CN106124873B - 一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路及检测方法 - Google Patents

一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路及检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路，包括顺序连接的采样电路、逻辑处理电路和输出指示电路，其中，采样电路包含有两条结构相同的线路，每一条均包括顺序连接的分压电路、第一钳位电路和电压跟随器，分压电路的输入端作为检测电路的信号输入端；所述逻辑处理电路包含有两条顺序连接的电压比较器和第二钳位电路，两个第二钳位电路的输出端分别连接单片机的两个输入端。此种电路可解决现有的无刷直流电机三相绕组相序标识不清的问题，结构简单，性能稳定，成本较低且准确性高。本发明还公开一种基于以上检测电路的无刷直流电机三相绕组相序检测方法。

Description

一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路及检测方法
技术领域
本发明属于无刷直流电机技术领域，特别涉及一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路及检测方法。
背景技术
在无刷直流电机三相绕组相序的检测中，要判断出三相电的A、B、C三相通常是利用示波器测出其波形和时序，并从中对比判断出A、B、C三相相序是否正确。但由于示波器体积大，不便随身携带，影响检测效率。示波器的较为昂贵，使用示波器进行相序检测成本较高。基于此，有必要提供一种小巧、电路结构简单的相序检测电路。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路及检测方法，其可简单检测无刷直流电机三相绕组的相序。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路，包括顺序连接的采样电路、逻辑处理电路和输出指示电路，其中，采样电路包含有两条结构相同的线路，每一条线路均包括顺序连接的分压电路、钳位电路和电压跟随器，分压电路的输入端作为检测电路的信号输入端；所述逻辑处理电路包含有两条顺序连接的电压比较器和第二钳位电路，两个第二钳位电路的输出端分别连接单片机的两个输入端。
进一步的，所述采样电路中任一条线路由一个滑动变阻器、两个电阻、两个二极管以一个运算放大器组成，具体电路是：滑动变阻器的一端作为信号输入端，另一端接地，一个电阻的一端与滑动变阻器的滑片连接，另一端分别与一个二极管的阳极、另一个二极管的阴极、运算放大器的同相输入端连接，所述一个二极管的阴极连接+10V电源，而所述另一个二极管的阳极连接-10V电源，所述运算放大器的反相输入端与输出端短接，并共同连接至另一个电阻的一端，所述另一个电阻的另一端作为采样电路的输出端。
进一步的，所述逻辑处理电路中，任一条电压比较器与第二钳位电路由四个二极管、一个运算放大器以及三个电阻组成，具体电路是：第一个二极管的阳极、第二个二极管的阴极和运算放大器的同相输入端连接，并作为电压比较器的输入端，运算放大器的反相输入端分别与第一个二极管的阴极、第二个二极管的阳极、第一个电阻的一端相连，第一个电阻的另一端接地，运算放大器的输出端经由第二个电阻连接+15V电源，且运算放大器的输出端还连接第三个电阻的一端，第三个电阻的另一端分别与第四个二极管的阳极、第三个二极管的阴极、单片机的一个输入端连接，第四个二极管的阴极连接+5V电源，第三个二极管的阳极接地。
进一步的，所述输出指示电路包含两条结构相同的指示灯电路，每条指示灯电路由顺序连接单片机的一个输出端的一个电阻和一个发光二极管组成，所述电阻的一端与单片机的一个输出端相连，另一端分别与发光二极管的阳极连接，发光二极管的阴极接地。
进一步的，所述单片机为AT89C51单片机。
一种基于上述的无刷直流电机三相绕组相序检测电路的检测方法，包括以下步骤：
(1)确定无刷直流电机的三相电源任意一相为A相，在检测电路的两个信号输入端分别输入B相与A相之间的电压信号UBA以及C相与A相之间的电压信号UCA；
(2)电压信号UBA、UCA通过采样电路后送入到逻辑电路中并分别转化为相应的方波信号；
