CN210327423U - 一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，属于电机控制领域，包括单片机,所述的单片机连接有MOSFET驱动电路，三相电桥电路，电流检测电路，霍尔接口电路，蓝牙通讯模块。本实用新型采用的是正弦波控制，相比较之前的方波控制方案降低了转矩脉动，从而消除了转矩脉动所产生的噪声；没有方波控制的去磁和增磁反应，降低电机发热；同时提高了系统效率，并且增大了最大转矩。所述的单片机G80F980集成类EEPROM模块，且独立于Program ROM模块，故可以将电机相关运行参数存储在类EEPROM模块中，在生产环节根据匹配的电机不同，通过无线终端设备将电机运行参数通过蓝牙模块发送到电机控制器中。

Description

一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，尤其涉及一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器。

背景技术

传统的无刷直流电机一般采用方波控制，方波驱动换相时会出现电流突变，导致转矩脉动较大，转动不平稳，噪声较大。而正弦波控制可以避免换相时的电流突变，降低转矩脉动，从而消除了转矩脉动所产生的噪声。

传统的电机控制器针对不同的电机需要载入不同的程序到控制单片机中，操作复杂且生产效率慢。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的缺陷，提供一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，其采用一种避免电流突变的，降低转矩脉动，降低噪音的正弦波控制，远程将电机相关运行参数设置至控制器中，操作简单方便，生产效率高。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，包括单片机、MOSFET驱动电路、三相电桥电路、电流检测电路、无刷电机、霍尔接口电路和蓝牙通讯模块；所述单片机的输出端连接MOSFET驱动电路的输入端，所述MOSFET驱动电路的输出端连接三相电桥电路的输入端，所述三相电桥电路的输出端连接电流检测电路的输入端，所述电流检测电路的输出端连接单片机的输入端，所述单片机的输出端连接蓝牙通讯模块的输入端，所述三相电桥电路的输出端连接无刷电机，所述无刷电机的霍尔传感器接口连接霍尔接口电路，所述霍尔接口电路的输出端连接单片机的输入端。

作为本实用新型一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器的进一步优选方案，还包含电源模块，所述电源模块包含36/48V电源模块、13.5V线性电源模块、5V线性电源模块，所述36/48V电源模块的输出端连接三相电桥的输入端，13.5V线性电源模块的输出端连接MOSFET驱动电路的输入端，所述5V线性电源模块的输出端连接单片机的输入端。

作为本实用新型一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器的进一步优选方案，所述单片机采用8位单片机G80F980，且集成Flash模块、PRAM模块、类EEPROM模块、MDU处理器模块、CORDIC处理器模块、UART模块、GPIO模块、PWM模块、内部晶振模块、ADC模块和WDT模块。

作为本实用新型一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器的进一步优选方案，所述MOSFET驱动电路和三相电桥电路的一相电路包含第一二极管、第二二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、定向电容、第一电容、第二电容、第三电容、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第四三极管、第五三极管、第六三极管、上桥、下桥、+13.5V电压端、+5V电压端、EMC端、PWMCH端、PWMCL端、IS端，其中，+13.5V电压端连接第一二极管的正极，第一二极管的负极分别连接第一电阻的一端、第一三极管的发射极、定向电容的正极，第一电阻的另一端分别连接第一三极管的基极、第二三极管的集电极，第二三极管的基极连接第三电阻的一端，第三电阻的另一端分别连接第六电阻的一端、PWMCH端，第二三极管的发射极连接第五电阻的一端，第五电阻的另一端连接第六电阻的另一端并接地，第一三极管的集电极分别连接第二二极管的正极、第三三极管的基极、第四电阻的一端，第二二极管的负极连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端分别连接第三三极管的发射极、上桥的1G端，上桥的2C端分别连接+48V电压端、第一电容的一端，第一电容的另一端分别连接第八电阻的一端、下桥的3E端、第三电容的一端、第八电阻的另一端和IS端，第八电阻的另一端分别连接EMC端、定向电容的负极，下桥的2C端分别连接上桥的3E端、J71、第二电容的一端、第三三极管的集电极、第四电阻的另一端，第二电容的另一端连接上桥的1G端，第三电容的另一端分别连接下桥的1G端、第六三极管的集电极、第九电阻的一端、第九电阻的另一端连接第三三极管的集电极，第三三极管的发射极分别连接第七电阻的一端、+13.5V电压端，第七电阻的另一端连接第四三极管的基极、第五三极管的集电极，第五三极管的基极连接+5V电压端，第五三极管的发射极连接第十电阻的一端，第十电阻的另一端分别连接第十一电阻的一端、第十二电阻的一端、PWMCL端，第十一电阻的另一端连接+5V电压端，第十二电阻的另一端连接第六三极管的基极，第六三极管的发射极接地。

