CN211151852U

CN211151852U - 一种基于tb6631fng芯片的无刷电机控制电路

Info

Publication number: CN211151852U
Application number: CN202020101727.XU
Authority: CN
Inventors: 刘健; 阎宝君; 王世奇
Original assignee: Wuhan Nengyan Electric Co ltd
Current assignee: Wuhan Nengyan Electric Co ltd
Priority date: 2020-01-17
Filing date: 2020-01-17
Publication date: 2020-07-31
Anticipated expiration: 2030-01-17

Abstract

本实用新型公开了一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，包括：主控电路、协处理电路、电机保护电路、电机超前角调节电路、电机正反转调节电路、电机位置检测电路、电机驱动电路、时钟电路、显示电路、以及电源电路；从而降低转矩脉动，提高电压利用率，并减少器件的开关次数，使电机旋转更加的安全与平稳；解决了现有控制电路导致的电机起动扭矩小、存在转矩脉动的技术问题；同时，本实用新型能够使用的元器件数量少，使得整体电路结构较小，具有较高的性价比。

Description

一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路

技术领域

本实用新型属于无刷电机技术领域，更具体地，涉及一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路。

背景技术

无刷电机，因其具有接收电动机的启动、停止、制动信号，并控制电动机的启动停止和制动；接收位置传感器信号和正反转信号，并控制逆变桥各功率管的通断从而产生连续转矩；接收速度指令和速度反馈信号，并控制和调整转速等功能；同时还具有保护和显示功能，因此，被广泛应用在航模、医疗器械、家用电器、电动车等多个技术领域。

过去几年，由于产量和价格的原因，无刷电机多使用在中高档航空模型中，极大的限制了其应用；现在由于机械加工技术的快速发展，无刷电机的成本下降许多，目前它正在进入模型领域的各个层面，从电动遥控车再到电动模型飞机，无处不在。

然而，现有无刷电机在应用时，其控制电路普遍存在一些难以忽略的缺点：第一、起动电阻大，功率因素小，起动扭矩相对较小，起动时有嗡嗡声，并伴随强烈震动，起动时带动负荷较小；第二、有霍尔传感器无刷电机的超前角设置不当，使得电机在旋转过程不流畅，产生转矩脉动；保护功能方面不完善，导致运行时会出现一些停转的现象。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其目的在于针对无刷电机运行时可能出现的各种情况，对现有的控制电路结构进行优化，并增加相应的外围电路，由此解决现有控制电路导致的电机起动扭矩小、存在转矩脉动的技术问题。为实现上述目的，按照本实用新型的一个方面，提供了一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，包括：主控电路、协处理电路、电机保护电路、电机超前角调节电路、电机正反转调节电路、电机位置检测电路、电机驱动电路、时钟电路、以及电源电路；其中：

所述主控电路的第一输入端经所述电机保护电路电连接至所述协处理电路的第一输出端；

所述主控电路的第二输入端经所述电机正反转调节电路电连接至所述协处理电路的第二输出端；

所述主控电路的第三输入端与所述协处理电路的第三输出端电连接；

所述主控电路的第四输入端经所述电机位置检测电路电连接至无刷电机；

所述主控电路的第五输入端与所述电机超前角调节电路输入端电连接；

所述主控电路的第六输入端与所述时钟电路电连接；

所述主控电路的第一输出端与所述协处理电路的输入端电连接；

所述主控电路的第二输出端与所述电机超前角调节电路的输入端电连接；

所述主控电路的第三输出端经所述电机驱动电路电连接至无刷电机；

所述电源电路分别与所述主控电路、协处理电路、电机保护电路、电机超前角调节电路、电机正反转调节电路、电机位置检测电路、电机驱动电路、以及时钟电路电连接。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其主控电路为TB6631FNG芯片。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其协处理电路为MCU芯片。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其电机位置检测电路为霍尔传感器。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其电机超前角调节电路为滑动变阻器。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其电机保护电路包括单向二极管D3、D4、保护电阻R8、以及R9；

