CN202679294U - 无刷直流电机的驱动装置 - Google Patents

Abstract

一种无刷直流电机的驱动装置，对无刷直流电机M1的运转产生控制信号的控制电路：功率驱动电路，该电路的输入端接控制电路；逆变桥电路，该电路的输入端接功率驱动电路；它还包括电流检测电路，该电路的输入端接功率驱动电路、输出端接控制电路和功率驱动电路。本实用新型采用功率驱动电路通过逆变桥电路控制无刷直流电机，既能作为电动机运行，也能作发电机运行，特别在车辆减速制动时，即使转速较低，也能使得电机的发电电压高于蓄电池电压，正常给蓄电池充电，使整车系统效率达到最高，本实用新型可在混合动力电动汽车上推广使用。

Description

无刷直流电机的驱动装置

技术领域

本实用新型属于直流电机技术领域，具体涉及到无刷直流电机的零部件。

背景技术

随着世界经济的快速发展,能源与环境已经成为人类发展和生存的重大问题。为了节能减排，人们采用混合动力车代替传统的内燃汽车。混合动力汽车是同时拥有电动机驱动和发动机驱动的双动力系统,其电机驱动系统的设计直接影响整车控制性能的优略。目前可用于混合动力电机驱动系统的常见电机主要有：直流电机、感应电机、无刷直流电机、开关磁阻电机等。

直流电机驱动系统体积大，效率低，可靠性低，需要经常维护，特别是电机带有机械换向器(电刷)等原因，限制了电动机的过载能力和速度的进一步提高，所以在新研制的混合动力电动汽车上已经基本不用直流电动机。

感应电机结构简单，维修方便，但能耗高，效率比较低，功率因数低，恒功率区域较小等，这都对感应电机在混合动力电动汽车中的应用受到了限制。

开关磁阻电机（SRM）结构简单牢固，没有换向器，维修容易，成本低，调速范围宽，控制灵活，但S电阻RM运行时噪声、转矩纹波大，强非线性，特别是功率变换器的结构复杂，过多的电流波动和电磁干扰噪声等严重地影响了它的推广运用，且控制方法还不够成熟，因此目前的电动汽车上应用较少。

无刷直流电机由于既具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具有刷直流电机的运行效率高、调速性能好、转矩大等诸多优点，因此无刷直流电机在混合动力车上得到广泛的应用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种设计合理、用途多、安全可靠的无刷直流电机的驱动装置。

解决上述技术问题所采用的技术方案是它包括：对无刷直流电机M1的运转产生控制信号的控制电路：功率驱动电路，该电路的输入端接控制电路；逆变桥电路，该电路的输入端接功率驱动电路；它还包括电流检测电路，该电路的输入端接功率驱动电路、输出端接控制电路和功率驱动电路。

本实用新型的逆变桥电路为：场效应管Q1的栅极通过电阻R1接集成电路U2的27脚，场效应管Q1的集电极和二极管D4的负极接三极管T3的集电极和电容C5的一端、接斩波管MOS1的源极和二极管D12的正极、接晶闸管T1的负极以及电阻R12的一端，场效应管Q1的发射极和二极管D4的正极通过电阻R2接集成电路U2的26脚和无刷直流电机M1的U相绕组；场效应管Q3的栅极通过电阻R3接集成电路U2的23脚，场效应管Q3的集电极和二极管D5的负极接三极管T3的集电极，场效应管Q3的发射极和二极管D5的正极通过电阻R4接集成电路U2的22脚和无刷直流电机M1的V相绕组；场效应管Q5的栅极通过电阻R5接集成电路U2的19脚，场效应管Q5的集电极和二极管D6的负极接三极管T3的集电极，场效应管Q5的发射极和二极管D6的正极通过电阻R6接集成电路U2的18脚和无刷直流电机M1的W相绕组。三极管T3的发射极通过电阻R13接蓄电瓶E1的负极，二极管D11的正极和电容C5的另一端接蓄电瓶E1的负极，二极管D11的负极接二极管D12的负极和斩波管MOS1的漏极并通过线圈L1接晶闸管T2的正极，晶闸管T2的负极接蓄电瓶E的正极，电阻R12的另一端接二极管D10的负极，二极管D10的正极和晶闸管T1的正极接蓄电瓶E1的正极；

