状态以及稳定驱动灯具部分，本设计还包括用于记忆灯具与吊扇工作状态的工作状态记忆模块7、用于获取电源频率信号以供灯具驱动模块6同步比较的取样模块8，如图6、图7所示，该取样模块8设置有光电耦合器，该取样模块8光电耦合器的输入端连接电源模块1、输出端连接SOC控制模块2以获取电源模块1的电源频率信号输入到SOC控制模块2中；该工作状态记忆模块7内设置有电可擦写储存芯片，该电可擦写储存芯片与SOC控制模块2电性连接。
为了方便用户对马达控制器的操控，本设计还包括与SOC控制模块2连接的无线接收模块5，如图8所示，该无线接收模块5内设置有无线芯片以及无线接收器，该无线芯片输入端连接SOC控制模块2，用户可以遥控发射控制信号到无线接收模块5，进而对吊扇和灯具进行控制，操作简单、方便。
另外，吊扇上还装设有蜂鸣器，如图9所示，本无霍尔吊扇马达控制器还包括蜂鸣器驱动模块9，在无霍尔吊扇马达控制器动作或故障时，蜂鸣器均会发出相应的声音信号。
为了使无霍尔吊扇马达控制器可以驱动无霍尔马达3平稳地启动，如图3所示，本设计无霍尔马达驱动模块4包括有由六个绝缘栅双极型MOS管组成的逆变电路41、闭环电路42，且该逆变电路41的输出端连接无霍尔马达3的三相输入端且两个MOS管控制其中一相定子绕组，该逆变电路41的输入端连接SOC控制模块2，该闭环电路42的输入端连接逆变电路41的输出端，该闭环电路42的输出端连接SOC控制模块2。
在启动无霍尔马达3时，如图10所示，包括以下步骤：
a、逆变电路41驱动无霍尔马达3的任意两相导通，使无霍尔马达3内的转子转到与导通状态相对应的预知位置以完成定位；
b、SOC控制系统2预设一个角速度值，根据预设的角速度值确定分区且得出六个MOS管的开关顺序，SOC控制系统2输出信号以控制MOS管的开关来产生旋转磁场，在旋转磁场作用下驱动转子旋转，从而拖动无霍尔马达3动作；
c、SOC控制模块2控制无霍尔马达驱动模块4由开环状态转为闭环状态，并接收闭环电路42的信号，检测转子的位置，得出无霍尔马达3的实际转速，闭环电路42将实际转速的信号反馈到SOC控制模块2中以实现闭环控制。
SOC控制模块2发出的PWM信号控制六个绝缘栅双极型MOS管的通断，如图11所示，在无霍尔马达3的运转状态中，逆变电路41将会按顺序的开关六个MOS管，以实现无霍尔马达3每次换向后必定有一相绕组导通电源正极、一相绕组导通电源负极、一相绕组为失电状态。
如图10、图11所示，在步骤a中，逆变电路41驱动无霍尔马达3的任意两相导通且控制无霍尔马达3内的电流，通电一段预设的时间后，此处预设的时间设定为5s，5s后转子转到与该导通状态相对应的一个预知位置以完成转子的定位。
在步骤b中，预设一个角速度值，角速度值为零开始以恒定加速度加速，直至预设的角速度值后保持恒速，对角速度曲线进行积分，得到总角度，对2π求余可判断分区，确定分区后且得知六个绝缘栅双极型MOS管的开关顺序，产生一定的旋转磁场，旋转磁场驱动无霍尔马达3的转子旋转。
在步骤c中，对无霍尔马达3失电状态的绕组的反电动势进行检测，在该失电状态的绕组过零点时，将该失电状态绕组的反电动势过零点脉冲输入到SOC控制模块2中，得出转子的位置，当检测到其中一相绕组过零点时，SOC控制模块2进行一定的延时补偿，使其他两相绕组根据MOS管的开关顺序相应地动作，始终保持一相绕组导通电源正极、一相绕组导通电源负极、一相绕组为失电状态。例如A相绕组和B相绕组通电，C相绕组为失电状态，当绕组C的反电动势过零点时，输出绕组C的反电动势过零点脉冲，根据绕组A、B、C的反电动势过零点脉冲可得出转子位置。
本设计可以平稳地启动马达，加速到较高的速度，不会出现反转，无霍尔无刷马达无需由于内部器件损坏而更换霍尔传感器和电刷，寿命大大增加，同时也减少劳动力。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 一种无霍尔吊扇马达控制器，其特征在于：包括电源模块（1），以及由电源模块（1）供电的SOC控制模块（2）、带动吊扇的无霍尔马达（3），还包括无霍尔马达驱动模块（4）；该SOC控制模块（2）的输出端连接无霍尔马达驱动模块（3）的输入端，该无霍尔马达驱动模块（4）的输出端连接无霍尔马达（3）的三相输入端。