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：

本实用新型提供的一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，可采用8位单片机，降低控制器成本，可以采用正弦控制算法，降低转矩脉动，从而消除了转矩脉动产生的噪声，可以采用无线设备通过蓝牙模块发送电机运行参数给控制，无需更改程序，提高生产效率；没有方波控制的去磁和增磁反应，降低电机发热；同时提高了系统效率，并且增大了最大转矩。

附图说明

图1为本实用新型直流无刷电机控制器的结构框图；

图2为本实用新型MOSFET驱动电路和三相电桥电路的其中一相电路图；

图3为本实用新型电流检测电路图；

图4为本实用新型霍尔接口电路图；

图5为本实用新型电机控制器的运行过程示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供的一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，用以控制无刷直流电机。

图1为本实用新型提供的直流无刷电机控制器的结构框图，示出了直流无刷电机控制器的结构及各部件之间的连接关系。图2为MOSFET驱动电路和三相电桥电路的其中一相电路图。图3为电流检测电路图。图4为霍尔接口电路图。图5为本实用新型实施例提供的一种电动车控制器的流程图，示出了电动车控制器控制电机运转的步骤。以下接合图1至图5对本实用新型技术方案进行详述。

首先，对电机控制器的结构和各部件之间的连接关系进行说明。

如图1所示，电机控制器包括：单片机G80F980、MOSFET驱动电路（如图2所示），电流检测电路（如图3所示），霍尔接口电路（如图4所示），三相电桥电路（如图1所示），蓝牙通讯模块。所述的单片机通过内部集成PWM（PulseWidthModulation，PWM）控制接口与如图2所示的MOSFET驱动电路相连。所述的单片机通过内部集成模数转换器与如图3所示电流检测电路相连。所述的MOSFET驱动电路与所述的三相电桥电路相连，如图2所示。所述的电流检测电路与所述的三相电桥相连。所述的单片机通过内部集成的通用异步收发传输器（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，UART）接口与蓝牙模块相连。所述的单片机还集成高速PRAM(Phase-Change RAM)、类EEPROM、算术协处理器（MDU（ManagementData Unit）+CORDIC（Coordinate Rotation Digital Computer））。

采用静音处理技术，在PWM换相时，PWM占空比开到100%进行电流补偿，然后测量电流，如果电流复位到换相之前，PWM恢复换相前的占空比，如果电流补偿时间超过最长时间，停止电流补偿，恢复换相前的占空比。

如图2所示，所述MOSFET驱动电路和三相电桥电路的一相电路包含第一二极管D13、第二二极管D14、第一电阻R95、第二电阻R96、第三电阻R97、第四电阻R98、第五电阻R99、第六电阻R103、第七电阻R107、第八电阻R108、第九电阻R109、第十电阻R110、第十一电阻R111、第十二电阻R113、定向电容C36、第一电容C38、第二电容C40、第三电容C43、第一三极管Q14、第二三极管Q15、第三三极管Q16、第四三极管Q17、第五三极管Q18、第六三极管Q19、上桥M5、下桥M6、+13.5V电压端、+5V电压端、EMC端、PWMCH端、PWMCL端、IS端，其中，+13.5V电压端连接第一二极管D13的正极，第一二极管D13的负极分别连接第一电阻R95的一端、第一三极管Q14的发射极、定向电容C36的正极，第一电阻R95的另一端分别连接第一三极管Q14的基极、第二三极管Q15的集电极，第二三极管Q15的基极连接第三电阻R97的一端，第三电阻R97的另一端分别连接第六电阻R103的一端、PWMCH端，第二三极管Q15的发射极连接第五电阻R99的一端，第五电阻R99的另一端连接第六电阻R103的另一端并接地，第一三极管Q14的集电极分别连接第二二极管D14的正极、第三三极管Q16的基极、第四电阻R98的一端，第二二极管D14的负极连接第二电阻R96的一端，第二电阻R96的另一端分别连接第三三极管Q16的发射极、上桥M5的1G端，上桥M5的2C端分别连接+48V电压端、第一电容C38的一端，第一电容C38的另一端分别连接第八电阻R108的一端、下桥M6的3E端、第三电容C43的一端、第八电阻R108的另一端和IS端，第八电阻R108的另一端分别连接EMC端、定向电容C36的负极，下桥M6的2C端分别连接上桥M5的3E端、J71、第二电容C40的一端、第三三极管Q16的集电极、第四电阻R98的另一端，第二电容C40的另一端连接上桥M5的1G端，第三电容C43的另一端分别连接下桥M6的1G端、第六三极管Q19的集电极、第九电阻R109的一端、第九电阻R109的另一端连接第三三极管Q16的集电极，第三三极管Q16的发射极分别连接第七电阻R107的一端、+13.5V电压端，第七电阻R107的另一端连接第四三极管Q17的基极、第五三极管Q18的集电极，第五三极管Q18的基极连接+5V电压端，第五三极管Q18的发射极连接第十电阻R110的一端，第十电阻R110的另一端分别连接第十一电阻R111的一端、第十二电阻R113的一端、PWMCL端，第十一电阻R111的另一端连接+5V电压端，第十二电阻R113的另一端连接第六三极管Q19的基极，第六三极管Q19的发射极接地。

