CN107612434A - 一种基于斩波技术的无刷直流电机调速电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于斩波技术的无刷直流电机调速电路，包括：输入滤波器、单相斩波电路、斩波滤波电路、单相整流电路、缓冲与泄放回路、三相逆变桥、DSP控制器、隔离信号调理电路和驱动电路；本发明采用DSP控制器作为主控芯片，无需复杂的软件算法，采用单相斩波电路对无刷直流电机电压进行调制，无需过大的电感，降低电机转矩脉动，启动过程中采用交流斩波和三相逆变桥两级电路进行降压，降低电机启动电流，提高电机启动可靠性，出现异常，可输出保护信号保护控制单路和电机。

Description

一种基于斩波技术的无刷直流电机调速电路

技术领域

本发明涉及控制电路技术领域，尤其涉及一种基于斩波技术的无刷直流电机调速电路。

背景技术

无刷直流电机具有结构简单、体积小、功率密度高、效率高等优点，在国防、航天、航空、汽车、家电等国民经济的各个领域得到广泛应用。随着永磁材料的出现以及电子元器件的快速发展，永磁无刷直流电机应用更加广泛，小体积、高可靠的无刷直流电机控制电路成为无刷直流电机发展的关键技术之一。

目前无刷直流电机调速控制电路主要分别两类方式，第一类是不控整流电路和三相逆变桥电路相组合的方式，采用直接调制三相逆变桥桥臂的方式进行电机控制，这种方式的优点是控制电路结构简单，控制方便，控制算法简单，缺点是由于直接调制三相逆变桥桥臂带来的电机转矩脉动增大，功率管发热严重，对于电枢电阻和电感都比较小的高速电机，启动可靠性降低；第二类是采用不控整流电路或者可控整流电路、直流斩波器电路和三相逆变桥电路相组合的方式，优点是启动电流小，降低了电机转矩脉动，三相逆变桥无需调制，降低了开关损耗，缺点是采用直流斩波器使得母线电流处于断续状态，降低电机功率因数，且对于大功率电机，直流斩波电路成本高、体积较大。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于斩波技术的无刷直流电机调速电路，用以解决无刷直流电机调速控制电路转矩脉动高、体积大、可靠性低的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

在基于本发明的一个实施例中，提供了一种基于斩波技术的无刷直流电机调速电路，包括：输入滤波器、单相斩波电路、斩波滤波电路、单相整流电路、缓冲与泄放回路、三相逆变桥、DSP控制器、隔离信号调理电路和驱动电路；其中单相交流电信号经输入滤波器滤波后连接到单相斩波电路的输入端，单相斩波电路输出电压信号经斩波滤波电路滤波后连接到单相整流电路的输入端，单相整流电路输出直流电压Ud连接到缓冲与泄放回路的输入端，缓冲与泄放回路输出直流电压Ud1连接到三相逆变桥的输入端，三相逆变桥输出交流电压连接至无刷直流电机，隔离信号调理采集三相逆变桥输出电压信号和电流信号，无刷直流电机输出位置信号输入DSP控制器的捕获接口，隔离信号调理电路输出电压和电流信号连接到DSP控制器的AD接口，DSP控制器PWM接口输出PWM信号和保护信号连接到驱动电路的输入端，驱动电路输出驱动信号S1、S2连接到单相斩波电路的控制端，驱动电路输出驱动信号S9连接到缓冲与泄放回路的控制端，驱动电路输出驱动信号S3-S8连接到三相逆变桥的控制端。

在基于本发明电路的另一个实施例中，输入滤波电路包括：电感L1、电容C1；单相交流电的一个输出端与电感L1一端连接，L1的另一端与电容C1的一端连接，连接点为输入滤波电路的第一输出端，C1的另一端与单相交流电的另一个输出端连接，连接点为输入滤波电路的第二输出端，输入滤波电路的第一输出端和第二输出端之间输出电压信号UU1。

在基于本发明电路的另一个实施例中，单相斩波电路包括：功率管VT1、VT2，VT1内部包括反并联二极管D1，功率管VT2内部包括反并联二极管D2；功率管VT1的漏极与C1的一端连接，功率管VT1的源极与功率管VT2的源极连接，功率管VT1的栅极作为控制端与驱动信号S1连接，功率管VT2的栅极作为控制端与驱动信号S2连接，功率管VT2的漏极为单相斩波电路的输出端。

在基于本发明电路的另一个实施例中，斩波滤波电路包括：电感L4、电容C2；L4的一端与功率管VT2的漏极连接，L4的另一端与电容C2的一端连接，连接点为斩波滤波电路第一输出端，C2的另一端与C1的另一端连接，连接点为斩波滤波电路第二输出端，斩波滤波电路的第一输出端和第二输出端之间输出电压信号UU3。

