CN205792320U - 一种无刷直流电机控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无刷直流电机控制电路，与无刷直流电机的H桥输出驱动电路连接，无刷直流电机控制电路包括处理单元和信号单元，处理单元分别与信号单元连接和H桥输出驱动电路连接，用于控制进入无刷直流电机内电流的有效值或电流方向；信号单元包括霍尔元件、霍尔放大器、选择器和模数转换器，处理单元包括输入信号检测模块、迟滞比较器、霍尔信号检测模块和输出模块；输出模块与H桥输出驱动电路连接。本实用新型的优点和有益效果在于：简化了系统电路，减少了电路面积，降低了无刷直流电机控制电路的设计与调试难度和无刷直流电机在启动或换向时的功耗，提高了可靠性和耐用性；避免了电流过大或电流换向过快损伤无刷直流电机的情况。

Description

一种无刷直流电机控制电路

技术领域

本实用新型涉及控制领域，特别涉及一种无刷直流电机控制电路。

背景技术

无刷直流电机控制电路，是由数字模块控制的数模转换模块输出和霍尔片输出信号经过模拟电路比较来确定正负极性，通过迟滞比较器模拟电路产生霍尔信号，以及通过迟滞比较器门限根据不同的应用需要调整霍尔信号，实现对无刷直流电机的控制，因此，现有的无刷直流电机控制电路的设计与调试较为复杂，可靠性和耐用性较差；同时现有的无刷直流电机的启动方式以及切换方式多为直接启动和直接切换，其中，直接启动的启动电流是电机额定电流的3-7倍，因此无刷直流电机在直接启动或直接切换时，往往要消耗过大的功率，从而导致电机的工作效率低且造成能源浪费；又由于直接启动的启动电流是电机额定电流的3-7倍，因此无刷直流电机在启动时往往伴随着由于电流过大或电流方向突变，而导致无刷直流电机损坏的风险。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种无刷直流电机控制电路。本技术方案实现了以下技术效果：

1)通过将最小转速设定端和霍尔放大器的同时接入选择器，并通过利用数字迟滞比较器，实现对模数转换器进行复用，自适应调整迟滞门限，从而简化 系统电路，减少了电路面积，降低了无刷直流电机控制电路的设计与调试难度，提高了无刷直流电机控制电路的可靠性和耐用性；

2)通过利用软启动模块和软切换模块，提高了无刷直流电机的工作效率，能源降低了无刷直流电机在启动或换向时的功耗，节省了能源；同时还避免了在启动或换向时，由于电流过大或电流换向过快而损伤无刷直流电机的情况。

本实用新型中的一种无刷直流电机控制电路，与无刷直流电机的H桥输出驱动电路连接，用于控制所述无刷直流电机的转速或转矩，所述无刷直流电机控制电路包括处理单元和信号单元，所述处理单元与所述信号单元连接，所述处理单元还与所述H桥输出驱动电路连接，用于控制进入所述无刷直流电机内电流的有效值或电流方向；

所述信号单元包括霍尔元件、霍尔放大器、选择器和模数转换器，所述处理单元包括输入信号检测模块、迟滞比较器、霍尔信号检测模块和输出模块；所述霍尔元件用于输出霍尔信号，所述霍尔元件与所述霍尔放大器的输入端连接，所述霍尔放大器的输出端与所述选择器的输入端连接，所述选择器的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述输入信号检测模块的输入端连接，所述输入信号检测模块的输出端与所述迟滞比较器的输入端连接，所述迟滞比较器的输出端与所述霍尔信号检测模块的输入端连接；所述输出模块与所述H桥输出驱动电路连接；

所述霍尔信号经所述霍尔放大器和模数转换器形成霍尔数字信号，所述霍尔数字信号经所述输入信号检测模块进入所述迟滞比较器，所述迟滞比较器根据所述霍尔数字信号向所述霍尔信号检测模块输出正电压或负电压。

上述方案中，所述信号单元包括脉宽调制信号端、最小转速设定端和缓存器；所述脉宽调制信号端用于接收脉宽调制信号，所述最小转速设定端用于接 收最小转速设定信号；所述缓存器与所述脉宽调制信号端连接，用于接收所述脉宽调制信号并传送至所述处理单元；所述最小转速设定端与所述选择器输入端连接，所述最小转速设定信号经所述选择器进入所述模数转换器，将所述最小转速设定信号转换成最小转速数字信号，所述模数转换器将所述最小转速数字信号传送至所述输入信号检测模块。