所述的三相电桥由三组共6个MOSFET组成,以一相为例，与电源正相连接的MOSFET称为上桥,如M5所示,与电源地相接的MOSFET称为下桥，如M6所示。MOSFET驱动电路由三极管组成，如Q15,Q14,Q16控制上桥M5，Q17,Q18，Q19控制下桥M6,单片机通过PWM功能来控制上、下桥的开关，用以来改变电机线圈的通电顺序和通电方向。

如图3所示，OP1P P11端口和OP2P P36是接单片机的运放口，单片机的引脚；分别和J7和J8连接的两个1端口，以及分别和J110、J113、J115分别连接的3个1端口都用于接电源，其中分别和J7和J8连接的两个1端口为2个正级，分别和J110、J113、J115分别连接的3个1端口接地。IS端口是跟电机驱动电路连接起来的，检测电机运转时的电流的。电机运行时，电流经过采样电阻R23产生电压信号，电压信号通过R18,R19,R21,R22输入到单片机的运放口，进行信号放大，单片机通过内部集成AD采样放大后的信号，得出当前电流值，供电机控制算法使用。

如图4所示，HALLA端口、HALLB端口、HALLC端口是接单片机的中断引脚，用于检测霍尔输入的。J60是接电机的霍尔传感器的出线，J59和J68分别是电源和地，J81是留的测试引脚。霍尔传感器是用来检测磁场极性变化的元器件，三相电机有6个不同的工作区间，因此需要至少3个霍尔传感器的组合信号来反映实际电机转子的位置。由于霍尔传感器是开漏输出所以必须接上拉传感器，另外为了防止电机的强磁场和PWM载波频率的干扰，为霍尔检测电路添加低通RC滤波器处理，处理后的信号输入到单片机的中断检测口，用以来判断电机转动的位置。

基于以上结构的带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器的控制流程，如图5所示，具体说明如下：

步骤110，通过单片机G80F980判断是否进入学习状态：若无需进入学习状态，则进入步骤130；若需要进入学习状态，则进入步骤120；

步骤120，通过单片机G80F980接收无线设备通过蓝牙通讯模块发送到串口的电机运行参数，并将电机运行参数数据存储到所述单片机G80F980内部集成的类EEPROM模块，学习完成重新进入步骤110；

步骤130，通过单片机G80F980读取内部类EEPROM模块存储的电机运行相关参数；

步骤140，通过PWM模块控制MOSFET驱动电路,MOSFET驱动电路驱动三相电桥电路，三相电桥电路驱动无刷直流电机，从而来实现电机所需的三相逆变驱动电路；

步骤150，读取电机运行时霍尔传感器通过霍尔接口电路产生的中断信号，得出电机运转的相序信号以及速度信号；

步骤160，单片机读取电机运行时产生的电流，通过电流检测电路转换的电压信号，得出当前电机工作电流；

步骤170，根据得到的相序信号、速度信号，以及工作电流的反馈，进行调节PWM占空比来实现所述MOSFET驱动电路，从而实现电机的系统闭环控制。

本实用新型提供的一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，可以避免电流突变的，降低转矩脉动，降低噪音。可以远程将电机相关运行参数设置至控制器中，操作简单方便，生产效率高。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本实用新型所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

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。上面对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (4)