在基于本发明电路的另一个实施例中，单相整流电路包括：二极管D3、D4、D5、D6；其中，二极管D3的阳极与二极管D5的阴极连接，连接点与斩波滤波电路的第一输出端连接，二极管D4的阳极与二极管D6的阴极连接，连接点与斩波滤波电路的第二输出端连接，二极管D3的阴极与二极管D4的阴极连接，连接点为单相整流电路的第一输出端，二极管D5的阳极与二极管D6的阳极连接，连接点为单相整流电路的第二输出端，单相整流电路的第一输出端与第二输出端之间输出直流电压Ud。

在基于本发明电路的另一个实施例中，缓冲与泄放回路包括：功率管VT9、电阻R5、电容C7，功率管VT9内部包括反并联二极管D9；功率管VT9的漏极与C7的一端连接，连接点与单相整流电路的第一输出端连接，功率管VT9的源极与电阻R5的一端连接，R5的另一端与C7的另一端连接，连接点与单相整流电路的第二输出端连接，功率管VT9的栅极作为控制端与驱动信号S9连接。

在基于本发明电路的另一个实施例中，三相逆变桥包括：电阻R1、R2、R3、R4，功率管VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8，功率管VT3内部包括反并联二极管D3，功率管VT4内部包括反并联二极管D4，功率管VT5内部包括反并联二极管D5，功率管VT6内部包括反并联二极管D6，功率管VT7内部包括反并联二极管D7，功率管VT8内部包括反并联二极管D8；R1的一端与功率管VT9的漏极、电容C7的一端、功率管VT3的漏极、功率管VT4的漏极、功率管VT5的漏极连接，R1的另一端与R2连接，连接点输出电压信号Volt+，R2的另一端与R3的一端连接，连接点输出电压信号Volt-，R3的另一端分别与C7的另一端、R4的一端连接，三者的连接点输出电流信号Cur-，R4的另一端输出电流信号Cur+，R4的另一端分别与功率管VT6的源极、功率管VT7的源极、功率管VT8的源极连接，功率管VT3的栅极、功率管VT4的栅极、功率管VT5的栅极、功率管VT6的栅极、功率管VT7的栅极、功率管VT8的栅极作为控制端，分别与驱动信号S3-S8连接，功率管VT3的漏极与功率管VT6的源极连接，连接点输出交流电压UA、功率管VT4的漏极与功率管VT7的源极连接，连接点输出交流电压UB、功率管VT5的漏极与功率管VT8的源极连接，连接点输出交流电压UC，交流电压UA、UB、UC分别接入无刷直流电机电机绕组的A相、B相、C相。

在基于本发明电路的另一个实施例中，无刷直流电机输出位置信号HallA、HallB、HallC连接到所述DSP控制器的捕获接口，DSP控制器的AD接口与隔离信号调理电路的输出端连接，DSP控制器PWM接口输出驱动信号P1-P9和保护信号SD1、SD2连接到驱动电路的输入端。

在基于本发明电路的另一个实施例中，隔离信号调理电路包括：电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C3、C4、C5、C6、线性光耦U6、U7、运算放大器U8、U9，线性光耦U6与U7相同，运算放大器U8与U9相同，U8包括：U8A、U8B，U9包括：U9A、U9B；电压信号Volt+接入电阻R6的一端，电阻R6的另一端与电容C3的一端、运算放大器U8A的负输入端、线性光耦U6内部二极管LED2的阴极连接，电容C3的另一端与运算放大器U8A的输出端、电阻R7的一端连接，运算放大器U8的正电源与直流供电电源+VCC1连接，运算放大器U8的负电源与直流供电电源-VCC1连接，电压信号Volt-接入运算放大器U8A的正输入端，运算放大器U8A的正输入端与线性光耦U6内部二极管LED2的阳极连接，电阻R7的另一端与线性光耦U6内部二极管LED1的阴极连接，线性光耦U6内部二极管LED1的阳极与直流供电电源+VCC1连接，线性光耦U6内部二极管LED3的阴极与电阻R8的一端、电容C4的一端、运算放大器U9A的负输入端连接，电阻R8的另一端与电容C4的另一端、运算放大器U9A的输出端、DSP控制器的AD接口连接，运算放大器U9的正电源与直流供电电源+VCC2连接，运算放大器U9的负电源与直流供电电源-VCC2连接；电流信号Cur+接入电阻R9的一端，R9的另一端与电容C5的一端、运算放大器U8B的负输入端、线性光耦U7内部二极管LED2的阴极连接，电容C5的另一端与运算放大器U8B的输出端、电阻R10的一端连接，电流信号Cur-接入U8B的正输入端，U8B的正输入端与U7内部二极管LED2的阳极连接，电阻R10的另一端与线性光耦U7内部二极管LED1的阴极连接，线性光耦U7内部二极管LED1的阳极与直流供电电源+VCC2连接，线性光耦U7内部二极管LED3的阴极与电阻R11的一端、电容C6的一端、运算放大器U9B的负输入端连接，电阻R11的另一端与电容C6的另一端、运算放大器U9B的输出端、DSP控制器的AD接口连接。