上述方案中，所述处理单元还包括脉宽调制检测模块和软启动模块，所述脉宽调制检测模块与所述缓存器连接，用于接收所述脉宽调制信号；所述软启动模块分别与所述输入信号检测模块和连接，用于接收所述脉宽调制信号和最小转速数字信号，并对所述脉宽调制信号和最小转速数字信号进行比对，选择所述脉宽调制信号和最小转速数字信号中占空比较大的信号作为目标占空比；所述软启动模块还通过所述输出模块与所述H桥输出驱动电路连接，以控制进入所述无刷直流电机内电流的有效值。

上述方案中，所述软启动模块逐步提高所述脉宽调制信号的占空比，直至所述脉宽调制信号的占空比与所述目标占空比一致；所述输出模块根据所述脉宽调制信号控制所述H桥输出驱动电路内各MOS管的开启或关断的时间，以控制进入所述无刷直流电机内电流的有效值。

上述方案中，所述处理单元还包括占空比值模块，所述输出模块设定有目标转速并与所述输入信号检测模块连接；所述占空比值模块将脉宽调制信号的占空比的计算结果通过所述软启动模块送至所述输出模块；所述输出模块根据所述脉宽调制信号占空比的计算结果获得所述电机的目标转速，所述输出模块还根据所述霍尔数字信号获得所述电机的实时转速，并将所述目标转速与所述实时转速进行比对；

当所述目标转速大于所述实时转速时，所述输出模块通过提高所述脉宽调 制信号的占空比，提高进入所述无刷直流电机内电流的有效值，以提高所述无刷直流电机的实时转速；当所述目标转速小于所述实时转速时，所述输出模块通过降低所述脉宽调制信号的占空比，降低进入所述无刷直流电机内电流的有效值，以降低所述无刷直流电机的实时转速。

上述方案中，所述迟滞比较器设置有上迟滞值和下迟滞值，所述迟滞比较器将接收到的所述霍尔数字信号分别与所述上迟滞值和下迟滞值比对；

当所述霍尔数字信号大于所述上迟滞值时，所述迟滞比较器向所述霍尔信号检测模块输出正电压，所述霍尔数字信号小于所述下迟滞值时，所述迟滞比较器向所述霍尔信号检测模块输出负电压。

上述方案中，所述处理单元还包括软切换模块，所述霍尔信号检测模块分别与所述软切换模块和霍尔放大器连接，所述霍尔信号检测模块内设定有额定转矩周期；所述霍尔信号检测模块接收到的所述正电压或负电压转换成霍尔方波，并根据所述霍尔方波计算所述无刷直流电机的实时转矩周期；

当所述实时转矩周期小于所述额定转矩周期时，所述霍尔信号检测模块修调所述霍尔方波并输出，以增加软切换时间；当所述实时转矩周期等于或大于所述额定转矩周期时，所述霍尔信号检测模块停止修调所述霍尔方波并输出。

上述方案中，所述霍尔信号检测模块依次通过所述软切换模块和输出模块向所述H桥输出驱动电路输出所述霍尔方波，用于根据所述霍尔方波控制所述H桥输出驱动电路内各MOS管的开启或关断，以控制进入所述无刷直流电机内电流的电流方向。

上述方案中，所述选择器的输入端包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端与所述霍尔放大器的输出端连接，所述第二输入端与所述最小转速设定端连接；所述最小转速设定端将最小转速设定信号依次经所述选择器、所述 模数转换模块、所述输入信号检测模块和所述迟滞比较器，传送至所述霍尔信号检测模块。

本实用新型的优点和有益效果在于：本实用新型提供一种无刷直流电机控制电路，简化了系统电路，减少了电路面积，降低了无刷直流电机控制电路的设计与调试难度，提高了无刷直流电机控制电路的可靠性和耐用性；提高了无刷直流电机的工作效率，能源降低了无刷直流电机在启动或换向时的功耗，节省了能源；同时还避免了在启动或换向时，由于电流过大或电流换向过快而损伤无刷直流电机的情况。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种无刷直流电机控制电路的结构示意框图。

图中：1、处理单元 2、信号单元 3、无刷直流电机

11、输入信号检测模块 12、迟滞比较器 13、霍尔信号检测模块

14、脉宽调制检测模块 15、软启动模块 16、软切换模块

17、占空比值模块 18、输出模块

21、霍尔元件 22、霍尔放大器 23、选择器

24、模数转换器 25、最小转速设定端 26、脉宽调制信号端

27、缓存器 31、H桥输出驱动电路

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

如图1所示，本实用新型是一种无刷直流电机控制电路，与无刷直流电机3的H桥输出驱动电路31连接，用于控制无刷直流电机3的转速或转矩，无刷直流电机控制电路包括处理单元1和信号单元2，处理单元1与信号单元2连接，处理单元1还与H桥输出驱动电路31连接，用于控制进入无刷直流电机3内电流的有效值或电流方向；