1.一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，其特征在于，包括单片机、MOSFET驱动电路、三相电桥电路、电流检测电路、无刷电机、霍尔接口电路和蓝牙通讯模块；所述单片机的输出端连接MOSFET驱动电路的输入端，所述MOSFET驱动电路的输出端连接三相电桥电路的输入端，所述三相电桥电路的输出端连接电流检测电路的输入端，所述电流检测电路的输出端连接单片机的输入端，所述单片机的输出端连接蓝牙通讯模块的输入端，所述三相电桥电路的输出端连接无刷电机，所述无刷电机的霍尔传感器接口连接霍尔接口电路，所述霍尔接口电路的输出端连接单片机的输入端。

2.根据权利要求1所述的一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，其特征在于，还包含电源模块，所述电源模块包含36/48V电源模块、13.5V线性电源模块、5V线性电源模块，所述36/48V电源模块的输出端连接三相电桥电路的输入端，13.5V线性电源模块的输出端连接MOSFET驱动电路的输入端，所述5V线性电源模块的输出端连接单片机的输入端。

3.根据权利要求1所述的一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，其特征在于，所述单片机采用8位单片机G80F980，且集成Flash模块、PRAM模块、类EEPROM模块、MDU处理器模块、CORDIC处理器模块、UART模块、GPIO模块、PWM模块、内部晶振模块、ADC模块和WDT模块。

4.根据权利要求1所述的一种带蓝牙模块的正弦波无刷直流电机控制器，其特征在于，所述MOSFET驱动电路和三相电桥电路的一相电路包含第一二极管（D13）、第二二极管(D14)、第一电阻(R95)、第二电阻(R96)、第三电阻(R97)、第四电阻(R98)、第五电阻（R99）、第六电阻（R103）、第七电阻（R107）、第八电阻（R108）、第九电阻(R109)、第十电阻（R110）、第十一电阻（R111）、第十二电阻（R113）、定向电容（C36）、第一电容（C38）、第二电容（C40）、第三电容（C43）、第一三极管（Q14）、第二三极管（Q15）、第三三极管（Q16）、第四三极管（Q17）、第五三极管（Q18）、第六三极管（Q19）、上桥（M5）、下桥（M6）、+13.5V电压端、+5V电压端、EMC端、PWMCH端、PWMCL端、IS端，其中，+13.5V电压端连接第一二极管(D13)的正极，第一二极管(D13)的负极分别连接第一电阻(R95)的一端、第一三极管(Q14)的发射极、定向电容(C36)的正极，第一电阻(R95)的另一端分别连接第一三极管(Q140的基极、第二三极管（Q15）的集电极，第二三极管（Q15）的基极连接第三电阻（R97）的一端，第三电阻（R97）的另一端分别连接第六电阻（R103）的一端、PWMCH端，第二三极管（Q15）的发射极连接第五电阻（R99）的一端，第五电阻（R99）的另一端连接第六电阻（R103）的另一端并接地，第一三极管（Q14）的集电极分别连接第二二极管（D14）的正极、第三三极管（Q16）的基极、第四电阻（R98）的一端，第二二极管（D14）的负极连接第二电阻（R96）的一端，第二电阻（R96）的另一端分别连接第三三极管（Q16）的发射极、上桥（M5）的1G端，上桥（M5）的2C端分别连接+48V电压端、第一电容（C38）的一端，第一电容（C38）的另一端分别连接第八电阻（R108）的一端、下桥（M6）的3E端、第三电容（C43）的一端、第八电阻（R108）的另一端和IS端，第八电阻（R108）的另一端分别连接EMC端、定向电容（C36）的负极，下桥（M6）的2C端分别连接上桥（M5）的3E端、J71、第二电容（C40）的一端、第三三极管（Q16）的集电极、第四电阻（R98）的另一端，第二电容（C40）的另一端连接上桥（M5）的1G端，第三电容（C43）的另一端分别连接下桥（M6）的1G端、第六三极管（Q19）的集电极、第九电阻（R109）的一端、第九电阻（R109）的另一端连接第三三极管（Q16）的集电极，第三三极管（Q16）的发射极分别连接第七电阻（R107）的一端、+13.5V电压端，第七电阻（R107）的另一端连接第四三极管（Q17）的基极、第五三极管（Q18）的集电极，第五三极管（Q18）的基极连接+5V电压端，第五三极管（Q18）的发射极连接第十电阻（R110）的一端，第十电阻（R110）的另一端分别连接第十一电阻（R111）的一端、第十二电阻（R113）的一端、PWMCL端，第十一电阻（R111）的另一端连接+5V电压端，第十二电阻（R113）的另一端连接第六三极管（Q19）的基极，第六三极管（Q19）的发射极接地。

Images