CN106533280A - 采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路。本发明中反电动势检测电路模块的输出接口与主控单片机控制电路模块的模数转换接口连接；功率驱动电路模块的电流输出接口与电流采样电路模块连接，直流无刷电机反电动势输出接口与反电动势检测电路模块连接，驱动信号输入接口与主控单片机控制电路模块的脉冲调制宽度PWM接口连接；电流采样电路模块的输出接口与主控单片机控制电路模块的模数转换接口以及数字接口连接。本发明采用电压反电动势过零点检测方法获取直流无刷电机的位置，同时利用电流采样、电池电压采样、温度采样等电路模块检测直流无刷电机的过载、低压、过热等现象，提高了直流无刷电机的可靠性和安全性。

Description

采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路

技术领域

本发明涉及直流无刷电机的控制技术领域，具体涉及一种采用无位置传感器的转子位置检测、过载检测、过热检测和低压检测的直流无刷电机控制电路。

背景技术

直流无刷电机是一种永磁式同步电机，由电动机和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是接收电动机的启动、停止、制动信号，以及安装在电动机上的位置传感器信号，用来控制电动机的启动、停止和制动；

直流无刷电机因为不仅具有直流有刷电机的特性，同时也是频率变化的装置，所以直流无刷电机的运转效率、低速转矩、转速精度等都比任何控制技术的变频器还要好。相对于传统的有刷电机、感应电机而言，直流无刷电机具有高转速/扭矩比、高动态特性、高效率、长寿命、低噪声、宽转速范围和制造容易等优良特性。这些优良的特性使得直流无刷电机可应用在对尺寸和重量敏感的场合，在机器人、汽车工业、航空航天、消费电子、医学电子、工业自动化、电动车等领域都有着非常广泛的应用。

直流无刷电机的高性能主要依赖于电动机转子位置检测信号的准确性。在实际生产过程中，往往很难得到电动机转子位置的准确信号。传统的电动机转子位置检测方法是在电动机的定子上安装位置传感器来检测转子相对于定子所处的位置。安装位置传感器不仅增加了电机工艺的复杂性，而且增加了电机成本和电机故障率。针对这一点，人们提出了无位置传感器的控制方式。目前， 无传感器直流无刷电机控制最成熟也最常用的方法是反电动势过零点检测方法，通过检测悬空相的反电动势过零点，获取到转子的位置。但是由于电机采用PWM调速，相电压波形中包含有大量的高次谐波，容易造成反电动势过零点检测方法对零点检测产生相位误差。同时，传统的反电动势过零点检测电路复杂，延时时间难以补偿，都容易导致反电动势过零点检测方法的识别。

发明内容

本发明的目的是为了克服直流无刷电机控制中的电压反电动势检测技术中的不足问题以及电机故障检测缺乏问题，提供了一种采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路，可准备地检测到反电动势的过零点，并且抗干扰性能好。同时，本发明也实现了电机的过载检测、过热检测和低压检测等安全保护功能，避免了在实际应用场合中直流无刷电机易出现的过热、过载、低压等故障。

本发明所采取的具体技术方案：本发明包括主控单片机控制电路模块、反电动势检测电路模块、功率驱动电路模块、电流采样电路模块、电池电压采样电路模块和温度采样电路模块。

所述的主控单片机控制电路模块为产品型号STM8S903单片机最小系统，其电源接口VCC为反电动势检测电路模块、温度采样电路模块提供电源，模数转换ADC0接口连接反电动势检测电路模块中第八滤波电容C8的一端，模数转换ADC1接口连接反电动势检测电路模块中第九滤波电容C9的一端，模数转换ADC2接口连接反电动势检测电路模块中第十滤波电容C10的一端，模数转换ADC3接口连接电流采样电路模块中第十一滤波电容C11的一端，模数转换ADC4接口连接电池电压采样电路模块中第二滤波电容C2的一端，模数转换ADC5接口连接温度采样电路模块中第二十七限流电阻R27的一端，数字I/O1接口连接电流采样电路模块中芯片U10的7脚，脉冲宽度调制PWM1接口连接功率驱动电路模块中芯片U1的2脚，脉冲宽度调制PWM2接口连接功率驱动电路模块中芯片U1的3脚，脉冲宽度调制PWM3接口连接功率驱动电路模块中芯片U2的2脚，脉冲宽度调制PWM4接口连接功率驱动电路模块中芯片U2的3脚，脉冲宽度调制PWM5接口连接功率驱动电路模块中芯片U3的2脚，脉冲宽度调制PWM6接口连接功率驱动电路模块中芯片U3的3脚，GND接口接地。

