CN210405136U - 基于逻辑器件的bldc控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于逻辑器件的BLDC控制器，其包括有H桥驱动电路、霍尔传感器、施密特触发器和供电模块，H桥驱动电路与无刷直流电机连接，用以实现直流无刷电机的驱动和换向；霍尔传感器安装在无刷直流电机上，用以检测直流无刷电机的转子位置并输出换向信号；施密特触发器接收霍尔传感器输出的换向信号，并控制H桥驱动电路的驱动功率管导通与截止；供电模块分别与H桥驱动电路、霍尔传感器、施密特触发器连接。通过逻辑器件施密特触发器与霍尔传感器相配合，实现了无刷直流电机的驱动与换向控制，相比采用MCU、DSP或专用的电机芯片，逻辑器件施密特触发器价格低廉，从而降低了无刷直流电机控制系统的成本。

Description

基于逻辑器件的BLDC控制器

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种基于逻辑器件的BLDC控制器。

背景技术

随着新型永磁材料、微电子、自动控制技术和电力电子技术的发展，特别是功率开关器件的发展，无刷直流电机(BrushlessDirectCurrentMotor，简称BLDC)的发展取得了巨大飞跃。在过去的10多年的时间里，无刷直流电机已经成为市场上的主导，但无刷直流电机都必须匹配驱动器，目前关于无刷直流电机的驱动控制器也是各种各样，市场上关于电机驱动控制器大概有两种类型，一种是目前基于MCU，DSP等具有编程功能的中央控制单元配合功率器件实现电机驱动；一种是采用集成了软件编程功能的专用电机芯片作为控制和驱动单元，配合功率器件实现电机驱动。

然而，不管是基于MCU，DSP等具有编程功能的中央控制单元，还是专用电机芯片，其价格都十分高昂，从而导致整个无刷直流电机控制系统的成本十分高昂，不利于电机控制行业的发展。此外，直流无刷电机在启动和运转中，由于设备故障或负载剧烈的变化，往往出现电机电流大大超过额定值，从而导致电机的功率驱动模块或电机烧毁的情况。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种基于逻辑器件的BLDC控制器，通过逻辑器件与霍尔传感器相配合，可以实现无刷直流电机的驱动与换向控制。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下所述的技术方案：

一种基于逻辑器件的BLDC控制器，其包括有H桥驱动电路、霍尔传感器、施密特触发器和供电模块，所述H桥驱动电路与无刷直流电机连接，用以实现直流无刷电机的驱动和换向；所述霍尔传感器安装在所述无刷直流电机上，用以检测直流无刷电机的转子位置并输出换向信号；所述施密特触发器接收霍尔传感器输出的换向信号，并根据所述换向信号控制所述H桥驱动电路的驱动功率管导通与截止；所述供电模块分别与所述H桥驱动电路、霍尔传感器、施密特触发器连接，为所述H桥驱动电路、霍尔传感器、施密特触发器供电。

优选地，所述供电模块包括有第一直流稳压模块、第二直流稳压模块和第三直流稳压模块，所述第一直流稳压模块，其包括有阻容降压单元、全桥整流单元、滤波单元和稳压单元，所述第一直流稳压模块的输入端与市电连接，用于对交流电进行降压、整流、滤波和稳压处理，并于输出端输出稳定的第一直流电压为所述H桥驱动电路提供工作电压；所述第二直流稳压模块，其输入端与所述第一直流稳压模块的输出端连接，用于对所述第一直流电压进行降压、滤波和稳压处理，并于输出端输出稳定的第二直流电压为所述霍尔传感器和施密特触发器提供工作电压；所述第三直流稳压模块，其输入端与所述第二直流稳压模块的输出端连接，用于对所述第二直流电压进行稳压、滤波和分压处理，并于输出端输出稳定的第三直流电压为施密特触发器提供偏置电压，所述施密特触发器根据所述偏置电压控制所述H桥驱动电路的使能开关管导通与截止。

