CN200969564Y - 电动自行车用无刷直流电机控制器 - Google Patents

Abstract

一种电动自行车用无刷直流电机控制器，包括：电源、电源电压传感器、刹车控制电路、速度控制电路、单片机电路、驱动器、换相控制器、电流传感器、过流保护器、速度传感器、电机；其特征在于：一个H桥保护电路连接在所述单片机电路和驱动器之间，所述H桥保护电路的输入端连接单片机电路的输出端，H桥保护电路的输出端连接驱动器的输入端，同时H桥保护电路的控制端连接过流保护器的输出端；该实用新型保证了同组H桥上下桥臂MOS开关管不同时导通，并且还具有电机输出相线对地短路保护功能，具有寿命长，控制可靠的优点，可广泛应用于各种无刷直流电机的控制。

Description

电动自行车用无刷直流电机控制器

技术领域

本实用新型涉及直流电机控制技术领域，具体涉及利用数字电路和单片机技术实现的电动自行车用无刷直流电机控制器。

背景技术

三相无刷直流电机是靠电机的三根相线周期的换相驱动，在换相过程中，控制器中H桥上下桥臂的MOS开关管周期的导通和截止，电机每根相线的电流也周期的流进流出，三根相线由3对MOS开关管驱动，任何时刻都有两只MOS开关管分别作为H桥上下桥臂开关导通，驱动电流由1组H桥的上桥臂流入电机相线，从另一相线流出，再通过另一组H桥的下桥臂到地，任何时刻同组H桥的上下桥臂MOS开关管绝对不能同时导通，否则将会烧坏控制器，且对电动自行车电池带来致命的损害。现有技术中，为了使同组H桥上下桥臂的MOS开关管不同时导通，通过在单片机中加入相应的控制程序进行控制，但当单片机掉电或程序被锁定时，不能得到有效的保证，此外，如果发生电机输出相线对地短路，电源电流通过MOS开关管瞬间产生几十安的大电流将烧坏电动自行车的控制器，同时也将造成电瓶损害。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种能有效保证同组H桥上下桥臂的MOS开关管不同时导通的电动自行车用无刷直流电机控制器。

根据本实用新型的一个方案，一种电动自行车用无刷直流电机控制器，包括：电源、电源电压传感器、刹车控制电路、速度控制电路、单片机电路、驱动器、换相控制器、电流传感器、过流保护器、速度传感器、电机；一个H桥保护电路连接在所述单片机电路和驱动器之间，所述H桥保护电路的输入端连接单片机电路的输出端，H桥保护电路的输出端连接驱动器的输入端，同时H桥保护电路的控制端连接过流保护器的输出端。

根据本实用新型的一个优选方案，所述H桥保护电路由电阻R2、R8、R9、R10、R11、R12、R13、电子开关Q16、Q17、与门U2A、U2B、U2C组成；电阻R8的一端接电源电压，另一端同时连接单片机电路的一个输入输出口、与门U2C的一个输入端和驱动电路的一个输入端；电阻R9的一端接电源电压，另一端同时连接单片机电路的一个输入输出口、与门U2B的一个输入端和驱动电路的一个输入端；电阻R10的一端接电源电压，另一端同时连接单片机电路的一个输入输出口、与门U2A的一个输入端和驱动电路的一个输入端；电阻R11的一端接地，另一端同时连接单片机电路的一个输入输出口和与门U2C的一个输入端；电阻R12的一端接地，另一端同时连接单片机电路的一个输入输出口和与门U2B的一个输入端；电阻R13的一端接地，另一端同时连接单片机电路的一个输入输出口和与门U2A的一个输入端；所述与门U2A、U2B、U2C的一个输入端通过电阻R2接电源电压，并且通过电子开关Q16接单片机电路的一个输入输出口，同时通过电子开关Q17接单片机电路的中断端口和过流保护器的输出端；所述与门U2A、U2B、U2C的输出端分别与驱动器的三个输入端相连。

根据本实用新型的一个优选方案，一个短路保护器连接在电源和换相控制器之间，所述短路保护器的输入端连接电源的输出，所述短路保护器的输出电压连接换相控制器的电源端，所述短路保护器的输出端连接过流保护器的控制端。

根据本实用新型的一个优选方案，所述短路保护器由电阻R3、R28、R29、R27、三极管Q2组成，电源输出的电压接三极管Q2的发射极和通过电阻R28连接换相控制器的电源端以及通过电阻R3接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R27接过流保护器的控制端，电阻R29的一端与三极管Q2的基极连接，所述电阻R29的另一端连接到电阻R28与换相控制器的电源端的连接节点上。

本实用新型所述的电动自行车用无刷直流电机控制器利用单片机技术和数字电路实现了对电动自行车用无刷直流电机的控制，保证了同组H桥上下桥臂MOS开关管不同时导通，并且还具有电机输出相线对地短路保护功能，该控制器具有寿命长，控制可靠的优点，可广泛应用于各种无刷直流电机的控制。