场效应管Q4的栅极通过电阻R7接集成电路U2的16脚，场效应管Q4的集电极和二极管D7的负极接无刷直流电机M1的U相绕组并通过电阻R2接集成电路U2的26脚，场效应管Q4的发射极和二极管D7的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路；场效应管Q6的栅极通过电阻R8接集成电路U2的15脚，场效应管Q6的集电极和二极管D8的负极接无刷直流电机M1的V相绕组并通过电阻R4接集成电路U2的22脚，场效应管Q6的发射极和二极管D8的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路；场效应管Q2的栅极通过电阻R9接集成电路U2的14脚，场效应管Q2的集电极和二极管D9的负极接无刷直流电机M1的W相绕组并通过电阻R6接集成电路U2的18脚，场效应管Q2的发射极和二极管D9的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路。

本实用新型采用功率驱动电路通过逆变桥电路控制无刷直流电机既能作为电动机运行，也能作发电机运行，特别在车辆减速制动时，即使转速较低,也能使得电机的发电电压高于蓄电池电压,正常给蓄电池充电,使整车系统效率达到最高，本实用新型可在混合动力电动汽车上推广使用。

附图说明

图1是本实用新型的电气原理方框图。

图2是本实用新型的电子线路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步详细说明，但本实用新型不限于这些实例。

实例1

在图1中，本实用新型由控制电路、功率驱动电路、逆变桥电路、电流检测电路连接构成。控制电路的输出端接功率驱动电路，功率驱动电路的输出端接逆变桥电路，逆变桥电路的输出端接电机，电流检测电路的输出端接控制电路和功率驱动电路。

由传感器接收到无刷直流电机的位移反馈信号输出到控制电路，电流检测电路将电流反馈信号输出到控制电路，控制电路对输入的转子位移反馈信号产生脉宽调制脉冲输出到功率驱动电路，功率驱动电路对输入的脉宽调制脉冲信号通过逆变桥电路控制电机的运行状态。

在图2中，本实施例的控制电路由集成电路U1构成，集成电路U1的型号为TMS320F2812。设置在无刷直流电机M1内的位移传感器H1、位移传感器H2、位移传感器H3接收到无刷直流电机转子的位置反馈信号从集成电路U1的106脚、107脚、109脚输入，集成电路U1的162脚接1.8V电源正极、110脚和174脚接电流检测电路，集成电路U1的92脚、94脚、98脚、95脚、101脚、93脚接功率驱动电路。

本实例的功率驱动电路由集成电路U2、二极管D1～二极管D3、电阻R1～电阻R11、电容C1～电容C3、电容C6连接构成，集成电路U2的型号为IR2132。集成电路U2的2脚接集成电路U1的92脚、3脚接集成电路U1的94脚、4脚接集成电路U1的98脚、5脚接集成电路U1的95脚、6脚接集成电路U1的101脚、7脚接集成电路U1的93脚、9脚接电阻R10的可调端、12脚接电阻R10的一端和电阻R11的一端以及电容C6的一端并接地、13脚接电阻R10的另一端和电阻R11的另一端以及电容C6的另一端并接电流检测电路和逆变桥电路、1脚接二极管D1～二极管D3的正极和15V电源正极，二极管D1～二极管D3的负极分别接电容C1～电容C3的一端，电容C1、电容C2、电容C3是自举电容,二极管D1～二极管D3用于防止电压直接加在集成电路U2的电源上而使器件损坏，电阻R11为过流取样电阻，集成电路U2的14脚通过电阻R9接逆变桥电路、15脚通过电阻R8接逆变桥电路、16脚通过电阻R7接逆变桥电路、18脚和20脚接电容C3的另一端通过电阻R6接逆变桥电路、19脚通过电阻R5接逆变桥电路、22脚和24脚接电容C2的另一端通过电阻R4接逆变桥电路、26脚和28脚接电容C1的另一端通过电阻R2接逆变桥电路、27脚通过电阻R1接逆变桥电路。

