CN200980058Y - 一种稀土永磁无刷直流牙科座椅电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种稀土永磁无刷直流牙科座椅电机控制装置，其特征在于：数字信号处理器DSP产生两组脉宽调制PWM波通过光耦隔离分别控制两个三相桥驱动芯片，两个三相桥驱动芯片各驱动一套三相桥式逆变电路；三相桥式逆变电路连接稀土永磁无刷直流牙科座椅电机，电机内的霍尔传感器将转子位置信号反馈到数字信号处理器DSP的捕获单元；铁电存储器FRAM芯片与数字信号处理器DSP主控芯片的SPI串行外设接口相连接。其优越性是：单个DSP芯片对两台稀土永磁无刷直流牙科座椅电动机进行控制，通过将FRAM与DSP的SPI相联接，实现了对座椅调节位置的实时记忆，简化了系统整体设计，提高了系统的可扩展性。

Description

一种稀土永磁无刷直流牙科座椅电机控制装置
技术领域
本实用新型涉及一种稀土永磁无刷直流牙科座椅电机控制装置，用于对牙科座椅用稀土永磁无刷直流电机的控制。
背景技术
目前，牙科座椅驱动系统领域所用电机均为单相异步电机或者直流有刷电机，针对此两者的控制器也是简单的模拟式控制器。稀土永磁无刷直流牙科座椅电机的DSP(数字信号处理器)控制装置，未见相关文献报道及产品。在牙科座椅驱动领域，控制器与电机的配合方式上，是一台控制器控制单台电机。虽然某些直流有刷电机的控制器可以控制一台以上电机，但是都为分时控制，所控制的电机不能同时运行，实质上亦是一台控制器配合一台电机。而且在对于高级牙科座椅所需的位置记忆等功能的是实现上，通常采用单片机+EPROM来实现。单片机仅仅提供控制程序流程的作用，而不需要向电机提供驱动类信号。EPROM需要外加电池才能保证在掉电的情况下，信息不会丢失，否则，当牙科座椅再次上电恢复某个存储位置时，位置记忆信息将不存在。在电池电量用尽之后，还需更换电池。此外，单相异步电机的转子转速和同步速是有转差的，而采用记录转子速的方法进行位置记忆会产生误差，此误差会对医疗过程当中的医生及病人产生不利影响。直流有刷电机虽然不存在这个问题，但是还需要外加位置传感装置，例如测速磁钢来对转子转动速度(频率)进行感应，致使系统的复杂度及成本都比较高。
实用新型内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种稀土永磁无刷直流牙科座椅电机控制装置，通过将PWM(脉宽调制)生成，逻辑换向、转速位置转换、位置记忆、双电机控制等功能集于一片DSP(数字信号处理器)完成，实现全数字化控制，以降低控制器的体积，增强系统集成度，缩减控制器成本，提高系统可靠性。
技术方案
本实用新型主要包括DSP(数字信号处理器)芯片、光耦隔离电路、两套三相桥驱动电路、两套由MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)组成的三相桥式逆变电路、FRAM(铁电存储器)芯片及控制键盘组成。
其特征在于：数字信号处理器DSP产生两组脉宽调制PWM波通过光耦隔离分别控制两个三相桥驱动芯片，两个三相桥驱动芯片各驱动一套三相桥式逆变电路；三相桥式逆变电路连接稀土永磁无刷直流牙科座椅电机，电机内的霍尔传感器将转子位置信号反馈到数字信号处理器DSP的捕获单元；铁电存储器FRAM芯片与数字信号处理器DSP主控芯片的SPI串行外设接口相连接。
所述的数字信号处理器DSP产生的两组脉宽调制PWM波为每组六路脉宽调制PWM波，六路脉宽调制PWM波形分为三对，采用对称发生方式，每对脉宽调制PWM波形相位相反。
主控芯片只采用一片DSP(数字信号处理器)芯片，充分利用其内部软硬件资源，避免了模拟控制或其它类控制方式的繁杂的外围电路。DSP(数字信号处理器)芯片发出12路PWM(脉宽调制)波，其中每六路为一组，用来控制一台稀土永磁无刷直流牙科座椅电机。在每六路当中，又分为三对，每对用来控制三相桥式电路的一个桥臂的上下两个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，此两路PWM(脉宽调制)波形相位相反，并设置死区进行控制，避免了单个桥臂的直通。在其它类型的无刷电机控制当中，针对六个开关管的控制波形都是由控制器发出一路PWM(脉宽调制)波，再经过硬件电路(例如可编程逻辑器件)将其分为六路在逻辑上相关的波形，此种方式增加了电路复杂度，成本较高。采用三相桥式驱动芯片来驱动三相桥式逆变电路，通过光耦隔离电路与DSP(数字信号处理器)相联接。光耦隔离电路用来实现电平转换及芯片保护的功能。两块三相桥式驱动芯片通过光耦隔离电路各接受DSP(数字信号处理器)发出的六路PWM(脉宽调制)波。根据霍尔器件反馈到DSP(数字信号处理器)捕获端口的实时转子位置信号，DSP(数字信号处理器)将通过中断查询的方式确定转子下一个位置所需要的导通状态，来控制三相桥式驱动芯片，进而控制MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的通断，实现对两台稀土永磁无刷直流牙科座椅电机的控制。
本实用新型通过将FRAM(铁电存储器)与DSP(数字信号处理器)芯片的SPI(串行外设接口)相联接，可以实现迅速将座椅多个调节的位置记录进FRAM(铁电存储器)，并且无需外加电池，在掉电的情况下，记录数据不会丢失。而一般的牙科座椅电机控制装置都会将存储器与控制芯片的存储器扩展口或通用IO相连，而非SPI(串行外设接口)，这种联接方法只能在上电的情况下，存储器所记录的数据得以保存，在掉电后，数据就会消失。因此，必须对存储器进行外加电源式设计。通常都会设计银锌电池供电形式。当电池耗尽，必须更换。两相比较，前者成本低，可靠性高，免维护。
