CN204258673U - 一种无刷直流电机控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电子技术领域，提出一种无刷直流电机控制电路。提出的一种无刷直流电机控制电路包括有MCU处理芯片U3（3）、CAN通信电路（2）、转子位置检测电路（5）、电路信号采集电路（6）和三相逆变电路（4）；CAN通信电路（2）与MCU处理芯片U3（3）相连；转子位置检测电路（5）与MCU处理芯片U3（3）相连；对应MCU处理芯片U3（3）设置有给定转速信号输入器（7）；MCU处理芯片U3（3）具有三组六路独立的PWM 输出端口；无刷直流电机的运行、停止由连接在MCU处理芯片U3（3）与GND之间的启动/停止开关S1控制。本实用新型具有外部电路简单，成本低、可靠性和可维修性高的特点。
Description
技术领域
本实用新型属于电子技术领域，具体涉及一种无刷直流电机控制电路。
背景技术
近年来直流电动机因其优良的调速、起动、制动性能在各种电力拖动系统中得到广泛的应用，但因直流电机的机械换向出现的火花等问题在一些地方限制了直流电机的使用。自20世纪70年代以来，电力电子器件迅速发展，研制并生产出多种既能控制其导通又能控制其关断的全控型器件，由它们构成的电子开关在直流电机中取代了机械换向，使得无刷直流电机逐渐被大规模应用。
目前市场上的无刷直流电机控制电路采用的控制芯片大多不具备专业无刷直流电机控制模块，在外围电路的设计中需要搭建很多的逻辑门电路来实现电机控制MOSFET电桥的逻辑驱动控制，在MOSFET上下桥臂的互锁功能和死区时间的设置等都靠模拟电路去实现，可靠性及维修性较差。
实用新型内容
为解决上述现有技术中所存在的问题，本实用新型的目的是提出一种无刷直流电机控制电路。
本实用新型为完成上述目的采用如下技术方案：
一种无刷直流电机控制电路，所述的控制电路包括有MCU处理芯片U3、CAN通信电路、转子位置检测电路、电路信号采集电路和三相逆变电路；所述的CAN通信电路与所述的MCU处理芯片相连；所述的转子位置检测电路与MCU处理芯片U3相连，将转子的位置信号送入MCU处理芯片；对应MCU处理芯片U3设置有用以为其提供0～5V给定转速信号模拟量的给定转速信号输入器；所述的MCU处理芯片U3具有六路独立的PWM 输出端口，每两路PWM 输出端口组成一组，三组所述的PWM 输出端口分别与无刷直流电机的三相逆变电路相对应；所述的MCU处理芯片U3接收给定转速信号输入器输入的转速信号和转子位置检测电路输入的转子位置信号后，经过运算、处理通过六个控制PWM端口输出控制信号给三相逆变电路从而控制无刷直流电机的运行；MCU处理芯片U3的一个输入端口与GND之间设置有用以控制无刷直流电机的运行、停止的启动/停止开关S1；所述的电流信号采集电路与MCU处理芯片U3相连，所述的电流信号采集电路用于在无刷直流电机运行期间对无刷直流电机的其中两相电流进行检测，并将两相电流信号送入MCU处理芯片U3，作为MCU处理芯片U3调节控制输出的变量条件；所述的控制电路还包括有用以对整个控制电路提供所需要的各个电压的基准电源电路。
所述的MCU处理芯片U3采用dspic30f4011芯片，MCU处理芯片U3的两个CAN通信管脚分别与CAN通信电路中CAN收发器芯片U4的两个管脚相连；所述MCU处理芯片U3的中断、捕获管脚分别与转子位置检测电路的输出相连；MCU处理芯片U3的四组电源引脚之间分别跨接有滤波电容；所述MCU处理芯片U3的六路PWM 输出端口分别与三相逆变电路的输入相连。
