CN207304417U - 一种无刷直流电机电流环控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种无刷直流电机电流环控制系统，属于直流电机驱动闭环控制领域，包括三相驱动电路、电流调理电路以及闭环控制电路；三相驱动电机的驱动输出端与无刷直流电机连接、电流输出端与电流调理电路的输入端连接，闭环控制电路的输入端与电流调理电路的输出端连接、输出端与三相驱动电路的输入端连接。本系统电路结构简单，具有极高的可扩展性。

Description

一种无刷直流电机电流环控制系统

技术领域

本实用新型涉及直流电机驱动闭环控制技术领域，特别涉及一种无刷直流电机电流环控制系统。

背景技术

在伺服系统领域中，无刷直流电机相比普通电机具有运行效率高、损耗低、调速性能好等优点。带闭环控制的驱动器件是直流电机驱动系统中的核心执行单元，其中电流闭环驱动由于具有恒定力矩输出的特点，在无刷电机驱动中被广泛的应用，其作用是对系统的反馈信号进行处理，通过输出喜好去控制脉宽调制单元，实现系统输出电流的稳定性控制，已被广泛应用于各类航空、航天、兵器、船舶、电子等高可靠邻域。但是，目前的电流闭环控制系统的电路布置较为复杂，可扩展性较低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种无刷直流电机电流环控制系统，以提高电流闭环控制系统的可扩展性。

为实现以上目的，第一方面，本实用新型提供一种无刷直流电机电流环控制系统，包括：三相驱动电路、电流调理电路以及闭环控制电路；

三相驱动电机的驱动输出端与无刷直流电机连接、电流输出端与电流调理电路的输入端连接，闭环控制电路的输入端与电流调理电路的输出端连接、输出端与三相驱动电路的输入端连接。

其中，所述的电流调理电路包括电机负载、取样电阻、滤波电路以及运算放大电路；

所述三相驱动电机的输出端与电机负载连接，电机负载的输出端与取样电阻连接，取样电阻的一端接地、另一输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与所述闭环控制电路输入端连接。

其中，所述的闭环控制电路包括单片机、PCF8591以及MC33035；

单片机的输入端与所述运算放大电路的输出端连接、输出端与PCF8591的输入端连接，MC33035的输入端与PCF8591的输出端连接、输出端与所述三相驱动电路的输入端连接。

与现有技术相比，本实用新型存在以下技术效果：本实用新型通过采用闭环控制电路，闭环控制电流中采用单片机为主控芯片，采集电流调理电路的电流信号转换成模拟电压信号，并与闭环控制电路内部的锯齿波进行比较产生占空比可调的PWM方波信号，并调制到三个低端输出信号中，实现对霍尔信号占空比的包络调制，从而控制相应MOS管开通/关断的时间。该系统电路结构简单，具有极高的可扩展性。

附图说明

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述：

图1是本实用新型中一种无刷直流电机电流环控制系统的结构示意图；

图2是本实用新型中三相驱动电路的结构示意图；

图3是本实用新型中电流调理电路的机构示意图；

图4是本实用新型中闭环控制电路的结构示意图；

图5是本实用新型中单片机DA接口电路示意图；

图6是本实用新型中MC33035接口电路示意图；

图7是本实用新型中闭环控制电路的工作流程示意图；

图8是本实用新型中抗干扰处理的流程示意图。

具体实施方式

为了更进一步说明本实用新型的特征，请参阅以下有关本实用新型的详细说明与附图。所附图仅供参考与说明之用，并非用来对本实用新型的保护范围加以限制。

如图1所示，本实施例公开了一种无刷直流电机电流环控制系统，包括：三相驱动电路10、电流调理电路20以及闭环控制电路30；

三相驱动电机的驱动输出端与无刷直流电机连接、电流输出端与电流调理电路20的输入端连接，闭环控制电路30的输入端与电流调理电路20的输出端连接、输出端与三相驱动电路10的输入端连接。其中，三相驱动电路10结构示意图如图2所示，通过控制三个低端输出信号控制相应MOS管的通/断，实现输出电流恒定以对无刷直流电机的控制。

进一步地，如图3所示，电流调理电路20包括电机负载、取样电阻、滤波电路以及运算放大电路；所述三相驱动电机的输出端与电机负载连接，电机负载的输出端与取样电阻连接，取样电阻的一端接地、另一输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与所述闭环控制电路30输入端连接。其中，需要说明的是由于三相驱动电路10输出的电流信号存在一定频率的震荡，故取样电阻电压经过滤波电路、运算放大电路处理，输出符合要求的电压信号，经闭环控制电路30进行数模转换。