(3)两个方波信号相应的输入到单片机的两个输入端后，当单片机相应的输入端接收的对应所述检测电路的第二个信号输入端电压信号的方波信号处于下降沿时，单片机调用其内部的中断子程序进行中断响应，若此时单片机的另一个输入端为低电平，则单片机的两个输出端中的一个输出端输出低电平，另一个输出端输出高电平，与单片机输出高电平的输出端相连的发光二极管亮，表示所述检测电路的第一个信号输入端输入的电压信号为B相与A相之间的电压信号UBA；若此时所述单片机的另一个输入端为高电平，则单片机的两个输出端输出反相，另一个发光二极管亮，表示所述检测电路的第一个信号输入端输入的电压信号为C相与A相之间的电压信号UCA。
采用上述方案后，本发明具有以下特点：
(1)本发明的采样电路中，输入的电压信号通过滑动变阻器的分压以及钳位电路的限制，缩小电压信号，保证电路元器件的正常运行，通过电压跟随器减小前级电路对后级电路的影响，提高带载能力；
(2)本发明的逻辑处理电路中，通过电压比较器将正弦信号转化为检测所需的方波信号，通过钳位电路保证输入单片机的方波信号的稳定，保证检测的准确性；
(3)本发明可以通过输出的指示灯准确、有效地检测出无刷直流电机的相序，电路简单实用，稳定性好，降低故障率，成本低廉，易于维护，可以防止相序有误时对三相交流电相序产品造成伤害。
附图说明
图1是本发明的电路图；
图2是本发明的原理框图；
图3是本发明的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供一种无刷直流电机的相序检测电路，包括顺序连接的采样电路、逻辑处理电路和输出指示电路，下面分别介绍。
所述采样电路设有两个信号输入端:1号输入端和2号输入端，并包含有两条结构相同的线路，每一条线路均包括顺序连接的分压电路、第一钳位电路和电压跟随器，分压电路的输入端作为检测电路的信号输入端。其中分压电路主要由一个滑动变阻器和一个电阻组成，第一钳位电路由两个二极管组成，电压跟随器由一个运算放大器和另外一个电阻组成。本实施例的所述采样电路中的第一条线路由顺序连接的分压电路一、第一钳位电路一以及电压跟随器一组成，分压电路一主要由第一滑动变阻器RV1和第十一电阻R11连接而成，第一钳位电路一主要由第十一二极管D11和第十二二极管D12组成，电压跟随器一主要由第三运算放大器U3：A和第一电阻R1组成，其具体连接是：1号输入端与第一滑动变阻器RV1的一端连接，第一滑动变阻器RV1的另一端分别接地，第一滑动变阻器RV1的滑片P1与第十一电阻R11的一端连接，第十一电阻R11的另一端分别与第十一二极管D11的阳极、第十二二极管D12的阴极、第三运算放大器U3:A的同相输入端(即3号管脚)连接，第十一二极管D11的阴极连接+10V电源，而第十二二极管D12的阳极连接-10V电源，第三运算放大器U3:A的反相输入端(即2号管脚)与其输出端(即1号管脚)短接，并共同连接至第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端作为所述采样电路的一个输出端，第三运算放大器U3:A的8号管脚分别接+15V电源，4号管脚分别接-15V电源；本实施例的所述采样电路中的第二条线路由顺序连接的分压电路二、第一钳位电路二以及电压跟随器二组成，分压电路二主要由第二滑动变阻器RV2和第十二电阻R12连接而成，第一钳位电路二主要由第十三二极管D12和第十四二极管D14组成，电压跟随器二主要由第四运算放大器U3：B和第五电阻R5组成，其具体连接是：1号输入端与第二滑动变阻器RV2的一端连接，第二滑动变阻器RV2的另一端分别接地，第二滑动变阻器RV2的滑片P2与第十二电阻R12的一端连接，第十二电阻R12的另一端分别与第十三二极管D13的阳极、第十四二极管D14的阴极、第四运算放大器U3:B的同相输入端连接，第十三二极管D13的阴极连接+10V电源，而第十四二极管D14的阳极连接-10V电源，第四运算放大器U3:B的反相输入端与其输出端短接，并共同连接至第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端作为所述采样电路的另一个输出端，第四运算放大器U3:B的8号管脚分别接+15V电源，4号管脚分别接-15V电源。