本实施例的逆变桥电路由场效应管Q1～场效应管Q6、斩波管MOS1、晶闸管T1、晶闸管T2、三极管T3、二极管D4～二极管D12、电阻R12、电阻R13、电容C5、线圈L1连接构成。场效应管Q1的栅极通过电阻R1接集成电路U2的27脚，场效应管Q1的集电极和二极管D4的负极接三极管T3的集电极和电容C5的一端、接斩波管MOS1的源极和二极管D12的正极、接晶闸管T1的负极以及电阻R12的一端，场效应管Q1的发射极和二极管D4的正极通过电阻R2接集成电路U2的26脚和无刷直流电机M1的U相绕组；场效应管Q3的栅极通过电阻R3接集成电路U2的23脚，场效应管Q3的集电极和二极管D5的负极接三极管T3的集电极，场效应管Q3的发射极和二极管D5的正极通过电阻R4接集成电路U2的22脚和无刷直流电机M1的V相绕组；场效应管Q5的栅极通过电阻R5接集成电路U2的19脚，场效应管Q5的集电极和二极管D6的负极接三极管T3的集电极，场效应管Q5的发射极和二极管D6的正极通过电阻R6接集成电路U2的18脚和无刷直流电机M1的W相绕组。三极管T3的发射极通过电阻R13接蓄电瓶E1的负极，二极管D11的正极和电容C5的另一端接蓄电瓶E1的负极，二极管D11的负极接二极管D12的负极和斩波管MOS1的漏极并通过线圈L1接晶闸管T2的正极，晶闸管T2的负极接蓄电瓶E的正极，电阻R12的另一端接二极管D10的负极，二极管D10的正极和晶闸管T1的正极接蓄电瓶E1的正极。

场效应管Q4的栅极通过电阻R7接集成电路U2的16脚，场效应管Q4的集电极和二极管D7的负极接无刷直流电机M1的U相绕组并通过电阻R2接集成电路U2的26脚，场效应管Q4的发射极和二极管D7的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路；场效应管Q6的栅极通过电阻R8接集成电路U2的15脚，场效应管Q6的集电极和二极管D8的负极接无刷直流电机M1的V相绕组并通过电阻R4接集成电路U2的22脚，场效应管Q6的发射极和二极管D8的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路；场效应管Q2的栅极通过电阻R9接集成电路U2的14脚，场效应管Q2的集电极和二极管D9的负极接无刷直流电机M1的W相绕组并通过电阻R6接集成电路U2的18脚，场效应管Q2的发射极和二极管D9的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路。

本实施例的电流检测电路由集成电路U3、电阻R14～电阻R17、电容C7连接构成，集成电路U4的型号为LM224。集成电路U4的同相输入端3脚通过电阻R14接蓄电瓶E的负极和集成电路U2的13脚、反相输入端2脚通过电阻R17和电阻R16接15V电源正极、反相输入端2脚通过电阻R17和电阻R15接地、4脚接15V电源正极、11脚接地、输出端1脚接电容C7的一端和集成电路U1的110脚，电容C7的另一端接地。

本实用新型工作原理如下：

设置在无刷直流电机M1定子上的位移传感器H1、位移传感器H2、位移传感器H3接收到转子旋转的位移信号转换成电信号由集成电路U1的106脚、107脚、109脚输入，集成电路U3将电流反馈信号由集成电路U1的110脚输入，集成电路U1处理输入的反馈信号，产生脉宽调制信号,通过集成电路U2输出驱动并控制无刷直流电机M1的起动、停止、正反转运转状态。

无刷直流电机M1正常电动运行时，位移传感器H1、位移传感器H2、位移传感器H3检测到的位移信号输入集成电路U1的三个捕获单元CAP1～CAP3,集成电路U1执行捕获中断处理，根据CAP1～CAP3的电平信号得到换向信息，集成电路U1送出相应的脉宽调制信号，通过集成电路U2输出驱动相应的场效应管(场效应管Q1、场效应管Q3、场效应管Q5按控制规律导通，场效应管Q2、场效应管4、场效应管Q6断开),驱动无刷直流电机M1运行；集成电路U1通过记录两次换相的时间间隔计算无刷直流电机M1的转速,对无刷直流电机M1的转速调节。