附图说明

图1是本实用新型所述的电动自行车用无刷直流电机控制器的原理方框图。

图2是本实用新型所述的电动自行车用无刷直流电机控制器的电路图。

图3是本实用新型所述的电动自行车用无刷直流电机控制器的程序框图。

具体实施方式

参见图1和图2，本实用新型所述的电动自行车用无刷直流电机控制器，包括电源1、电源电压传感器3、刹车控制电路4、速度控制电路5、单片机电路6、驱动器9、换相控制器10、电流传感器11、过流保护器12、速度传感器8、电机13；一个H桥保护电路7连接在所述单片机电路6和驱动器9之间，所述H桥保护电路7的输入端连接单片机电路6的输出端，H桥保护电路7的输出端连接驱动器9的输入端，同时H桥保护电路7的控制端连接过流保护器12的输出端。

其中，刹车控制电路4输出刹车信号给单片机电路6的输入端口RA5/AN5/SS，速度传感器8输出速度采样信号给单片机电路6的输入端口RB5、RB6/PGC、RB7/PGD，速度控制电路5输出基准速度信号给单片机电路6的输入端口RA3/AN3，过流保护器12通过换相控制器10接收电机13输出的三相电机电流信号，经过放大后输出到单片机电路6的中断口RB0/INT；电流传感器11通过换相控制器10接收电机13来的电机电流信号，经过放大后送入电流采样信号给单片机电路6的输入端RA0/AN0进行比例积分计算；电源电压传感器3接收电瓶来的48V电压，经过分压后输出取样电源数据信号到单片机电路6的输入端口RA1/AN1，并且，在单片机电路6中装有图3所示的计算机程序。

当电动自行车启动时，电动自行车控制器上电初始化，单片机电路6首先接收电源电压传感器3的取样电源数据信号，检查48V电源电压是否低于正常值，低于正常值时，关闭电机，保护电瓶，当电源电压正常时，单片机电路6接收速度传感器8来的速度采样信号和速度控制电路5来的基准速度信号，并将速度采样信号和基准速度信号进行比较运算，如果基准速度信号小于或等于速度采样信号时，就不驱动电机，单片机电路6不输出电机驱动逻辑信号，同时也不输出PWM脉宽调速信号；如果基准速度信号大于速度采样信号时，单片机电路6输出电机驱动逻辑信号P16、P17、P18、P26、P27、P28给H桥保护电路7，同时单片机电路6将电机电流传感器11输出的电流采样信号经过运算后送出脉宽调速信号PWM给H桥保护电路7，H桥保护电路7通过逻辑运算后输出上下桥臂MOS晶体管控制信号到驱动器9；驱动器9经过功率放大后输出驱动换相信号到换相控制器10；换相控制电路10接收驱动器9来的驱动换相信号，完成电机换相开关切换输出三相信号到电机，驱动电机转动；当电机电流超出正常值时，过流保护器12输出电流保护信号到单片机电路6，单片机电路6马上进入中断保护程序，关闭电机。当单片机电路6接收到刹车控制电路4来的刹车信号时，单片机电路6也马上进入刹车程序同时关闭电机。

根据本实用新型的一个优选方案，所述H桥保护电路7由电阻R2、R8、R9、R10、R11、R12、R13、电子开关Q16、Q17、与门U2A、U2B、U2C组成；电阻R8的一端接电源电压V_CC，另一端同时连接单片机电路6的一个输入输出口RC5/SD0、与门U2C的一个输入端和驱动电路9的一个输入端X3；电阻R9的一端接电源电压V_CC，另一端同时连接单片机电路6的一个输入输出口RC6、与门U2B的一个输入端和驱动电路9的一个输入端X2；电阻R10的一端接电源电压V_CC，另一端同时连接单片机电路6的一个输入输出口RC7、与门U2A的一个输入端和驱动电路9的一个输入端X1；电阻R11的一端接地，另一端同时连接单片机电路6的一个输入输出口RB1和与门U2C的一个输入端；电阻R12的一端接地，另一端同时连接单片机电路6的一个输入输出口RB2和与门U2B的一个输入端；电阻R13的一端接地，另一端同时连接单片机电路6的一个输入输出口RB3和与门U2A的一个输入端；所述与门U2A、U2B、U2C的一个输入端通过电阻R2接电源电压V_CC，并且通过电子开关Q16接单片机电路6的一个输入输出口RC2/CCP1，同时通过电子开关Q17接单片机电路6的中断端口RB0/INT和过流保护器12的输出端；所述与门U2A、U2B、U2C的输出端分别与驱动器9的三个输入端U1、U2、U3相连。

