CN109449885B - 一种bldc调速控制电路 - Google Patents

一种bldc调速控制电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种BLDC调速控制电路，包括电源模块以及分别与所述电源模块连接的处理器、换相驱动模块、过零点检测模块和反馈控制模块，所述换相驱动模块的输入端与所述处理器连接，所述换相驱动模块的第一输出端可用于连接BLDC电机，所述换相驱动模块的第一输出端还通过所述过零点检测模块连接于所述处理器，所述换相驱动模块的第二输出端通过所述反馈控制模块连接于所述处理器，并用于检测和调控BLDC电机的电流大小，实现对BLDC电机实现过载保护。本发明的电路结构简单，通过增加反馈控制模块实现处理器、换相驱动模块和BLDC电机之间的闭环控制，从而实现对BLDC电机的过载保护。

Description

一种BLDC调速控制电路
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种BLDC调速控制电路。
背景技术
随着电动工具的日益发展，BLDC电机，即无刷直流电机，在很多领域都得到了广泛的应用，BLDC电机具有调速性能好，体积小，效率高等优点。但是现有的BLDC调速控制电路结构复杂，且不能对BLDC电机进行过载保护。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种BLDC调速控制电路，用于解决现有的BLDC调速控制电路结构复杂，且不能对BLDC电机进行过载保护的问题。
本发明的内容如下：
一种BLDC调速控制电路，包括电源模块以及分别与所述电源模块连接的处理器、换相驱动模块、过零点检测模块和反馈控制模块，所述换相驱动模块的输入端与所述处理器连接，所述换相驱动模块的第一输出端可用于连接BLDC电机，所述换相驱动模块用于接收所述处理器的PWM信号并根据PWM信号驱动BLDC电机换相和调速，所述换相驱动模块的第一输出端还通过所述过零点检测模块连接于所述处理器，所述过零点检测模块用于检测BLDC电机的反电动势信号，并将反电动势信号传递给所述处理器进行反电动势信号的过零点检测，所述换相驱动模块的第二输出端通过所述反馈控制模块连接于所述处理器，并用于检测和调控BLDC电机的电流大小，实现对BLDC电机实现过载保护。
优选的，所述处理器采包括核心单元、电源管理单元、PWM发生器单元、模拟前端单元、数据采集单元和接口单元，所述模拟前端单元包括高压门驱动单元、比较器单元和模拟前端控制单元，所述核心单元通过AHB/APB总线分别与所述PWM发生器单元、所述数据采集单元和所述接口单元连接，所述电源管理单元通过SOC总线分别连接于所述PWM发生器单元、高压门驱动器单元、比较器单元、模拟前端控制单元和数据采集单元，所述AHB/APB总线和所述SOC总线通过桥接器单元连接；
所述PWM发生器单元用于发生PWM控制信号；所述高压门驱动器单元用于接收和处理PWM控制信号，并用于驱动所述换相驱动模块，所述比较器单元用于接收和处理所述过零点检测模块的反电动势信号并与虚拟稳态中心点比较得出反电动势信号的过零点数据，并将过零点数据传递给所述核心单元；所述模拟前端控制单元用于接收所述换相驱动模块的反馈信号，实现对BLDC电机的过载保护。
优选的，所述换相驱动模块包括MOS管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8和Q9，MOS管Q4的源极、MOS管Q5的源极和MOS管Q7的源极分别对应连接于MOS管Q7的漏极、MOS管Q8的漏极和MOS管Q9的漏极，连接节点分别为节点a、节点b和节点c，MOS管Q4的栅极、MOS管Q5的栅极、MOS管Q6、MOS管Q7的栅极、MOS管Q8的栅极和MOS管Q9的栅极分别通过电阻R70、R77、R84、R72、R79和R86与所述处理器的高压门驱动器单元连接，MOS管Q4的栅极和源极之间连接有电阻R88，MOS管Q5的栅极和源极之间连接有电阻R89，MOS管Q6的栅极和源极之间连接有电阻R90