CN203537287U

CN203537287U - 一种基于dsp的无刷直流电机控制器

Info

Publication number: CN203537287U
Application number: CN201320370675.6U
Authority: CN
Inventors: 戴伟; 陈芳; 牟长洲; 李科
Original assignee: XINJIANG HOPE ELECTRONIC CO Ltd
Current assignee: XINJIANG HOPE ELECTRONIC CO Ltd
Priority date: 2013-06-26
Filing date: 2013-06-26
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2023-06-26

Abstract

本实用新型公开了一种基于DSP的无刷直流电机控制器，包括依次与无刷直流电机连接的驱动主电路和微处理器控制电路，以及分别与所述驱动主电路和微处理器控制电路配合连接的保护电路。本实用新型所述基于DSP的无刷直流电机控制器，可以克服现有技术中体积大、成本高、可靠性低、使用不方便和安装难度大等缺陷，以实现体积小、成本低、可靠性高、使用方便和容易安装的优点。

Description

一种基于DSP的无刷直流电机控制器

技术领域

本实用新型涉及无刷电机控制技术领域，具体地，涉及一种基于数字信号处理器（DSP）的无刷直流电机控制器。

背景技术

直流无刷电动机是近年来随着电子技术的迅速发展而发展起来的一种新型电动机，它是现代化工业设备，现代科学技术和军事装备中重要的机电元件之一。

直流无刷电机的最大特点就是没有换向器和电刷组成的机械接触结构，以往的直流电机均采用电刷以机械方法进行换向，因此带来了噪声、火花、无限电干扰和寿命短等弱点，而直流无刷电机具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列特点，又具备直流电机的运行效率高，无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，因此直流无刷电机在航空航天、机器人控制、医疗器械、仪器仪表和化工以及家用电器中都得到了广泛的应用。

传统的无刷直流电机大多以霍尔元件或其他位置检测元件为位置传感器，以广电码盘为速度检测元件安装的电机内部，它的存在给滞留无刷电机的应用带来很多缺陷与不便：位置传感器会增加点击的体积和成本；连线众多的位置传感器会降低电机运行的可靠性；在某些恶劣的工作环境中，如密封的空调压缩机中，由于制冷剂的强腐蚀性，常规的位置传感器根本就无法使用；传感器的安装精度还会影响电机的运行性能，增加生产的工艺难度。

位置传感器所带来的种种不利影响促使人们对滞留无刷电动机的无位置传感器控制进行研究，无刷直流电动机作为一种新型的无级变速电动机，不仅具有交流电机的体积小，重量轻，惯性小等特点，而且拥有直流电动机优良的调速性能，但又没有机械换向器的缺点，因此得到了广泛的应用，无论在数控机床，机器人等制造加工领域，还是家用电器如洗衣机，电脑硬盘等场合都日益受到重视，以往的无刷直流电机多由单片机附加许多种接口设备构成，不仅复杂，而且速度也受到限制，难于实现从位置环道速度电流环的全数字控制，也不方便扩展。

应用数字信号处理器（DSP）实现的电机伺服系统却可以只用一片DSP就可以替代单片机和各种接口，且由于DSP芯片的快速运算能力，可以实现更复杂更智能化的算法，可以通过高速网络接口进行系统升级和扩展，可以实现位置速度和电流环的全数字化控制，在基于一般的单片机的无刷直流电机控制系统无论是处理速度及精度上都难以和高性能的数字信号处理器相比，DSP的快速运算能力能够使数字控制系统实时地进行运算，而不是用查表的方法得到近似的结果，其内部结构使控制系统能实现更复杂的控制算法，可以将速度环和电流环以数字方式实现，形成以全数字方式实现的无刷直流电机控制系统。

随着科技的高速发展，各类用于电机控制的高性能单片机及DSP的功能越来越丰富，运算速度也有了质的飞跃，而且价格越来越低廉，例如美国TI公司出品的TMS320LF2407系列DSP芯片，其内部具有电机控制单元，功能强大，单条指令的运算时间达到了25NS，速度是普通MCU的50倍，并且内部具有数字信号处理单元以及高速的数模转换单元，在上述的硬件基础上，完全可以实现性能优良的实时控制算法，并编写完善的监控软件。

在实现本实用新型的过程中，发明人发现现有技术中至少存在体积大、成本高、可靠性低、使用不方便和安装难度大等缺陷。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对上述问题，提出一种基于DSP的无刷直流电机控制器，以实现体积小、成本低、可靠性高、使用方便和容易安装的优点。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种基于DSP的无刷直流电机控制器，包括依次与无刷直流电机连接的驱动主电路和微处理器控制电路，以及分别与所述驱动主电路和微处理器控制电路配合连接的保护电路。

进一步地，以上所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，还包括与所述微处理器控制电路连接的转速给定模块。

进一步地，以上所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，还包括与所述微处理器控制电路连接的上位机通信模块。

进一步地，以上所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，还包括与驱动主电路连接的直流功率电源模块。