所述电流信号采集电路采用双运放芯片，双运放芯片的运算放大器U8A和算放大器U8B的电路为相同的拓扑结构；双运放芯片U8A和U8B的同相输入管脚分别连接电流互感器，由电流互感器感应无刷直流电机其中两相电流产生的0-5V电压；双运放芯片U8A和U8B的反相输入管脚与其相对应的输出管脚相连；双运放芯片U8A和U8B的输出管脚通过电阻、电感连接MCU处理芯片U3的输入管脚。
所述三相逆变电路的每相电路具有相同的电路拓扑结构；所述的三相逆变电路采用驱动芯片驱动MOSFET组成的三相H桥电路；每相电路驱动芯片的输入管脚分别与MCU处理芯片U3上所对应的PWM 输出端口相连；每相电路驱动芯片的两个输出管脚分别通过电阻与该相H桥上桥臂、下桥臂MOSFET的栅极相连。
所述的转子位置检测电路采用一阶低通滤波输入方式，可有效滤除干扰信号对转子位置检测的干扰，尤其适用于无刷直流电机转速较低时。
本实用新型提出的一种无刷直流电机控制电路，采用专业的无刷直流电机控制芯片，内部集成专门的无刷直流电机控制模块；外部电路简单，成本低、可靠性和可维修性高；这种无刷直流电机控制电路在实际应用中具有很大的优越性。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图。
图2是本实用新型的基准电源电路原理图。
图3是本实用新型的CAN通信电路原理图。
图4是本实用新型的MCU处理电路原理图。
图5是本实用新型的转子位置检测电路原理图。
图6是本实用新型的三相逆变电路原理图。
图7是本实用新型的电流信号采集电路原理图。
图中：1、基准电源电路，2、CAN通信电路，3、MCU处理电路U3，4、三相逆变电路，5、转子位置检测电路，6、电流信号采集电路，7、给定转速信号输入器。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本实用新型加以说明：
如图1所示，一种无刷直流电机控制电路，所述的控制电路包括有MCU处理芯片U33、CAN通信电路2、转子位置检测电路5、电路信号采集电路6和三相逆变电路4；所述的CAN通信电路2与所述的MCU处理芯片U33相连,用于与计算机上位机或其他ECU进行通信；所述的转子位置检测电路5采用一阶低通滤波输入方式与MCU处理芯片U33相连，将转子的位置信号送入MCU处理芯片U33；对应MCU处理芯片U33设置有用以为其提供0～5V给定转速信号模拟量的给定转速信号输入器7；所述的MCU处理芯片U33具有六个独立的PWM 输出端口，每两个PWM 输出端口组成一组，三组所述的PWM 输出端口分别与无刷直流电机的三相电压相对应；所述的MCU处理芯片U33接收给定转速信号输入器7输入的转速信号和转子位置检测电路5输入的转子位置信号后，经过运算、处理通过六个控制PWM端口输出控制信号给三相逆变电路从而控制无刷直流电机的运行；无刷直流电机的运行、停止由连接在MCU处理芯片U33一个输入端口与GND之间的启动/停止开关S1控制；所述的电流信号采集电路6用于在无刷直流电机运行期间对无刷直流电机的其中两相电流进行检测，并将两相电流信号送入MCU处理芯片U33，作为MCU处理芯片U33调节控制输出的变量条件；该实施例将U、V相电流信号送入MCU处理芯片U33；结合图2，所述的控制电路还包括有用以对整个控制电路提供所需要的各个电压的基准电源电路1，为整个控制电路提供稳定的+12V和+5V直流电压。
如图4所示，所述的MCU处理芯片U33采用Microchip公司生产的dspic30f4011芯片，MCU处理芯片U33与给定转速信号输入器7相连，MCU处理芯片U33的35管脚与GND之间跨接启动/停止开关S1，MCU处理芯U33的两个CAN通信管脚4和5分别与CAN通信电路中CAN收发器芯片U4的4脚和1脚连；所述MCU处理芯片U3的中断、捕获管脚22、23和24分别与转子位置检测电路的输出相连；同时U3的管脚30、31之间跨接晶体振荡器Y1（图中未显示），晶体振荡器Y1的两端与GND之间分别跨接电容C7（图中未显示）和电容C9（图中未显示）；所述MCU处理芯片U33的18管脚与R1、C8及R2组成的上电复位电路（图中未显示）相连；MCU处理芯U33的电源引脚7和6、17和16、28和29、39和38之间分别跨接滤波电容C16、滤波电容C17、滤波电容C18、滤波电容C19（图中未显示）；所述MCU处理芯片U3的六个PWM 输出端口分别与三相逆变电路的输入。
