CN113640664B - 直流电压输入的bldc电机软启动测试系统 - Google Patents

直流电压输入的bldc电机软启动测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统，包括逻辑控制电路MCU、VM软启动电路、VM尖峰吸收电路、VCC软启动与尖峰吸收电路、VSP电路和BLDC电机；所述逻辑控制电路MCU分别与VM软启动电路、VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路相连；所述BLDC电机分别与FG和GND相连。本发明通过设置MCU、VM软启动电路、VM尖峰吸收电路、VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路分别与BLDC电机相连，VM软启动电路和VCC软启动电路分别实现VM和VCC电压的平滑启闭，避免继电器产生尖峰电压，通过VM尖峰吸收电路能有效抑制母线电容通电产生的浪涌冲突电压的幅值，VCC电压经VCC尖峰吸收电路提供平稳电压。本发明具有不损伤VCC和BLDC电机的特点。

Description

直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统
技术领域
本发明涉及BLDC电机启动系统，特别是直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统。
背景技术
对于直流电压输入母线(VM)310V和逻辑电路(VCC)15VDC供电的BLDC电机产品，测试时通常采用继电器控制直流母线电压和VCC电压的开关，并且上电和掉电不做时序控制，继电器在开关瞬间时会产生拉弧现象，继电器关断时，继电器的绕组会产生放电现象，从而导致VCC供电线路上出现大的尖峰电压，因此引起电机测试时会出现VCC被损的风险。测试时，上电和掉电时不做时序控制，在恶劣的电网环境下，出现大的干扰信号时，将会导致BLDC电机出现损坏的风险。
因此，现有的BLDC电机测试存在VCC和BLDC电机易受损的问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统。本发明具有不损伤VCC和BLDC电机的特点。
本发明的技术方案：直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统，包括逻辑控制电路MCU、VM软启动电路、VM尖峰吸收电路、VCC软启动与尖峰吸收电路、VSP电路和BLDC电机；所述逻辑控制电路MCU分别与VM软启动电路、VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路相连；所述VM软启动电路通过VM尖峰吸收电路与BLDC电机相连；所述VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路均与BLDC电机相连；所述BLDC电机分别与FG和GND相连。
前述的直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统中，所述VM软启动电路包括U1固态继电器和Q1三极管；所述U1固态继电器的1号端与VM-OUT端相连、2号端与VM-IN端相连，3号端与10V电压相连，4号端与Q1三极管的C极相连；所述Q1三极管为NPN型三极管，其B极通过R2电阻与SSR端相连，E极与SGND相连。
前述的直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统中，所述VM-IN端和VM-OUT端之间并联有D3二极管；所述3号端与10V电压之间依次串联有R1电阻和D1二极管，R1电阻两端并联有C1电容；所述Q1三极管的B极和E极并联有R4电阻；所述3号端和4号端之间依次并联有R3电阻、C2电容和D2二极管。
