CN203691303U

CN203691303U - 吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器

Info

Publication number: CN203691303U
Application number: CN201420039837.2U
Authority: CN
Inventors: 高晗璎; 吕鑫; 刘端增; 杨仁德; 赵杰; 陈喻; 杨忠生
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2014-01-22
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2024-01-22

Abstract

吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器。传统的吸尘器在恶劣工作环境中应用时会使系统的可靠性降低。一种吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其组成包括：壳体，所述的壳体内装有ST7单片机，所述的ST7单片机发出六路PWM信号经IR2110功放后连接功率开关管，所述的无刷电机系统由ST7单片机及外围控制电路、IR2110驱动电路和IGBT逆变电路组成。本实用新型用于电机驱动控制。

Description

吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器

技术领域：

本实用新型涉及电机驱动控制，具体涉及到直流无刷电机的无位置传感器控制技术。

背景技术：

传统吸尘器分电机有有刷直流电机和单相串励电机两种；直流有刷电动机和单相串励电动机的共同特点是存在电刷和换向器，由此带来噪声、火花以及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用领域；而且在高温、低温、高震动、潮湿、污浊空气等恶劣工作环境中应用时会使系统的可靠性降低；接线较多，不便于安装且易引起电磁干扰；位置传感器的安装精度直接影响电机运行性能，限制了电机的小型化。

发明内容：

本实用新型的目的是提供一种电机驱动控制，具体涉及到吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其组成包括：壳体，所述的壳体内装有ST7单片机，所述的 ST7单片机发出六路PWM信号经IR2110功放后连接功率开关管，所述的无刷电机系统由ST7单片机及外围控制电路、IR2110驱动电路和IGBT逆变电路组成。

所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，取自逆变器输出端的3个150k欧姆限流电阻接至控制器的MCIA、MCIB、MCIC引脚，所述的控制器SCI、SPI、I/O引脚分别与上位机、E2PROM、电机控制逻辑连接，所述的PWM信号连接隔离电路，所述的隔离电路连接驱动电路，所述的驱动电路连接IGBT逆变电路，所述的IGBT逆变电路输出端连接直流无刷电机。

所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，速度调节器连接电流调节器，所述的电流调节器和三角波发生器连接PWM，所述的 PWM连接信号分配器，所述的信号分配器连接门极驱动，所述的门极驱动连接三相逆变器桥，所述的三相逆变器桥连接电机。

所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，所述的无位置传感器进行电机相绕组端电压采样并输送至反电势信号处理单元的电阻R，所述的反电势信号处理单元通过输出给速度检测单元形成速度反馈信号形成电连接，所述的速度给定与速度反馈信号相比较后连接到速度调节器。

所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，主电路输入220V交流电，经整流桥后与电解电容C3 和电容 C2并联，所述的IGBT逆变电路由6个功率开关管构成，所述的IGBT逆变电路连接整流桥、电解电容C3 和电容 C2。

所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，所述的IR2110驱动电路SD、VSS和COM引脚共地;所述的IR2110驱动电路的HIN引脚与IC1A的PWM1连接；所述的IR2110驱动电路的LIN引脚与IC1B的PWM2连接；所述的IR2110驱动电路的HO与LO分别连接电阻R16、R17；所述的IR2110驱动电路的VB引脚通过电解电容E1与VS引脚连接，所述的VB引脚通过反向二极管连接VCC引脚。

所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，所述的壳体内具有反电动势采样电路，所述的反电动势采样电路中A、B、C相通过电阻和IN4148电连接接多路选通器，所述的多路选通器为通过信号处理电路产生过零信号的多路选通器。

有益效果：

1．吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器采用可靠性高、抗干扰能力强且性价比高的ST7FMC单片机作为控制器的主控芯片，实现了电动机的无级调速。

．吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器采用高效、高集成度的硬件设计来提高吸尘器系统的整体性能，实现无刷直流电动机系统的全数字控制，改变传统吸尘器用电机控制方案的缺陷。

．吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器采用无位置传感器检测技术，采用高灵敏度的反电动势过零检测法，很好地实现了电机自动换相、平稳运行。

附图说明：

附图1是系统的硬件连接结构示意图。

附图2是直流无刷电机控制系统原理图。

附图3是主电路。

附图4 是驱动电路。

附图5是反电动势采样电路。

具体实施方式：

实施例1:

一种吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其组成包括：壳体，所述的壳体内装有ST7单片机，所述的 ST7单片机发出六路PWM信号经IR2110功放后输出驱动功率开关管，实现电机转子预定位、加速和状态切换三个步骤，所述的无刷电机系统由ST7单片机及外围控制电、IR2110驱动电路和IGBT逆变电路组成，实现过流、欠压保护电路。

实施例2:

根据实施例1所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，取自逆变器输出端的3个150k欧姆限流电阻接至控制器的MCIA、MCIB、MCIC引脚，所述的控制器SCI、SPI、I/O引脚分别与上位机、E2PROM、电机控制逻辑连接，所述的PWM信号连接隔离电路，所述的隔离电路连接驱动电路，所述的驱动电路连接IGBT逆变电路，所述的IGBT逆变电路输出端连接直流无刷电机。

实施例3:

根据实施例1或2所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，速度调节器连接电流调节器，所述的电流调节器和三角波发生器连接PWM，所述的 PWM连接信号分配器，所述的信号分配器连接门极驱动，所述的门极驱动连接三相逆变器桥，所述的三相逆变器桥连接电机。

实施例4:

根据实施例3所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，所述的电机采用无位置传感器方式进行转子位置检测，所述的无位置传感器通过电阻R进行电机相绕组端电压采样并输送至反电势信号处理单元，所述的反电势信号处理单元的输出给速度检测单元形成速度反馈信号，所述的速度给定与速度反馈信号相比较输出给速度调节器。

实施例5:

根据实施例1所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，主电路输入220V交流电，经整流桥后与电解电容C3 和电容 C2并联，所述的IGBT逆变电路由6个功率开关管构成，所述的IGBT逆变电路连接整流桥、电解电容C3 和电容 C2。

实施例6

根据实施例1所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，所述的IR2110驱动电路SD、VSS和COM引脚共地;所述的IR2110驱动电路的HIN引脚与IC1A的PWM1连接；所述的IR2110驱动电路的LIN引脚与IC1B的PWM2连接；所述的IR2110驱动电路的HO与LO分别连接电阻R16、R17；所述的IR2110驱动电路的VB引脚通过电解电容E1与VS引脚连接，所述的VB引脚通过反向二极管连接VCC引脚。

实施例7：

根据实施例1所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，所述的壳体内具有反电动势采样电路，所述的反电动势采样电路中A、B、C相通过电阻和IN4148连接多路选通器，所述的多路选通器通过信号处理电路产生过零信号。

实施例8：

根据实施例1—7所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，吸尘器用无位置传感器无刷电机的控制方法，包括以下部分：

无刷直流电机起动时，先由给电机的两相定子绕组通电，经过一段时间后转子处于预定的初始位置，然后按照电机预定的换相顺序控制相绕组通电，使电机起动。该阶段同时进行反电动势检测，但换相不受反电动势控制。电机按预定换相次序进行换相采取变频、恒压的方式起动。等待连续检测到两次反电动势过零点即跳出开环换相过程，进入自动换相。

反电动势采样：反电动势信号取自逆变器的3个输出端，电机端电压经过限流电阻分别送入ST7FMC的三个引脚，与寄存器定义的电压参考值做比较，本系统采用0.2V为反电动势的基准电压，限流电阻为三个150k欧姆电阻。待检测到反电动势点时，通过软件延时30°，得到真正的换相点。当电机进入自动换相模式，会发生换相事件（C）、绕组消磁事件（D）、反电动势过零事件（Z）该系统利用电流霍尔传感器进行电机母线的电流采样，以实现电流采样、过流限制、电机制动等保护功能。

