CN201918945U

CN201918945U - 一种单霍尔直流无刷电机控制装置

Info

Publication number: CN201918945U
Application number: CN2011200238488U
Authority: CN
Inventors: 涂柏生; 钟伟; 黄光辉; 蔡珩
Original assignee: SHENZHEN BOJUXING INDUSTRIAL DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Bojuxing Microelectronics Technology Co., Ltd.
Priority date: 2011-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2011-08-03
Anticipated expiration: 2021-01-25

Abstract

本实用新型公开了一种单霍尔直流无刷电机控制装置，包括开关电源；反馈单霍尔信号的霍尔信号采样电路；根据单霍尔信号变化计算转子位置并输出PWM脉宽调制信号、同时对电机进行保护检测的微处理器；将PWM脉宽调制信号转化为正弦驱动信号以控制电机的三相输出的电机驱动电路；用于给微处理器反馈电流、电压和温度变化的电机保护电路。本实用新型通过单霍尔信号计算转子位置的，再将根据转子位置输出的相应PWM脉宽调制信号转化为正弦波驱动信号来控制电机的三相输出，整个控制过程只需要一个霍尔，降低了成本；同时通过正弦驱动，既降低了电机的噪声又节约了成本。

Description

一种单霍尔直流无刷电机控制装置

技术领域

本实用新型涉及直流无刷电机控制领域，尤其涉及一种单霍尔直流无刷电机控制装置。

背景技术

现有技术中电机驱动大部分用120度方波驱动，存在着噪声较大的缺点；也有采用180度正弦驱动，选用32位的MCU，价格偏高；现有8位的MCU实现正弦波驱动三相直流无刷电机，利用3个HALL检测转子位置，再用3相正弦叠加的方法输出正弦电流，但该种方法需要3个HALL，生产成本和维护成本都比较高。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有电机噪声大、生产和维护成本都较高的缺陷，提供一种单霍尔直流无刷电机控制装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

提供一种单霍尔直流无刷电机控制装置，包括：

将交流电整流稳压、提供稳定的直流电压的开关电源；

与所述开关电源连接、用于反馈单霍尔信号的霍尔信号采样电路；

与所述开关电源和所述霍尔信号采样电路连接、根据单霍尔信号变化利用空间矢量算法计算转子位置并输出PWM脉宽调制信号、同时对电机进行保护检测的微处理器；

与所述微处理器连接、将所述PWM脉宽调制信号转化为正弦驱动信号以控制电机的三相输出的电机驱动电路；

与所述微处理器连接、用于给所述微处理器反馈电流、电压和温度变化的电机保护电路。

本实用新型所述的单霍尔直流无刷电机控制装置中，所述电机驱动电路包括将所述微处理器输出的PWM脉宽调制信号通过低通滤波器转化为正弦波信号的信号转换单元，以及与所述信号转换单元连接、根据所述正弦波信号导通和断开的、包括六个功率晶体管的桥臂单元。

本实用新型所述的单霍尔直流无刷电机控制装置中，所述微处理器包括：

与所述霍尔信号采样电路连接、用于接收单霍尔信号的霍尔信号接收单元；

与所述霍尔信号接收单元连接、用于根据单霍尔信号计算转子位置的运算单元；

与所述运算单元连接、用于根据转子位置输出相应的PWM脉宽调制信号的信号控制单元；以及

与所述电机保护电路连接，并对所述电机保护电路反馈的电流、电压和温度信号进行保护监测，再根据监测结果控制电机的监测保护单元。

本实用新型所述的单霍尔直流无刷电机控制装置中，所述信号控制单元包括输出相应的PWM脉宽调制信号、控制所述电机驱动电路中功率晶体管的通和断的控制信号输出端。

本实用新型所述的单霍尔直流无刷电机控制装置中，所述霍尔信号采样电路包括单个霍尔信号的输入端、与所述开关电源和所述输入端连接的上拉电阻、一端与所述输入端连接另一端与所述微处理器的霍尔信号接收单元连接的限流电阻、以及连接在所述限流电阻的另一端和地之间的滤波电容。

本实用新型所述的单霍尔直流无刷电机控制装置中，所述电机保护电路包括分别与所述微处理器的监测保护单元连接的电流反馈电路、母线电压反馈电路和温度反馈电路。

实施本实用新型具有以下有益效果：通过微处理器接收单霍尔信号计算转子位置，再根据转子位置输出相应的PWM脉宽调制信号，电机驱动电路将PWM脉宽调制信号转化为正弦波驱动信号来控制电机的三相输出，整个控制过程只需要获取单个霍尔的信号，即电机中只需要一个霍尔，降低了成本；同时通过电机驱动电路实现了正弦驱动，既降低了电机的噪声又节约了成本。