前述的直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统中，所述VM尖峰吸收电路为由TH1负温度系数热敏电阻、TH2负温度系数热敏电阻、E1电解电容和E2电解电容组成的二级滤波电路；所述VM尖峰吸收电路包括M电机；所述M电机一端依次串联TH2负温度系数热敏电阻和TH1负温度系数热敏电阻并与VM-OUT端相连，M电机另一端与PGND端相连；所述E2电解电容正极设于M电机与TH2负温度系数热敏电阻之间，负极设于M电机与PGND端之间；所述E1电解电容正极设于TH1负温度系数热敏电阻与TH2负温度系数热敏电阻之间，负极设于M电机与PGND端之间；所述M电机为BLDC电机。
前述的直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统中，所述VCC软启动与尖峰吸收电路包括相互连接的VCC软启动电路和VCC尖峰吸收电路；
所述VCC软启动电路包括Q2三极管、Q3三极管和U2光耦；所述U2光耦的1号端通过R5电阻与3.3V电压相连，2号端通过Q3三极管与SGND相连，3号端连接PGND端，4号端通过R7电阻与Q2三极管相连；所述Q2三极管B端与R7电阻相连、E端与VDD端相连、C极与VCC尖峰吸收电路相连；所述Q2三极管E极与B极并联有R6电阻；所述Q3三极管的B极通过R8电阻与VC端相连，其E极与SGND之间并联有R9电阻，其C极与U2光耦的2号端相连。
前述的直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统中，所述VCC尖峰吸收电路包括D4二极管、E3电解电容和C3电容；所述VCC端通过D4二极管与PGND端相连；所述D4二极管两端依次并联E3电解电容和C3电容；所述Q2的C极连接于E3电解电容与C3电容之间。
前述的直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统中，所述VSP电路包括U3光耦、Q4三极管和Q5三极管；所述U3光耦的1号端与3.3V电压相连，其2号端依次串联R17电阻和Q5三极管并与SGND相连，其3号端与PGND端相连，其4号端依次串联R12电阻和R10电阻并与VDD端相连；所述Q4三极管的C极依次串联R11电阻、R13电阻、R14电阻、R15电阻并与PGND端相连；所述Q4三极管的E极与VDD端相连，其B极连接于R10电阻与R12电阻之间；所述R15电阻并联有C5电容、C4电容和R16电阻，所述C5电容两端分别设于R15两端，所述C4电容两端分别设于R14电阻与R13电阻之间和C5电容与PGND端之间，所述R16电阻两端分别位于R11电阻与R13电阻之间和C4电容与PGND端之间；所述Q5三极管的B极通过R18电阻与PWM端相连，其C极与R17电阻相连，其E极与SGND相连；所述Q5三极管的B极与R18电阻之间串联有与SGND相连的R19电阻。
与现有技术相比，本发明通过设置逻辑控制电路MCU、VM软启动电路、VM尖峰吸收电路、VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路分别与BLDC电机相连，VM软启动电路和VCC软启动电路分别实现VM和VCC电压的平滑启闭，避免继电器产生尖峰电压，通过VM尖峰吸收电路能有效抑制母线(VM直流母线)大电解电容在初始状态下通电产生的浪涌冲突电压的副值，VCC电压通过VCC尖峰吸收电路给BLDC电机提供平稳的15V电压；
VM软启动电路：采用固态继电器替代常规的电磁继电器的控制方式，实现VM电压软启动控制。电磁继电器的线圈在关断时，会产时较大的尖峰电压，对驱动器会造成损坏的风险；固态继电器采用的是电子开关，通过光电二极管控制输出端的通断，无线圈，有效避免尖峰电压的产生，同时，避免尖峰电压对被测电机驱动器的冲击；
VM尖峰吸收电路：采用由负温度系数的热敏电阻和电解电容组成的二级滤波电路；由于母线大电解电容初始上电时容抗很小，在启动瞬间会产生很大的浪涌冲击电流，经过线路阻抗形成很大浪涌冲击电压，会造成驱动器损坏的风险；二级滤波电路中的NTC，可以有效的抑制大电解产生的浪涌冲击电流，从而抑制浪涌冲击电压的幅值，实现对驱动器的保护，同时能有效滤除外部输入干扰信号；