在基于本发明电路的另一个实施例中，驱动电路包括：驱动芯片U1、U2、U3、U4、U5，驱动芯片U1～U5相同，DSP控制器的PWM接口输出驱动信号P1-P9和保护信号SD1、SD2，P1输入驱动芯片U1的输入端H，P2输入驱动芯片U1的输入端L，P3输入驱动芯片U2的输入端H，P4输入驱动芯片U3的输入端H，P5输入驱动芯片U4的输入端H，P6输入驱动芯片U2的输入端L，P7输入驱动芯片U3的输入端L，P8输入驱动芯片U4的输入端L，P9输入驱动芯片U5的输入端H，SD1输入驱动芯片U1的输入端SD，SD2分别输入驱动芯片U2的输入端SD、驱动芯片U3的输入端SD、驱动芯片U4的输入端SD、驱动芯片U5的输入端SD；驱动芯片U1的输出端G1、G2分别输出驱动信号S1、S2，驱动芯片U2的输出端G1、G2分别输出驱动信号S3和S6，驱动芯片U4的输出端G1、G2分别输出驱动信号S4和S7，驱动芯片U5的输出端G1输出驱动信号S9。

本发明有益效果如下：

本发明采用DSP控制器作为主控芯片，无需复杂的软件算法，采用单相斩波电路对无刷直流电机电压进行调制，无需过大的电感，降低电机转矩脉动，启动过程中采用交流斩波和三相逆变桥两级电路进行降压，降低电机启动电流，提高电机启动可靠性，出现异常，可输出保护信号保护控制电路和电机。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明一个实施例电路示意图；

图2为本发明另一个实施例的电路图；

图3为驱动电路示意图；

图4为隔离信号调理电路电路图。

其中，1：输入滤波电路；2：单相斩波电路；3：斩波滤波电路；4：单相整流电路；5：缓冲与泄放电路；6：三相逆变桥；7：DSP控制器；8：隔离信号调理电路；9：驱动电路。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本申请实施例提供了一种基于斩波技术的无刷直流电机调速电路，

如图1所示具体包括：输入滤波器、单相斩波电路、斩波滤波电路、单相整流电路、缓冲与泄放回路、三相逆变桥、DSP控制器、隔离信号调理电路和驱动电路；其中单相交流电信号UU接到输入滤波器的输入端，输入滤波器输出电压信号UU1连接到单相斩波电路的输入端，单相斩波电路输出电压信号UU2连接到斩波滤波电路的输入端，斩波滤波电路输出电压信号UU3连接到单相整流电路的输入端，单相整流电路输出直流电压Ud连接到缓冲与泄放回路的输入端，缓冲与泄放回路输出直流电压Ud1连接到三相逆变桥的输入端，三相逆变桥输出交流电压UA、UB、UC连接到无刷直流电机，三相逆变桥输出电压信号和电流信号连接到隔离信号调理电路的输入端，无刷直流电机输出位置信号HallA、HallB、HallC连接到DSP控制器的捕获接口，隔离信号调理电路的输出信号Volt1、Cur1连接到DSP控制器的AD接口，DSP控制器PWM接口输出PWM信号和保护信号连接到驱动电路的输入端，驱动电路输出驱动信号S1、S2连接到单相斩波电路的控制端，驱动电路输出驱动信号S9连接到缓冲与泄放回路的控制端，驱动电路输出驱动信号S3-S8连接到三相逆变桥的控制端。

在本发明的另一个实施例中，如图2所示：

输入滤波电路包括：电感L1、电容C1；单相交流电的一个输出端与电感L1一端连接，L1的另一端与电容C1的一端连接，连接点为输入滤波电路的第一输出端，C1的另一端与单相交流电的另一个输出端连接，连接点为输入滤波电路的第二输出端，输入滤波电路的第一输出端和第二输出端之间输出电压信号UU1。

单相斩波电路包括：功率管VT1、VT2，VT1内部包括反并联二极管D1，功率管VT2内部包括反并联二极管D2；功率管VT1的漏极与C1的一端连接，功率管VT1的源极与功率管VT2的源极连接，功率管VT1的栅极作为控制端与驱动信号S1连接，功率管VT2的栅极作为控制端与驱动信号S2连接，功率管VT2的漏极为单相斩波电路的输出端。

斩波滤波电路包括：电感L4、电容C2；L4的一端与功率管VT2的漏极连接，L4的另一端与电容C2的一端连接，连接点为斩波滤波电路第一输出端，C2的另一端与C1的另一端连接，连接点为斩波滤波电路第二输出端，斩波滤波电路的第一输出端和第二输出端之间输出电压信号UU3。

