CN201374671Y - 直流无刷马达的控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流无刷马达的控制器，包括：电源电路、MCU、驱动控制电路，所述MCU、驱动控制电路与电源电路相连，所述驱动控制电路的输入端与MCU相连，输出端与其所驱动的直流无刷马达相连，还包括一电压控制模块，该电压控制模块的输入端与电源电路相连，电源电路向该电压控制模块输入的直流高压，其输出端与驱动控制电路相连，用于向驱动控制电路降压输出20～120V的直流电压，所述MCU与电压控制模块电性连接，通过输出PWM信号调节电压控制模块的输出电压，从而控制向所述直流无刷马达输出的电压大小。本实用新型增加电压控制模块，通过减低和调节输入电压的方式达到了省电、静音的效果。

Description

直流无刷马达的控制器

技术领域

本实用新型涉及一种直流无刷马达的控制器，更具体地说，涉及一种用于驱动风扇运转的直流无刷马达的控制器。

背景技术

传统风扇采用交流马达进行驱动，具有功率大、耗电、噪声大等缺点；相较于传统交流马达，直流无刷马达因其易于保养、控制性佳、以及性能优异等特性，逐渐在家用电器中得到广泛应用。

现有的直流无刷马达，利用霍尔传感器检测转子位置，并利用脉宽调制输出电流来调控转速。然而，这种直流无刷马达存在下述缺点：首先、由于向这种直流无刷马达输入的是固定电压(一般为310V)，且这个固定电压值较高，我们知道电压越高，马达定子磁钢充磁，消磁时间越长，在换向时形成转矩抖动越大，噪音也越大，因而这种直流无刷马达难以达到静音的效果。其次、采用霍尔传感器检测转子位置，需要在马达定子磁钢上开设三个用于安装霍尔传感器的安装槽，其设置位置需要准确，给生产装配带来难度。另外，如果霍尔传感器故障，则必须拆开马达，才能维修，因而这种直流无刷马达的生产、维护成本高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述现有直流无刷马达的输入电压无法调节的缺点，提供了一种直流无刷马达的控制器，能够通过控制直流无刷马达输入电压的方式调节马达转速。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种直流无刷马达的控制器，包括：电源电路、MCU、驱动控制电路，所述MCU、驱动控制电路与电源电路相连，所述驱动控制电路的输入端与MCU相连，输出端用于与其所驱动的直流无刷马达相连，还包括一电压控制模块，该电压控制模块的输入端与电源电路相连，所述电源电路向该电压控制模块输入直流高压，其输出端与驱动控制电路相连，用于向驱动控制电路降压输出20～120V的直流电压，所述MCU与电压控制模块电性连接，通过输出PWM信号调节电压控制模块的输出电压，从而控制向所述直流无刷马达输出的电压大小。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，所述驱动控制电路包括用于连接直流无刷马达的三相逆变桥单元以及用于驱动该三相逆变桥单元的驱动模块。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，所述驱动模块与MCU相连接，MCU通过驱动模块驱动三相逆变桥单元，所述三相逆变桥单元与所述电压控制模块相连接，以将电压控制模块向三相逆变桥单元输出的20～120V的直流电压转换成三相交流电压来驱动直流无刷马达。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，所述三相逆变桥单元包括六个MOS管，三个MOS管组成该三相逆变桥单元的上桥管，另外三个MOS管组成该三相逆变桥单元的下桥管，三相逆变桥单元的输出端分别连接直流无刷马达的定子的三相绕组，输出20～120V的三相交流电至该三相绕组，以驱动该直流无刷马达转动，所述MCU用六路PWM信号控制六个MOS管的导通时间、调制输出电流来控制无刷直流马达的换向及转速。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，所述电源电路包括输入端与市电相连的整流桥、输入端与整流桥相连的滤波电路、输入端与滤波电路相连的开关电源电路、输入端与开关电源电路相连的稳压电路，所述整流桥、开关电源电路稳压电路分别输出一个直流电压，供给电压控制模块、驱动模块及MCU使用。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，所述电压为220V的市电经过整流桥及滤波电路的整流滤波后得到310V的直流电压，供电压控制模块使用；该310V的直流电压经过开关电源电路降压输出16V的直流电压，供驱动模块使用；该16V的直流电压经稳压电路得到5V的直流电压，供MCU使用。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，所述开关电源电路采用VIPer22A开关电源；所述稳压电路采用78L05电路。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，还包括一电流检测电路，其输入端分别与三相逆变桥单元及电源电路相连，其输出端与MCU相连，以检测当前无刷直流马达电流，并反馈到MCU，所述MCU上设有MCU的Break引脚及MCU的AD引脚，用于连接该电流检测电路。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，所述无刷直流马达的绕组上串联一采样电阻，所述电流检测电路分为两路，一路为硬件保护电路，另一路为放大采样电路，均与该采样电阻相连；所述硬件保护电路包括一比较器，其连接至MCU的Break引脚；所述放大采样电路包括一放大器，连接至MCU的AD引脚，采样电阻采样后通过该放大器送到MCU的AD引脚，形成电流闭环。