信号单元2包括霍尔元件21、霍尔放大器22、选择器23和模数转换器24，处理单元1包括输入信号检测模块11、迟滞比较器12、霍尔信号检测模块13和输出模块18；霍尔元件21用于输出霍尔信号，霍尔元件21与霍尔放大器22的输入端连接，霍尔放大器22的输出端与选择器23的输入端连接，选择器23的输出端与模数转换器24的输入端连接，模数转换器24的输出端与输入信号检测模块11的输入端连接，输入信号检测模块11的输出端与迟滞比较器12的输入端连接，迟滞比较器12的输出端与霍尔信号检测模块13的输入端连接；输出模块18与H桥输出驱动电路31连接；

霍尔信号经霍尔放大器22和模数转换器24形成霍尔数字信号，霍尔数字信号经输入信号检测模块11进入迟滞比较器12，迟滞比较器12根据霍尔数字信号向霍尔信号检测模块13输出正电压或负电压。

优选的，信号单元2包括脉宽调制信号端26、最小转速设定端25和缓存器27；脉宽调制信号端26用于接收脉宽调制信号，最小转速设定端25用于接收 最小转速设定信号；缓存器27与脉宽调制信号端26连接，用于接收脉宽调制信号并传送至处理单元1；最小转速设定端25与选择器23输入端连接，最小转速设定信号经选择器23进入模数转换器24，将最小转速设定信号转换成最小转速数字信号，模数转换器24将最小转速数字信号传送至输入信号检测模块11。

优选的，处理单元1还包括脉宽调制检测模块14和软启动模块15，脉宽调制检测模块14与缓存器27连接，用于接收脉宽调制信号；软启动模块15分别与输入信号检测模块11和连接，用于接收脉宽调制信号和最小转速数字信号，并对脉宽调制信号和最小转速数字信号进行比对，选择脉宽调制信号和最小转速数字信号中占空比较大的信号作为目标占空比；软启动模块15还通过输出模块18与H桥输出驱动电路31连接，以控制进入无刷直流电机3内电流的有效值。

优选的，软启动模块15逐步提高脉宽调制信号的占空比，直至脉宽调制信号的占空比与目标占空比一致；输出模块18根据脉宽调制信号控制H桥输出驱动电路31内各MOS管的开启或关断的时间，以控制进入无刷直流电机3内电流的有效值。

优选的，所述处理单元1还包括占空比值模块17，输出模块18设定有目标转速并与输入信号检测模块11连接；占空比值模块17将脉宽调制信号的占空比的计算结果通过软启动模块15送至输出模块18；输出模块18根据脉宽调制信号占空比的计算结果获得电机的目标转速，输出模块18还根据霍尔数字信号获得电机的实时转速，并将目标转速与实时转速进行比对；

当目标转速大于实时转速时，输出模块18通过提高脉宽调制信号的占空比，提高进入无刷直流电机3内电流的有效值，以提高无刷直流电机3的实时转速； 当目标转速小于实时转速时，输出模块18通过降低脉宽调制信号的占空比，降低进入无刷直流电机3内电流的有效值，以降低无刷直流电机3的实时转速。

优选的，迟滞比较器12设置有上迟滞值和下迟滞值，迟滞比较器12将接收到的霍尔数字信号分别与上迟滞值和下迟滞值比对；

当霍尔数字信号大于上迟滞值时，迟滞比较器12向霍尔信号检测模块13输出正电压，霍尔数字信号小于下迟滞值时，迟滞比较器12向霍尔信号检测模块13输出负电压。

优选的，处理单元1还包括软切换模块16，霍尔信号检测模块13分别与软切换模块16和霍尔放大器22连接，霍尔信号检测模块13内设定有额定转矩周期；霍尔信号检测模块13接收到的正电压或负电压转换成霍尔方波，并根据霍尔方波计算无刷直流电机3的实时转矩周期；

当实时转矩周期小于额定转矩周期时，霍尔信号检测模块13修调霍尔方波并输出，以增加软切换时间；当实时转矩周期等于或大于额定转矩周期时，霍尔信号检测模块13停止修调霍尔方波并输出。