根据本实用新型的一个优选方案，电源1和换相控制器10之间加入一个短路保护器2，短路保护器2接收电源1来的48V电源，所述短路保护器2的输出电压+48V连接换相控制器10的电源端，所述短路保护器2的输出端连接过流保护器12的控制端，当电机相线对地短路时，输出电流保护信号到过流保护器12，过流保护器12输出电流保护信号到单片机电路6，单片机电路6马上进入中断保护程序，关闭电机。

根据本实用新型的一个优选方案，所述短路保护器2由电阻R3、R28、R29、R27、三极管Q2组成，电源1输出的电压接三极管Q2的发射极和通过电阻R28连接换相控制器10的电源端+48V以及通过电阻R3接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极通过电阻R27接过流保护器12的控制端，电阻R29的一端与三极管Q2的基极连接，所述电阻R29的另一端连接到电阻R28与换相控制器10的电源端+48V的连接节点上；当电机输出相线发生对地短路时，输入到换相控制器的电源电流大于设定的保护电流，三极管Q2导通，在传感电阻R28上产生的电压经过三极管Q2送到过流保护器12，过流保护器12放大后再送入单片机电路6的RB0/INT中断，单片机电路6在几微秒的时间立即关闭MOS开关管，切断电机输出相线的电源，从而起到电机输出相线对地短路保护的作用；在正常情况下，输入到换相控制器的电源电流低于设定的保护电流，三极管Q1截止，没有电流保护信号送到过流保护器。

Claims (4)

1、一种电动自行车用无刷直流电机控制器，包括：电源(1)、电源电压传感器(3)、刹车控制电路(4)、速度控制电路(5)、单片机电路(6)、驱动器(9)、换相控制器(10)、电流传感器(11)、过流保护器(12)、速度传感器(8)、电机(13)；

其特征在于：一个H桥保护电路(7)连接在所述单片机电路(6)和驱动器(9)之间，所述H桥保护电路(7)的输入端连接单片机电路(6)的输出端，H桥保护电路(7)的输出端连接驱动器(9)的输入端，同时H桥保护电路(7)的控制端连接过流保护器(12)的输出端。

2、根据权利要求1所述的电动自行车用无刷直流电机控制器，其特征在于：所述H桥保护电路(7)由电阻(R2、R8、R9、R10、R11、R12、R13)、电子开关(Q16、Q17)、与门(U2A、U2B、U2C)组成；电阻(R8)的一端接电源电压(V_CC)，另一端同时连接单片机电路(6)的一个输入输出口(RC5/SD0)、与门(U2C)的一个输入端和驱动电路(9)的一个输入端(X3)；电阻(R9)的一端接电源电压(V_CC)，另一端同时连接单片机电路(6)的一个输入输出口(RC6)、与门(U2B)的一个输入端和驱动电路(9)的一个输入端(X2)；电阻(R10)的一端接电源电压(V_CC)，另一端同时连接单片机电路(6)的一个输入输出口(RC7)、与门(U2A)的一个输入端和驱动电路(9)的一个输入端(X1)；电阻(R11)的一端接地，另一端同时连接单片机电路(6)的一个输入输出口(RB1)和与门(U2C)的一个输入端；电阻(R12)的一端接地，另一端同时连接单片机电路(6)的一个输入输出口(RB2)和与门(U2B)的一个输入端；电阻(R13)的一端接地，另一端同时连接单片机电路(6)的一个输入输出口(RB3)和与门(U2A)的一个输入端；所述与门(U2A、U2B、U2C)的一个输入端通过电阻(R2)接电源电压(V_CC)，并且通过电子开关(Q16)接单片机电路(6)的一个输入输出口(RC2/CCP1)，同时通过电子开关(Q17)接单片机电路(6)的中断端口(RBO/INT)和过流保护器(12)的输出端；所述与门(U2A、U2B、U2C)的输出端分别与驱动器(9)的三个输入端(U1、U2、U3)相连。

3、根据权利要求1或2所述的电动自行车用无刷直流电机控制器，其特征在于：一个短路保护器(2)连接在电源(1)和换相控制器(10)之间，所述短路保护器(2)的输入端连接电源(1)的输出，所述短路保护器(2)的输出电压端连接换相控制器(10)的电源端，所述短路保护器(2)的输出端连接过流保护器(12)的控制端。

4、根据权利要求3所述的电动自行车用无刷直流电机控制器，其特征在于：所述短路保护器(2)由电阻(R3、R28、R29、R27)、三极管(Q2)组成，电源(1)输出的电压接三极管(Q2)的发射极和通过电阻(R28)连接换相控制器(10)的电源端以及通过电阻(R3)接三极管(Q2)的基极，三极管(Q2)的集电极通过电阻(R27)接过流保护器(12)的控制端，电阻(R29)的一端与三极管(Q2)的基极连接，所述电阻(R29)的另一端连接到电阻(R28)与换相控制器(10)的电源端的连接节点上。

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