在本实用新型所述的直流无刷马达的控制器中，所述MCU通过放大采样电路获取无刷直流马达的位置信号，该过程采用相电压法检测反电动势实现。

本实用新型直流无刷马达的控制器具有下述有益效果：首先，增加了电压控制模块，用于控制和调节马达的输入电压，即能够调节马达转速，又使得马达的输入电压降低了60％以上，因为电压越低，马达定子磁钢充磁，消磁时间越短，在换向时形成转矩抖动越小，噪音也越小，因而通过减低和调节输入电压的方式达到了静音的效果。

其次，本实用新型的直流无刷马达利用反电动势检测直流无刷马达转子位置，无需安装霍尔传感器，因而节省了霍尔传感器的安装和维护成本，达到了节约马达生产与维护成本的目的。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的直流无刷马达的控制器的结构原理图；

图2是本实用新型的直流无刷马达的控制器的电路原理图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型直流无刷马达的控制器的结构原理图；该直流无刷马达的控制器，包括电源电路1、微程序控制单元(MCU)2、驱动控制电路3、及电流检测电路4，所述MCU 2、驱动控制电路3、电流检测电路4与电源电路1相连，所述驱动控制电路3的输入端与MCU 2相连，输出端与其所驱动的直流无刷马达5相连，所述驱动控制电路3包括用于连接直流无刷马达5的三相逆变桥单元31以及用于驱动该三相逆变桥单元31的驱动模块32。

所述直流无刷马达控制器的主要改进之处在于，还包括一电压控制模块6，该电压控制模块6的输入端与电源电路1相连，所述电源电路1向电压控制模块6输入DC 310V的直流电压，其输出端与三相逆变桥单元31相连，用于向三相逆变桥单元31降压输出DC 20～120V的直流电压，所述MCU 2与电压控制模块6电性连接，通过一路输出脉宽调制(PWM)信号调节电压控制模块6的输出电压，从而控制驱动控制电路6向所述直流无刷马达5输出电压的大小；同时，电源电路1、电压控制模块6及驱动控制电路3之间形成电压闭环，MCU同时监测调整输出电压的大小是否正常，使得输出电压稳定。由于电压越低，马达定子磁钢充磁，消磁时间越短，在换向时形成转矩抖动越小，噪音也越小，因而通过减低和调节输入电压的方式达到使马达静音的效果。

参见图1，所述电源电路1包括输入端与市电相连的整流桥11、输入端与整流桥11相连的滤波电路12、输入端与滤波电路12相连的开关电源电路13、输入端与开关电源电路13相连的稳压电路14，所述整流桥11、开关电源电路13及稳压电路14分别输出一个直流电压。其中，AC220V的市电经过整流桥11及滤波电路12的整流滤波后得到DC 310V的直流电压，供电压控制模块6使用。DC 310V的直流电压经过开关电源电路13降压输出DC 16V的直流电压，供驱动模块32使用，所述开关电源电路13可采用VIPer22A开关电源。DC16V的直流电压经稳压电路14得到DC 5V的直流电压，供MCU使用，所述稳压电路14可采用78L05电路。

