CN207718241U - 一种直流无刷电机驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流无刷电机驱动系统，包括微控制器、上位机、以及通信模块，所述微控制器的输入端接有供电模块、参数输入模块、用于检测直流无刷电机温度的温度传感器和用于检测所述直流无刷电机的转子转角的角度传感器，所述微控制器的输出端接有存储器、降温模块和用于驱动所述直流无刷电机的H桥驱动电路，所述H桥驱动电路与驱动电流采样电路相接。不仅解决了直流无刷电机的功率器件因温度过高而烧毁的问题，而且解决了直流无刷电机的频繁启/停会造成直流无刷电机的使用寿命缩短的问题，提高了电机的转矩控制精度。

Description

一种直流无刷电机驱动系统

技术领域

本实用新型涉及电动机技术领域，具体涉及一种直流无刷电机驱动系统。

背景技术

直流无刷电机的驱动系统主要包括控制芯片、功率器件及通信接口等。当直流无刷电机高速运行或者环境温度异常时，不仅容易降低直流无刷电机转子的转矩控制精度，而且容易引起功率器件因温度过高而烧毁。

为解决直流无刷电机转子的转矩控制精度的问题，在直流无刷电机系统中，对直流无刷电机转子的转矩控制精度大多从两个方面解决，一个是直流无刷电机转子的转角控制，另一个是直流无刷电机转子的转向控制，目前还没有从两个方面结合共同提高直流无刷电机转子的转矩控制精度的技术方案。

为解决直流无刷电机转子的过温问题，在直流无刷电机系统中，大多会配置温度控制装置。现有的温度控制装置包括温度检测模块和直流无刷电机启/停控制模块，当温度检测模块检测到功率器件温度低于保护温度时，直流无刷电机启/停控制模块控制直流无刷电机工作；当温度检测模块检测到功率器件的温度高于保护温度时，直流无刷电机启/停控制模块控制直流无刷电机停止工作。这样，就解决了功率器件因温度过高而烧毁的问题，然而，直流无刷电机的频繁启/停会造成直流无刷电机的使用寿命缩短，进而降低直流无刷电机系统的可靠性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种直流无刷电机驱动系统，旨在解决直流无刷电机的功率器件因温度过高而烧毁的问题，以及解决直流无刷电机的频繁启/停会造成直流无刷电机的使用寿命缩短的问题，通过H桥驱动电路和角度传感器的配合使用，以提高电机的转矩控制精度。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种直流无刷电机驱动系统，其特征在于，包括微控制器、上位机、以及用于实现所述微控制器和上位机通信的通信模块，所述微控制器的输入端接有供电模块、参数输入模块、用于检测直流无刷电机温度的温度传感器和用于检测所述直流无刷电机的转子转角的角度传感器，所述微控制器的输出端接有降温模块和用于驱动所述直流无刷电机的H桥驱动电路，所述微控制器接有存储器。

所述微控制器的输入端接有驱动电流采样电路，所述H桥驱动电路与所述驱动电流采样电路相接。

所述微控制器的输出端接有报警模块。

所述角度传感器为霍尔式角度传感器。

所述H桥驱动电路包括PNP管Q1、NPN管Q2、PNP管Q3和NPN管Q4，所述PNP管Q1、NPN管Q2、PNP管Q3和NPN管Q4的基极分别与微控制器相接，所述PNP管Q1的集电极和NPN管Q2的集电极分别与所述直流无刷电机的正接线端相接，所述PNP管Q3的集电极和NPN管Q4的集电极分别与所述直流无刷电机的负接线端相接。

所述微控制器为芯片STM32F103R8T6。

本实用新型的直流无刷电机驱动系统，具有如下有益效果：

当温度传感器检测到的直流无刷电机的温度大于存储器内存储的直流无刷电机的设定温度时，降温模块工作，降低直流无刷电机的工作环境的温度，不仅解决了直流无刷电机的功率器件因温度过高而烧毁的问题，而且解决了直流无刷电机的频繁启/停会造成直流无刷电机的使用寿命缩短的问题，从而提高了直流无刷电机系统的可靠性。

通过H桥驱动电路改变直流无刷电机的转向，当角度传感器检测到的直流无刷电机的转子的转角等于存储器内存储的直流无刷电机的转子的设定转角，H桥驱动电路停止对直流无刷电机提供正向电流，直流无刷电机停止转动，提高了电机的转矩控制精度。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图；

图2为本实用新型H桥驱动电路的电路原理图；

图3为本实用新型微控制器的电路原理图。

【主要组件符号说明】

1、微控制器，2、角度传感器，3、温度传感器，4、参数输入模块，5、驱动电流采样电路，6、上位机，7、通信模块，8、存储器，9、H桥驱动电路，10、供电模块，11、降温模块，12、报警模块。