所述的反电动势检测电路模块包括第六限流电阻R6、第七限流电阻R7、第八限流电阻R8、第九限流电阻R9、第十限流电阻R10、第十一限流电阻R11、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10；第六限流电阻R6的一端连接功率驱动电路模块中芯片U8的5脚，第六限流电阻R6的另一端连接第九限流电阻R9的一端，第九限流电阻R9的另一端接地；第八滤波电容C8的一端连接第九限流电阻R9的一端，第八滤波电容C8的另一端接地；第七限流电阻R7的一端连接功率驱动电路模块中芯片U9的5脚，第七限流电阻R7的另一端连接第十限流电阻R10的一端，第十限流电阻R10的另一端接地；第九滤波电容C9的一端连接第十限流电阻R10的一端，第九滤波电容C9的另一端接地；第八限流电阻R8的一端连接功率驱动电路模块中芯片U7的5脚，第八限流电阻R8的另一端连接第十一限流电阻R11的一端，第十一限流电阻R11的另一端接地；第十滤波电容C10的一端连接第十一限流电阻R11的一端，第十滤波电容C10的另一端接地。

所述的功率驱动电路模块包括第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第二十滤波电容C20、第二十一滤波电容C21、第二十二滤波电容C22、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第二十八限流电阻R28、第二十九限流电阻R29、第三十限流电阻R30、第三十一限流电阻R31、第三十二限流电阻R32、第三十三限流电阻R33、第三十四限流电阻R34、第三十五限流电阻R35、第三十六限流电阻R36、第三十七限流电阻R37、第三十八限流电阻R38、第三十九限流电阻R39、第四十限流电阻R40、第四十一限流电阻R41、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3、第四稳压二极管D4、驱动芯片U1、驱动芯片U2、驱动芯片U3、功率芯片U4、功率芯片U5、功率芯片U6、功率芯片U7、功率芯片U8、功率芯片U9，功率芯片的电源接口VBAT为电池电压采样电路模块提供电源；驱动芯片U1的1脚连接第十八滤波电容C18的一端、第二稳压二极管D2的正极并接12V，第十八滤波电容C18的另一端接地，驱动芯片U1的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM1接口，驱动芯片U1的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM2接口，驱动芯片U1的4脚接地，驱动芯片U1的5脚连接第二稳压二极管D2的负极、第十九滤波电容C19的一端，驱动芯片U1的6脚连接第三十六限流电阻R36的一端，驱动芯片U1的7脚连接第十九滤波电容C19的另一端，驱动芯片U1的8脚连接第三十七限流电阻R37的一端；驱动芯片U2的1脚连接第二十滤波电容C20的一端、第三稳压二极管D3的正极并接12V，第二十滤波电容C20的另一端接地，驱动芯片U2的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM3接口，驱动芯片U2的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM4接口，驱动芯片U2的4脚接地，驱动芯片U2的5脚连接第三稳压二极管D3的负极并接第二十一滤波电容C21的一端，驱动芯片U2的6脚连接第三十二限流电阻R32的一端，驱动芯片U2的7脚连接第二十一滤波电容C21的另一端，驱动芯片U2的8脚连接第三十三限流电阻R33的一端；驱动芯片U3的1脚连接第二十二滤波电容C22的一端、第四稳压二极管D4的正极并接12V，第二十二滤波电容C22的另一端接地，驱动芯片U3的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM5接口，驱动芯片U3的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM6接口，驱动芯片U3的4脚接地，驱动芯片U3的5脚连接第四稳压二极管D4的负极并接第二十三滤波电容C23的一端，驱动芯片U3的6脚连接第二十八限流电阻R28的一端，驱动芯片U3的7脚连接第二十三滤波电容C23的另一端，驱动芯片U3的8脚连接第二十九限流电阻R29的一端；功率芯片U4的1脚连接第二十八限流电阻R28的另一端、第三十限流电阻R30的一端，功率芯片U4的2、3、4脚相连、第三十限流电阻R30的另一端，功率芯片U4的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U5的1脚连接第三十二限流电阻R32的另一端、第三十四限流电阻R34的一端，功率芯片U5的2、3、4脚相连、第三十四限流电阻R34的另一端，功率芯片U5的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U6的1脚连接第三十六限流电阻R36的另一端、第三十八限流电阻R38的一端，功率芯片U6的2、3、4脚相连、第三十八限流电阻R38的另一端，功率芯片U6的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U7的1脚连接第二十九限流电阻R29的另一端、第三十一限流电阻R31的一端，功率芯片U7的2、3、4脚相连、第三十一限流电阻R31的另一端，功率芯片U4的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U4的2脚；功率芯片U8的1脚连接第三十三限流电阻R33的另一端、第三十五限流电阻R35的一端，功率芯片U8的2、3、4脚相连、第三十五限流电阻R35的另一端，功率芯片U8的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U5的2脚；功率芯片U9的1脚连接第三十七限流电阻R37的另一端、第三十九限流电阻R39的一端，功率芯片U9的2、3、4脚相连、第三十九限流电阻R39的另一端，功率芯片U9的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U6的2脚；第四十限流电阻R40的一端连接功率芯片U7的2脚、功率芯片U8的2脚、功率芯片U9的2脚、第四十一限流电阻R41的一端，第四十限流电阻R40的另一端接地，第四十一限流电阻R41的另一端连接第二十四滤波电容C24的一端、电流采样电路模块中的运算放大电路U10的3脚，第二十四滤波电容C24的另一端接地；所述驱动芯片U1、U2、U3采用国际整流器公司的IRS2003，U4、U5、U6、U7、U8、U9采用国际整流器公司的IRFH7440。