如图7所示，所述电流信号采集电路采用Texas Instruments公司生产的LM358双运放芯片，双运放芯片U8A和U8B的电路为相同的拓扑结构；双运放芯片U8A和U8B的同相输入管脚3和5分别连接电流互感器，由电流互感器感应无刷直流电机其中两相电流产生的0-5V电压；该实施例中UI、VI为电流互感器感应无刷直流电机的U相和V相电流产生的0-5V电压；UI与运算放大器U8A的同相输入管脚3相连，VI与运算放大器U8B的同相输入管脚5相连；运算放大器U8A的3脚与AGND之间跨接电阻R31，运算放大器U8B的5脚与AGND之间跨接电阻R37；运算放大器U8A的反相输入管脚2与运算放大器U8A的输出管脚1脚相连接，运算放大器U8B的反相输入管脚6与运算放大器U8B的输出管脚7脚相连接；运算放大器U8A的1脚经电阻R27和电感L4与MCU处理芯片U33的19管脚相连，运算放大器U8B的7脚经电阻R37和电感L5与MCU处理芯片U33的20管脚相连；MCU处理芯片U33的19管脚与AGND之间跨接电容C42，与+5V和AGND之间跨接有钳位二极管D11。电容C41跨接在运算放大器U8A的8管脚和4管脚之间；MCU处理芯片U33的20管脚与AGND之间跨接电容C46，与+5V和AGND之间跨接有钳位二极管D12。
如图6所示，所述三相逆变电路的每相电路具有相同的电路拓扑结构；所述的三相逆变电路采用驱动芯片驱动MOSFET组成的三相H桥电路；MCU处理芯片U33的PWM输出管脚8、9、10、11、14、15分别与三相逆变电路驱动芯片U5的1、2管脚，U6的1、2管脚和U7的1、2管脚相连；驱动芯片U5的输出管脚7管脚经过电阻R10和电阻R6与U相H桥上桥臂MOSFET的栅极即Q1的1脚相连接，驱动芯片U5的输出管脚4管脚经过电阻R9和电阻R11与U相H桥下桥臂MOSFET的栅极即Q2的1脚相连接，
驱动芯片U6的输出管脚7管脚经过电阻R19和电阻R3与V相H桥上桥臂MOSFET的栅极即Q3的1脚相连接，驱动芯片U6的输出管脚4管脚经过电阻R18和电阻R16与V相H桥下桥臂MOSFET的栅极即Q4的1脚相连接，
驱动芯片U7的输出管脚7管脚经过电阻R26和电阻R20与W相H桥上桥臂MOSFET的栅极即Q5的1脚相连接，驱动芯片U7的输出管脚4管脚经过电阻R25和电阻R23与W相H桥下桥臂MOSFET的栅极即Q6的1脚相连接。所述的驱动芯片U5、U6、U7采用由International Rectifier公司生产的IR2181 MOS管驱动芯片。
所述的基准电源电路的线性稳压器U1和线性稳压器U2分别采用由National Semiconductor公司生产的线性稳压器LM7812和LM7805，CAN通信电路中CAN收发器芯片U4采用由Philips公司生产的TJA1050T芯片。
本实用新型采用dsPIC30F4011 电机控制器件作为MCU控制电路核心控制芯片。该器件是专为电机控制电机控制而设计的。内部集成了DSP 引擎用于完成高速的数学运算，六路独立 PWM 输出或可配置为三组专用于电机控制的互补 PWM 输出对，六输入、 1 Msps ADC可同时对多达 4路输入进行采样以及各种通信接口和引脚中断捕捉功能都非常适合于用来进行无刷直流电机的控制。