单相整流电路包括：二极管D3、D4、D5、D6；其中，二极管D3的阳极与二极管D5的阴极连接，连接点与斩波滤波电路的第一输出端连接，二极管D4的阳极与二极管D6的阴极连接，连接点与斩波滤波电路的第二输出端连接，二极管D3的阴极与二极管D4的阴极连接，连接点为单相整流电路的第一输出端，二极管D5的阳极与二极管D6的阳极连接，连接点为单相整流电路的第二输出端，单相整流电路的第一输出端与第二输出端之间输出直流电压Ud。

缓冲与泄放回路包括：功率管VT9、电阻R5、电容C7，功率管VT9内部包括反并联二极管D9；功率管VT9的漏极与C7的一端连接，连接点与单相整流电路的第一输出端连接，功率管VT9的源极与电阻R5的一端连接，R5的另一端与C7的另一端连接，连接点与单相整流电路的第二输出端连接，功率管VT9的栅极作为控制端与驱动信号S9连接。

三相逆变桥包括：电阻R1、R2、R3、R4，功率管VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8，功率管VT3内部包括反并联二极管D3，功率管VT4内部包括反并联二极管D4，功率管VT5内部包括反并联二极管D5，功率管VT6内部包括反并联二极管D6，功率管VT7内部包括反并联二极管D7，功率管VT8内部包括反并联二极管D8；R1的一端与功率管VT9的漏极、电容C7的一端、功率管VT3的漏极、功率管VT4的漏极、功率管VT5的漏极连接，R1的另一端与R2连接，连接点输出电压信号Volt+，R2的另一端与R3的一端连接，连接点输出电压信号Volt-，R3的另一端分别与C7的另一端、R4的一端连接，三者的连接点输出电流信号Cur-，R4的另一端输出电流信号Cur+，R4的另一端分别与功率管VT6的源极、功率管VT7的源极、功率管VT8的源极连接，功率管VT3的栅极、功率管VT4的栅极、功率管VT5的栅极、功率管VT6的栅极、功率管VT7的栅极、功率管VT8的栅极作为控制端，分别与驱动信号S3-S8连接，功率管VT3的漏极与功率管VT6的源极连接，连接点输出交流电压UA、功率管VT4的漏极与功率管VT7的源极连接，连接点输出交流电压UB、功率管VT5的漏极与功率管VT8的源极连接，连接点输出交流电压UC。交流电压UA、UB、UC分别接入无刷直流电机电机绕组的A相、B相、C相。

DSP控制器具体为现有技术中常用的DSP芯片，无刷直流电机输出位置信号HallA、HallB、HallC连接到DSP控制器的捕获接口，DSP控制器的AD接口与隔离信号调理电路的输出端连接，DSP控制器PWM接口输出驱动信号P1-P9和保护信号SD1、SD2连接到驱动电路的输入端。

隔离信号调理电路包括：电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C3、C4、C5、C6、线性光耦U6、U7、运算放大器U8、U9，线性光耦U6与U7相同，运算放大器U8与U9相同，U8包括：U8A、U8B，U9包括：U9A、U9B；电压信号Volt+接入电阻R6的一端，电阻R6的另一端与电容C3的一端、运算放大器U8A的负输入端、线性光耦U6内部二极管LED2的阴极连接，电容C3的另一端与运算放大器U8A的输出端、电阻R7的一端连接，运算放大器U8的正电源与直流供电电源+VCC1连接，运算放大器U8的负电源与直流供电电源-VCC1连接，电压信号Volt-接入运算放大器U8A的正输入端，运算放大器U8A的正输入端与线性光耦U6内部二极管LED2的阳极连接，电阻R7的另一端与线性光耦U6内部二极管LED1的阴极连接，线性光耦U6内部二极管LED1的阳极与直流供电电源+VCC1连接，线性光耦U6内部二极管LED3的阴极与电阻R8的一端、电容C4的一端、运算放大器U9A的负输入端连接，电阻R8的另一端与电容C4的另一端、运算放大器U9A的输出端、DSP控制器的AD接口连接，运算放大器U9的正电源与直流供电电源+VCC2连接，运算放大器U9的负电源与直流供电电源-VCC2连接；电流信号Cur+接入电阻R9的一端，R9的另一端与电容C5的一端、运算放大器U8B的负输入端、线性光耦U7内部二极管LED2的阴极连接，电容C5的另一端与运算放大器U8B的输出端、电阻R10的一端连接，电流信号Cur-接入U8B的正输入端，U8B的正输入端与U7内部二极管LED2的阳极连接，电阻R10的另一端与线性光耦U7内部二极管LED1的阴极连接，线性光耦U7内部二极管LED1的阳极与直流供电电源+VCC2连接，线性光耦U7内部二极管LED3的阴极与电阻R11的一端、电容C6的一端、运算放大器U9B的负输入端连接，电阻R11的另一端与电容C6的另一端、运算放大器U9B的输出端、DSP控制器的AD接口连接。