所述的电流采样电路模块包括第十二限流电阻R12、第十三限流电阻R13、第十四限流电阻R14、第十五限流电阻R15、第十六限流电阻R16、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、第十四滤波电容C14，运算放大器U10；运算放大器U10的1脚连接第十二限流电阻R12的一端、第十四限流电阻R14的一端、第十二滤波电容C12的一端，第十二限流电阻R12的另一端连接第十一滤波电容C11的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC3接口，第十一滤波电容C11的另一端接地，运算放大器U10的2脚连接第十四限流电阻R14的另一端、第十三限流电阻R13的一端，第十三限流电阻R13的另一端接地，运算放大器U10的3脚连接功率驱动电路模块中的第二十四滤波电容C24的一端，运算放大器U10的4脚接地，运算放大器U10的5脚连接第十二滤波电容C12的另一端、第十三滤波电容C13的一端、第十五限流电阻R15的一端、第十六限流电阻R16的一端，第十三滤波电容C13的另一端接地，第十五限流电阻R15的另一端接5V，第十六限流电阻R16的另一端接地，运算放大器U10的6脚连接运算放大器U10的1脚，运算放大器U10的7脚连接主控单片机控制电路模块中的数字I/O1脚，运算放大器U10的8脚连接第十四滤波电容C14的一端并接5V，第十四滤波电容C14的另一端接地，所述运算放大器U10采用德州仪器的LM358。

所述的电池电压采样电路模块包括第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第二滤波电容C2；第一限流电阻R1的一端连接VBAT，第一限流电阻R1的另一端连接第二限流电阻R2的一端、第三限流电阻R3的一端，第二限流电阻R2的另一端接地，第三限流电阻R3的另一端连接第二滤波电容C2的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC4接口，第二滤波电容C2的另一端接地。

所述的温度采样电路模块包括第二十七限流电阻R27，热敏电阻NTC；热敏电阻NTC的一端连接5V，热敏电阻NTC的另一端连接第二十七限流电阻R27的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC5接口，第二十七限流电阻R27的另一端接地。

与背景技术相比，本发明有益效果在于：

（1）本发明设备采用无位置传感器的反电动势过零点检测方法来获取转子的位置，利用简易低通滤波电路对反电动势进行滤波，检测延时时间可控，并利用主控单片机控制电路进行反电动势过零点检测，提高了电路的可靠性。

（2）本发明设备利用直流无刷电机的电流采样、电池的电压采样、功率驱动电路的温度采样等，实现了直流电机的过载检测、过热检测和低压检测等多种安全保护措施，提高了在实际应用场合中的安全性。

（3）本发明设备运行能耗低、电路结构简单、安全性高、可靠性强，可长时间运行。设备的各部件均采用符合工业级标准的器件，在恶劣环境下具有较强的适应性，充分考虑了环境防潮、防腐及安全等因素。

附图说明

图1为本发明采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路结构示意图；

图2为图1中主控单片机控制电路模块示意图；

图3为图1中反电动势检测电路模块示意图；

图4为图1中功率驱动电路模块示意图；

图5为图1中电流采样电路模块示意图。

图6为图1中电池电压采样电路模块示意图。

图7为图1中温度采样电路模块示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括主控单片机控制电路模块1-1、反电动势检测电路模块1-2、功率驱动电路模块1-3、电流采样电路模块1-4、电池电压采样电路模块1-5、温度采样电路模块1-6。

如图2所示，主控单片机控制电路模块为产品型号STM8S903单片机最小系统,是专为直流无刷电机控制的通用单片机系统，其结构可分为电源供应模块、处理器模块、模数转换模块、脉冲宽度调制模块。主控单片机控制电路模块为用户提供了连接其他设备的扩展接口，如提供多个数字I/O接口、多个模数转换ADC接口和脉冲宽度调制PWM接口等。主控单片机控制电路模块提供丰富的扩展接口，在此仅对使用的接口做简要说明：电源接口VCC为可用于采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路的其他模块提供电源，模数转换ADC0接口连接反电动势检测电路模块中第八滤波电容C8的一端，模数转换ADC1接口连接反电动势检测电路模块中第九滤波电容C9的一端，模数转换ADC2接口连接反电动势检测电路模块中第十滤波电容C10的一端，模数转换ADC3接口连接电流采样电路模块中第十一滤波电容C11的一端，模数转换ADC4接口连接电池电压采样电路模块中第二滤波电容C2的一端，模数转换ADC5接口连接温度采样电路模块中第二十七限流电阻R27的一端，数字I/O1接口连接电流采样电路模块中芯片U10的7脚，脉冲宽度调制PWM1接口连接功率驱动电路模块中芯片U1的2脚，脉冲宽度调制PWM2接口连接功率驱动电路模块中芯片U1的3脚，脉冲宽度调制PWM3接口连接功率驱动电路模块中芯片U2的2脚，脉冲宽度调制PWM4接口连接功率驱动电路模块中芯片U2的3脚，脉冲宽度调制PWM5接口连接功率驱动电路模块中芯片U3的2脚，脉冲宽度调制PWM6接口连接功率驱动电路模块中芯片U3的3脚，GND接口接地。

