CN204156769U - 一种无刷直流电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无刷直流电机控制器，包括基于MC33035的无刷直流电机控制电路、驱动电路、霍尔信号光耦隔离电路、过流检测电路、故障信号检测电路以及开关电源电路，采用双闭环调节控制，智能实现电机的转速控制、使能控制、正反转控制以及制动控制。本实用新型提供了实现无刷直流电机控制最经济的方法，任何恶劣的工业环境条件下都能保证电机控制的稳定性、快速性、准确性，大大简化了硬件电路的设计，缩小电源体积，很大程度上提高了系统的安全性和可靠性，大大节约了设计成本。

Description

一种无刷直流电机控制器

技术领域

本实用新型涉及一种无刷直流电机控制器，特别是涉及一种基于MC33035的无刷直流电机控制器，属于无刷直流电机控制技术领域。

背景技术

直流无刷电动机是随着电力电子器件及新型材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机,它既具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流电机那样良好的调速特性而无由于机械式换向器带来的各类问题，还具有运行转速稳定、效率高、相对成本低等优点。

中国专利于2011年3月30日公开了名称为一种直流无刷电动机控制驱动电路及具备该电路的直流无刷电机，公开号为CN 201781455 U的实用新型专利。该控制驱动电路包括顺序连接的整流滤波电路、功率转换电路、位置传感器、电机、控制电路和驱动电路。驱动电路还与功率转换电路相连接，其中功率转化电路为三相桥式逆变电路；反相器连接控制电路的顶端驱动输出端和功率变换驱动器件的上桥臂驱动输入端，控制电路的底端驱动输出端和功率变换驱动器件的下桥臂驱动输入端连接。其不足之处是，控制电路与驱动电路、位置传感器电路、功率转换电路间存在一定的干扰，必需添加光耦隔离器件，这会大大增加硬件电路的复杂度，增加控制器开发设计的成本。

另一件中国专利于2013年3月13日公开了名称为无刷直流电机控制装置，公开号为CN 102969954 A的发明专利。该装置包括无刷直流电机专用驱动芯片MC33035、位置检测电路、驱动保护电路、速度反馈电路和IGBT模块，驱动芯片和驱动保护电路、位置检测电路、速度反馈电路相连，驱动保护电路和IGBT模块相连，IGBT模块接电机的三相绕组，位置检测电路与电机相连，速度反馈电路和位置检测电路相连。其不足之处是，各个模块以及电路之间独立分开，硬件电路繁琐复杂，集成度不高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种无刷直流电机控制器，大大简化了硬件电路的设计，缩小电源体积，降低了控制器的开发设计成本。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无刷直流电机控制器，包括控制电路、驱动电路、霍尔信号光耦隔离电路、过流检测电路、故障信号检测电路，所述霍尔信号光耦隔离电路、驱动电路、故障信号检测电路分别与所述控制电路连接，所述过流检测电路分别与所述驱动电路、故障信号检测电路连接；所述驱动电路用于驱动所述无刷直流电机，所述霍尔信号光耦隔离电路用于将无刷直流电机霍尔位置信号经光耦隔离后传输给所述控制电路，所述过流检测电路用于检测无刷直流电机母线电流并将该电流信号传输给所述控制电路，所述故障信号检测电路用于检测故障信号并传输给所述控制电路。

进一步的，还包括开关电源电路，所述开关电源电路给所述驱动电路、控制电路、霍尔信号光耦隔离电路、过流检测电路、故障信号检测电路供电。

优选的，所述控制电路采用控制芯片MC33035，并外接电子测试芯片MC33039。

优选的，所述驱动电路采用智能功率芯片PS21865。

优选的，霍尔信号光耦隔离电路采用光耦隔离芯片6N137。

优选的，过流检测电路采用LA25-NP电流传感器。

优选的，故障信号检测电路采用与逻辑门SN74AHCT1G08。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

1、本实用新型无刷直流电机控制器，采用MC33035作为控制芯片，与MC33039组成闭环控制系统可方便的控制无刷直流电机，其外围电路简单，控制功能强，保护功能完善，易于调试，通用性好且成本低廉。