，MOS管Q7的栅极和源极之间连接有电阻R91，MOS管Q8的栅极和源极之间连接有电阻R92，MOS管Q9的栅极和源极之间连接有电阻R93，MOS管Q4的漏极、MOS管Q5的漏极和MOS管Q6的漏极分别与电压端HV+连接，MOS管Q7的源极、MOS管Q8的源极和MOS管Q9的源极通过下拉电阻R94的分别与电压端HV-连接，MOS管Q7的源极、MOS管Q8的源极和MOS管Q9的源极与下列电阻R94的连接节点为节点d，节点a、节点b和节点c分别对应连接于所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端。
优选的，所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端还连接有电压参考电路，所述电压参考电路包括二极管D1、D4和D7，二极管D1的正极、二极管D4的正极和二极管D7的正极分别通过电阻R21连接于电压端VHD，电压端VHD通过并联在一起的电容C8和电容C11连接有电压端HV-，二极管D1的负极、二极管D4的负极和二极管D7的负极分别连接于所述处理器的高压门驱动器单元，还分别对应通过电容C48、电容C53和电容C59连接于所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端。
优选的，所述反馈控制模块包括电阻R29、电阻R30和电容C34，电阻R30的一端连接于节点d，还通过包括电容C34、C35和C38的并联电路与电压端HV+连接，电阻R30的另一端与所述处理器的模拟前端控制单元连接，还通过电容C34分别与所述处理器的模拟前端控制单元和电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与电压端HV-连接。
优选的，所述过零点检测模块包括分别连接在BLDC电机U、V、W相输入端的分压电路，BLDC电机U相输入端连接有电阻R2的一端，R2的另一端连接于所述处理器的比较器单元，R2的另一端还通过包括电阻R18和电容C2的并联电路连接于电压端HV-，BLDC电机V相输入端连接有电阻R3的一端，R3的另一端连接于所述处理器的比较器单元，R3的另一端还通过包括电阻R19和电容C3的并联电路连接于电压端HV-，BLDC电机U相输入端连接有电阻R4的一端，R4的另一端连接于所述处理器的比较器单元，R4的另一端还通过包括电阻R20和电容C4的并联电路连接于电压端HV-，所述处理器的比较器单元还通过电阻R1连接于电压端HV+，所述处理器的比较器单元还通过包括电阻R17和电容C1的并联电路连接于电压端HV-。
优选的，所述处理器的接口单元还连接有外部接口模块，所述外部接口模块包括PWM输入检测端P3、PWM输出检测端P5、串口端P4以及跳线端JP1、JP2和JP3，所述处理器的接口单元分别通过隔离元件连接于PWM输入检测端P3、PWM输出检测端P5和串口端P4。
本发明的有益效果为：本发明的电路结构简单，通过增加反馈控制模块实现处理器、换相驱动模块和BLDC电机之间的闭环控制，从而实现对BLDC电机的过载保护。
附图说明
图1所示为本发明最佳实施例的原理框图；
图2所示为本发明最佳实施例的处理器的原理框图；
图3所示为本发明最佳实施例的换相驱动模块电路原理图1；
图4所示为本发明最佳实施例的换相驱动模块电路原理图2；
图5所示为本发明最佳实施例的过零点检测模块的电路原理图；
图6所示为本发明最佳实施例的处理器接口单元外接电路原理图。
具体实施方式
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
请参照图1，本实施例公开的一种BLDC调速控制电路，包括电源模块1以及分别与所述电源模块1连接的处理器2、换相驱动模块3、过零点检测模块5和反馈控制模块4，所述换相驱动模块3的输入端与所述处理器2连接，所述换相驱动模块3的第一输出端可用于连接BLDC电机，所述换相驱动模块3用于接收所述处理器2的PWM信号并根据PWM信号驱动BLDC电机换相和调速，所述换相驱动模块3的第一输出端还通过所述过零点检测模块5连接于所述处理器2，所述过零点检测模块5用于检测BLDC电机的反电动势信号，并将反电动势信号传递给所述处理器2进行反电动势信号的过零点检测，所述换相驱动模块3的第二输出端通过所述反馈控制模块4连接于所述处理器2，并用于检测和调控BLDC电机的电流大小，实现对BLDC电机实现过载保护。
