CN214014131U - 一种无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置，所述位置检测模块连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机三相电机端线，检测直流无刷电机的三相反电动势，并将三相反电动势传输到中央处理模块；所述控制信号输入模块连接外部输入的控制信号，将控制信号传输到中央处理模块；所述三相逆变模块连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机；所述的中央处理模块根据传来的位置信息和控制信号作出相应的操作命令，将操作命令传送给三相逆变模块执行，三相逆变模块根据中央处理模块传来的操作命令对待驱动电机执行驱动操作。本实用新型显著提高直流无刷电机输出转矩的稳定性、减小直流无刷电机运行噪声。
Description
技术领域
本实用新型涉及无刷电机驱动技术领域，尤其是一种直流无刷电机正弦波驱动装置。
背景技术
直流无刷电机与传统的有刷电机相比，直流无刷电机最大特点在于取消了以机械方式换相的电刷，采用半导体开关器件实现电子换相。在直流无刷电机运行的换项过程中不会产生换相火花和机械换相噪声，有调速范围宽，效率高的特点。因此目前直流无刷电机在各个领域都有广泛应用。
直流无刷电机取消了电刷，不能像直流有刷电机一样直接连接电源就可以工作，需要有专用的驱动器来驱动。直流无刷电机用驱动器传统的控制方法为方波驱动或者梯形波驱动，这类方法特点是简单易行，但缺点是转矩输出不稳定，容易产生噪声。专用的驱动器驱动直流无刷电机时需要知道转子磁极相对定子的空间角度，该角度一般由安装电机上的霍尔传感器提供，由于实际安装过程中总存在一些偏差不能准确提供换相位置，这也会使直流无刷电机运行噪声增大。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种显著提高直流无刷电机输出转矩的稳定性、减小直流无刷电机运行噪声的无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本实用新型包括电源模块、位置检测模块、控制信号输入模块、中央处理模块及三相逆变模块，所述电源模块与外部的输入电源连接，将输入电源经降压转换合适的电压输送给其他各个模块；
所述位置检测模块连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机三相电机端线，检测直流无刷电机的三相反电动势，并将三相反电动势传输到中央处理模块；
所述控制信号输入模块连接外部输入的控制信号，将控制信号传输到中央处理模块；
所述三相逆变模块连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机；
所述的中央处理模块根据传来的位置信息和控制信号作出相应的操作命令，将操作命令传送给三相逆变模块执行，三相逆变模块根据中央处理模块传来的操作命令对待驱动电机执行驱动操作。
进一步的，所述电源模块由开关降压电路和线性稳压电路构成；外部电源为直流电源，电压范围为12VDC-70VDC；开关降压电路采用SX3601芯片；线性稳压电路采用HT7333低压差线性稳压器。
进一步的，所述中央处理模块为瑞士意法半导体公司的STM32F103CB单片机和其对应的外围电路。
进一步的，所述位置检测模块由分压电阻和滤波电容构成；分压电阻R1，分压电阻R2，分压电阻R3连接无霍尔传感器的直流无刷电机的三相电机端线Phase U，Phase V，和Phase W；Phase U的反电动势经过分压电阻R1和分压电阻R4的分压，滤波电容C1的滤波输入到中央处理模块的AD数模转换器 AD U中转换成数字信号；Phase V的反电动势经过分压电阻R2和分压电阻R5 的分压，滤波电容C2的滤波输入到中央处理模块的AD数模转换器ADV中转换成数字信号；Phase W的反电动势经过分压电阻R3和分压电阻R6的分压，滤波电容C3的滤波输入到中央处理模块的AD数模转换器AD W中转换成数字信号。