驱动电路包括：驱动芯片U1、U2、U3、U4、U5，驱动芯片U1～U5相同，DSP控制器的PWM接口输出驱动信号P1-P9和保护信号SD1、SD2，P1输入驱动芯片U1的输入端H，P2输入驱动芯片U1的输入端L，P3输入驱动芯片U2的输入端H，P4输入驱动芯片U3的输入端H，P5输入驱动芯片U4的输入端H，P6输入驱动芯片U2的输入端L，P7输入驱动芯片U3的输入端L，P8输入驱动芯片U4的输入端L，P9输入驱动芯片U5的输入端H，SD1输入驱动芯片U1的输入端SD，SD2分别输入驱动芯片U2的输入端SD、驱动芯片U3的输入端SD、驱动芯片U4的输入端SD、驱动芯片U5的输入端SD；驱动芯片U1的输出端G1、G2分别输出驱动信号S1、S2，驱动芯片U2的输出端G1、G2分别输出驱动信号S3和S6，驱动芯片U4的输出端G1、G2分别输出驱动信号S4和S7，驱动芯片U5的输出端G1输出驱动信号S9。

对于不同的无刷直流电机，电机的电枢电感和电枢电阻不同，当电机启动时，由于电机转速很低，电机反电势很小，如果加到电机上的电压不加限制，过大的电流可能会损坏电机和控制电路，尤其对于高速无刷直流电机，电机的电枢电感和电枢电阻非常小，更加需要对电机进行降压以减小电机启动电流。电机启动时，DSP控制器通过读取电机位置信号，利用固定时间内读取的电机位置信号获取电机的实际转速，当电机转速小于额定转速5％时，DSP控制器输出PWM信号P1、P2到驱动电路，输出驱动信号S1、S2到单相斩波电路降低单相斩波电路的输出电压UU2，从而降低高频滤波电路输出信号UU3，降低单相整流电路输出直流电压Ud、缓冲与泄放回路输出直流电压Ud1，从而降低三相逆变桥的输入直流电压，达到降低三相逆变桥的输出交流电压UA、UB、UC的目的，在单相斩波电路中，信号P1、P2的占空比均为10％，经过驱动电路之后，信号S1、S2的占空比均为10％，此时，当单相交流电处于正半轴时，在信号S1的驱动下，功率管VT2反并联二极管D2和功率管VT1导通，功率管VT2由于二极管D2的钳位作用处于关断状态，功率管VT1反并联二极管D1由于承受反压而关断，当单相交流电处于负半轴时，在信号S2的驱动下，功率管VT1反并联二极管D1和功率管VT2导通，功率管VT1由于二极管D1的钳位作用处于关断状态，功率管VT2反并联二极管D2由于承受反压而关断。同时，DSP控制器通过读取电机位置信号HallA、HallB、HallC的状态输出PWM信号P3-P8到驱动电路，输出驱动信号S3-S8到三相逆变桥，对三相逆变桥电压进行调制，进一步降低三相逆变桥的输出交流电压UA、UB、UC，从而降低电机的启动电流。如果电机正转，当HallA为高电平、HallB为低电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为A+和B-信号S3、S7占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S4、S5、S6、S8的占空比为0，功率管VT3、VT7开关调制，功率管VT4、VT5、VT6、VT8恒关断；当HallA为高电平、HallB为低电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为A+和C-，信号S3、S8占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S4、S5、S6、S7的占空比为0，功率管VT3、VT8开关调制，功率管VT4、VT5、VT6、VT7恒关断；当HallA为高电平、HallB为高电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为B+和C-，信号S4、S8占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S3、S5、S6、S7的占空比为0，功率管VT4、VT9开关调制，功率管VT3、VT5、VT6、VT7恒关断；当HallA为低电平、HallB为高电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为B+和A-，信号S4、S6占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S3、S5、S7、S8的占空比为0，功率管VT4、VT6开关调制，功率管VT3、VT5、VT7、VT8恒关断；当HallA为低电平、HallB为高电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为C+和A-，信号S5、S6占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S3、S4、S7、S8的占空比为0，功率管VT5、VT6开关调制，功率管VT3、VT4、VT7、VT8恒关断；当HallA为低电平、HallB为低电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为C+和B-，信号S5、S7占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S3、S4、S6、S8的占空比为0，功率管VT5、VT7开关调制，功率管VT3、VT4、VT6、VT8恒关断；如果电机反转，当HallA为低电平、HallB为高电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为A+和B-，信号S3、S7占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S4、S5、S6、S8的占空比为0，功率管VT3、VT7开关调制，功率管VT4、VT5、VT6、VT8恒关断；当HallA为低电平、HallB为高电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为A+和C-，信号S3、S8占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S4、S5、S6、S7的占空比为0，功率管VT3、VT8开关调制，功率管VT4、VT5、VT6、VT7恒关断；当HallA为低电平、HallB为低电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为B+和C-，信号S4、S8占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S3、S5、S6、S7的占空比为0，功率管VT4、VT8开关调制，功率管VT3、VT5、VT6、VT7恒关断；当HallA为高电平、HallB为低电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为B+和A-，信号S4、S6占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S3、S5、S7、S8的占空比为0，功率管VT4、VT6开关调制，功率管VT3、VT5、VT7、VT8恒关断；当HallA为高电平、HallB为低电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为C+和A-，信号S5、S6占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S3、S4、S7、S8的占空比为0，功率管VT5、VT6开关调制，功率管VT3、VT4、VT7、VT8恒关断；当HallA为高电平、HallB为高电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为C+和B-，信号S5、S7占空比等于电机实际转速除以5％额定转速，信号S3、S4、S6、S8的占空比为0，功率管VT5、VT7开关调制，功率管VT3、VT4、VT6、VT8恒关断。