请参照图2，所述处理器2采包括核心单元2-1、电源管理单元2-2、PWM发生器单元2-3、模拟前端单元2-4、数据采集单元2-5和接口单元2-6，所述模拟前端单元2-4包括高压门驱动单元、比较器单元2-4-2和模拟前端控制单元2-4-3，所述核心单元2-1通过AHB/APB总线分别与所述PWM发生器单元2-3、所述数据采集单元2-5和所述接口单元2-6连接，所述电源管理单元2-2通过SOC总线分别连接于所述PWM发生器单元2-3、高压门驱动器单元2-4-1、比较器单元2-4-2、模拟前端控制单元2-4-3和数据采集单元2-5，所述AHB/APB总线和所述SOC总线通过桥接器单元2-7连接；
所述PWM发生器单元2-3用于发生PWM控制信号；所述高压门驱动器单元用于接收和处理PWM控制信号，并用于驱动所述换相驱动模块3，所述比较器单元2-4-2用于接收和处理所述过零点检测模块5的反电动势信号并与虚拟稳态中心点比较得出反电动势信号的过零点数据，并将该过零点数据传递给所述核心单元2-1；所述模拟前端控制单元用于接收所述换相驱动模块3的反馈信号，实现对BLDC电机的过载保护，本实施例的处理器2采用型号为PAC5250的微控制器，与现有的STM32系列单片机相比，可以减少处理器2的外围电路，简化处理器2与其它模块之间的电路结构，有利于降低功耗。
请参照图3和图4，所述换相驱动模块3包括MOS管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8和Q9，MOS管Q4的源极、MOS管Q5的源极和MOS管Q7的源极分别对应连接于MOS管Q7的漏极、MOS管Q8的漏极和MOS管Q9的漏极，连接节点分别为节点a、节点b和节点c，MOS管Q4的栅极、MOS管Q5的栅极、MOS管Q6、MOS管Q7的栅极、MOS管Q8的栅极和MOS管Q9的栅极分别通过电阻R70、R77、R84、R72、R79和R86与所述处理器2的高压门驱动器单元2-4-1连接，MOS管Q4的栅极和源极之间连接有电阻R88，MOS管Q5的栅极和源极之间连接有电阻R89，MOS管Q6的栅极和源极之间连接有电阻R90，MOS管Q7的栅极和源极之间连接有电阻R91，MOS管Q8的栅极和源极之间连接有电阻R92，MOS管Q9的栅极和源极之间连接有电阻R93，MOS管Q4的漏极、MOS管Q5的漏极和MOS管Q6的漏极分别与电压端HV+连接，MOS管Q7的源极、MOS管Q8的源极和MOS管Q9的源极通过下拉电阻R94的分别与电压端HV-连接，MOS管Q7的源极、MOS管Q8的源极和MOS管Q9的源极与下列电阻R94的连接节点为节点d，节点a、节点b和节点c分别对应连接于所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端。
请参照图3，所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端还连接有电压参考电路，所述电压参考电路包括二极管D1、D4和D7，二极管D1的正极、二极管D4的正极和二极管D7的正极分别通过电阻R21连接于电压端VHD，电压端VHD通过并联在一起的电容C8和电容C11连接有电压端HV-，二极管D1的负极、二极管D4的负极和二极管D7的负极分别连接于所述处理器2的高压门驱动器单元2-4-1，还分别对应通过电容C48、电容C53和电容C59连接于所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端，本实施例设置有电压参考电路，可以避免直接接地时界电磁场的干扰，提高电路的看干扰能力。