所述单向二极管D3的正极与所述协处理电路的第一输出端电连接；其负极外接参考电压；

所述单向二极管D4的负极与所述协处理电路的第一输出端电连接，其正极接地；

所述保护电阻R8的一端与所述保护电阻R9的一端电连接，并电连接至所述协处理电路的第一输出端；其另一端接地；

所述保护电阻R9的另一端与所述主控电路的第一输入端电连接。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其电机正反转调节电路包括单向二极管D1、D2、电阻R6、以及R7；

所述单向二极管D1的正极与所述协处理电路的第二输出端电连接，其负极外接参考电压；

所述单向二极管D2的负极与所述协处理电路的第二输出端电连接，其正极接地；

所述电阻R6与所述单向二极管D1并联；

所述电阻R7的一端与所述协处理电路的第二输出端电连接，其另一端与所述主控电路的第二输入端电连接。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其电机驱动电路为MOS管驱动器。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其时钟电路为RC震荡电路。

优选地，所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其还包括显示电路，所述显示电路与所述主控电路的第四输出端电连接以实时显示无刷电机运转信息。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得以下有益效果：

(1)针对现有技术的无刷电机控制电路起动电阻大，功率因素小，起动扭矩相对较小，起动时有嗡嗡声，并伴随强烈震动，起动时带动负荷较小，电压利用率不高等问题，本实用新型提供的一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，通过对现有结构进行了改进，通过电机位置检测电路检测电机转子位置，并传输至主控电路，使得主控电路控制电机驱动电路驱动电机运转，提高了电压的利用率，并减小器件的开关次数；同时，通过增加协处理电路、电机保护电路、以及电机正反转调节电路，协处理电路通过控制电机保护电路和电机正反转调节电路来对电机实现保护及提供电机的旋转方向，从而使电机在以最适合它的方式旋转，具有运转平滑和高性能等优势；

(2)针对现有技术的有霍尔传感器的无刷电机的超前角设置不当，使得电机在旋转过程不流畅，产生转矩脉动；保护功能方面不完善，导致运行时会出现一些停转等问题，本实用新型提供的一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，通过对现有结构进行了改进，增加了超前角控制电路，通过设置主控电路与超前角控制电路直接电连接从而调整无刷电机换相驱动的超前角，主控电路根据电机负载的轻重程度自适应调节超前角控制电路，从而使相位超前角能够适应电机的负载变化，使其旋转的更加的流畅与平稳，提高了电机性能。

附图说明

图1是本实用新型提供的一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路结构框图；

图2是本实用新型提供的一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路的具体电路图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1-主控电路；2-协处理电路；3-电机保护电路；4-电机超前角调节电路；5-电机正反转调节电路；6-电机位置检测电路；7-电机驱动电路；8-时钟电路；9-显示电路；10-电源电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本实用新型提供了一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，如图1所示，包括：主控电路1、协处理电路2、电机保护电路3、电机超前角调节电路4、电机正反转调节电路5、电机位置检测电路6、电机驱动电路7、时钟电路8、显示电路9、以及电源电路10；其中：

在本实用新型中，如图2所示，主控电路1为TB6631FNG芯片，TB6631FNG芯片的HUP端口、HUM端口、HVP端口、HVM端口、HWP端口、以及HWM端口均为输入端，其与电机位置检测电路6的输出端电连接；具体而言，电机位置检测电路6为霍尔传感器，以采集电机旋转的位置信息，并将位置信息通过HUP、HUM、HVP、HVM、HWP、HWM端口传给TB6631FNG芯片；霍尔传感器为A1344E；

TB6631FNG芯片的U端口、V端口、W端口、X端口、Y端口、以及Z端口均为输出端，其与电机驱动电路7的输入端电连接；电机驱动电路7优选为MOS管驱动器；具体而言，根据TB6631FNG芯片输出的6路PWM波换相信号，本实用新型需采用6个MOS管驱动器，该MOS管驱动器为AO3400 N沟道MOSFET，其具体连接方式为：6个MOS管驱动器，其六路输入端分别接到TB6631FNG芯片的U端口、V端口、W端口、X端口、Y端口、以及Z端口，用于控制六个MOS管驱动器的开通关断；其输出端口与无刷电机电连接，以驱动该无刷电机工作；