当电机转速大于等于额定转速5％时，DSP控制器利用给定转速减掉根据位置信号计算获取的电机实际转速，将差值进行PID计算之后得到一个电流给定值i*，DSP控制器通过读取隔离信号调理电路的输出信号Cur1得到电机母线的电流iM，DSP控制器利用电流给定值i*减去电机母线的电流iM，将差值进行PID计算之后得到一个介于0～1之间的数值d，将d作为信号P1、P2的占空比输出到驱动电路，经过驱动电路之后，信号S1、S2的占空比为d，从而实时控制单相斩波电路的输出电压，从而达到实时控制电机转速的目的，当单相交流电处于正半轴时，在信号S1的驱动下，功率管VT2反并联二极管D2和功率管VT1导通，功率管VT2由于二极管D2的钳位作用处于关断状态，功率管VT1反并联二极管D1由于承受反压而关断，当单相交流电处于负半轴时，在信号S2的驱动下，功率管VT1反并联二极管D1和功率管VT2导通，功率管VT1由于二极管D1的钳位作用处于关断状态，功率管VT2反并联二极管D2由于承受反压而关断。

同时，DSP控制器通过读取电机位置信号HallA、HallB、HallC的状态输出PWM信号P3-P8到驱动电路，输出驱动信号S3-S8到三相逆变桥，与电机转速低于额定转速5％时相比，当电机转速大于等于额定转速5％时，在电机的调速过程中，单相斩波电路独自实现对电机电压的动态调制，三相逆变桥只实现换相而不进行调制，即三相逆变桥的导通相的占空比恒为1，如果电机正转，当HallA为高电平、HallB为低电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为A+和B-，信号S3、S7占空比为1，信号S4、S5、S6、S8的占空比为0，功率管VT3、VT7恒开通，功率管VT4、VT5、VT6、VT8恒关断；当HallA为高电平、HallB为低电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为A+和C-，信号S3、S8占空比为1，信号S4、S5、S6、S7的占空比为0，功率管VT3、VT8恒开通，功率管VT4、VT5、VT6、VT7恒关断；当HallA为高电平、HallB为高电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为B+和C-，信号S4、S8占空比为1，信号S3、S5、S6、S7的占空比为0，功率管VT4、VT8恒开通，功率管VT3、VT5、VT6、VT7恒关断；当HallA为低电平、HallB为高电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为B+和A-，信号S4、S6占空比为1，信号S3、S5、S7、S8的占空比为0，功率管VT4、VT6恒开通，功率管VT3、VT5、VT7、VT8恒关断；当HallA为低电平、HallB为高电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为C+和A-，信号S5、S6占空比为1，信号S3、S4、S7、S8的占空比为0，功率管VT5、VT6恒开通，功率管VT3、VT4、VT7、VT8恒关断；当HallA为低电平、HallB为低电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为C+和B-，信号S5、S7占空比为1，信号S3、S4、S6、S8的占空比为0，功率管VT5、VT7恒开通，功率管VT3、VT4、VT6、VT8恒关断；如果电机反转，当HallA为低电平、HallB为高电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为A+和B-，信号S3、S7占空比为1，信号S4、S5、S6、S8的占空比为0，功率管VT3、VT7恒开通，功率管VT4、VT5、VT6、VT8恒关断；当HallA为低电平、HallB为高电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为A+和C-，信号S3、S8占空比为1，信号S4、S5、S6、S7的占空比为0，功率管VT3、VT8恒开通，功率管VT4、VT5、VT6、VT7恒关断；当HallA为低电平、HallB为低电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为B+和C-，信号S4、S8占空比为1，信号S3、S5、S6、S7的占空比为0，功率管VT4、VT8恒开通，功率管VT3、VT5、VT6、VT7恒关断；当HallA为高电平、HallB为低电平、HallC为高电平时，此时电机对应的导通相为B+和A-，信号S5、S6占空比为1，信号S3、S4、S7、S8的占空比为0，功率管VT5、VT6恒开通，功率管VT3、VT4、VT7、VT8恒关断；当HallA为高电平、HallB为低电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为C+和A-，信号S5、S6占空比为1，信号S3、S4、S7、S8的占空比为0，功率管VT5、VT6恒开通，功率管VT3、VT4、VT7、VT8恒关断；当HallA为高电平、HallB为高电平、HallC为低电平时，此时电机对应的导通相为C+和B-，信号S5、S7占空比为1，信号S3、S4、S6、S8的占空比为0，功率管VT5、VT7恒开通，功率管VT3、VT4、VT6、VT8恒关断。