请参照图4，所述反馈控制模块包括电阻R29、电阻R30和电容C34，电阻R30的一端连接于节点d，还通过包括电容C34、C35和C38的并联电路与电压端HV+连接，电阻R30的另一端与所述处理器2的模拟前端控制单元2-4-3连接，还通过电容C34分别与所述处理器2的模拟前端控制单元2-4-3和电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与电压端HV-连接，处理器2通过端口P1与BLDC电机连接，实现处理器2、换相驱动模块3和BLDC电机之间的闭环控制，从而实现BLDC电机的过载保护。
请参照图5，所述过零点检测模块包括分别连接在BLDC电机U、V、W相输入端的分压电路，BLDC电机U相输入端连接有电阻R2的一端，R2的另一端连接于所述处理器2的比较器单元2-4-2，R2的另一端还通过包括电阻R18和电容C2的并联电路连接于电压端HV-，BLDC电机V相输入端连接有电阻R3的一端，R3的另一端连接于所述处理器2的比较器单元2-4-2，R3的另一端还通过包括电阻R19和电容C3的并联电路连接于电压端HV-，BLDC电机U相输入端连接有电阻R4的一端，R4的另一端连接于所述处理器2的比较器单元2-4-2，R4的另一端还通过包括电阻R20和电容C4的并联电路连接于电压端HV-，所述处理器2的比较器单元2-4-2还通过电阻R1连接于电压端HV+，所述处理器2的比较器单元2-4-2还通过包括电阻R17和电容C1的并联电路连接于电压端HV-，用于为处理器2的比较器单元2-4-2提供参考电压。
请参照图6，所述处理器2的接口单元2-6连接有外部接口模块6，可以便于对电路进行调试和检测，有利于对故障电路进行快速检修，外部接口模块6包括PWM输入检测端、PWM输出检测端、串口端和跳线端，所述处理器2的接口单元2-6分别通过隔离元件U4、U6和U5连接于PWM输入检测端、PWM输出检测端和串口端，本实施例采用的隔离元件U4、U6和U5均为双通道数字隔离器，有利于实现信号的隔离，提高电路的抗干扰能力。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (2)

1.一种BLDC调速控制电路，其特征在于：包括电源模块(1)以及分别与所述电源模块(1)连接的处理器(2)、换相驱动模块(3)、过零点检测模块(5)和反馈控制模块(4)，所述换相驱动模块(3)的输入端与所述处理器(2)连接，所述换相驱动模块(3)的第一输出端可用于连接BLDC电机，所述换相驱动模块(3)用于接收所述处理器(2)的PWM信号并根据PWM信号驱动BLDC电机换相和调速，所述换相驱动模块(3)的第一输出端还通过所述过零点检测模块(5)连接于所述处理器(2)，所述过零点检测模块(5)用于检测BLDC电机的反电动势信号，并将反电动势信号传递给所述处理器(2)进行反电动势信号的过零点检测，所述换相驱动模块(3)的第二输出端通过所述反馈控制模块(4)连接于所述处理器(2)，并用于检测和调控BLDC电机的电流大小，实现对BLDC电机实现过载保护；所述处理器(2)包括核心单元(2-1)、电源管理单元(2-2)、PWM发生器单元(2-3)、模拟前端单元(2-4)、数据采集单元(2-5)和接口单元(2-6)，所述模拟前端单元(2-4)包括高压门驱动单元、比较器单元(2-4-2)和模拟前端控制单元(2-4-3)，所述核心单元(2-1)通过AHB/APB总线分别与所述PWM发生器单元(2-3)、所述数据采集单元(2-5)和所述接口单元(2-6)连接，所述电源管理单元(2-2)通过SOC总线分别连接于所述PWM发生器单元(2-3)、高压门驱动器单元(2-4-1)、比较器单元(2-4-2)、模拟前端控制单元(2-4-3)和数据采集单元(2-5)，所述AHB/APB总线和所述SOC总线通过桥接器单元(2-7)连接；所述PWM发生器单元(2-3)用于发生PWM控制信号；所述高压门驱动器单元用于接收和处理PWM控制信号，并用于驱动所述换相驱动模块(3)，所述比较器单元(2-4-2)用于接收和处理所述过零点检测模块(5)的反电动势信号并与虚拟稳态中心点比较得出反电动势信号的过零点数据，并将过零点数据传递给