如图3所示，所述的反电动势检测电路模块包括第六限流电阻R6、第七限流电阻R7、第八限流电阻R8、第九限流电阻R9、第十限流电阻R10、第十一限流电阻R11、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10；第六限流电阻R6的一端连接功率驱动电路模块中芯片U8的5脚，第六限流电阻R6的另一端连接第九限流电阻R9的一端，第九限流电阻R9的另一端接地；第八滤波电容C8的一端连接第九限流电阻R9的一端，第八滤波电容C8的另一端接地；第七限流电阻R7的一端连接功率驱动电路模块中芯片U9的5脚，第七限流电阻R7的另一端连接第十限流电阻R10的一端，第十限流电阻R10的另一端接地；第九滤波电容C9的一端连接第十限流电阻R10的一端，第九滤波电容C9的另一端接地；第八限流电阻R8的一端连接功率驱动电路模块中芯片U7的5脚，第八限流电阻R8的另一端连接第十一限流电阻R11的一端，第十一限流电阻R11的另一端接地；第十滤波电容C10的一端连接第十一限流电阻R11的一端，第十滤波电容C10的另一端接地。第六限流电阻R6和第九限流电阻R9构成分压电路，对来自功率驱动电路模块中的功率芯片U8的5脚信号进行分压生成分压信号，第八滤波电容C8用来为分压信号提供滤波；第七限流电阻R7和第十限流电阻R10构成分压电路，对来自功率驱动电路模块中的功率芯片U9的5脚信号进行分压生成分压信号，第九滤波电容C9用来为分压信号提供滤波；第八限流电阻R8和第十一限流电阻R11构成分压电路，对来自功率驱动电路模块中的功率芯片U7的5脚信号进行分压生成分压信号，第十滤波电容C10用来为分压信号提供滤波。