当电机在运行过程中，DSP控制器将实时读取隔离信号调理电路的输出信号Volt1和Cur1，如果出现Volt1值超过限定值，证明三相逆变桥直流母线电压出现过压，DSP控制器将会输出信号P9到驱动电路，产生驱动信号S9输入到缓冲与泄放回路，对母线电压进行调节；如果电机出现过流时，采集电路的输出信号Cur1值将会超过限定值，DSP控制器将输出保护信号SD1、SD2，关断单相斩波电路、缓冲与泄放回路、三相逆变桥，保护控制电路和电机不受损坏。

本发明有益效果如下：

本发明采用DSP控制器作为主控芯片，无需复杂的软件算法，采用单相斩波电路对无刷直流电机电压进行调制，无需过大的电感，降低电机转矩脉动，启动过程中采用交流斩波和三相逆变桥两级电路进行降压，降低电机启动电流，提高电机启动可靠性，出现异常，可输出保护信号保护控制电路和电机。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于斩波技术的无刷直流电机调速电路，其特征在于，包括：输入滤波器、单相斩波电路、斩波滤波电路、单相整流电路、缓冲与泄放回路、三相逆变桥、DSP控制器、隔离信号调理电路和驱动电路；其中单相交流电信号经输入滤波器滤波后连接到单相斩波电路的输入端，单相斩波电路输出电压信号经斩波滤波电路滤波后连接到单相整流电路的输入端，单相整流电路输出直流电压Ud连接到缓冲与泄放回路的输入端，缓冲与泄放回路输出直流电压Ud1连接到三相逆变桥的输入端，三相逆变桥输出交流电压连接至无刷直流电机，隔离信号调理采集三相逆变桥输出电压信号和电流信号，无刷直流电机输出位置信号输入DSP控制器的捕获接口，隔离信号调理电路输出电压和电流信号连接到DSP控制器的AD接口，DSP控制器PWM接口输出PWM信号和保护信号连接到驱动电路的输入端，驱动电路输出驱动信号S1、S2连接到单相斩波电路的控制端，驱动电路输出驱动信号S9连接到缓冲与泄放回路的控制端，驱动电路输出驱动信号S3-S8连接到三相逆变桥的控制端。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入滤波电路包括：电感L1、电容C1；单相交流电的一个输出端与电感L1一端连接，L1的另一端与电容C1的一端连接，连接点为输入滤波电路的第一输出端，C1的另一端与单相交流电的另一个输出端连接，连接点为输入滤波电路的第二输出端，输入滤波电路的第一输出端和第二输出端之间输出电压信号UU1。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述单相斩波电路包括：功率管VT1、VT2，VT1内部包括反并联二极管D1，功率管VT2内部包括反并联二极管D2；功率管VT1的漏极与C1的一端连接，功率管VT1的源极与功率管VT2的源极连接，功率管VT1的栅极作为控制端与驱动信号S1连接，功率管VT2的栅极作为控制端与驱动信号S2连接，功率管VT2的漏极为单相斩波电路的输出端。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述斩波滤波电路包括：电感L4、电容C2；L4的一端与功率管VT2的漏极连接，L4的另一端与电容C2的一端连接，连接点为斩波滤波电路第一输出端，C2的另一端与C1的另一端连接，连接点为斩波滤波电路第二输出端，斩波滤波电路的第一输出端和第二输出端之间输出电压信号UU3。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述单相整流电路包括：二极管D3、D4、D5、D6；其中，二极管D3的阳极与二极管D5的阴极连接，连接点与斩波滤波电路的第一输出端连接，二极管D4的阳极与二极管D6的阴极连接，连接点与斩波滤波电路的第二输出端连接，二极管D3的阴极与二极管D4的阴极连接，连接点为单相整流电路的第一输出端，二极管D5的阳极与二极管D6的阳极连接，连接点为单相整流电路的第二输出端，单相整流电路的第一输出端与第二输出端之间输出直流电压Ud。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述缓冲与泄放回路包括：功率管VT9、电阻R5、电容C7，功率管VT9内部包括反并联二极管D9；功率管VT9的漏极与C7的一端连接，连接点与单相整流电路的第一输出端连接，功率管VT9的源极与电阻R5的一端连接，R5的另一端与C7的另一端连接，连接点与单相整流电路的第二输出端连接，功率管VT9的栅极作为控制端与驱动信号S9连接。