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是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置的结构示意图一；

图2是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置的结构示意图二；

图3是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中开关电源部分的电路图；

图4是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中霍尔信号采样电路的电路图；

图5是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中微处理器部分的电路图；

图6是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中电机驱动电路部分的电路图；

图7是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中电机保护电路中的电流反馈部分的电路图；

图8是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中电机保护电路中的母线电压反馈部分的电路图；

图9是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中电机保护电路中的温度反馈部分的电路图；

图10是本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中利用单霍尔信号计算转子位置的空间矢量示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置主要用来控制只使用一个霍尔的三相直流无刷电机，若一个电机中有三个霍尔，则任一霍尔都可以单独使用，即只要电机中有一个霍尔没有损坏，则电机仍可正常使用，降低了维护成本。如图1所示，单霍尔直流无刷电机控制装置主要包括开关电源10、霍尔信号采样电路20、微处理器30、电机驱动电路40和电机保护电路50。

开关电源10用于将220V的交流电整流并稳压，为整个控制装置提供稳定的直流电压，包括15V和5V的直流电压。本发明较佳实施例提供了开关电源10的一种具体实现电路，如图3所示。

霍尔信号采样电路20与开关电源10连接、用于给微处理器30反馈单霍尔信号；本实用新型较佳实施例中，如图4所示，霍尔信号采样电路20包括单个霍尔信号的输入端、上拉电阻R35、限流电阻R39和滤波电容C22，其中上拉电阻R35的两端分别与开关电源10和单个霍尔信号的输入端连接，限流电阻R39的一端与单个霍尔信号的输入端连接，另一端与微处理器30的霍尔信号接收单元连接，滤波电容C22的两端分别与微处理器30的霍尔信号接收单元和地连接。

微处理器30与开关电源10和霍尔信号采样电路20连接、根据单霍尔信号变化计算转子位置并输出PWM脉宽调制信号、同时对电机进行保护检测，本实用新型较佳实施例中采用的微处理器30的型号为STM8S105K4T6与微处理器30各个引脚连接的电路图如图5所示，微处理器30用8位的代替32位的可降低成本。

进一步地，如图2所示，微处理器30包括霍尔信号接收单元31、运算单元32、信号控制单元33和监测保护单元34。其中，霍尔信号接收单元31与霍尔信号采样电路20连接，用于接收单霍尔信号；运算单元32与霍尔信号接收单元31连接，用于根据单霍尔信号计算转子位置；信号控制单元33与运算单元32连接，用于根据转子位置输出相应的PWM脉宽调制信号，可以通过调节PWM的占空比来输出不同的控制信号，其包括输出相应的PWM脉宽调制信号、控制电机驱动电路40的控制信号输出端；监测保护单元34与电机保护电路50连接，并对电机保护电路50反馈的信号对电机的电流、电压和温度进行保护监测、并根据监测结果控制电机的运行。

电机驱动电路40与微处理器30连接、将PWM脉宽调制信号转化为正弦驱动信号以控制电机的三相输出，180°的正弦驱动微处理器为32位的芯片，价格较高，现利用8位的微处理器输出PWM方波，通过电路驱动电路40将方波转换为正弦波，可通过低通滤波器实现转换。

电机保护电路50与微处理器30连接、用于给微处理器30反馈电流、电压和温度变化的电机保护电路。进一步地，电机保护电路50包括分别与微处理器的监测保护单元连接的电流反馈电路51、母线电压反馈电路52和温度反馈电路53。如图7所示，图中示出了电机保护电路50中电流反馈电路51的电路图；如图8所示，图中示出了电机保护电路50中母线电压反馈电路52的电路图；如图9所示，图中示出了电机保护电路50中温度反馈电路53的电路图。

进一步地，如图2所示，同时参照图6电机驱动电路40还包括信号转换单元41和桥臂单元42。信号转换单元41与信号控制单元33连接，主要将信号控制单元33输出的六路PWM脉宽调制信号分别转化为六路正弦波信号，桥臂单元42与信号转换单元41连接，桥臂单元42包括六个功率晶体管，如图6所示，每一桥臂包括一对功率晶体管，共三个桥臂，其中与母线电压HDC连接的元器件部分为上桥臂，与地连接的元器件部分为下桥臂，上桥臂和下桥臂中的六个功率晶体管根据信号转换单元41输出的六路正弦波信号导通和断开。