2、本实用新型无刷直流电机控制器，采用智能功率芯片PS21865驱动无刷直流电机，无需使用任何光耦隔离器件，内部集成度高，体积小，内部不仅封装了门极驱动电路，而且还有故障检测和各种保护电路，大大简化了硬件电路的设计，缩小电源体积，简化接线，缩短了控制器开发周期并在很大程度上提高了系统的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型无刷直流电机控制器的原理框图。

图2是本实用新型控制电路的电路图。

图3是本实用新型驱动电路的电路图。

图4是本实用新型霍尔信号光耦隔离电路的电路图。

图5是本实用新型过流检测电路的电路图。

图6是本实用新型故障信号检测电路的电路图。

图7是本实用新型开关电源电路的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

如图1所示，为无刷直流电机控制器的闭环控制原理框图，设计为双闭环负反馈控制结构。电机内部的霍尔位置传感器实时反馈电机转子位置信息，一方面实时反馈电机转子位置信号并送至电子测试芯片MC33039进行F/V转换；另一方面将位置信号送至MC33035译码电路产生6路驱动输出信号。ASR和ACR分别为转速调节器和电流调节器。内环为电流环，电流的调节实质则是电磁转矩的调节。外环为速度环，给定转速N与电机实际转速n之差即为转速误差，该误差作为转速调节器ASR的输入值，ASR输出值作为给定值I输入给电流环，I与实际测得的电流值i之差为电流误差，该误差作为电流调节器ACR的输入值，ACR输出则作为电压的参考值，与MC33039的5脚输出信号作比较输出PWM调制波，通过改变控制信号的占空比改变无刷直流电机(BLDCM)转速，完成整个控制系统的双闭环负反馈控制。

如图2、图3所示，为控制芯片MC33035、电子测试芯片MC33039以及智能功率芯片PS21865组成的无刷直流电机控制器的控制电路和驱动电路。MC33035和MC33039组成闭环三相无刷直流电机控制电路，电机内部的霍尔位置传感器将转子磁极位置信号转换成电信号输入给MC33035的管脚4、5、6，MC33035内部的转子位置译码器将接收到转子位置信号并进行编码，以提供顶端驱动(管脚2、1、24)和底部驱动(管脚19、20、21)输入的正确时序，该整流时序作为输入送至智能功率芯片PS21865控制信号输入端。管脚3为电机正向/反向运转控制端子，改变霍尔信号在译码器内的逻辑状态，再经译码后得到反相序逻辑组合输出从而改变电机转向。本实施例中将该脚悬空，默认为高有效。管脚7为电机的通/断控制，由输出使能来实现，默认为高电平有效。管脚23为制动输入，当接高电位时，实施制动，此时顶部驱动输出全部关断，底部驱动全部接通，电机短接产生反电动势，实现能耗制动，正常运行下此脚接地。管脚22为提供的60°/120°选择,可使MC33035很方便地控制具有60°、120°、240°或300°的传感器相位的电机，本实施例中将该引脚接地。管脚8提供6.25V参考电压，提供振荡器定时电容的充电电源、MC33039的基准电源同时还为电机内部传感器供电。管脚10外接电容C₁₄到地并且由管脚8通过R₁₄充电，产生一个频率可编程的锯齿波，其振荡频率可由定时元件C₁₄和R₁₄选择的参数值来确定。管脚8同时为速度设置电位器提供参考电压，误差管脚11连接到速度设置电位器上。管脚14为错误指示输出，通过一限流电阻与LED灯相连。管脚15为电流检测反向输入端，一般接地。MC33039的输出脉冲串波(管脚5)被MC33035的误差信号放大器反向输入(管脚12)积分，产生一个直流电平，该电平与电机速度成正比。此与速度成正比的电平在MC33035的管脚13处建立PWM参考电平，闭合形成反馈环路。MC33039为高性能闭环速度控制适配器，专门设计为用于无刷直流电机控制系统，它与MC33035配合使用，实现了直流无刷电机闭环速度控制的经济的方法。PS21865采用自举电路结构，单电源驱动并无需任何光耦隔离，MC33035的六路PWM输出信号直接与PS12865的三相控制信号输入端管脚(管脚6、21、12、22、18、23)连接，完成对无刷直流电机的闭环控制。