进一步地，所述微处理器控制电路，包括DSP主控器，连接在所述DSP主控器与驱动主电路之间的A/D转换模块，以及分别连接在无刷直流电机与DSP主控器之间的电流传感器和位置传感器。

进一步地，所述微处理器控制电路，还包括连接在A/D转换模块与驱动主电路之间的电流检测电路。

进一步地，所述驱动主电路，包括依次连接在DSP主控器与无刷直流电机之间的PWM驱动模块和智能功率模块IPM；所述直流功率电源模块和A/D转换模块，分别与智能功率模块IPM连接。

进一步地，所述智能功率模块IPM，主要包括MOSFET驱动控制芯片。

进一步地，所述保护电路，包括连接在DSP主控器和智能功率模块IPM之间的驱动保护电路。

本实用新型各实施例的基于DSP的无刷直流电机控制器，由于包括依次与无刷直流电机连接的驱动主电路和微处理器控制电路，以及分别与驱动主电路和微处理器控制电路配合连接的保护电路；可以具有传统单片机无刷直流电动机控制器和专用芯片无刷直流电动机控制器的优势；从而可以克服现有技术中体积大、成本高、可靠性低、使用不方便和安装难度大的缺陷，以实现体积小、成本低、可靠性高、使用方便和容易安装的优点。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型基于DSP的无刷直流电机控制器的工作原理示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

根据本实用新型实施例，如图1所示，提供了一种基于DSP的无刷直流电机控制器，包括依次与无刷直流电机连接的驱动主电路和微处理器控制电路，分别与驱动主电路和微处理器控制电路配合连接的保护电路，与微处理器控制电路连接的转速给定模块，与微处理器控制电路连接的上位机通信模块，以及与驱动主电路连接的直流功率电源模块。

其中，上述微处理器控制电路，包括DSP主控器，连接在DSP主控器与驱动主电路之间的A/D转换模块，分别连接在无刷直流电机与DSP主控器之间的电流传感器和位置传感器，以及连接在A/D转换模块与驱动主电路之间的电流检测电路。

上述驱动主电路，包括依次连接在DSP主控器与无刷直流电机之间的PWM驱动模块和智能功率模块IPM；直流功率电源模块和A/D转换模块，分别与智能功率模块IPM连接。智能功率模块IPM，主要包括MOSFET驱动控制芯片。

上述保护电路，包括连接在DSP主控器和智能功率模块IPM之间的驱动保护电路。

在上述实施例的基于DSP的无刷直流电机控制器中，DSP主控器主要负责处理电流传感器和位置传感器送来的反馈信号，并发送控制命令产生电机驱动波形。通过捕获单元捕捉电机转子位置传感器上的脉冲信号，从而判断转子的位置，然后输出合适的驱动逻辑电平给智能功率模块IPM（如MOSFET驱动控制芯片），再由MOSFET驱动控制芯片驱动电机旋转。DSP主控器捕获位置传感器的脉冲信号后，计算电机的当前转速，并且与给定的转速对比，通过控制程序控制电机的转速跟随给定的转速。DSP主控器经A/D转换模块及电流检测电路采集电机的电流，结果经PID算法产生合适的调制信号控制电机的电流，当出现过载、低电压或者驱动时序异常等情况时，驱动保护电路则可实现故障保护。

综上所述，本实用新型上述各实施例的基于DSP的无刷直流电机控制器，具有传统单片机无刷直流电动机控制器和专用芯片无刷直流电动机控制器的优势，即专用的电机控制机制，用户可编程、扩展能力强、功能强大，同时有克服了他们各自的缺点，如外设和储存器集成在芯片内，可节省印刷电路板的面积、减小系统中元器件的个数，提高了CPU处理数据的能力和整个系统的可靠性，其次DSP芯片成本下跌，使得整个控制系统的成本大大降低，市场前景广大。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，包括依次与无刷直流电机连接的驱动主电路和微处理器控制电路，以及分别与所述驱动主电路和微处理器控制电路配合连接的保护电路。

2.根据权利要求1所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，还包括与所述微处理器控制电路连接的转速给定模块。

3.根据权利要求1所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，还包括与所述微处理器控制电路连接的上位机通信模块。

4.根据权利要求1所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，还包括与驱动主电路连接的直流功率电源模块。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述微处理器控制电路，包括DSP主控器，连接在所述DSP主控器与驱动主电路之间的A/D转换模块，以及分别连接在无刷直流电机与DSP主控器之间的电流传感器和位置传感器。

6.根据权利要求5所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述微处理器控制电路，还包括连接在A/D转换模块与驱动主电路之间的电流检测电路。

7.根据权利要求5所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述驱动主电路，包括依次连接在DSP主控器与无刷直流电机之间的PWM驱动模块和智能功率模块IPM；所述直流功率电源模块和A/D转换模块，分别与智能功率模块IPM连接。

8.根据权利要求7所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述智能功率模块IPM，主要包括MOSFET驱动控制芯片。

9.根据权利要求7所述的基于DSP的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述保护电路，包括连接在DSP主控器和智能功率模块IPM之间的驱动保护电路。