优选地，所述直流无刷电机的电源输入侧设置有一钳位电路。

优选地，所述钳位电路包括有双二极管D3和双二极管D4，所述双二极管D3与所述直流无刷电机的电源输入正极端连接，所述双二极管D4与所述直流无刷电机的电源输入负极端连接。

优选地，所述双二极管D3和双二极管D4采用BAS28型号双二极管。

优选地，所述施密特触发器为HEF40106型号的6通道施密特触发器。

优选地，所述H桥驱动电路包括有三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、电阻R18和电阻R19，所述三极管Q2、三极管Q3、三极管Q5和三极管Q6的基极均与所述施密特触发器连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极通过电阻R19与所述供电模块连接，三极管Q1的发射极与所述供电模块连接，三极管Q1的集电极与所述直流无刷电机的电源输入正极端以及三极管Q3的集电极连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的基极通过电阻R18与所述供电模块连接，三极管Q4的发射极与所述供电模块连接，三极管Q4的集电极与所述直流无刷电机的电源输入负极端以及三极管Q6的集电极连接，三极管Q6的发射极接地。

优选地，所述H桥驱动电路包括有电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R17和电阻R20，所述电阻R10连接于三极管Q1的基极与三极管Q2的集电极之间，所述电阻R11连接于三极管Q3的基极与所述施密特触发器之间，所述电阻R12连接于三极管Q4的基极与三极管Q5的集电极之间，所述电阻R13连接于三极管Q6的基极与所述施密特触发器之间，所述电阻R17连接于三极管Q5的基极与所述施密特触发器之间，所述电阻R20连接于三极管Q2的基极与所述施密特触发器之间。

优选地，所述H桥驱动电路包括有三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、三极管Q7、三极管Q8、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20和电阻R21，所述三极管Q2的基极通过电阻R20与所述施密特触发器连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R19与所述第一直流稳压模块连接；三极管Q1的基极通过电阻R10与三极管Q2的集电极连接，三极管Q1的发射极与所述第一直流稳压模块连接，三极管Q1的集电极与所述直流无刷电机的电源输入正极端以及三极管Q3的集电极连接；三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极通过电阻R11与所述施密特触发器连接；三极管Q7的集电极与三极管Q3的基极连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极通过电阻R21与所述施密特触发器连接，所述三极管Q5的基极通过电阻R17与所述施密特触发器连接，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极通过电阻R18与所述第一直流稳压模块连接；三极管Q4的基极通过电阻R12与三极管Q5的集电极连接，三极管Q4的发射极与所述第一直流稳压模块连接，三极管Q4的集电极与所述直流无刷电机的电源输入负极端以及三极管Q6的集电极连接；三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极通过电阻R13与所述施密特触发器连接；三极管Q8的集电极与三极管Q6的基极连接，三极管Q8的发射极接地，三极管Q8的基极通过电阻R16与所述施密特触发器连接。

本实用新型的有益技术效果在于：上述基于逻辑器件的BLDC控制器，霍尔传感器安装在所述无刷直流电机上，用以检测直流无刷电机的转子位置并输出换向信号，施密特触发器接收所述换向信号并控制所述H桥驱动电路的驱动功率管导通与截止，通过逻辑器件施密特触发器与霍尔传感器相配合，实现了无刷直流电机的驱动与换向控制，相比采用MCU、DSP或专用的电机芯片，逻辑器件施密特触发器价格低廉，从而降低了无刷直流电机控制系统的成本。

附图说明

图1为本实用新型的基于逻辑器件的BLDC控制器的电路原理图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本实用新型的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的阐述。

如图1所示，在本实用新型一个实施例中，基于逻辑器件的BLDC控制器包括有H桥驱动电路10、霍尔传感器U3、施密特触发器U1和供电模块20。所述H桥驱动电路10与无刷直流电机连接，用以实现直流无刷电机的驱动和换向；所述霍尔传感器U3安装在所述无刷直流电机上，用以检测直流无刷电机的转子位置并输出换向信号；所述施密特触发器U1接收霍尔传感器U3输出的换向信号，并根据所述换向信号控制所述H桥驱动电路10的驱动功率管导通与截止；所述供电模块20分别与所述H桥驱动电路10、霍尔传感器U3、施密特触发器U1连接，为所述H桥驱动电路10、霍尔传感器U3、施密特触发器U1供电。