如图4所示，所述的功率驱动电路模块包括第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第二十滤波电容C20、第二十一滤波电容C21、第二十二滤波电容C22、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第二十八限流电阻R28、第二十九限流电阻R29、第三十限流电阻R30、第三十一限流电阻R31、第三十二限流电阻R32、第三十三限流电阻R33、第三十四限流电阻R34、第三十五限流电阻R35、第三十六限流电阻R36、第三十七限流电阻R37、第三十八限流电阻R38、第三十九限流电阻R39、第四十限流电阻R40、第四十一限流电阻R41、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3、第四稳压二极管D4、驱动芯片U1、驱动芯片U2、驱动芯片U3、功率芯片U4、功率芯片U5、功率芯片U6、功率芯片U7、功率芯片U8、功率芯片U9，其电源接口VBAT为电池电压采样电路模块提供电源；驱动芯片U1的1脚连接第十八滤波电容C18的一端、第二稳压二极管D2的正极并接12V，第十八滤波电容C18的另一端接地，驱动芯片U1的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM1接口，驱动芯片U1的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM2接口，驱动芯片U1的4脚接地，驱动芯片U1的5脚连接第二稳压二极管D2的负极、第十九滤波电容C19的一端，驱动芯片U1的6脚连接第三十六限流电阻R36的一端，驱动芯片U1的7脚连接第十九滤波电容C19的另一端，驱动芯片U1的8脚连接第三十七限流电阻R37的一端；驱动芯片U2的1脚连接第二十滤波电容C20的一端、第三稳压二极管D3的正极并接12V，第二十滤波电容C20的另一端接地，驱动芯片U2的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM3接口，驱动芯片U2的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM4接口，驱动芯片U2的4脚接地，驱动芯片U2的5脚连接第三稳压二极管D3的负极并接第二十一滤波电容C21的一端，驱动芯片U2的6脚连接第三十二限流电阻R32的一端，驱动芯片U2的7脚连接第二十一滤波电容C21的另一端，驱动芯片U2的8脚连接第三十三限流电阻R33的一端；驱动芯片U3的1脚连接第二十二滤波电容C22的一端、第四稳压二极管D4的正极并接12V，第二十二滤波电容C22的另一端接地，驱动芯片U3的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM5接口，驱动芯片U3的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM6接口，驱动芯片U3的4脚接地，驱动芯片U3的5脚连接第四稳压二极管D4的负极并接第二十三滤波电容C23的一端，驱动芯片U3的6脚连接第二十八限流电阻R28的一端，驱动芯片U3的7脚连接第二十三滤波电容C23的另一端，驱动芯片U3的8脚连接第二十九限流电阻R29的一端；功率芯片U4的1脚连接第二十八限流电阻R28的另一端、第三十限流电阻R30的一端，功率芯片U4的2、3、4脚相连、第三十限流电阻R30的另一端，功率芯片U4的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U5的1脚连接第三十二限流电阻R32的另一端、第三十四限流电阻R34的一端，功率芯片U5的2、3、4脚相连、第三十四限流电阻R34的另一端，功率芯片U5的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U6的1脚连接第三十六限流电阻R36的另一端、第三十八限流电阻R38的一端，功率芯片U6的2、3、4脚相连、第三十八限流电阻R38的另一端，功率芯片U6的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U7的1脚连接第二十九限流电阻R29的另一端、第三十一限流电阻R31的一端，功率芯片U7的2、3、4脚相连、第三十一限流电阻R31的另一端，功率芯片U4的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U4的2脚；功率芯片U8的1脚连接第三十三限流电阻R33的另一端、第三十五限流电阻R35的一端，功率芯片U8的2、3、4脚相连、第三十五限流电阻R35的另一端，功率芯片U8的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U5的2脚；功率芯片U9的1脚连接第三十七限流电阻R37的另一端、第三十九限流电阻R39的一端，功率芯片U9的2、3、4脚相连、第三十九限流电阻R39的另一端，功率芯片U9的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U6的2脚；第四十限流电阻R40的一端连接功率芯片U7的2脚、功率芯片U8的2脚、功率芯片U9的2脚、第四十一限流电阻R41的一端，第四十限流电阻R40的另一端接地，第四十一限流电阻R41的另一端连接第二十四滤波电容C24的一端、电流采样电路模块中的运算放大电路U10的3脚，第二十四滤波电容C24的另一端接地；所述驱动芯片U1、U2、U3采用国际整流器公司的IRS2003，U4、U5、U6、U7、U8、U9采用国际整流器公司的IRFH7440。其中，第十八滤波电容C18、第二十滤波电容C20、第二十二滤波电容C22为12V电源提供滤波，第十九滤波电容C19为驱动芯片U1的5脚和7脚提供滤波，第二十一滤波电容C21为驱动芯片U2的5脚和7脚提供滤波，第二十三滤波电容C23为驱动芯片U4的5脚和7脚提供滤波，第二稳压二极管D2为驱动芯片U1的5脚提供稳压，第三稳压二极管D3为驱动芯片U2的5脚提供稳压，第四稳压二极管D4为驱动芯片U3的5脚提供稳压，驱动芯片U1为功率芯片U6和U9提供驱动信号，驱动芯片U2为功率芯片U5和U8提供驱动信号，驱动芯片U3为功率芯片U4和U7提供驱动信号，功率芯片U7、U8、U9分别连接到直流无刷电机的三相上可使直流无刷电机运动，第四十限流电阻R40和第四十一限流电阻R41用来提供直流无刷电机的电流信号，第二十四滤波电容C24为直流无刷电机的电流信号提供滤波。

如图5所示，所述的电流采样电路模块包括第十二限流电阻R12、第十三限流电阻R13、第十四限流电阻R14、第十五限流电阻R15、第十六限流电阻R16、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、第十四滤波电容C14，运算放大器U10；运算放大器U10的1脚连接第十二限流电阻R12的一端、第十四限流电阻R14的一端、第十二滤波电容C12的一端，第十二限流电阻R12的另一端连接第十一滤波电容C11的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC3接口，第十一滤波电容C11的另一端接地，运算放大器U10的2脚连接第十四限流电阻R14的另一端、第十三限流电阻R13的一端，第十三限流电阻R13的另一端接地，运算放大器U10的3脚连接功率驱动电路模块中的第二十四滤波电容C24的一端，运算放大器U10的4脚接地，运算放大器U10的5脚连接第十二滤波电容C12的另一端、第十三滤波电容C13的一端、第十五限流电阻R15的一端、第十六限流电阻R16的一端，第十三滤波电容C13的另一端接地，第十五限流电阻R15的另一端接5V，第十六限流电阻R16的另一端接地，运算放大器U10的6脚连接运算放大器U10的1脚，运算放大器U10的7脚连接主控单片机控制电路模块中的数字I/O1脚，运算放大器U10的8脚连接第十四滤波电容C14的一端并接5V，第十四滤波电容C14的另一端接地，所述运算放大器U10采用德州仪器的LM358。其中第十四滤波电容C14为5V电源滤波，第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13提供滤波，第十三限流电阻R13和第十四限流电阻R14提供运算放大器U10的反馈放大功能，第十五限流电阻R15和第十六限流电阻R16提供运算放大器U10的比较门限电压。