有益效果
本实用新型采用单个DSP(数字信号处理器)芯片，对两台稀土永磁无刷直流牙科座椅电动机进行控制。通过将FRAM(铁电存储器)与DSP(数字信号处理器)的SPI(串行外设接口)相联接，实现了对座椅调节位置的实时记忆，在掉电的情况下，相对于其它类型存储器而言，不需要外加电池亦不会使位置信息丢失。并且可通过DSP(数字信号处理器)的I/O(输入/输出)，扩展多个记忆位置，简化了系统整体设计，提高了系统的可扩展性。
附图说明
图1：系统原理框图
图2：实施例光耦隔离、三相桥驱动及三相逆变电路图
图3：实施例控制芯片及外围电路图
具体实施方式：
现结合附图对本实用新型作进一步描述：
主控芯片采用TI公司的16位定点DSP(数字信号处理器)芯片TMS320LF2407A。利用此芯片片内资源丰富的特点，针对每台电机生成六路PWM(脉宽调制)波形。其连接为DSP(数字信号处理器)的六个PWM发生引脚PWM1～PWM6和光耦隔离器的低电平侧相连，光耦隔离器的高电平侧连接到相应驱动芯片的输入端，驱动芯片的输出与三相桥式逆变电路的六个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的G极(栅极)相连，此桥式逆变电路用来驱动BLDC(无刷直流)电机A，BLDC(无刷直流)电机A的三路HALL反馈信号连接到相应光耦隔离器的高电压侧，通过光耦隔离，将其连接到相应的DSP(数字信号处理器)的捕获输入管脚CAP1～CAP3。对于BLDC(无刷直流)电机B，采用类似连接，DSP(数字信号处理器)的六个PWM发生引脚PWM7～PWM12和光耦隔离器的低电平侧相连，光耦隔离器的高电平侧连接到相应驱动芯片的输入端，驱动芯片的输出与三相桥式逆变电路的六个MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)的G极(栅极)相连，此桥式逆变电路用来驱动BLDC(无刷直流)电机B，BLDC(无刷直流)电机B的三路HALL反馈信号连接到相应光耦隔离器的高电压侧，通过光耦隔离，将其连接到相应的DSP(数字信号处理器)的捕获输入管脚CAP4～CAP6。FRAM(铁电存储器)相应管脚与DSP的串行外设接口(SPI)相连。键盘与DSP(数字信号处理器)的GPIO(通用输入输出)管脚相连接。
工作原理如图1所示，PWM(脉宽调制)1-6为稀土永磁无刷直流电动机A的控制信号，PWM(脉宽调制)7-12为稀土永磁无刷直流电机B的控制信号输出。CAP1、2、3为稀土永磁无刷直流电机A的转子位置反馈信号捕获输入端，CAP4、5、6为稀土永磁无刷直流电机B的转子位置反馈信号捕获输入端，通过光耦电路，形成信号反馈闭环。光耦电路包括采用SN74LVC16245A芯片，实现电压3.3V与5V之间的双向转化，采用6N137实现控制部分电路与驱动部分电路的光电隔离。光耦电路的采用，保护了DSP(数字信号处理器)芯片，提高了系统可靠性。三相桥驱动芯片采用IR公司的IR2130，用以驱动6只MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，其内部采用自举技术，可方便的改进为适于高压使用的控制系统。MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)采用IR540。铁电存储器采用美国Ramtron公司的FRAM(铁电存储器)芯片FM25CL04，具有4K位的存储量，工作频率20MHz，工作电压范围宽，可以在2.7V到3.65V之间可靠工作，标准SPI(串行外设接口)接口。将其联接在TMS320LF2407A的SPI(串行外设接口)上，通过记录电机转轴转过的圈数，实现针对两台稀土永磁无刷直流牙科座椅电机的位置记忆功能，由于此存储器采用铁电晶体材料，可使在掉电的情况下，记忆数据不会丢失。电路如图2、图3所示。键盘输入联接到DSP(数字信号处理器)的I/O(输入/输出)端口上，包括电机A正转启动/停止键，电机A反转启动/停止键(牙科电动座椅的俯仰姿态控制)；电机B正转启动/停止键，电机B反转启动/停止键(牙科电动座椅升降姿态控制)，4个位置记忆键(可扩充)，一个取位置键，一个锁定键。
本实施例经试验，实现了单个DSP(数字信号处理器)芯片对两台稀土永磁无刷直流牙科座椅电机的控制，掉电位置记忆功能实现良好。

Claims (2)

1.一种稀土永磁无刷直流牙科座椅电机控制装置，其特征在于：数字信号处理器DSP产生两组脉宽调制PWM波通过光耦隔离分别控制两个三相桥驱动芯片，两个三相桥驱动芯片各驱动一套三相桥式逆变电路；三相桥式逆变电路连接稀土永磁无刷直流牙科座椅电机，电机内的霍尔传感器将转子位置信号反馈到数字信号处理器DSP的捕获单元；铁电存储器FRAM芯片与数字信号处理器DSP主控芯片的SPI串行外设接口相连接。
2.根据权利要求1所述的稀土永磁无刷直流牙科座椅电机控制装置，其特征在于：所述的数字信号处理器DSP产生的两组脉宽调制PWM波为每组六路脉宽调制PWM波，六路脉宽调制PWM波形分为三对，采用对称发生方式，每对脉宽调制PWM波形相位相反。
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