本实用新型通过MCU的IO管脚检测启动/停止信号，通过AD采集管脚采集用于转速设定的模拟量和流过电机U相、V相的电流感应得到的电压值，再通过中断管脚和捕捉输入管脚获得当前转子位置值以及实际转速，综合这些输入变量和条件，经过运算处理最终输出用于电机换相的三相逆变电路控制信号，控制电机换相实现无刷直流电机的控制。
Claims (4)
1.一种无刷直流电机控制电路，其特征在于：所述的控制电路包括有MCU处理芯片U3（3）、CAN通信电路（2）、转子位置检测电路（5）、电路信号采集电路（6）和三相逆变电路（4）；所述的CAN通信电路（2）与所述的MCU处理芯片U3（3）相连；所述的转子位置检测电路（5）与MCU处理芯片U3（3）相连，将转子的位置信号送入MCU处理芯片U3（3）；对应MCU处理芯片U3（3）设置有用以为其提供0～5V给定转速信号模拟量的给定转速信号输入器（7）；所述的MCU处理芯片U3（3）具有六路独立的PWM 输出端口，每两路PWM 输出端口组成一组，三组所述的PWM 输出端口分别与无刷直流电机的三相逆变电路相对应；所述的MCU处理芯片U3（3）接收给定转速信号输入器（7）输入的转速信号和转子位置检测电路（5）输入的转子位置信号； MCU处理芯片U3（3）的一个输入端口与GND之间设置有用以控制无刷直流电机的运行、停止的启动/停止开关S1；所述的电流信号采集电路（6）与MCU处理芯片U3（3）相连，将无刷直流电机运行期间无刷直流电机的其中两相电流信号送入MCU处理芯片U3（3）；所述的控制电路还包括有用以对整个控制电路提供所需要的各个电压的基准电源电路（1）。
2.根权利要求1所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于：所述的MCU处理芯片U3（3）采用dspic30f4011芯片，MCU处理芯片U3（3）的两个CAN通信管脚分别与CAN通信电路（2）中CAN收发器芯片U4的两个管脚相连；所述MCU处理芯片U3（3）的中断、捕获管脚分别与转子位置检测电路的输出相连；MCU处理芯片U3（3）的四组电源引脚之间分别跨接有滤波电容；所述MCU处理芯片U3（3）的六路PWM 输出端口分别与三相逆变电路的输入相连。
3.根权利要求1所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于：所述电流信号采集电路（6）采用双运放芯片，双运放芯片U8A和U8B的电路为相同的拓扑结构；双运放芯片U8A和U8B的同相输入管脚分别连接电流互感器，由电流互感器感应无刷直流电机其中两相电流产生的0-5V电压；双运放芯片U8A和U8B的反相输入管脚与其相对应的输出管脚相连；双运放芯片U8A和U8B的输出管脚通过电阻、电感连接MCU处理芯片U3的输入管脚。
4.根权利要求1所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于：所述三相逆变电路（4）的每相电路具有相同的电路拓扑结构；所述的三相逆变电路采用驱动芯片驱动MOSFET组成的三相H桥电路；每相电路驱动芯片的输入管脚分别与MCU处理芯片U3上所对应的PWM 输出端口相连；每相电路驱动芯片的两个输出管脚分别通过电阻与该相H桥上桥臂、下桥臂MOSFET的栅极相连。
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| CN104467560A (zh) * | 2014-12-04 | 2015-03-25 | 洛阳市黄河软轴控制器股份有限公司 | 一种无刷直流电机控制电路 |
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