如图6所示，所述的电池电压采样电路模块包括第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第二滤波电容C2；第一限流电阻R1的一端连接VBAT，第一限流电阻R1的另一端连接第二限流电阻R2的一端、第三限流电阻R3的一端，第二限流电阻R2的另一端接地，第三限流电阻R3的另一端连接第二滤波电容C2的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC4接口，第二滤波电容C2的另一端接地。第一限流电阻R1和第二限流电阻电阻R2提供电池分压功能，第三限流电阻R3和第二滤波电容C2提供低通滤波功能。

如图7所示，所述的温度采样电路模块包括第二十七限流电阻R27，热敏电阻NTC；热敏电阻NTC的一端连接5V，热敏电阻NTC的另一端连接第二十七限流电阻R27的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC5接口，第二十七限流电阻R27的另一端接地。热敏电阻NTC提供温度采样功能，热敏电阻NTC和第二十七限流电阻R27提供分压电路。

本发明的工作过程为：

本发明中主控单片机控制电路模块的VCC为反电动势检测电路模块、温度采样电路模块提供电源，电池电压采样电路模块的VBAT为功率驱动电路模块提供电源。

在一定的周期时间内，主控单片机控制电路模块通过模数转换ADC0、ADC1、ADC2接口对直流无刷电机的三相反电动势进行采样，确定当前直流无刷电机的转子位置。根据当前直流无刷电机的转子位置，主控单片机控制电路模块生成PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6等六个脉冲信号，传递给功率驱动模块的三个驱动芯片U1、U2、U3。功率驱动模块的驱动芯片U1生成功率芯片U6、U9的开关控制信号，来实现功率芯片U6、U9的开通和关断。功率驱动模块的驱动芯片U2生成功率芯片U5、U8的开关控制信号，来实现功率芯片U5、U8的开通和关断。功率驱动模块的驱动芯片U3生成功率芯片U4、U7的开关控制信号，来实现功率芯片U4、U7的开通和关断。功率芯片U4、U5、U6、U7、U8、U9的不同开通和关断动作周期，可以直接控制直流无刷电机的运动。

在相同的时间周期内，直流无刷电机的三相反电动势，通过反电动势检测电路模块进行滤波，并传输给主控单片机控制电路模块的模数转换ADC0、ADC1、ADC2接口，实现无位置传感器的直流无刷电机的转子位置检测；直流无刷电机的电流，通过电流采样电路模块进行信号放大生产电流采样信号，传输给主控单片机控制电路模块的ADC3接口进行采样，同时与预设门限电压进行比较产生过流保护信号，传输给主控单片机控制电路模块的数字I/O1进行直流无刷电机的过载保护检测；电池电压采样电路模块对电池电压进行分压并滤波，传输给主控单片机控制电路模块的模式转换ADC4接口，实现电池的低压保护功能；温度采样电路模块中的热敏电阻NTC对功率驱动电路模块中的功率芯片进行温度采样，避免功率芯片过热损坏，温度采样信号传输给主控单片机控制电路模块的模式转换ADC5接口，实现直流无刷电机的过热保护。

综上，本发明提供了一种采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路，针对常见的基于电机中点的电压反电动势检测，采用简易低通滤波电路对反电动势进行滤波，提高电路可靠性。针对实际应用场合中极易出现的过载过热等电机故障，本发明也实现了直流无刷电机的过载检测、过热检测和低压检测等安全保护功能。

Claims (1)

1.采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路，包括主控单片机控制电路模块、反电动势检测电路模块、功率驱动电路模块、电流采样电路模块、电池电压采样电路模块和温度采样电路模块，其特征在于：

所述的主控单片机控制电路模块为产品型号STM8S903单片机最小系统，其电源接口VCC为反电动势检测电路模块、温度采样电路模块提供电源，模数转换ADC0接口连接反电动势检测电路模块中第八滤波电容C8的一端，模数转换ADC1接口连接反电动势检测电路模块中第九滤波电容C9的一端，模数转换ADC2接口连接反电动势检测电路模块中第十滤波电容C10的一端，模数转换ADC3接口连接电流采样电路模块中第十一滤波电容C11的一端，模数转换ADC4接口连接电池电压采样电路模块中第二滤波电容C2的一端，模数转换ADC5接口连接温度采样电路模块中第二十七限流电阻R27的一端，数字I/O1接口连接电流采样电路模块中芯片U10的7脚，脉冲宽度调制PWM1接口连接功率驱动电路模块中芯片U1的2脚，脉冲宽度调制PWM2接口连接功率驱动电路模块中芯片U1的3脚，脉冲宽度调制PWM3接口连接功率驱动电路模块中芯片U2的2脚，脉冲宽度调制PWM4接口连接功率驱动电路模块中芯片U2的3脚，脉冲宽度调制PWM5接口连接功率驱动电路模块中芯片U3的2脚，脉冲宽度调制PWM6接口连接功率驱动电路模块中芯片U3的3脚，GND接口接地；