本实用新型较佳实施例单霍尔直流无刷电机控制装置中，通过微处理器30采用单霍尔信号计算转子的位置，再根据转子的位置控制电机驱动电路40中的六个功率晶体管的导通和断开，从而控制电机中线圈中的电流导通。本实用新型较佳实施例中，由于只根据一个霍尔的信号就可以计算转子的位置，故其计算方法与根据三个霍尔信号计算转子位置的方法不同，本实用新型较佳实施例中主要采用基本空间矢量计算转子的位置，主要由微处理器30的运算单元32进行计算。电机驱动电路40中，上桥臂器件导通用“1”表示，下桥臂器件导通用“0”表示。如图10所示，根据3个桥臂的状态可得出8个基本空间矢量，分别为U(000)、U(001)、U(011)、U(010)、U(110)、U(100)、U(101)、U(111)，其中6种空间电压矢量幅值相等，都等于2/3直流母线电压，相位角互差60°，分别记作U0、U60、U120、U180、U240、U300，而零电压矢量记作0000、0111。6个基本空间矢量可将360度分成6个区间，传统3HALL(霍尔)电机HALL信号为每60度翻转一次(霍尔信号的高电平与低电平之间每互换一次，即为翻转一次)，每次翻转与1个基本空间矢量位置重合，即每次HALL电平的翻转都代表着区间的切换。本发明中由于使用单HALL，电平信号为180度翻转一次，将HALL信号的翻转规定为与U0及U180，在HALL信号电平变化时保存与上一次电平变化的间隔时间Tturn，即转子转过180度的时间。假设当前距离上次电平翻转时间为Tcurrent，则可知当前转子的位置为(Tcurrent/Tturn)*180°。由于每60度为一区间，即可知当前转子所在的区间。根据空间矢量算法，由当前转子角度计算出相临两个基本空间矢量的输出时间t1，t2，通过调节零矢量的时间t0可以达到调节转子转速的目的，实现无级调速。

本实用新型通过微处理器接收单霍尔信号计算转子位置，再根据转子位置输出相应的PWM脉宽调制信号，电机驱动电路将PWM脉宽调制信号转化为正弦波驱动信号来控制电机的三相输出，整个控制过程只需要获取单个霍尔的信号，即电机中只需要一个霍尔，降低了成本，若电机中有三个霍尔，则当其中一个或者两个霍尔都损坏时，仍可以正常使用，降低了维护成本；同时通过电机驱动电路实现了正弦驱动，既降低了电机的噪声又节约了成本。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims

1.一种单霍尔直流无刷电机控制装置，其特征在于，包括：

将交流电整流稳压、提供稳定的直流电压的开关电源；

与所述微处理器连接、将所述PWM脉宽调制信号通过低通滤波器转化为正弦驱动信号以控制电机的三相输出的电机驱动电路；

2.根据权利要求1所述的单霍尔直流无刷电机控制装置，其特征在于，所述电机驱动电路包括将所述微处理器输出的PWM脉宽调制信号转化为正弦波信号的信号转换单元，以及与所述信号转换单元连接、根据所述正弦波信号导通和断开的、包括六个功率晶体管的桥臂单元。

3.根据权利要求2所述的单霍尔直流无刷电机控制装置，其特征在于，所述微处理器包括：

4.根据权利要求3所述的单霍尔直流无刷电机控制装置，其特征在于，所述信号控制单元包括输出相应的PWM脉宽调制信号、控制所述电机驱动电路中功率晶体管的通和断的控制信号输出端。

5.根据权利要求4所述的单霍尔直流无刷电机控制装置，其特征在于，所述霍尔信号采样电路包括单个霍尔信号的输入端、与所述开关电源和所述输入端连接的上拉电阻、一端与所述输入端连接另一端与所述微处理器的霍尔信号接收单元连接的限流电阻、以及连接在所述限流电阻的另一端和地之间的滤波电容。

6.根据权利要求5所述的单霍尔直流无刷电机控制装置，其特征在于，所述电机保护电路包括分别与所述微处理器的监测保护单元连接的电流反馈电路、母线电压反馈电路和温度反馈电路。