优选的，霍尔信号检测模块13依次通过软切换模块16和输出模块18向H桥输出驱动电路31输出霍尔方波，用于根据霍尔方波控制H桥输出驱动电路31内各MOS管的开启或关断，以控制进入无刷直流电机3内电流的电流方向。

优选的，选择器23的输入端包括第一输入端和第二输入端，第一输入端与霍尔放大器22的输出端连接，第二输入端与最小转速设定端25连接；最小转速设定端25将最小转速设定信号依次经选择器23、模数转换模块、输入信号检测模块11和迟滞比较器12，传送至霍尔信号检测模块13。

在上述技术方案的基础上，可利用以下方法对无刷直流电机3进行控制：

1)无刷直流电机3启动—软启动控制方法

操作软启动模块15，软启动模块15通过对脉宽调制信号和最小转速数字信号进行比对，选择脉宽调制信号和最小转速数字信号中的较大的信号作为目标占空比；软启动模块15还通过输出模块18与H桥输出驱动电路31连接，以控制进入无刷直流电机3内电流的有效值；

软启动模块15逐步提高脉宽调制信号的占空比，其中，脉宽调制信号的占空比在2ms内线性增加到40％，然后每20ms增加1％；待电机转动一圈后，再以每20ms递增或递减1％，使脉宽调制信号的占空比向目标占空比值靠近，直至脉宽调制信号的占空比与目标占空比一致，完成软启动过程。

2)无刷直流电机3的电流换向—软切换控制方法

霍尔信号检测模块13依次通过占空比值模块17、软切换模块16和输出模块18向H桥输出驱动电路31输出霍尔方波，用于根据霍尔方波控制H桥输出驱动电路31内各MOS管的开启或关断，以控制进入无刷直流电机3内电流的电流方向；

迟滞比较器12设置有上迟滞值和下迟滞值，迟滞比较器12将接收到的霍尔数字信号分别与上迟滞值和下迟滞值比对，并输出正电压或负电压；霍尔信号检测模块13将接收到的正电压或负电压转换成霍尔方波；

占空比值模块17接收脉宽调制信号输入计算其占空比；软切换模块16软切换模块1616，与霍尔信号检测模块1313连接。

设定额定转矩周期为34ms，当实时转矩周期小于额定转矩周期时小于34ms时，数模转换器将对霍尔信号检测模块13输出的霍尔方波进行修调，以增加软切换时间，并获得25％的软切换时间；当实时转矩周期等于或大于34ms时，数 模转换器停止对霍尔信号检测模块13输出的霍尔方波进行的修调，其中，霍尔方波的上升和下降的软切换时间固定为2.6ms，中间可能有较长的无驱动时间。

3)无刷直流电机3的恒定转速方法

对于完成启动后的电机，脉宽调制检测模块14通过软启动模块15，根据目标占空比向输出模块18输出脉宽调制信号，输出模块18根据脉宽调制信号控制H桥输出驱动电路31内各MOS管的开启或关断的时间，以控制进入无刷直流电机3内电流的有效值；

输出模块18内设定有目标转速，占空比值模块17将占空比的计算结果传送至软启动模块15；输出模块18通过计算占空比获得电机的实时转速，并将目标转速与实时转速进行比对；

当目标转速大于实时转速时，输出模块18通过提高脉宽调制信号的占空比，提高进入无刷直流电机3内电流的有效值，以提高无刷直流电机3的实时转速；当目标转速小于实时转速时，输出模块18通过降低脉宽调制信号的占空比，降低进入无刷直流电机3内电流的有效值，以降低无刷直流电机3的实时转速。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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 (9)

1.一种无刷直流电机控制电路，与无刷直流电机的H桥输出驱动电路连接，用于控制所述无刷直流电机的转速或转矩，其特征在于，所述无刷直流电机控制电路包括处理单元和信号单元，所述处理单元与所述信号单元连接，所述处理单元还与所述H桥输出驱动电路连接，用于控制进入所述无刷直流电机内电流的有效值或电流方向；

所述信号单元包括霍尔元件、霍尔放大器、选择器和模数转换器，所述处理单元包括输入信号检测模块、迟滞比较器、霍尔信号检测模块和输出模块；所述霍尔元件用于输出霍尔信号，所述霍尔元件与所述霍尔放大器的输入端连接，所述霍尔放大器的输出端与所述选择器的输入端连接，所述选择器的输出端与所述模数转换器的输入端连接，所述模数转换器的输出端与所述输入信号检测模块的输入端连接，所述输入信号检测模块的输出端与所述迟滞比较器的输入端连接，所述迟滞比较器的输出端与所述霍尔信号检测模块的输入端连接；所述输出模块与所述H桥输出驱动电路连接；