需要说明的是，本实施例中的滤波电路包括但不限于RC滤波电路。

进一步地，如图4所示，闭环控制电路30包括单片机、PCF8591以及MC33035；单片机的输入端与所述运算放大电路的输出端连接、输出端与PCF8591的输入端连接，MC33035的输入端与PCF8591的输出端连接、输出端与所述三相驱动电路10的输入端连接。其中，单片机的型号为ATmega16，闭环控制电路30中的AD转换模块采用ATmega16内部10位的逐次逼近型ADC，ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接，能对来自端口A的8路单端输入电压进行采样，单端电压输入以AVCC(5V)为基准电压。本实施例中通过单片机PA2口进行模拟电压采样。转换结果为：

由于ATmega16内部无DA转换模块，本实施例中采用外接PCF8591转换芯片，其具有4个模拟输入、1个模拟输出和一个串行I2C总线接口，PCF8591的3个地址引脚A0、A1、A2和A3可用于硬件地址编程，在PCF8591器件上输入输出的地址、控制和数据信号都是通过双线双向I2C总线以串行的方式进行传输。

如图5所示，Atmega16内部集成了I2C总线接口(PC0、PC1端口)，在单片机和被控外设之间进行双向传输，单片机DA模块采用I2C总线与PCF8591互连，通过数据线将相应的控制信息传送至PCF8591，同时监测其DA转换状态，实现对输出模拟信号的控制，模拟电压输出范围为0-5V。

输出模拟电压经MC33035芯片进行包络调制，如图6所示。PCF8591输出接MC33035芯片11引脚，MC33035通过内部振荡器和外围RC振荡电路产生锯齿波信号，芯片11引脚和12引脚为内部缓冲器，PCF8591输出模拟电压通过缓冲器与振荡器产生的锯齿波进行比较，产生相应占空比的PWM信号，经过后端调理电路，调制到三个低端输出信号中，实现对霍尔信号占空比进行包络调制，从而控制相应MOS管开通、关断时间。

需要说明的是，本实施例公开了一种无刷直流电机电流环控制系统的使用过程为：

(1)三相驱动电路输出的电压信号经取样电阻得到取样电阻的电压；取样电阻电压依次经所述滤波电路、所述运算放大电路处理后，得到待输出的电压信号。

(2)单片机对所述运算放大电路输出的电压信号进行模数转换并采样，得到采样电压；PCF8591对所述采样电压进行数模转换，输出模拟电压信号至所述MC33035；MC33035将所述模拟电压信号与锯齿波信号进行比较，产生相应占空比的PWM方波信号。

(3)闭环控制电路输出PWM方波信号至所述三相驱动电路以控制所述三相驱动电路的通/断。

需要说明的是，如图7所示，本实施例中的单片机在上电后，首先进行软件初始化，然后使能AD采样模块进行模数转换，并对得到的8位AD转换结果进行判断，如果在预置的电流值范围内，则启动DA转换输出相应模拟电平，如果比预置的电流值大，则相应减小DA数据，否则增加DA数据。最终将DA数据按照I2C总线协议发送至PCF8591进行DA转换，输出模拟电压，经MC33035信号调制，达到调整输出信号占空比的目的。同时循环进行AD采样判断当前输出电流状态，实时调整输出模拟电压(占空比)，最终实现输出电流值稳定在设定范围内。

需要说明的是，在实际应用中，由于AD采样过程中存在尖峰干扰，本实施例中进行相应的抗干扰处理，如图8所示，将每次采样结果均与前次结果进行比较，如果差值超过规定范围，则将该奇异值剔除，并开始下一轮AD转换，最终将求平均后的AD转换结果存储，实现对尖峰干扰的抑制。

需要说明的是，本实施例中采用单片机作为主控芯片，通过内置程序实现电流闭环控制逻辑的方法，大大简化了电路的复杂性、提升了系统的稳定性，同时易于进行功能扩展。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，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 (3)

1.一种无刷直流电机电流环控制系统，其特征在于：包括三相驱动电路、电流调理电路以及闭环控制电路；

三相驱动电机的驱动输出端与无刷直流电机连接、电流输出端与电流调理电路的输入端连接，闭环控制电路的输入端与电流调理电路的输出端连接、输出端与三相驱动电路的输入端连接。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述的电流调理电路包括电机负载、取样电阻、滤波电路以及运算放大电路；

所述三相驱动电机的输出端与电机负载连接，电机负载的输出端与取样电阻连接，取样电阻的一端接地、另一输出端与滤波电路输入端连接，滤波电路的输出端与运算放大电路的输入端连接，运算放大电路的输出端与所述闭环控制电路输入端连接。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于：所述的闭环控制电路包括单片机、PCF8591以及MC33035；

单片机的输入端与所述运算放大电路的输出端连接、输出端与PCF8591的输入端连接，MC33035的输入端与PCF8591的输出端连接、输出端与所述三相驱动电路的输入端连接。