当无刷直流电机M1处于发电状态高速旋转时，无刷直流电机M1发出的电整流后高于蓄电瓶E1电压，打开晶闸管T2,通过控制斩波管MOS1,实现对蓄电瓶E1充电，线圈L1对充电电流进行滤波；当无刷直流电机M1处于低速旋转时，无刷直流电机M1产生的电势低于蓄电瓶E1的电压，集成电路U1的控制信号通过集成电路U2控制场效应管Q1、场效应管Q3、场效应管Q5断开，场效应管Q2、场效应管4、场效应管Q6按控制规律导通，无刷直流电机M1产生泵升电压，泵升电压高于蓄电瓶E1端电压时，通过控制斩波管MOS1的开通占空比对蓄电瓶E1充电。停车后，蓄电瓶E1供电被切断，但电容C5上还有很高的电压，为安全起见，可通过三极管T3和电阻R13将电容储存的电荷释放掉。

Claims (2)

1.一种无刷直流电机的驱动装置，其特征在于它包括：

对无刷直流电机M1的运转产生控制信号的控制电路：

功率驱动电路，该电路的输入端接控制电路；

逆变桥电路，该电路的输入端接功率驱动电路；

它还包括电流检测电路，该电路的输入端接功率驱动电路、输出端接控制电路和功率驱动电路。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的驱动装置，其特征在于所述的逆变桥电路为：场效应管Q1的栅极通过电阻R1接集成电路U2的27脚，场效应管Q1的集电极和二极管D4的负极接三极管T3的集电极和电容C5的一端、接斩波管MOS1的源极和二极管D12的正极、接晶闸管T1的负极以及电阻R12的一端，场效应管Q1的发射极和二极管D4的正极通过电阻R2接集成电路U2的26脚和无刷直流电机M1的U相绕组；场效应管Q3的栅极通过电阻R3接集成电路U2的23脚，场效应管Q3的集电极和二极管D5的负极接三极管T3的集电极，场效应管Q3的发射极和二极管D5的正极通过电阻R4接集成电路U2的22脚和无刷直流电机M1的V相绕组；场效应管Q5的栅极通过电阻R5接集成电路U2的19脚，场效应管Q5的集电极和二极管D6的负极接三极管T3的集电极，场效应管Q5的发射极和二极管D6的正极通过电阻R6接集成电路U2的18脚和无刷直流电机M1的W相绕组。三极管T3的发射极通过电阻R13接蓄电瓶E1的负极，二极管D11的正极和电容C5的另一端接蓄电瓶E1的负极，二极管D11的负极接二极管D12的负极和斩波管MOS1的漏极并通过线圈L1接晶闸管T2的正极，晶闸管T2的负极接蓄电瓶E的正极，电阻R12的另一端接二极管D10的负极，二极管D10的正极和晶闸管T1的正极接蓄电瓶E1的正极；

场效应管Q4的栅极通过电阻R7接集成电路U2的16脚，场效应管Q4的集电极和二极管D7的负极接无刷直流电机M1的U相绕组并通过电阻R2接集成电路U2的26脚，场效应管Q4的发射极和二极管D7的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路；场效应管Q6的栅极通过电阻R8接集成电路U2的15脚，场效应管Q6的集电极和二极管D8的负极接无刷直流电机M1的V相绕组并通过电阻R4接集成电路U2的22脚，场效应管Q6的发射极和二极管D8的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路；场效应管Q2的栅极通过电阻R9接集成电路U2的14脚，场效应管Q2的集电极和二极管D9的负极接无刷直流电机M1的W相绕组并通过电阻R6接集成电路U2的18脚，场效应管Q2的发射极和二极管D9的正极接蓄电瓶E1的负极和电流检测电路。

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