VCC软启动电路：采用光耦替代常规的电磁继电器的控制方式，实现VCC电压软启动控制；电磁继电器的线圈在关断时，会产时较大的尖峰电压，对驱动器会造成损坏的风险；本发明采用的是光藕控制输出端的通断，无线圈，有效避免尖峰电压的产生，同时，避免尖峰电压对被测电机驱动器的冲击；
对于BLDC电机的VCC电压，通常为14V～18V，采用本发明可有效抑制尖峰电压的产生，确保VCC的电压稳定，对被测试产品实现有效的保护；
综上所述，本发明具有不损伤VCC和BLDC电机的特点。
进一步的，本发明通过设置VSP电路将PWM数字信号转换成0-10V的VSP模拟电压信号，控制BLDC电机的运行转速。
附图说明
图1是本发明的控制框图；
图2是本发明的VM软启动电路。
图3是本发明的VM尖峰吸收电路；
图4是本发明的VCC软启动与尖峰电压吸收电路；
图5是本发明的VSP电路；
图6是本发明的上电、掉电时序图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例。直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统，构成如图1-5所示，包括逻辑控制电路MCU、VM软启动电路、VM尖峰吸收电路、VCC软启动与尖峰吸收电路、VSP电路和BLDC电机；所述逻辑控制电路MCU分别与VM软启动电路、VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路相连；所述VM软启动电路通过VM尖峰吸收电路与BLDC电机相连；所述VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路均与BLDC电机相连；所述BLDC电机分别与FG和GND相连。
所述VM软启动电路包括U1固态继电器和Q1三极管；所述U1固态继电器的1号端与VM-OUT端相连、2号端与VM-IN端相连，3号端与10V电压相连，4号端与Q1三极管的C极相连；所述Q1三极管为NPN型三极管，其B极通过R2电阻与SSR端相连，E极与SGND相连。
所述VM-IN端和VM-OUT端之间并联有D3二极管；所述3号端与10V电压之间依次串联有R1电阻和D1二极管，R1电阻两端并联有C1电容；所述Q1三极管的B极和E极并联有R4电阻；所述3号端和4号端之间依次并联有R3电阻、C2电容和D2二极管。
所述U1固态继电器型号为SSR-40DD，Q1三极管型号为NPN，D1、D2、D3二极管型号为1N4148；R1电阻为12R、R2电阻为47R、R3电阻为330R、R4电阻为10K；C1电容为106/50V、C2电容为104/50V
所述VM尖峰吸收电路为由TH1负温度系数热敏电阻、TH2负温度系数热敏电阻、E1电解电容和E2电解电容组成的二级滤波电路；所述VM尖峰吸收电路包括M电机；所述M电机一端依次串联TH2负温度系数热敏电阻和TH1负温度系数热敏电阻并与VM-OUT端相连，M电机另一端与PGND端相连；所述E2电解电容正极设于M电机与TH2负温度系数热敏电阻之间，负极设于M电机与PGND端之间；所述E1电解电容正极设于TH1负温度系数热敏电阻与TH2负温度系数热敏电阻之间，负极设于M电机与PGND端之间；所述M电机为BLDC电机。
所述TH1、TH2热敏电阻型号为SCK15056；E1、E2电解电容型号为10uf 400V。
所述VCC软启动与尖峰吸收电路包括相互连接的VCC软启动电路和VCC尖峰吸收电路；
所述VCC软启动电路包括Q2三极管、Q3三极管和U2光耦；所述U2光耦的1号端通过R5电阻与3.3V电压相连，2号端通过Q3三极管与SGND相连，3号端连接PGND端，4号端通过R7电阻与Q2三极管相连；所述Q2三极管B端与R7电阻相连、E端与VDD端相连、C极与VCC尖峰吸收电路相连；所述Q2三极管E极与B极并联有R6电阻；所述Q3三极管的B极通过R8电阻与VC端相连，其E极与SGND之间并联有R9电阻，其C极与U2光耦的2号端相连。
所述Q2三极管型号为PNP，Q3三极管型号为NPN，U2光耦型号为PC817，R5电阻为120R，R6电阻为4.7K，R7电阻为330R，R8电阻为47R，R9电阻为10K。