所述的反电动势检测电路模块包括第六限流电阻R6、第七限流电阻R7、第八限流电阻R8、第九限流电阻R9、第十限流电阻R10、第十一限流电阻R11、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10；第六限流电阻R6的一端连接功率驱动电路模块中芯片U8的5脚，第六限流电阻R6的另一端连接第九限流电阻R9的一端，第九限流电阻R9的另一端接地；第八滤波电容C8的一端连接第九限流电阻R9的一端，第八滤波电容C8的另一端接地；第七限流电阻R7的一端连接功率驱动电路模块中芯片U9的5脚，第七限流电阻R7的另一端连接第十限流电阻R10的一端，第十限流电阻R10的另一端接地；第九滤波电容C9的一端连接第十限流电阻R10的一端，第九滤波电容C9的另一端接地；第八限流电阻R8的一端连接功率驱动电路模块中芯片U7的5脚，第八限流电阻R8的另一端连接第十一限流电阻R11的一端，第十一限流电阻R11的另一端接地；第十滤波电容C10的一端连接第十一限流电阻R11的一端，第十滤波电容C10的另一端接地；

所述的功率驱动电路模块包括第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第二十滤波电容C20、第二十一滤波电容C21、第二十二滤波电容C22、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第二十八限流电阻R28、第二十九限流电阻R29、第三十限流电阻R30、第三十一限流电阻R31、第三十二限流电阻R32、第三十三限流电阻R33、第三十四限流电阻R34、第三十五限流电阻R35、第三十六限流电阻R36、第三十七限流电阻R37、第三十八限流电阻R38、第三十九限流电阻R39、第四十限流电阻R40、第四十一限流电阻R41、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3、第四稳压二极管D4、驱动芯片U1、驱动芯片U2、驱动芯片U3、功率芯片U4、功率芯片U5、功率芯片U6、功率芯片U7、功率芯片U8、功率芯片U9，其电源接口VBAT为电池电压采样电路模块提供电源；驱动芯片U1的1脚连接第十八滤波电容C18的一端、第二稳压二极管D2的正极并接12V，第十八滤波电容C18的另一端接地，驱动芯片U1的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM1接口，驱动芯片U1的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM2接口，驱动芯片U1的4脚接地，驱动芯片U1的5脚连接第二稳压二极管D2的负极、第十九滤波电容C19的一端，驱动芯片U1的6脚连接第三十六限流电阻R36的一端，驱动芯片U1的7脚连接第十九滤波电容C19的另一端，驱动芯片U1的8脚连接第三十七限流电阻R37的一端；驱动芯片U2的1脚连接第二十滤波电容C20的一端、第三稳压二极管D3的正极并接12V，第二十滤波电容C20的另一端接地，驱动芯片U2的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM3接口，驱动芯片U2的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM4接口，驱动芯片U2的4脚接地，驱动芯片U2的5脚连接第三稳压二极管D3的负极并接第二十一滤波电容C21的一端，驱动芯片U2的6脚连接第三十二限流电阻R32的一端，驱动芯片U2的7脚连接第二十一滤波电容C21的另一端，驱动芯片U2的8脚连接第三十三限流电阻R33的一端；驱动芯片U3的1脚连接第二十二滤波电容C22的一端、第四稳压二极管D4的正极并接12V，第二十二滤波电容C22的另一端接地，驱动芯片U3的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM5接口，驱动芯片U3的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM6接口，驱动芯片U3的4脚接地，驱动芯片U3的5脚连接第四稳压二极管D4的负极并接第二十三滤波电容C23的一端，驱动芯片U3的6脚连接第二十八限流电阻R28的一端，驱动芯片U3的7脚连接第二十三滤波电容C23的另一端，驱动芯片U3的8脚连接第二十九限流电阻R29的一端；功率芯片U4的1脚连接第二十八限流电阻R28的另一端、第三十限流电阻R30的一端，功率芯片U4的2、3、4脚相连、第三十限流电阻R30的另一端，功率芯片U4的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U5的1脚连接第三十二限流电阻R32的另一端、第三十四限流电阻R34的一端，功率芯片U5的2、3、4脚相连、第三十四限流电阻R34的另一端，功率芯片U5的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U6的1脚连接第三十六限流电阻R36的另一端、第三十八限流电阻R38的一端，功率芯片U6的2、3、4脚相连、第三十八限流电阻R38的另一端，功率芯片U6的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U7的1脚连接第二十九限流电阻R29的另一端、第三十一限流电阻R31的一端，功率芯片U7的2、3、4脚相连、第三十一限流电阻R31的另一端，功率芯片U4的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U4的2脚；功率芯片U8的1脚连接第三十三限流电阻R33的另一端、第三十五限流电阻R35的一端，功率芯片U8的2、3、4脚相连、第三十五限流电阻R35的另一端，功率芯片U8的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U5的2脚；功率芯片U9的1脚连接第三十七限流电阻R37的另一端、第三十九限流电阻R39的一端，功率芯片U9的2、3、4脚相连、第三十九限流电阻R39的另一端，功率芯片U9的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U6的2脚；第四十限流电阻R40的一端连接功率芯片U7的2脚、功率芯片U8的2脚、功率芯片U9的2脚、第四十一限流电阻R41的一端，第四十限流电阻R40的另一端接地，第四十一限流电阻R41的另一端连接第二十四滤波电容C24的一端、电流采样电路模块中的运算放大电路U10的3脚，第二十四滤波电容C24的另一端接地；所述驱动芯片U1、U2、U3采用国际整流器公司的IRS2003，U4、U5、U6、U7、U8、U9采用国际整流器公司的IRFH7440；