如图2所示，为本实用新型的直流无刷马达的电路原理图。参阅图1及图2，在本实用新型中，所述驱动控制电路3包括用于连接无刷直流马达5的三相逆变桥单元31及用于驱动该三相逆变桥单元31的驱动模块32，所述驱动模块32与MCU 2相连接，MCU 2通过驱动模块32驱动三相逆变桥单元31，该驱动模块32采用专用的驱动芯片，使得整个驱动系统十分稳定可靠。所述三相逆变桥单元31的作用是将电压控制模块6向三相逆变桥单元31输出的20～120V的直流电压转换成三相电压来驱动马达，所述三相逆变桥单元31包括六个场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET，MOS管)M1～M6，其中，三个MOS管M1、M2、M3组成该三相逆变桥单元的上桥管，另外三个MOS管M4、M5、M6组成该三相逆变桥单元的下桥管，三相逆变桥单元31的输出端分别连接直流无刷马达5的定子的三相绕组，输出20～120V的三相交流电(U向、V向、W向)至马达定子的三相绕组，以驱动该直流无刷马达5转动。

所述MCU 2用于实现无刷直流马达5的启动、加速、换向及闭路调速等一系列的控制及算法，在本实用新型中，其与电压控制模块6及驱动模块32电性连接，主要功能为输出一路PWM信号控制电压控制模块6，调节无刷直流马达5输入电压大小，同时，用六路PWM信号控制六个MOS管的导通时间、调制输出电流来控制无刷直流马达5的换向，以达到调节马达速度的功能。所述MCU 2上设有MCU的硬件保护(Break)引脚及MCU采样(AD)引脚，用于连接电流检测电路4。

参阅图1及图2，在本实用新型中，所述电流检测电路4的输入端分别与三相逆变桥单元31及电源电路1相连，其输出端与MCU 2相连，其作用是检测当前无刷直流马达5电流，并反馈到MCU 2。在无刷直流马达5的绕组上串联一采样电阻7，所述电流检测电路4分为两路，一路为硬件保护电路41，另一路为放大采样电路42，均与该采样电阻7相连，其中，硬件保护电路41包括一比较器43，其连接至MCU 2的Break引脚，当无刷直流马达5运行时，电流流过采样电阻7，产生一个电压，一路输入到比较器43与一个固定的电压比较，当电流过大时，采样电阻7上的电压增大，当电压超过设定的电压时，比较器43输出电平改变信号，这个信号输出至MCU 2的Break引脚，比较器43翻转触发MCU 2的硬件保护模块21，以硬件方式将所有MCU 2输出的PWM信号关闭，保护整个系统。放大采样电路42包括一放大器44，连接至MCU 2的AD引脚，采样电阻7采样后通过该放大器44送到MCU 2的AD引脚，形成电流闭环，MCU 2检测出当前无刷直流马达5的电流，根据该电流大小通过电压控制模块6调整马达输入电压的方式来限制马达运行功率，以调整马达转速。由上可知，所述电流检测电路4能够有效保护整个系统，并通过连接MCU 2的AD引脚检测出当前无刷直流马达5的电流，以方便根据该电流值，通过MCU 2输出一路PWM信号调节电压控制模块6的输出电压，以调节马达运行功率及运转速度。

值得一提的是，在本实用新型中，MCU 2通过放大采样电路42获取无刷直流马达5的位置信号，该过程是利用相电压法检测反电动势实现的，采用反电动势检测直流无刷马达5转子位置，由于120°通电的三相直流无刷马达5工作时，在任意时刻马达的三相绕组中，有两相绕组通电，一相绕组不通电，该不通电的定子绕组切割转子磁场产生感应电动势，通过比较不通电的绕组两端电压大小得到电流方向，再通过右手法则判断转子磁场情况得到转子位置，该位置信号通过放大采样电路42放大后送至MCU 2。采用反电动势检测直流无刷马达5转子位置，无需安装霍尔传感器，因而节省了霍尔传感器的安装和维护成本，达到了节约马达生产与维护成本的目的。