所述VCC尖峰吸收电路包括D4二极管、E3电解电容和C3电容；所述VCC端通过D4二极管与PGND端相连；所述D4二极管两端依次并联E3电解电容和C3电容；所述Q2的C极连接于E3电解电容与C3电容之间。
所述D4二极管型号为MMSZ5248B，E3电解电容型号为330uf35V,C3电容为104/50V。
所述VSP电路包括U3光耦、Q4三极管和Q5三极管；所述U3光耦的1号端与3.3V电压相连，其2号端依次串联R17电阻和Q5三极管并与SGND相连，其3号端与PGND端相连，其4号端依次串联R12电阻和R10电阻并与VDD端相连；所述Q4三极管的C极依次串联R11电阻、R13电阻、R14电阻、R15电阻并与PGND端相连；所述Q4三极管的E极与VDD端相连，其B极连接于R10电阻与R12电阻之间；所述R15电阻并联有C5电容、C4电容和R16电阻，所述C5电容两端分别设于R15两端，所述C4电容两端分别设于R14电阻与R13电阻之间和C5电容与PGND端之间，所述R16电阻两端分别位于R11电阻与R13电阻之间和C4电容与PGND端之间；所述Q5三极管的B极通过R18电阻与PWM端相连，其C极与R17电阻相连，其E极与SGND相连；所述Q5三极管的B极与R18电阻之间串联有与SGND相连的R19电阻。
所述U3光耦型号为PC817；Q4三极管型号为PNP，Q5三极管型号为NPN；R10电阻为4.7K，R11电阻为330R，R12电阻为560R，R13、R14电阻为1K，R15电阻为4.7K，R16电阻为3K，R17电阻为120R，R18电阻为47R，R19电阻为10K；C4、C5电容为104/50V。
所述R15电阻与C5电容之间设有TP1测试端点。
本发明实施原理：
VM软启动电路：逻辑控制电路MCU控制Q1三极管的导通和截止状态，进而控制U1固态继电器的通断，实现VM电压的平滑开启和平滑关闭控制，有效替代断电器开关控制电路，避免继电器产生尖峰电压；逻辑控制电路MCU输出到SSR端为H电平时，Q1三极管导通，U1固态继电器导通，VM电压经固态继电器的第1脚(1号端)输出；反之，SSR端口为L电平时，VM输出关断。
VM尖峰吸收电路：M电机产生的AC交流电经整流后输入到U1固态继电器的第2脚(2号端)，再经逻辑控制电路MCU控制输出到由TH1负温度系统热敏电阻、E1电解电容、TH2和E2组成的二级滤波电路，实现VM尖峰电压的吸收的同时可有效抑制母线大电解电容在初始状态下通电产生的浪涌冲突电压的幅值。
VCC软启动与尖峰吸收电路：逻辑控制电路MCU控制Q3三极管的导通和截止状态，控制U2光耦的通断，控制Q2三极管的导通和截止，实现控制VCC电压的平滑开启和平滑关闭控制，有效替代断电器开关控制电路，避免继电器产生尖峰电压；逻辑控制电路MCU输出到VC端口为H电平时，Q3三极管导通，U2光耦导通，从而控制Q2三极管导通，VCC电压经由D4二极管、E3电解电容和C3电容组成的尖峰电压吸收电路后，再给BLDC电机提供平稳的15V电压。反之，MCU输出到VC端口为L电平时，VCC输出关断。
VSP电路：此电路将PWM数字信号转换成0-10V的VSP模拟电压信号，当MCU输出的PWM为H电平时，Q5导通，U3光耦导通，Q4导通，VDD电压经R11与R16分压后，再经R13、C4、C5、R14组成的二级RC滤波电路向C4和C5电容充电，当MCU输出的PWM为L电平时，C4和C5电容开始放电，从再PWM数字信号转换成平滑的VSP模拟电压信号，控制BLDC电机运行转速。
本发明的时序控制如图6所示，其上电时序为VCC→VM→VSP,掉电时序为VSP→VM→VCC,各时序的间隔时间可通过MCU进行设定。
目前常规的测试系统，不对各时序进行控制。上电过程中，在恶劣的电网环境下，当先开启高压电源时，由于逻辑电路尚未建立，控制器的抗干扰能力弱，电网干扰会引起控制器误动作，会造成控制器损坏的风险。采用本发明对时序控制，优先开启逻辑电源，逻辑电路建立后，保护电路开始工作，可有效提升驱动器的抗干扰能力，有效避免干扰信号产生误动作。
掉电过程也是如此，当先将逻辑电源关闭后，控制器保护电路停止工作，控制器的抗干扰能力降低，在有干扰信号的情况下，会导致控制器误动作，对驱动器有损坏的风险。