所述逻辑处理电路包含有单片机以及连接在采样电路的输出端和单片机的输入端之间且结构相同的两条线路，任一条线路为顺序连接的电压比较器与第二钳位电路组成，且电压比较器的输入端连接采样电路的输出端，第二钳位电路的输出端连接单片机的输入端。本实施例中，单片机U4选型为AT89C51，其两个输入端为P1.0、P1.1，两个输出端为P3.3、P3.4，逻辑电路的每条线路具体由四个二极管、一个运算放大器以及三个电阻组成，其中电压比较器有两个二极管、一个运算放大器以及三个电阻组成，第二钳位电路由另外两个二极管组成。所述逻辑电路的第一条线路包括顺序连接的电压比较器一和第二钳位电路一，电压比较器一主要由第一二极管D1、第二二极管D2、第二至第四电阻R2-R4以及第一运算放大器U1:A组成，第二钳位电路一主要由第三二极管D3和第四二极管D4组成，其具体连接是：第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极和第一运算放大器U1:A的同相输入端(即7号管脚)连接，并作为电压比较器一的输入端连接第一电阻R1的另一端(即采样电路的一个输出端)，第一运算放大器U1:A的反相输入端(即6号管脚)分别与第一二极管的阴极D1、第二二极管D2的阳极、第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接地，第一运算放大器U1:A的输出端(即1号管脚)经由第三电阻R3连接+15V电源，第一运算放大器U1:A的3号管脚与所述第三电阻R3连接的+15V电源相连，12号管脚与-15V电源相连，且第一运算放大器U1:A的输出端(即1号管脚)还连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端作为所述电压比较器一的输出端并分别与第四二极管D4的阳极、第三二极管D3的阴极、单片机U4的输入端P1.0连接，第四二极管D4的阴极连接+5V电源，第三二极管D3的阳极接地。所述逻辑处理电路的第二条线路包括顺序连接的电压比较器二和第二钳位电路二，电压比较器二主要由第五二极管D5、第六二极管D6、第六至第八电阻R6-R8以及第二运算放大器U1:B组成，第二钳位电路二主要由第七二极管D7和第八二极管D8组成，其具体连接是：第六二极管的阳极D6、第五二极管D5的阴极和第二运算放大器U1:B的同相输入端连接，并作为电压比较器二的输入端连接第五电阻R5的另一端(即采样电路的另一个输出端)，第二运算放大器U1:B的反相输入端分别与第六二极管D6的阴极、第五二极管D5的阳极、第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端接地，第二运算放大器U1:B的输出端经由第七电阻R7连接+15V电源，第二运算放大器U1:B的3号管脚与所述第七电阻R7连接的+15V电源相连，12号管脚与-15V电源相连，且第二运算放大器U1:B的输出端还连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端作为所述电压比较器二的输出端并分别与第七二极管D7的阳极、第八二极管D8的阴极、单片机U4的输入端P1.1连接，第七二极管D7的阴极连接+5V电源，第八二极管D8的阳极接地。
所述输出指示电路包含两条结构相同的指示灯电路，每条指示灯电路由顺序连接单片机的一个输出端的一个电阻和一个发光二极管组成，所述电阻的一端与单片机的一个输出端相连，另一端分别与发光二极管的阳极连接，发光二极管的阴极接地。具体地，单片机的输出端P3.3与第九电阻R9的一端相连，第九电阻R9的另一端与发光二极管D9的阳极连接，发光二极管D9的阴极接地；单片机的输出端P3.4与第十电阻R10的一端连接，第十电阻R10的另一端别与发光二极管D10的阳极连接，发光二极管D10的阴极接地。
所述采样电路中，通过滑动变阻器的分压以及第一钳位电路的限制缩小电压信号，保证电路元器件的正常运行，通过电压跟随器减小前级电路对后级电路的影响，提高带载能力。
所述逻辑处理电路中，通过电压比较器将正弦信号转化为检测所需的方波信号，通过第二钳位电路保证方波信号的稳定。
基于以上检测电路，本发明还提供一种无刷直流电机三相绕组相序检测方法，配合图1至图3所示，
首先，确定无刷直流电机三相绕组的任意一相为A相，其余两相为B相、C相，在检测电路的1、2号输入端分别输入B相与A相之间的电压信号UBA以及C相与A相之间的电压信号UCA；
然后，通过采样电路中的滑动变阻器的分压以及第一钳位电路的限制缩小电压信号，保证电路元器件的正常运行，通过采样电路中的电压跟随器减小前级电路对后级电路的影响；
接着，通过逻辑电路中的电压比较器将UBA、UCA正弦信号分别转化为方波信号；
然后，两路方波信号输入单片机的输入端P1.0和P1.1，由于线电压UBA对应的方波信号处于下降沿时，线电压UCA对应的方波信号处于高电平，当UCA对应的方波信号处于下降沿时，UBA对应的方波信号处于低电平，因此当单片机P1.1输入端输入的方波信号处于下降沿时，单片机会自动调用其内部的中断子程序进行中断响应，若P1.0输入端为低电平，则P3.3输出端输出低电平，P3.4输出端输出高电平，发光二极管D10亮，此时，表示1号输入端输入的电压信号即为B相与A相之间的电压信号UBA，若P1.0输入端为高电平，则P3.3输出端输出高电平，P3.4输出端输出低电平，则发光二极管D9亮，表示1号输入端输入的电压信号为C相与A相之间的电压信号，由此可以检测出三相绕组相序。