TB6631FNG芯片的OSC端口为输入端，其与时钟电路8输出端电连接，以根据时钟电路8提供的系统时钟信号工作；本实用新型的时钟电路8为RC震荡电路，其通过采用一个RC串并联网络震荡电路来产生正弦波频率，采用集成运算放大器A作为放大电路，采用R、C元件组成的串并联网络作为选频网络，并采用电阻R2和R4支路引入一个负反馈网络，从而使得串并联网络中R1、C1和R3、C2以及负反馈支路中的R2、R4正好组成一个电桥的四个臂，从而产生时钟信号；其中电阻R1为TELESKY 100Ω，R2和R4均为TELESKY 200Ω，R3为TELESKY160Ω，C1＝C2＝1nF，集成运算放大器A为LM358DR；该RC震荡电路产生的时钟信号为1HZ；

TB6631FNG芯片的LA端口为输入/输出双向端，其与电机超前角调节电路4电连接，以提供相应的超前角；具体而言，电机超前角调节电路4为滑动变阻器，在本实用新型中，滑动变阻器R5外接5V直流电压，TB6631FNG芯片通过LA端口调节滑动变阻器以改变其对应的电压值，TB6631FNG芯片通过LA端口根据接收到的电压值，TB6631FNG芯片将电压信号转化为超前角角度信号，具体为0V对应0°，5V对应58°，分32个区间改变超前角的度数，从而提供超前换相角；TB6631FNG芯片的LA端口经滤波电容C3接地，以保护TB6631FNG芯片；滑动变阻器R5为BOCHEN生产的3362P-502,其最大阻值为5kΩ，滤波电容C3为SAMSUNG-CL系列,其电容值为10pF；

TB6631FNG芯片的RES端口为输入端，其经电机保护电路3电连接至协处理电路2的第一输出端，以接收协处理电路2经电机保护电路3输出的调控信号，从而保护电机运转；具体而言，电机保护电路3包括单向二极管D3、D4、保护电阻R8、以及R9；单向二极管D3的正极与协处理电路2的第一输出端电连接；其负极外接参考电压；单向二极管D4的负极与协处理电路2的第一输出端电连接，其正极接地；保护电阻R8的一端与保护电阻R9的一端电连接，并电连接至协处理电路2的第一输出端；其另一端接地；保护电阻R9的另一端与TB6631FNG芯片的RES端口电连接；

在本实用新型中，参考电压为5V，其可以由外部直流电源提供，也可以由TB6631FNG芯片内部产生,具体通过TB6631FNG芯片的Vrefout端口输出；当协处理电路2输出的电压高于参考电压时，单向二极管D3导通，D4截止，保护电阻R8、R9被短路，使得TB6631FNG芯片的RES端口接入0V电平，从而使无刷电机换相输出被启用；当协处理电路2输出的电压低于参考电压时，单向二极管D3 D3、D4均截止，使得TB6631FNG芯片的RES端口接入正电平，进而使无刷电机换相输出被禁用，从而停止电机的旋转，起到保护电机的作用；在本实用新型中，保护电阻R8为TELESKY100kΩ，R9为TELESKY 2kΩ，单向二极管D3及D4均为肖特基B5819WS S4。

TB6631FNG芯片的CW/CCW端口为输入端，其经电机正反转调节电路5电连接至协处理电路2的第二输出端，以接收协处理电路2经电机正反转调节电路5输出的调控信号，从而对无刷电机进行正反转进行控制；具体而言，电机正反转调节电路5包括单向二极管D1、D2、电阻R6、以及R7；

单向二极管D1的正极与协处理电路2的第二输出端电连接，其负极外接参考电压；单向二极管D2的负极与协处理电路2的第二输出端电连接，其正极接地；电阻R6与单向二极管D1并联；电阻R7的一端与协处理电路2的第二输出端电连接，其另一端与TB6631FNG芯片的CW/CCW端口电连接；