所述的电流采样电路模块包括第十二限流电阻R12、第十三限流电阻R13、第十四限流电阻R14、第十五限流电阻R15、第十六限流电阻R16、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、第十四滤波电容C14，运算放大器U10；运算放大器U10的1脚连接第十二限流电阻R12的一端、第十四限流电阻R14的一端、第十二滤波电容C12的一端，第十二限流电阻R12的另一端连接第十一滤波电容C11的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC3接口，第十一滤波电容C11的另一端接地，运算放大器U10的2脚连接第十四限流电阻R14的另一端、第十三限流电阻R13的一端，第十三限流电阻R13的另一端接地，运算放大器U10的3脚连接功率驱动电路模块中的第二十四滤波电容C24的一端，运算放大器U10的4脚接地，运算放大器U10的5脚连接第十二滤波电容C12的另一端、第十三滤波电容C13的一端、第十五限流电阻R15的一端、第十六限流电阻R16的一端，第十三滤波电容C13的另一端接地，第十五限流电阻R15的另一端接5V，第十六限流电阻R16的另一端接地，运算放大器U10的6脚连接运算放大器U10的1脚，运算放大器U10的7脚连接主控单片机控制电路模块中的数字I/O1脚，运算放大器U10的8脚连接第十四滤波电容C14的一端并接5V，第十四滤波电容C14的另一端接地，所述运算放大器U10采用德州仪器的LM358；

所述的电池电压采样电路模块包括第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第二滤波电容C2；第一限流电阻R1的一端连接VBAT，第一限流电阻R1的另一端连接第二限流电阻R2的一端、第三限流电阻R3的一端，第二限流电阻R2的另一端接地，第三限流电阻R3的另一端连接第二滤波电容C2的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC4接口，第二滤波电容C2的另一端接地；

所述的温度采样电路模块包括第二十七限流电阻R27，热敏电阻NTC；热敏电阻NTC的一端连接5V，热敏电阻NTC的另一端连接第二十七限流电阻R27的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC5接口，第二十七限流电阻R27的另一端接地；

在一定的周期时间内，主控单片机控制电路模块通过模数转换ADC0、ADC1、ADC2接口对直流无刷电机的三相反电动势进行采样，确定当前直流无刷电机的转子位置；根据当前直流无刷电机的转子位置，主控单片机控制电路模块生成PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6六个脉冲信号，传递给功率驱动模块的三个驱动芯片U1、U2、U3；功率驱动模块中的驱动芯片U1生成功率芯片U6、U9的开关控制信号，实现功率芯片U6、U9的开通和关断；功率驱动模块中的驱动芯片U2生成功率芯片U5、U8的开关控制信号，实现功率芯片U5、U8的开通和关断；功率驱动模块中的驱动芯片U3生成功率芯片U4、U7的开关控制信号，实现功率芯片U4、U7的开通和关断；功率芯片U4、U5、U6、U7、U8、U9的不同开通和关断动作周期，用于直接控制直流无刷电机的运动；

在相同的时间周期内，直流无刷电机的三相反电动势，通过反电动势检测电路模块进行滤波，并传输给主控单片机控制电路模块的模数转换ADC0、ADC1、ADC2接口，实现无位置传感器的直流无刷电机的转子位置检测；直流无刷电机的电流，通过电流采样电路模块进行信号放大生产电流采样信号，传输给主控单片机控制电路模块的ADC3接口进行采样，同时与预设门限电压进行比较产生过流保护信号，传输给主控单片机控制电路模块的数字I/O1进行直流无刷电机的过载保护检测；电池电压采样电路模块对电池电压进行分压并滤波，传输给主控单片机控制电路模块的模式转换ADC4接口，实现电池的低压保护功能；温度采样电路模块中的热敏电阻NTC对功率驱动电路模块中的功率芯片进行温度采样，避免功率芯片过热损坏，温度采样信号传输给主控单片机控制电路模块的模式转换ADC5接口，实现直流无刷电机的过热保护。