所述H桥驱动电路10包括有三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、电阻R18和电阻R19，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6为电机的驱动功率管，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、电阻R18和电阻R19构建H桥实现电机的路径驱动。所述施密特触发器U1为本实用新型的核心控制单元，采用HEF40106型号的6通道施密特触发器，逻辑上输入和输出反向，输入为高电平则输出为低电平，输入为低电平则输出为高电平。霍尔传感器U3是一个极性HALL芯片，N极触发输出高电平，S极触发输出低电平。

如图1所示，若霍尔传感器U3输出为高电平，1A为高电平(以下用H表示)，1Y、2A为低电平(以下用L表示)，2Y为H，同时经过双二极管D5的外围电路可知3A为L，3Y为H，因为2Y为H，所以6A为H，6Y为L，结合功率驱动电路可知三极管Q1、三极管Q2、三极管Q6导通，三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5截止，电流由M1(直流无刷电机的电源输入正极端)流向M2(直流无刷电机的电源输入负极端)，电机正转。当电机转过当前的磁场对应半区时，霍尔传感器U3因为转子磁区的变化发生突变输出为L，1A为L，1Y，2A为H，2Y为L，同时经过双二极管D5的外围电路可知3A为H，3Y为L，因为2Y为L，所以6A为L，6Y为H，结合功率驱动电路可知三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5导通，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q6截止，电流由M2流向M1，电机反转，从而实现换向。往复循环，电机根据霍尔传感器U3的输出突变实现不停的换向，电机正常的运行。

本实施例中的基于逻辑器件的BLDC控制器，通过逻辑器件施密特触发器U1与霍尔传感器U3相配合，实现了无刷直流电机的驱动与换向控制，相比采用MCU、DSP或专用的电机芯片，逻辑器件施密特触发器U1价格低廉，从而降低了无刷直流电机控制系统的成本。

如图1所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述H桥驱动电路10还包括有电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R17和电阻R20，用于限制流过所述三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6的电流，从而改变通过电机的电流，调整电机速度。

如图1所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述直流无刷电机的电源输入侧设置有一钳位电路，该钳位电路包括有BAS28型号的双二极管D3和双二极管D4。所述双二极管D3与所述直流无刷电机的电源输入正极端连接，所述双二极管D4与所述直流无刷电机的电源输入负极端连接，吸收电机换向和急停产生的尖峰，对直流无刷电机的电源输入侧的电位进行钳位，从而实现电路的保护。

如图1所示，在本实用新型的一个优选实施例中，所述H桥驱动电路10包括有三极管Q7和三极管Q8，该三极管Q7和三极管Q8作为所述H桥驱动电路10的使能开关管，用于控制所述H桥驱动电路10通断。所述供电模块20包括有第一直流稳压模块21、第二直流稳压模块22和第三直流稳压模块23。

所述第一直流稳压模块21包括有阻容降压单元、全桥整流单元、滤波单元和稳压单元，所述阻容降压单元包括电容C1、电阻R4、电阻R5和电阻R6，所述全桥整流单元包括整流桥D2，滤波单元包括电解电容C2，稳压单元包括二极管D1，市电交流电AC通过电容C1、电阻R4、电阻R5和电阻R6阻容降压，再通过整流桥D2全桥整流，经过电解电容C2滤波和二极管D1稳压得到一个稳定的直流电压VDC为所述H桥驱动电路10提供工作电压，调整电容C1的容值大小可以改变VDC的电流，调整二极管D1的参数可以调整VDC的电压大小。

所述第二直流稳压模块22包括电阻R1、电阻R8、电容C3和稳压管ZD1，所述第二直流稳压模块22与所述第一直流稳压模块21的输出端连接，电阻R1、电阻R8和稳压管ZD1构建一个稳压电路对直流电压VDC进行降压、稳压处理后，于输出端输出稳定的15V直流电压VCC为所述霍尔传感器U3和施密特触发器U1提供工作电压。