如图4所示，为霍尔信号光耦隔离电路图。霍尔信号光耦隔离电路的主要功能是将霍尔位置传感器检测到的霍尔信号经高速光耦进行光耦隔离后输入MC33035和MC33039，主要是防止因有电的连接而引起的干扰，特别是低压的控制电路与外部电路之间。霍尔元件选用的是双极锁存型US1881，其检测范围为1mm-10mm，实际应用时霍尔元件与电机永磁体的最佳距离是6mm。霍尔信号(HallA、HallB、HallC)经高速光耦6N137的2脚进行光耦隔离，6脚输出信号经缓冲器SN74LS07分别送至MC33035(4、5、6)脚。此外，接口电路中的霍尔信号线均采用屏蔽线，起到干扰信号屏蔽作用。

如图5所示，为过流检测电路图。过流检测电路的主要功能是检测电机的直流母线电流是否有过流现象并将检测信号送至控制芯片MC33035，若有过流则MC33035进行故障保护。核心器件是电流传感器，本控制器选用的是LA25-NP，参数为25A/600V。电流传感器跨接到直流母线上，输出电流信号，通过适当阻值的电阻后变为电压信号，输入比较器LM339同相输入端，此待比较的电压信号与反相输入端的参考电压比较，如若待比较电压小于反相参考电压则正常运行；否则，其产生低电平经高速CMOS器件74HC14输入给MC33035的9脚，MC33035发出过流保护指令，对IPM模块进行保护。

如图6所示，为故障信号检测电路图。故障信号检测电路的主要功能是检测控制器电路中是否出现故障，包括：过流、过压、过温、欠电压等。若有故障则送至控制芯片MC33035进行故障保护。将智能功率芯片PS21865检测的故障输出信号与电流检测信号通过一个与逻辑门SN74AHCT1G08送入MC33035的9脚电流检测同相输入端经行电流检测。

如图7所示，为开关电源电路图。开关电源电路的主要功能是将市电220V交流电压，经该电路分别输出24V、15V、5V直流电压。本实用新型的控制器所需无刷直流电机专用芯片MC33035及其外围电路的工作电压为+24V、+5V，智能功率芯片PS21865所需的工作电压是+15V。插口接入220V市电，经变压器转为低压交流电，整流桥将该交流电整流为脉动的直流电，再经滤波电容滤除脉动直流电中的交流成分得到平滑的直流电，通过稳压集成电路7824、7805以及达林顿功率放大器和+15V稳压二极管组成的稳压电路分别输出+24V、+5V、+15V直流电压，满足系统工作所需。

以上实施例仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (7)

1.一种无刷直流电机控制器，其特征在于：包括控制电路、驱动电路、霍尔信号光耦隔离电路、过流检测电路、故障信号检测电路，所述霍尔信号光耦隔离电路、驱动电路、故障信号检测电路分别与所述控制电路连接，所述过流检测电路分别与所述驱动电路、故障信号检测电路连接；所述驱动电路用于驱动所述无刷直流电机，所述霍尔信号光耦隔离电路用于将无刷直流电机霍尔位置信号经光耦隔离后传输给所述控制电路，所述过流检测电路用于检测无刷直流电机母线电流并将该电流信号传输给所述控制电路，所述故障信号检测电路用于检测故障信号并传输给所述控制电路。

2.如权利要求1所述无刷直流电机控制器，其特征在于：还包括开关电源电路，所述开关电源电路给所述驱动电路、控制电路、霍尔信号光耦隔离电路、过流检测电路、故障信号检测电路供电。

3.如权利要求1或2所述无刷直流电机控制器，其特征在于：所述控制电路采用控制芯片MC33035，并外接电子测试芯片MC33039。

4.如权利要求1或2所述无刷直流电机控制器，其特征在于：所述驱动电路采用智能功率芯片PS21865。

5.如权利要求1或2所述无刷直流电机控制器，其特征在于：所述霍尔信号光耦隔离电路采用光耦隔离芯片6N137。

6.如权利要求1或2所述无刷直流电机控制器，其特征在于：所述过流检测电路采用LA25-NP电流传感器。

7.如权利要求1或2所述无刷直流电机控制器，其特征在于：所述故障信号检测电路采用与逻辑门SN74AHCT1G08。