实施例9：

根据实施例8所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，直流无刷电机在转速很低时的反电动势为零，无法进行过零检测，必须采用特殊的电机起动方法。本系统采用三段式起动法，通过给电机的两相绕组通电，使其处于预定的位置，然后按照预定的旋转方向进行开环换相，并逐渐减小时间间隔，实现电机的加速运行。此时，检测电机的反电动势，但换相并不受其控制。当电机的转速足够大，并能够连续检测到两次反电动势时切换到电机的自动换相。

实施例10：

根据实施例9所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，电机反电动进行采样，电机进入自动换相时要根据反电动势过零点实现换相，本系统采用电阻检测法，取自逆变器的输出端，并通过连接3个150k欧姆限流电阻接至控制器的MCIA、MCIB、MCIC引脚。与参考电压0.2V相比较，通过判断，得到准确的换相点，实现电机的正确换相。

实施例11：

根据实施例10所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电动机控制器，电机进入自动换相模式，就会发生C、D、Z事件，C事件是装载下次要导通的功率管序号，实现电机的换相；D事件是装载下次的消磁时间，消除转矩脉动对Z事件检测的影响，避免检测到的过零点不正确；Z事件是通过相邻两次过零事件来计算电机速度，用于电机的转速控制。

实施例12：

根据实施例11所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，根据发生两次Z事件之间的时间间隔得出当前电机转速，并利用PI调节器实现电机的转速闭环控制，使电机能够稳定运行。

实施例13：

根据实施例12所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，为实现整个控制系统的稳定运行，系统还具有完备的保护功能，如过载、过流保护等。

Claims

1.一种吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其组成包括：壳体，其特征是：所述的壳体内装有ST7单片机，所述的 ST7单片机发出六路PWM信号经IR2110功放后连接功率开关管，所述的无刷电机系统由ST7单片机及外围控制电路、IR2110驱动电路和IGBT逆变电路组成。

2.根据权利要求1所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其特征是：取自逆变器输出端的3个150k欧姆限流电阻接至控制器的MCIA、MCIB、MCIC引脚，所述的控制器SCI、SPI、I/O引脚分别与上位机、E2PROM、电机控制逻辑连接，所述的PWM信号连接隔离电路，所述的隔离电路连接驱动电路，所述的驱动电路连接IGBT逆变电路，所述的IGBT逆变电路输出端连接直流无刷电机。

3.根据权利要求1或2所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其特征是：速度调节器连接电流调节器，所述的电流调节器和三角波发生器连接PWM，所述的 PWM连接信号分配器，所述的信号分配器连接门极驱动，所述的门极驱动连接三相逆变器桥，所述的三相逆变器桥连接电机。

4.根据权利要求3所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其特征是：所述的无位置传感器进行电机相绕组端电压采样并输送至反电势信号处理单元的电阻R，所述的反电势信号处理单元通过输出给速度检测单元形成速度反馈信号形成电连接，所述的速度给定与速度反馈信号相比较后连接到速度调节器。

5.根据权利要求1所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其特征是：主电路输入220V交流电，经整流桥后与电解电容C3 和电容 C2并联，所述的IGBT逆变电路由6个功率开关管构成，所述的IGBT逆变电路连接整流桥、电解电容C3 和电容 C2。

6.根据权利要求1所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其特征是：所述的IR2110驱动电路SD、VSS和COM引脚共地;所述的IR2110驱动电路的HIN引脚与IC1A的PWM1连接；所述的IR2110驱动电路的LIN引脚与IC1B的PWM2连接；所述的IR2110驱动电路的HO与LO分别连接电阻R16、R17；所述的IR2110驱动电路的VB引脚通过电解电容E1与VS引脚连接，所述的VB引脚通过反向二极管连接VCC引脚。

7.根据权利要求1所述的吸尘器用无位置传感器无刷直流电机控制器，其特征是：所述的壳体内具有反电动势采样电路，所述的反电动势采样电路中A、B、C相通过电阻和IN4148电连接接多路选通器，所述的多路选通器为通过信号处理电路产生过零信号的多路选通器。