所述第三直流稳压模块23包括电阻R9、电阻R14、电容C8和稳压管ZD2，所述第三直流稳压模块23与所述第二直流稳压模块22的输出端连接，电阻R9、电阻R14和稳压管ZD2构建一个稳压电路对直流电压VCC进行稳压、分压处理后，于输出端输出一个稳定的直流电压为霍尔传感器U3的PIN11端5A提供偏置电压作为H桥驱动电路10的开关使能信号，所述施密特触发器U3根据所述偏置电压控制所述H桥驱动电路10的使能开关管(三极管Q7、三极管Q8)导通与截止。

系统上电时，第一直流稳压模块21给系统提供30V的直流电压VDC，第二直流稳压模块22给霍尔传感器U3和施密特触发器U1提供15V的直流电压VCC，由于15V直流电压VCC充足，5A为H，5Y为L，此时霍尔传感器U3输出会根据停止时的位置输出15V高电平或者0V低电平。若霍尔传感器U3输出为高电平，1A为高电平(以下用H表示)，1Y、2A为低电平(以下用L表示)，2Y为H，同时经过双二极管D5的外围电路可知3A为L，3Y为H，因为2Y为H，所以6A为H，6Y为L，结合功率驱动电路可知三极管Q1、三极管Q2、三极管Q6导通，三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5截止，电流由M1(直流无刷电机的电源输入正极端)流向M2(直流无刷电机的电源输入负极端)，电机正转。当电机转过当前的磁场对应半区时，霍尔传感器U3因为转子磁区的变化发生突变输出为L，1A为L，1Y，2A为H，2Y为L，同时经过双二极管D5的外围电路可知3A为H，3Y为L，因为2Y为L，所以6A为L，6Y为H，结合功率驱动电路可知三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5导通，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q6截止，电流由M2流向M1，电机反转，从而实现换向。往复循环，电机根据霍尔传感器U3的输出突变实现不停的换向，电机正常的运行。

运行过程中当电机发生大电流或者堵转时，对应的功率管中会产生瞬间的大电流，而整个系统采用的是阻容降压，当突然产生大电流时，直流电压VDC的电压会突然大幅度降低，当稳压管ZD2无法被击穿或者电阻R14的分压无法超过0.6V时，施密特触发器U1的PIN11端5A即为L，5Y即为H，三极管Q7，三极管Q8导通，三极管Q3，三极管Q6会截止，H桥会形成断路，电机被切断电流，从而实现过流保护、堵转保护，直至大电流消失，VDC电压恢复正常，系统才能正常工作。

本实用新型的供电模块20采用了阻容降压提供直流电压，利用阻容降压电源的带载特性结合施密特触发器实现过流保护、堵转保护，具有极强的稳定性和可靠性。同时，用户可以通过调节器件参数调整供电模块的带载能力，也可以调节二极管D1和后端H桥驱动电路10驱动功率管的限流电阻改变通过电机的电流，调整电机速度，整个系统具有很强的应用性和经济价值。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，而非对本实用新型做任何形式上的限制。本领域的技术人员可在上述实施例的基础上施以各种等同的更改和改进，凡在权利要求范围内所做的等同变化或修饰，均应落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述基于逻辑器件的BLDC控制器包括有：

一与无刷直流电机连接的H桥驱动电路，用以实现直流无刷电机的驱动和换向；

一安装在所述无刷直流电机上的霍尔传感器，用以检测直流无刷电机的转子位置并输出换向信号；

一施密特触发器，其接收所述换向信号并控制所述H桥驱动电路的驱动功率管导通与截止；

一供电模块，该供电模块分别与所述H桥驱动电路、霍尔传感器、施密特触发器连接。

2.如权利要求1所述的基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述供电模块包括有：

第一直流稳压模块，其包括有阻容降压单元、全桥整流单元、滤波单元和稳压单元，所述第一直流稳压模块的输入端与市电连接，用于对交流电进行降压、整流、滤波和稳压处理，并于输出端输出稳定的第一直流电压为所述H桥驱动电路提供工作电压；