2.根据权利要求1所述的一种无霍尔吊扇马达控制器，其特征在于：所述无霍尔马达驱动模块（4）包括有由六个绝缘栅双极型MOS管组成的逆变电路（41）、闭环电路（42），且该逆变电路（41）的输出端连接无霍尔马达（3）的三相输入端且两个MOS管控制其中一相定子绕组，该逆变电路（41）的输入端连接SOC控制模块（2），该闭环电路（42）的输入端连接逆变电路（41）的输出端，该闭环电路（42）的输出端连接SOC控制模块（2）。
3.根据权利要求1所述的一种无霍尔吊扇马达控制器，其特征在于：还包括与SOC控制模块（2）连接的无线接收模块（5），该无线接收模块（5）内设置有无线芯片以及无线接收器，该无线芯片输入端连接SOC控制模块（2）。
4.根据权利要求1所述的一种无霍尔吊扇马达控制器，其特征在于：还包括用于控制吊扇上灯具亮度的灯具驱动模块（6），该灯具驱动模块（6）设置有光电耦合器和与光电耦合器输出端连接的双向晶闸管，该光电耦合器的输入端连接SOC控制模块（2），该双向晶闸管输出端连接灯具。
5.根据权利要求4所述的一种无霍尔吊扇马达控制器，其特征在于：还包括用于记忆灯具与吊扇工作状态的工作状态记忆模块（7），该工作状态记忆模块（7）内设置有电可擦写储存芯片，该电可擦写储存芯片与SOC控制模块（2）电性连接。
6.根据权利要求4所述的一种无霍尔吊扇马达控制器，其特征在于：还包括用于获取电源频率信号以供灯具驱动模块（6）同步比较的取样模块（8），该取样模块（8）的输入端连接电源模块（1）、输出端连接SOC控制模块（2）。
7.一种无霍尔吊扇马达控制器的启动方法，其特征在于：马达控制器包括电源模块（1），以及由电源模块（1）的SOC控制模块（2）、带动吊扇的无霍尔马达（3），还包括无霍尔马达驱动模块（4）；所述无霍尔马达驱动模块（4）包括有由六个绝缘栅双极型的MOS管组成的逆变电路（41）、闭环电路（42），且该逆变电路（41）的输出端连接无霍尔马达（3）的三相输入端且两个MOS管控制其中一相定子绕组，该逆变电路（41）的输入端连接SOC控制模块（2），该闭环电路（42）的输入端连接逆变电路（41）的输出端，该闭环电路（42）的输出端连接SOC控制模块（2）；包括以下步骤：a、逆变电路（41）驱动无霍尔马达（3）的任意两相导通，使无霍尔马达（3）内的转子转到与导通状态相对应的预知位置以完成定位；b、SOC控制系统（2）预设一个角速度值，根据预设的角速度值确定分区且得出六个MOS管的开关顺序，SOC控制系统（2）输出信号以控制MOS管的开关来产生旋转磁场，在旋转磁场作用下驱动转子旋转，从而拖动无霍尔马达（3）动作；c、SOC控制模块（2）控制无霍尔马达驱动模块（4）由开环状态转为闭环状态，并接收闭环电路（42）的信号，检测转子的位置，得出无霍尔马达（3）的实际转速，闭环电路（42）将实际转速的信号反馈到SOC控制模块（2）中以实现闭环控制。
8.根据权利要求7所述的一种无霍尔吊扇马达控制器的启动方法，其特征在于：所述步骤 a中，逆变电路（41）驱动无霍尔马达（3）的任意两相导通且控制无霍尔马达（3）内的电流，通电一段预设的时间后，转子转到与该导通状态相对应的一个预知位置以完成转子的定位。
9.根据权利要求7所述的一种无霍尔吊扇马达控制器的启动方法，其特征在于：所述步骤b中，预设一个角速度值，角速度值为零开始以恒定加速度加速，直至预设的角速度值后保持恒速，对角速度曲线进行积分，得到总角度，对2π求余可判断分区，确定分区后且得知六个绝缘栅双极型MOS管的开关顺序，产生一定的旋转磁场，旋转磁场驱动无霍尔马达（3）的转子旋转。
10.根据权利要求7所述的一种无霍尔吊扇马达控制器的启动方法，其特征在于：所述步骤c中，对无霍尔马达（3）失电状态的绕组的反电动势进行检测，在该失电状态的绕组过零点时，将该失电状态绕组的反电动势过零点脉冲输入到SOC控制模块（2）中，得出转子的位置。
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