所述核心单元(2-1)；所述模拟前端控制单元用于接收所述换相驱动模块(3)的反馈信号，实现对BLDC电机的过载保护；所述换相驱动模块(3)包括MOS管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8和Q9，MOS管Q4的源极、MOS管Q5的源极和MOS管Q7的源极分别对应连接于MOS管Q7的漏极、MOS管Q8的漏极和MOS管Q9的漏极，连接节点分别为节点a、节点b和节点c，MOS管Q4的栅极、MOS管Q5的栅极、MOS管Q6、MOS管Q7的栅极、MOS管Q8的栅极和MOS管Q9的栅极分别通过电阻R70、R77、R84、R72、R79和R86与所述处理器(2)的高压门驱动器单元(2-4-1)连接，MOS管Q4的栅极和源极之间连接有电阻R88，MOS管Q5的栅极和源极之间连接有电阻R89，MOS管Q6的栅极和源极之间连接有电阻R90，MOS管Q7的栅极和源极之间连接有电阻R91，MOS管Q8的栅极和源极之间连接有电阻R92，MOS管Q9的栅极和源极之间连接有电阻R93，MOS管Q4的漏极、MOS管Q5的漏极和MOS管Q6的漏极分别与电压端HV+连接，MOS管Q7的源极、MOS管Q8的源极和MOS管Q9的源极通过下拉电阻R94的分别与电压端HV-连接，MOS管Q7的源极、MOS管Q8的源极和MOS管Q9的源极与下列电阻R94的连接节点为节点d，节点a、节点b和节点c分别对应连接于所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端；所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端还连接有电压参考电路，所述电压参考电路包括二极管D1、D4和D7，二极管D1的正极、二极管D4的正极和二极管D7的正极分别通过电阻R21连接于电压端VHD，电压端VHD通过并联在一起的电容C8和电容C11连接有电压端HV-，二极管D1的负极、二极管D4的负极和二极管D7的负极分别连接于所述处理器(2)的高压门驱动器单元(2-4-1)，还分别对应通过电容C48、电容C53和电容C59连接于所述BLDC电机的U、V、W相线圈输入端；所述反馈控制模块包括电阻R29、电阻R30和电容C34，电阻R30的一端连接于节点d，还通过包括电容C34、C35和C38的并联电路与电压端HV+连接，电阻R30的另一端与所述处理器(2)的模拟前端控制单元(2-4-3)连接，还通过电容C34分别与所述处理器(2)的模拟前端控制单元(2-4-3)和电阻R29的一端连接，电阻R29的另一端与电压端HV-连接；所述过零点检测模块包括分别连接在BLDC电机U、V、W相输入端的分压电路，BLDC电机U相输入端连接有电阻R2的一端，R2的另一端连接于所述处理器(2)的比较器单元(2-4-2)，R2的另一端还通过包括电阻R18和电容C2的并联电路连接于电压端HV-，BLDC电机V相输入端连接有电阻R3的一端，R3的另一端连接于所述处理器(2)的比较器单元(2-4-2)，R3的另一端还通过包括电阻R19和电容C3的并联电路连接于电压端HV-，BLDC电机U相输入端连接有电阻R4的一端，R4的另一端连接于所述处理器(2)的比较器单元(2-4-2)，R4的另一端还通过包括电阻R20和电容C4的并联电路连接于电压端HV-，所述处理器(2)的比较器单元(2-4-2)还通过电阻R1连接于电压端HV+，所述处理器(2)的比较器单元(2-4-2)还通过包括电阻R17和电容C1的并联电路连接于电压端HV-。
2.如权利要求1所述的BLDC调速控制电路，其特征在于：所述处理器(2)的接口单元(2-6)还连接有外部接口模块(6)，所述外部接口模块(6)包括PWM输入检测端P3、PWM输出检测端P5、串口端P4以及跳线端JP1、JP2和JP3，所述处理器(2)的接口单元(2-6)分别通过隔离元件连接于PWM输入检测端P3、PWM输出检测端P5和串口端P4。
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