第二直流稳压模块，其输入端与所述第一直流稳压模块的输出端连接，用于对所述第一直流电压进行降压、滤波和稳压处理，并于输出端输出稳定的第二直流电压为所述霍尔传感器和施密特触发器提供工作电压；

第三直流稳压模块，其输入端与所述第二直流稳压模块的输出端连接，用于对所述第二直流电压进行稳压、滤波和分压处理，并于输出端输出稳定的第三直流电压为施密特触发器提供偏置电压，所述施密特触发器根据所述偏置电压控制所述H桥驱动电路的使能开关管导通与截止。

3.如权利要求1所述的基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述直流无刷电机的电源输入侧设置有一钳位电路。

4.如权利要求3所述的基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述钳位电路包括有双二极管D3和双二极管D4，所述双二极管D3与所述直流无刷电机的电源输入正极端连接以钳位所述直流无刷电机的电源输入正极端电压，所述双二极管D4与所述直流无刷电机的电源输入负极端连接以钳位所述直流无刷电机的电源输入负极端电压。

5.如权利要求4所述的基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述双二极管D3和双二极管D4采用BAS28型号双二极管。

6.如权利要求1所述的基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述施密特触发器为HEF40106型号的6通道施密特触发器。

7.如权利要求1所述的基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述H桥驱动电路包括有三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、电阻R18和电阻R19，所述三极管Q2、三极管Q3、三极管Q5和三极管Q6的基极均与所述施密特触发器连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的基极通过电阻R19与所述供电模块连接，三极管Q1的发射极与所述供电模块连接，三极管Q1的集电极与所述直流无刷电机的电源输入正极端以及三极管Q3的集电极连接，三极管Q3的发射极接地，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的基极通过电阻R18与所述供电模块连接，三极管Q4的发射极与所述供电模块连接，三极管Q4的集电极与所述直流无刷电机的电源输入负极端以及三极管Q6的集电极连接，三极管Q6的发射极接地。

8.如权利要求7所述的基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述H桥驱动电路包括有电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R17和电阻R20，所述电阻R10连接于三极管Q1的基极与三极管Q2的集电极之间，所述电阻R11连接于三极管Q3的基极与所述施密特触发器之间，所述电阻R12连接于三极管Q4的基极与三极管Q5的集电极之间，所述电阻R13连接于三极管Q6的基极与所述施密特触发器之间，所述电阻R17连接于三极管Q5的基极与所述施密特触发器之间，所述电阻R20连接于三极管Q2的基极与所述施密特触发器之间。

9.如权利要求2所述的基于逻辑器件的BLDC控制器，其特征在于，所述H桥驱动电路包括有三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、三极管Q7、三极管Q8、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20和电阻R21，所述三极管Q2的基极通过电阻R20与所述施密特触发器连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极通过电阻R19与所述第一直流稳压模块连接；三极管Q1的基极通过电阻R10与三极管Q2的集电极连接，三极管Q1的发射极与所述第一直流稳压模块连接，三极管Q1的集电极与所述直流无刷电机的电源输入正极端以及三极管Q3的集电极连接；三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的基极通过电阻R11与所述施密特触发器连接；三极管Q7的集电极与三极管Q3的基极连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极通过电阻R21与所述施密特触发器连接，所述三极管Q5的基极通过电阻R17与所述施密特触发器连接，三极管Q5的发射极接地，三极管Q5的集电极通过电阻R18与所述第一直流稳压模块连接；三极管Q4的基极通过电阻R12与三极管Q5的集电极连接，三极管Q4的发射极与所述第一直流稳压模块连接，三极管Q4的集电极与所述直流无刷电机的电源输入负极端以及三极管Q6的集电极连接；三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极通过电阻R13与所述施密特触发器连接；三极管Q8的集电极与三极管Q6的基极连接，三极管Q8的发射极接地，三极管Q8的基极通过电阻R16与所述施密特触发器连接。

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