综上所述，本实用新型无刷直流马达的控制器通过增加电压控制模块，用于控制和调节马达的输入电压，即能够调节马达转速，又使得马达的输入电压降低了60％[(310V-120V)/310V]以上，因为电压越低，马达定子磁钢充磁，消磁时间越短，在换向时形成转矩抖动越小，噪音也越小，因而通过减低和调节输入电压的方式达到了省电、静音的效果。其次，本实用新型的无刷直流马达利用反电动势检测无刷直流马达转子位置，无需安装霍尔传感器，因而节省了霍尔传感器的安装和维护成本，达到了节约马达马达生产与维护成本的目的。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1、一种直流无刷马达的控制器，包括：电源电路(1)、MCU(2)、驱动控制电路(3)，所述MCU(2)、驱动控制电路(3)与电源电路(1)相连，所述驱动控制电路(3)的输入端与MCU(2)相连，输出端用于与其所驱动的直流无刷马达(5)相连，其特征在于，还包括一电压控制模块(6)，该电压控制模块(6)的输入端与电源电路(1)相连，所述电源电路(1)向该电压控制模块(6)输入直流高压，其输出端与驱动控制电路(3)相连，用于向驱动控制电路(3)降压输出20～120V的直流电压，所述MCU(2)与电压控制模块(6)电性连接，通过输出PWM信号调节电压控制模块(6)的输出电压，从而控制向所述直流无刷马达(5)输出的电压大小。

2、根据权利要求1所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，所述驱动控制电路(3)包括用于连接直流无刷马达(5)的三相逆变桥单元(31)以及用于驱动该三相逆变桥单元(31)的驱动模块(32)。

3、根据权利要求2所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，所述驱动模块(32)与MCU(2)相连接，MCU(2)通过驱动模块(32)驱动三相逆变桥单元(31)，所述三相逆变桥单元(31)与所述电压控制模块(6)相连接，以将电压控制模块(6)向三相逆变桥单元(31)输出的20～120V的直流电压转换成三相交流电压来驱动直流无刷马达(5)。

4、根据权利要求3所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，所述三相逆变桥单元(31)包括六个MOS管，三个MOS管组成该三相逆变桥单元的上桥管，另外三个MOS管组成该三相逆变桥单元的下桥管，三相逆变桥单元(31)的输出端分别连接直流无刷马达(5)的定子的三相绕组，输出20～120V的三相交流电至该三相绕组，以驱动该直流无刷马达(5)转动，所述MCU(2)用六路PWM信号控制六个MOS管的导通时间、调制输出电流来控制无刷直流马达(5)的换向及转速。

5、根据权利要求2所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，所述电源电路(1)包括输入端与市电相连的整流桥(11)、输入端与整流桥(11)相连的滤波电路(12)、输入端与滤波电路(12)相连的开关电源电路(13)、输入端与开关电源电路(13)相连的稳压电路(14)，所述整流桥(11)、开关电源电路(13)及稳压电路(14)分别输出一个直流电压，供给电压控制模块(6)、驱动模块(32)及MCU(2)使用。

6、根据权利要求5所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，所述电压为220V的市电经过整流桥(11)及滤波电路(12)的整流滤波后得到310V的直流电压，供电压控制模块(6)使用；该310V的直流电压经过开关电源电路(13)降压输出16V的直流电压，供驱动模块(32)使用；该16V的直流电压经稳压电路(14)得到5V的直流电压，供MCU(2)使用。

7、根据权利要求6所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，所述开关电源电路(13)采用VIPer22A开关电源；所述稳压电路(14)采用78L05电路。

8、根据权利要求2所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，还包括一电流检测电路(4)，其输入端分别与三相逆变桥单元(31)及电源电路(1)相连，其输出端与MCU(2)相连，以检测当前无刷直流马达(5)电流，并反馈到MCU(2)，所述MCU(2)上设有MCU的Break引脚及MCU的AD引脚，用于连接该电流检测电路(4)。

9、根据权利要求8所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，所述无刷直流马达(5)的绕组上串联一采样电阻(7)，所述电流检测电路(4)分为两路，一路为硬件保护电路(41)，另一路为放大采样电路(42)，均与该采样电阻(7)相连；所述硬件保护电路(41)包括一比较器(43)，其连接至MCU的Break引脚；所述放大采样电路(42)包括一放大器(44)，连接至MCU的AD引脚，采样电阻(7)采样后通过该放大器(44)送到MCU的AD引脚，形成电流闭环。

10、根据权利要求9所述的直流无刷马达的控制器，其特征在于，所述MCU(2)通过放大采样电路(42)获取无刷直流马达(5)的位置信号，该过程采用相电压法检测反电动势实现。

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