在本实用新型中，参考电压为5V，其可以由外部直流电源提供，也可以由TB6631FNG芯片内部产生,具体通过TB6631FNG芯片的Vrefout端口输出；当协处理电路2输出的电压高于参考电压时，单向二极管D1导通，D2截止，TB6631FNG芯片的CW/CCW端口接入高电平，从而控制电机使其逆时针旋转；当协处理电路2输出的电压低于参考电压时，单向二极管D1、D2均截止，TB6631FNG芯片的CW/CCW端口接入低电平，从而控制电机使其顺时针旋转；在本实用新型中，电阻R6为TELESKY 100kΩ，R7为TELESKY 2kΩ；单向二极管D1及D2均为肖特基B5819WS S4。

TB6631FNG芯片的VSP端口为输入端，其与协处理电路2的第三输出端电连接，以接收协处理电路2输出的电压信号并根据该电压信号调节输出到无刷电机的控制模式；

TB6631FNG芯片的REV端口以及FG端口均为输出端，其分别与协处理电路2的第一输入端及第二输入端电连接，以将采集到无刷电机工作状态信息输出至协处理电路2；

具体而言，协处理电路2为MCU芯片，该MCU芯片内部有设置完成的程序，其能够将TB6631FNG芯片的REV端口以及FG端口输出的信号进行处理，并根据处理结果输出电压信号至TB6631FNG芯片的VSP端口、复位信号至电机保护电路3输入端、以及正反转调控信号至电机正反转调节电路5；在本实用新型中，该MCU芯片为GD32F101 ARM CortexTM-M3；

为实时监测无刷电机运转状态，本实用新型还包括显示电路9，显示电路9与TB6631FNG芯片的FG端口电连接，以实时显示无刷电机运转信息；具体而言，显示电路9为京东方7英寸触摸屏电脑。

电源电路10分别与主控电路1、协处理电路2、电机保护电路3、电机超前角调节电路4、电机正反转调节电路5、电机位置检测电路6、电机驱动电路7、显示电路9、以及时钟电路8电连接，以提供工作电压；电源电路10为国产华尧生产的60V直流可调电源，其输出电压为0V～60V。

本实用新型中提供的一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其工作原理如下：

时钟电路8为TB6631FNG芯片提供1HZ时钟信号，TB6631FNG芯片内部有三角波发生器，使得TB6631FNG芯片能通过时钟信号产生三角波信号；TB6631FNG芯片通过电机位置检测电路6检测到电机的旋转位置信号，将位置信号产生的调制信号与三角波进行比较生产正弦波PWM波，并输出到电机驱动电路7从而驱动无刷电机运转；在电机运转过程中，TB6631FNG芯片通过电机超前角调节电路4提供控制电机旋转的超前角，协处理电路2通过控制电机保护电路3和电机正反转调节电路5来对电机实现保护及提供电机的旋转方向，同时，显示电路9根据TB6631FNG芯片输出的信号实时显示电机旋转的基本情况。

综上所述，本实用新型提供的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，通过采用上述电路，不仅具有传统无刷电机的一系列的优点，使用方便，功能齐全，同时完善了一些无刷电机的缺点，如转矩脉动，提高电压利用率，并减少器件的开关次数，电机旋转更加的安全与平稳。

本领域的技术人员容易理解，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、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，包括：主控电路、协处理电路、电机保护电路、电机超前角调节电路、电机正反转调节电路、电机位置检测电路、电机驱动电路、时钟电路、以及电源电路；其中：

所述主控电路的第六输入端与所述时钟电路电连接；

2.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，所述主控电路为TB6631FNG芯片。

3.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，所述协处理电路为MCU芯片。

4.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机位置检测电路为霍尔传感器。

5.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机超前角调节电路为滑动变阻器。

6.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机保护电路包括单向二极管D3、D4、保护电阻R8、以及R9；

7.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机正反转调节电路包括单向二极管D1、D2、电阻R6、以及R7；

所述电阻R6与所述单向二极管D1并联；

8.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机驱动电路为MOS管驱动器。

9.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，所述时钟电路为RC震荡电路。

10.如权利要求1所述的基于TB6631FNG芯片的无刷电机控制电路，其特征在于，还包括显示电路，所述显示电路与所述主控电路的第四输出端电连接以实时显示无刷电机运转信息。