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述三相逆变桥包括：电阻R1、R2、R3、R4，功率管VT3、VT4、VT5、VT6、VT7、VT8，功率管VT3内部包括反并联二极管D3，功率管VT4内部包括反并联二极管D4，功率管VT5内部包括反并联二极管D5，功率管VT6内部包括反并联二极管D6，功率管VT7内部包括反并联二极管D7，功率管VT8内部包括反并联二极管D8；R1的一端与功率管VT9的漏极、电容C7的一端、功率管VT3的漏极、功率管VT4的漏极、功率管VT5的漏极连接，R1的另一端与R2连接，连接点输出电压信号Volt+，R2的另一端与R3的一端连接，连接点输出电压信号Volt-，R3的另一端分别与C7的另一端、R4的一端连接，三者的连接点输出电流信号Cur-，R4的另一端输出电流信号Cur+，R4的另一端分别与功率管VT6的源极、功率管VT7的源极、功率管VT8的源极连接，功率管VT3的栅极、功率管VT4的栅极、功率管VT5的栅极、功率管VT6的栅极、功率管VT7的栅极、功率管VT8的栅极作为控制端，分别与驱动信号S3-S8连接，功率管VT3的漏极与功率管VT6的源极连接，连接点输出交流电压UA、功率管VT4的漏极与功率管VT7的源极连接，连接点输出交流电压UB、功率管VT5的漏极与功率管VT8的源极连接，连接点输出交流电压UC，交流电压UA、UB、UC分别接入无刷直流电机电机绕组的A相、B相、C相。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述无刷直流电机输出位置信号HallA、HallB、HallC连接到所述DSP控制器的捕获接口，DSP控制器的AD接口与隔离信号调理电路的输出端连接，DSP控制器PWM接口输出驱动信号P1-P9和保护信号SD1、SD2连接到驱动电路的输入端。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，所述隔离信号调理电路包括：电阻R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C3、C4、C5、C6、线性光耦U6、U7、运算放大器U8、U9，线性光耦U6与U7相同，运算放大器U8与U9相同，U8包括：U8A、U8B，U9包括：U9A、U9B；电压信号Volt+接入电阻R6的一端，电阻R6的另一端与电容C3的一端、运算放大器U8A的负输入端、线性光耦U6内部二极管LED2的阴极连接，电容C3的另一端与运算放大器U8A的输出端、电阻R7的一端连接，运算放大器U8的正电源与直流供电电源+VCC1连接，运算放大器U8的负电源与直流供电电源-VCC1连接，电压信号Volt-接入运算放大器U8A的正输入端，运算放大器U8A的正输入端与线性光耦U6内部二极管LED2的阳极连接，电阻R7的另一端与线性光耦U6内部二极管LED1的阴极连接，线性光耦U6内部二极管LED1的阳极与直流供电电源+VCC1连接，线性光耦U6内部二极管LED3的阴极与电阻R8的一端、电容C4的一端、运算放大器U9A的负输入端连接，电阻R8的另一端与电容C4的另一端、运算放大器U9A的输出端、DSP控制器的AD接口连接，运算放大器U9的正电源与直流供电电源+VCC2连接，运算放大器U9的负电源与直流供电电源-VCC2连接；电流信号Cur+接入电阻R9的一端，R9的另一端与电容C5的一端、运算放大器U8B的负输入端、线性光耦U7内部二极管LED2的阴极连接，电容C5的另一端与运算放大器U8B的输出端、电阻R10的一端连接，电流信号Cur-接入U8B的正输入端，U8B的正输入端与U7内部二极管LED2的阳极连接，电阻R10的另一端与线性光耦U7内部二极管LED1的阴极连接，线性光耦U7内部二极管LED1的阳极与直流供电电源+VCC2连接，线性光耦U7内部二极管LED3的阴极与电阻R11的一端、电容C6的一端、运算放大器U9B的负输入端连接，电阻R11的另一端与电容C6的另一端、运算放大器U9B的输出端、DSP控制器的AD接口连接。

10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，所述驱动电路包括：驱动芯片U1、U2、U3、U4、U5，驱动芯片U1～U5相同，DSP控制器的PWM接口输出驱动信号P1-P9和保护信号SD1、SD2，P1输入驱动芯片U1的输入端H，P2输入驱动芯片U1的输入端L，P3输入驱动芯片U2的输入端H，P4输入驱动芯片U3的输入端H，P5输入驱动芯片U4的输入端H，P6输入驱动芯片U2的输入端L，P7输入驱动芯片U3的输入端L，P8输入驱动芯片U4的输入端L，P9输入驱动芯片U5的输入端H，SD1输入驱动芯片U1的输入端SD，SD2分别输入驱动芯片U2的输入端SD、驱动芯片U3的输入端SD、驱动芯片U4的输入端SD、驱动芯片U5的输入端SD；驱动芯片U1的输出端G1、G2分别输出驱动信号S1、S2，驱动芯片U2的输出端G1、G2分别输出驱动信号S3和S6，驱动芯片U4的输出端G1、G2分别输出驱动信号S4和S7，驱动芯片U5的输出端G1输出驱动信号S9。