具体实施方式

下面结合附图及本实用新型的实施例对本实用新型的过量空气系数实时监测装置作进一步详细的说明。

如图1所示，该直流无刷电机驱动系统，包括微控制器1、上位机6、以及用于实现所述微控制器1和上位机6通信的通信模块7，所述微控制器1的输入端接有供电模块10、参数输入模块4、用于检测直流无刷电机温度的温度传感器3和用于检测所述直流无刷电机的转子转角的角度传感器2，所述微控制器1的输出端接有降温模块11和用于驱动所述直流无刷电机的H桥驱动电路9，所述微控制器1接有存储器8。

实际使用时，工作人员通过参数输入模块4输入直流无刷电机的设定温度、直流无刷电机的转子的顺时针设定转角、直流无刷电机的转子的逆时针设定转角和直流无刷电机的阈值驱动电流，微控制器1接收直流无刷电机的设定温度和直流无刷电机的转子的设定转角，并将直流无刷电机的设定温度和直流无刷电机的转子的设定转角存储在存储器8内。上位机6和微控制器1通信连接，上位机6不仅可以修改直流无刷电机的设定温度、直流无刷电机的转子的顺时针设定转角和直流无刷电机的转子的逆时针设定转角，而且上位机6可以显示温度传感器3检测到的直流无刷电机的温度、角度传感器2检测直流无刷电机的转子的顺时针转角和逆时针转角。

温度传感器3检测直流无刷电机的温度，并将检测到的直流无刷电机的温度传输给微控制器1，微控制器1对温度传感器3检测到的直流无刷电机的温度和存储器8内存储的直流无刷电机的设定温度进行比较，当温度传感器3检测到的直流无刷电机的温度大于存储器8内存储的直流无刷电机的设定温度时，微控制器1发出控制信号给降温模块11，降温模块11工作，降低直流无刷电机的工作环境的温度，不仅解决了直流无刷电机的功率器件因温度过高而烧毁的问题，而且解决了直流无刷电机的频繁启/停会造成直流无刷电机的使用寿命缩短的问题，从而提高了直流无刷电机系统的可靠性。

需要说明的是，温度传感器3为芯片DS18B20。

当需要直流无刷电机顺时针转动一定角度时，微控制器1发送控制信号给H桥驱动电路9，H桥驱动电路9对直流无刷电机提供正向电流，该流向的电流将驱动直流无刷电机顺时针转动，直流无刷电机顺时针转动的过程中，角度传感器2检测直流无刷电机的转子的顺时针转角，并将检测到的直流无刷电机的转子的顺时针转角传输给微控制器1，微控制器1对角度传感器2检测到的直流无刷电机的转子的顺时针转角和存储器8内存储的直流无刷电机的转子的顺时针设定转角进行比较，当角度传感器2检测到的直流无刷电机的转子的顺时针转角等于存储器8内存储的直流无刷电机的转子的顺时针设定转角，微控制器1发送控制信号给H桥驱动电路9，H桥驱动电路9停止对直流无刷电机提供正向电流，直流无刷电机停止转动，提高了电机的转矩控制精度。

当需要直流无刷电机逆时针转动一定角度时，微控制器1发送控制信号给H桥驱动电路9，H桥驱动电路9对直流无刷电机提供反向电流，该流向的电流将驱动直流无刷电机逆时针转动，直流无刷电机逆时针转动的过程中，角度传感器2检测直流无刷电机的转子的逆时针转角，并将检测到的直流无刷电机的转子的逆时针转角传输给微控制器1，微控制器1对角度传感器2检测到的直流无刷电机的转子的逆时针转角和存储器8内存储的直流无刷电机的转子的逆时针设定转角进行比较，当角度传感器2检测到的直流无刷电机的转子的逆时针转角等于存储器8内存储的直流无刷电机的转子的逆时针设定转角，微控制器1发送控制信号给H桥驱动电路9，H桥驱动电路9停止对直流无刷电机提供反向电流，直流无刷电机停止转动，提高了电机的转矩控制精度。

如图1所示，本实施例中，所述微控制器1的输入端接有驱动电流采样电路5，所述H桥驱动电路9与所述驱动电流采样电路5相接。

实际使用时，驱动电流采样电路5采集H桥驱动电路9的输出电流，即直流无刷电机的驱动电流，微控制器1实时监测直流无刷电机的驱动电流的大小变化，当驱动电流采样电路5采集到的H桥驱动电路9的输出电流大于直流无刷电机的阈值驱动电流，认为直流无刷电机回路短路或接入异常电压，微控制器1发出控制信号给H桥驱动电路9，H桥驱动电路9关闭，保护H桥驱动电路9及直流无刷电机不被烧毁。需要说明的是，直流无刷电机的阈值驱动电流为直流无刷电机的正常驱动电流的3～5倍。