综合上述，本发明一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路及检测方法，电源电压信号经过采样电路中滑动变阻器的分压、第一钳位电路及电压跟随器的保护后，进入逻辑处理电路，逻辑处理电路中电压比较器将两个正弦信号转化为两个方波信号，并输入到单片机，将其中一个信号作为中断响应触发信号，当中断响应触发信号出现下降沿时，此时输出信号由另一方波信号对应的电平决定，通过发光二极管的指示，即可得到无刷直流电机三相绕组对应的相序，与现有技术相比，更为简单，成本更低，并且可以防止相序有误时对三相交流电相序产品造成伤害。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种无刷直流电机三相绕组相序检测电路，其特征在于：包括顺序连接的采样电路、逻辑处理电路和输出指示电路，其中，采样电路包含有两条结构相同的线路，每一条线路均包括顺序连接的分压电路、第一钳位电路和电压跟随器，分压电路的输入端作为检测电路的信号输入端；所述逻辑处理电路包含有两条顺序连接的电压比较器和第二钳位电路，两个第二钳位电路的输出端分别连接单片机的两个输入端。
2.如权利要求1所述的无刷直流电机三相绕组相序检测电路，其特征在于：所述采样电路中任一条线路由一个滑动变阻器、两个电阻、两个二极管以及一个运算放大器组成，具体电路是：滑动变阻器的一端作为信号输入端，另一端接地，一个电阻的一端与滑动变阻器的滑片连接，另一端分别与一个二极管的阳极、另一个二极管的阴极、运算放大器的同相输入端连接，所述一个二极管的阴极连接+10V电源，而所述另一个二极管的阳极连接-10V电源，所述运算放大器的反相输入端与输出端短接，并共同连接至另一个电阻的一端，所述另一个电阻的另一端作为采样电路的输出端。
3.如权利要求1所述的无刷直流电机三相绕组相序检测电路，其特征在于：所述逻辑处理电路中，任一条电压比较器与第二钳位电路连接的电路由四个二极管、一个运算放大器以及三个电阻组成，具体电路是：第一个二极管的阳极、第二个二极管的阴极和运算放大器的同相输入端连接，并作为电压比较器的输入端，运算放大器的反相输入端分别与第一个二极管的阴极、第二个二极管的阳极、第一个电阻的一端相连，第一个电阻的另一端接地，运算放大器的输出端经由第二个电阻连接+15V电源，且运算放大器的输出端还连接第三个电阻的一端，第三个电阻的另一端分别与第四个二极管的阳极、第三个二极管的阴极、单片机的一个输入端连接，第四个二极管的阴极连接+5V电源，第三个二极管的阳极接地。
4.如权利要求1所述的无刷直流电机三相绕组相序检测电路，其特征在于：所述输出指示电路包含两条结构相同的指示灯电路，每条指示灯电路由顺序连接单片机的一个输出端的一个电阻和一个发光二极管组成，所述电阻的一端与单片机的一个输出端相连，另一端分别与发光二极管的阳极连接，发光二极管的阴极接地。
5.如权利要求1所述的无刷直流电机三相绕组相序检测电路，其特征在于：所述单片机为AT89C51单片机。
6.一种基于如权利要求1所述的无刷直流电机三相绕组相序检测电路的相序检测方法，其特征在于：
(1)确定无刷直流电机的三相电源任意一相为A相，在检测电路的两个信号输入端分别输入B相与A相之间的电压信号UBA以及C相与A相之间的电压信号UCA；
(2)电压信号UBA、UCA通过采样电路后送入到逻辑电路中并分别转化为相应的方波信号；
(3)两个方波信号相应的输入到单片机的两个输入端后，当单片机相应的输入端接收的对应所述检测电路的第二个信号输入端电压信号的方波信号处于下降沿时，单片机调用其内部的中断子程序进行中断响应，若此时单片机的另一个输入端为低电平，则单片机的两个输出端中的一个输出端输出低电平，另一个输出端输出高电平，与单片机输出高电平的输出端相连的发光二极管亮，表示所述检测电路的第一个信号输入端输入的电压信号为B相与A相之间的电压信号UBA；若此时所述单片机的另一个输入端为高电平，则单片机的两个输出端输出反相，另一个发光二极管亮，表示所述检测电路的第一个信号输入端输入的电压信号为C相与A相之间的电压信号UCA。
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