所述霍尔信号经所述霍尔放大器和模数转换器形成霍尔数字信号，所述霍尔数字信号经所述输入信号检测模块进入所述迟滞比较器，所述迟滞比较器根据所述霍尔数字信号向所述霍尔信号检测模块输出正电压或负电压。

2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述信号单元包括脉宽调制信号端、最小转速设定端和缓存器；所述脉宽调制信号端用于接收脉宽调制信号，所述最小转速设定端用于接收最小转速设定信号；所述缓存器与所述脉宽调制信号端连接，用于接收所述脉宽调制信号并传送至所述处理单元；所述最小转速设定端与所述选择器输入端连接，所述最小转速设定信号经所述选择器进入所述模数转换器，将所述最小转速设定信号转换成最小转速数字信号，所述模数转换器将所述最小转速数字信号传送至所述输入 信号检测模块。

3.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述处理单元还包括脉宽调制检测模块和软启动模块，所述脉宽调制检测模块与所述缓存器连接，用于接收所述脉宽调制信号；所述软启动模块分别与所述输入信号检测模块和连接，用于接收所述脉宽调制信号和最小转速数字信号，并对所述脉宽调制信号和最小转速数字信号进行比对，选择所述脉宽调制信号和最小转速数字信号中占空比较大的信号作为目标占空比；所述软启动模块还通过所述输出模块与所述H桥输出驱动电路连接，以控制进入所述无刷直流电机内电流的有效值。

4.根据权利要求3所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述软启动模块逐步提高所述脉宽调制信号的占空比，直至所述脉宽调制信号的占空比与所述目标占空比一致；所述输出模块根据所述脉宽调制信号控制所述H桥输出驱动电路内各MOS管的开启或关断的时间，以控制进入所述无刷直流电机内电流的有效值。

5.根据权利要求4所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述处理单元还包括占空比值模块，所述输出模块设定有目标转速并与所述输入信号检测模块连接；所述占空比值模块将脉宽调制信号的占空比的计算结果通过所述软启动模块送至所述输出模块；所述输出模块根据所述脉宽调制信号占空比的计算结果获得所述电机的目标转速，所述输出模块还根据所述霍尔数字信号获得所述电机的实时转速，并将所述目标转速与所述实时转速进行比对；

当所述目标转速大于所述实时转速时，所述输出模块通过提高所述脉宽调制信号的占空比，提高进入所述无刷直流电机内电流的有效值，以提高所述无刷直流电机的实时转速；当所述目标转速小于所述实时转速时，所述输出模块 通过降低所述脉宽调制信号的占空比，降低进入所述无刷直流电机内电流的有效值，以降低所述无刷直流电机的实时转速。

6.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述迟滞比较器设置有上迟滞值和下迟滞值，所述迟滞比较器将接收到的所述霍尔数字信号分别与所述上迟滞值和下迟滞值比对；

当所述霍尔数字信号大于所述上迟滞值时，所述迟滞比较器向所述霍尔信号检测模块输出正电压，所述霍尔数字信号小于所述下迟滞值时，所述迟滞比较器向所述霍尔信号检测模块输出负电压。

7.根据权利要求5所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述处理单元还包括软切换模块，所述霍尔信号检测模块分别与所述软切换模块和霍尔放大器连接，所述霍尔信号检测模块内设定有额定转矩周期；所述霍尔信号检测模块接收到的所述正电压或负电压转换成霍尔方波，并根据所述霍尔方波计算所述无刷直流电机的实时转矩周期；

当所述实时转矩周期小于所述额定转矩周期时，所述霍尔信号检测模块修调所述霍尔方波并输出，以增加软切换时间；当所述实时转矩周期等于或大于所述额定转矩周期时，所述霍尔信号检测模块停止修调所述霍尔方波并输出。

8.根据权利要求7所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述霍尔信号检测模块依次通过所述软切换模块和输出模块向所述H桥输出驱动电路输出所述霍尔方波，用于根据所述霍尔方波控制所述H桥输出驱动电路内各MOS管的开启或关断，以控制进入所述无刷直流电机内电流的电流方向。

9.根据权利要求2所述的一种无刷直流电机控制电路，其特征在于，所述选择器的输入端包括第一输入端和第二输入端，所述第一输入端与所述霍尔放大器的输出端连接，所述第二输入端与所述最小转速设定端连接；所述最小转 速设定端将最小转速设定信号依次经所述选择器、所述模数转换模块、所述输入信号检测模块和所述迟滞比较器，传送至所述霍尔信号检测模块。