采用本发明对时序进行控制，可有效避免被测产品驱动器的误动作，实现对被测产品的有效保护。

Claims (3)

1.直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统，其特征在于：包括逻辑控制电路MCU、VM软启动电路、VM尖峰吸收电路、VCC软启动与尖峰吸收电路、VSP电路和BLDC电机；所述逻辑控制电路MCU分别与VM软启动电路、VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路相连；所述VM软启动电路通过VM尖峰吸收电路与BLDC电机相连；所述VCC软启动与尖峰吸收电路和VSP电路均与BLDC电机相连；所述BLDC电机分别与FG和GND相连；
所述VM软启动电路包括U1固态继电器和Q1三极管；所述U1固态继电器的1号端与VM-OUT端相连、2号端与VM-IN端相连，3号端与10V电压相连，4号端与Q1三极管的C极相连；所述Q1三极管为NPN型三极管，其B极通过R2电阻与SSR端相连，E极与SGND相连；
所述VM尖峰吸收电路为由TH1负温度系数热敏电阻、TH2负温度系数热敏电阻、E1电解电容和E2电解电容组成的二级滤波电路；所述VM尖峰吸收电路包括M电机；所述M电机一端依次串联TH2负温度系数热敏电阻和TH1负温度系数热敏电阻并与VM-OUT端相连，M电机另一端与PGND端相连；所述E2电解电容正极设于M电机与TH2负温度系数热敏电阻之间，负极设于M电机与PGND端之间；所述E1电解电容正极设于TH1负温度系数热敏电阻与TH2负温度系数热敏电阻之间，负极设于M电机与PGND端之间；所述M电机为BLDC电机；
所述VCC软启动与尖峰吸收电路包括相互连接的VCC软启动电路和VCC尖峰吸收电路；
所述VCC软启动电路包括Q2三极管、Q3三极管和U2光耦；所述U2光耦的1号端通过R5电阻与3.3V电压相连，2号端通过Q3三极管与SGND相连，3号端连接PGND端，4号端通过R7电阻与Q2三极管相连；所述Q2三极管B端与R7电阻相连、E端与VDD端相连、C极与VCC尖峰吸收电路相连；所述Q2三极管E极与B极并联有R6电阻；所述Q3三极管的B极通过R8电阻与VC端相连，其E极与SGND之间并联有R9电阻，其C极与U2光耦的2号端相连；
所述VSP电路包括U3光耦、Q4三极管和Q5三极管；所述U3光耦的1号端与3.3V电压相连，其2号端依次串联R17电阻和Q5三极管并与SGND相连，其3号端与PGND端相连，其4号端依次串联R12电阻和R10电阻并与VDD端相连；所述Q4三极管的C极依次串联R11电阻、R13电阻、R14电阻、R15电阻并与PGND端相连；所述Q4三极管的E极与VDD端相连，其B极连接于R10电阻与R12电阻之间；所述R15电阻并联有C5电容、C4电容和R16电阻，所述C5电容两端分别设于R15两端，所述C4电容两端分别设于R14电阻与R13电阻之间和C5电容与PGND端之间，所述R16电阻两端分别位于R11电阻与R13电阻之间和C4电容与PGND端之间；所述Q5三极管的B极通过R18电阻与PWM端相连，其C极与R17电阻相连，其E极与SGND相连；所述Q5三极管的B极与R18电阻之间串联有与SGND相连的R19电阻。
2.根据权利要求1所述的直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统，其特征在于：所述VM-IN端和VM-OUT端之间并联有D3二极管；所述3号端与10V电压之间依次串联有R1电阻和D1二极管，R1电阻两端并联有C1电容；所述Q1三极管的B极和E极并联有R4电阻；所述3号端和4号端之间依次并联有R3电阻、C2电容和D2二极管。
3.根据权利要求1所述的直流电压输入的BLDC电机软启动测试系统，其特征在于：所述VCC尖峰吸收电路包括D4二极管、E3电解电容和C3电容；所述VCC端通过D4二极管与PGND端相连；所述D4二极管两端依次并联E3电解电容和C3电容；所述Q2的C极连接于E3电解电容与C3电容之间。
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