如图1所示，本实施例中，所述微控制器1的输出端接有报警模块12。

实际使用时，当温度传感器3检测到的直流无刷电机的温度大于存储器8内存储的直流无刷电机的设定温度时、或驱动电流采样电路5采集到的H桥驱动电路9的输出电流大于直流无刷电机的阈值驱动电流时，微控制器1发出控制信号给报警模块12，报警模块12报警，提醒工作人员及时采取其他辅助措施，避免财产和人身安全受到损伤。需要说明的是，报警模块12为声光报警模块。

如图3所示，所述微控制器1为芯片STM32F103R8T6。

参考图2，所述H桥驱动电路9，包括PNP管Q1、NPN管Q2、PNP管Q3和NPN管Q4。所述PNP管Q1的基极与芯片STM32F103R8T6的PA0引脚相接，NPN管Q2的基极与芯片STM32F103R8T6的PA1引脚相接，PNP管Q3的基极与芯片STM32F103R8T6的PA3引脚相接，NPN管Q4的基极的基极与芯片STM32F103R8T6的PA2引脚相接，所述PNP管Q1的集电极和NPN管Q2的集电极分别与所述直流无刷电机的正接线端相接，所述PNP管Q3的集电极和NPN管Q4的集电极分别与所述直流无刷电机的负接线端相接。

实际使用时，直流无刷电机为直流无刷电机M，要使直流无刷电机M运转，必须导通H桥驱动电路9中位于对角线上的一对三极管，根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过直流无刷电机M，从而控制直流无刷电机M的转向。

当芯片STM32F103R8T6的PA0引脚输出低电平、PA1引脚输出低电平、PA2引脚输出高电平、PA3引脚输出高电平时，PNP管Q1和NPN管Q4导通时，PNP管Q3和NPN管Q2截止，电流从电源正极经PNP管Q1穿过直流无刷电机M的正接线端，然后再经直流无刷电机M的负接线端、NPN管Q4回到电源负极，该流向的电流将驱动直流无刷电机M顺时针转动；当芯片STM32F103R8T6的PA0引脚输出高电平、PA1引脚输出高电平、PA2引脚输出低电平、PA3引脚输出低电平时，PNP管Q3和NPN管Q2导通，PNP管Q1和NPN管Q4截止，电流从电源正极经PNP管Q3穿过直流无刷电机M的负接线端，然后再经直流无刷电机M的正接线端、NPN管Q2回到电源负极，该流向的电流将驱动直流无刷电机M逆时针转动。从而实现对直流无刷电机M的转向的控制。

本实施例中，所述角度传感器2为霍尔式角度传感器。

实际使用时，霍尔式角度传感器为非接触式角度传感器，与接触式角度传感器相比，霍尔式角度传感器具有功耗低、输出信号多样、稳定的优点，从而降低了角度检测的成本。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种直流无刷电机驱动系统，其特征在于，包括微控制器(1)、上位机(6)、以及用于实现所述微控制器(1)和上位机(6)通信的通信模块(7)，所述微控制器(1)的输入端接有供电模块(10)、参数输入模块(4)、用于检测直流无刷电机温度的温度传感器(3)和用于检测所述直流无刷电机的转子转角的角度传感器(2)，所述微控制器(1)的输出端接有降温模块(11)和用于驱动所述直流无刷电机的H桥驱动电路(9)，所述微控制器(1)接有存储器(8)。

2.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动系统，其特征在于，所述微控制器(1)的输入端接有驱动电流采样电路(5)，所述H桥驱动电路(9)与所述驱动电流采样电路(5)相接。

3.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动系统，其特征在于，所述微控制器(1)的输出端接有报警模块(12)。

4.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动系统，其特征在于，所述角度传感器(2)为霍尔式角度传感器。

5.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动系统，其特征在于，所述H桥驱动电路(9)包括PNP管Q1、NPN管Q2、PNP管Q3和NPN管Q4；所述PNP管Q1、NPN管Q2、PNP管Q3和NPN管Q4的基极分别与微控制器(1)相接，所述PNP管Q1的集电极和NPN管Q2的集电极分别与所述直流无刷电机的正接线端相接，所述PNP管Q3的集电极和NPN管Q4的集电极分别与所述直流无刷电机的负接线端相接。

6.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动系统，其特征在于，所述微控制器(1)为芯片STM32F103R8T6。