进一步的，所述控制信号输入模块为光耦隔离输入电路，光耦型号为 6N137，光耦的发射管正极连接电阻R1，R1另一端连接输入信号正Signal+，光耦的发射管负极连接输入信号负Signal-，光耦的Vcc引脚连接3.3V电压；光耦的接收管发射极连接电源地GND，接收管的集电极连中央处理模块单片机的GPIO，将输入信号signal输入，同时连接电阻R2，R2另一端连接3.3V；外部输入的信号可为开关量信号或脉冲信号。
进一步的，所述三相逆变模块为6个N型MOSFET构成的三相桥式电路，专用MOS驱动芯片构成的MOSFET驱动电路；MOSFET驱动电路连接中央处理模块和三相桥式电路，MOSFET驱动电路驱动三相桥式电路，三相桥式电路连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机三相电机端线和外部电源，将外部电源提供的直流电逆变为交流电来驱动无霍尔传感器直流无刷电机；
其中，MOS驱动芯片为TI公司的DRV8301芯片。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1、采用正弦波驱动的方式，使电机的转矩输出更加的稳定，同时减少了电机运行时的噪声。
2、采用反电动势检测转子位置的方法，排除了霍尔元件安装误差，换项时间点更准确，进一步减少了无刷电机在运行时的噪声。
3、位置检测模块的电路简单易行，没有采用传统的电压比较器，减少了硬件成本。
4、采用光耦隔离输入，将外部控制端和驱动装置本身电气隔离开，提高使用的安全性。
5、对待驱动的直流无刷电机要求降低了，不必要求是带霍尔传感器或者其他位置传感器的直流无刷电机，只需无霍尔传感器的直流无刷电机即可。
6、中央处理模块实现正弦波的计算和发生，通过三相逆变模块对待驱动无霍尔传感器直流无刷电机三相施加正弦波电流。由于正弦波电流连续，没有换相突变电流，转矩输出稳定，因此运行噪声相对方波方式驱动或者梯形方式驱动明显减少。
附图说明
图1是本实用新型中的位置检测模块电路图。
图2是是本实用新型中的光耦隔离输入电路图。
图3是是本实用新型中的三相桥式电路图。
图4是是本实用新型的模块连接图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
如图4所示，本实用新型包括电源模块、位置检测模块、控制信号输入模块、中央处理模块及三相逆变模块，所述电源模块与外部的输入电源连接，将输入电源经降压转换合适的电压输送给其他各个模块；外部电源为本实用新型整个装置能够进行正常运行提供基本的电能供给，并且也是待驱动的无霍尔传感器无刷电机转动的直接能源供给。
所述位置检测模块连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机三相电机端线，检测直流无刷电机的三相反电动势，并将三相反电动势传输到中央处理模块；所述控制信号输入模块连接外部输入的控制信号，将控制信号传输到中央处理模块；所述三相逆变模块连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机；所述的中央处理模块根据传来的位置信息和控制信号作出相应的操作命令，将操作命令传送给三相逆变模块执行，三相逆变模块根据中央处理模块传来的操作命令对待驱动电机执行驱动操作。
实施例：
所述电源模块由开关降压电路和线性稳压电路构成；外部电源为直流电源，电压范围为12VDC-70VDC；开关降压电路采用SX3601芯片，该芯片为专用的开关降压器，配合相应的电感，二极管，电阻可将输入电源电压将到5V。线性稳压电路采用HT7333低压差线性稳压器，进一步将5V电压转换为稳定的3.3V电压，供给信号输入模块，中央处理模块和逆变模块。
所述中央处理模块为瑞士意法半导体公司的STM32F103CB单片机和其对应的外围电路。STM32F103CB单片机除了含能够进行数据处理的中央处理器 CPU，随机存储器RAM，Flash存储器，中断系统，还包含多个通用输入输出接口GPIO，AD数模转换器，定时/计数器等外设。其中GPIO外设连接控制信号输入模块，接收控制命令；AD数模转换器连接位置检测模块，将位置检测模块传入的三相反电动势模拟信号转换为可供CPU计算的数字信号；中央处理模块实现正弦波发生器，STM32F103CB单片机的定时/计数器连接三相逆变模块产生正弦脉冲调制信号SPWM，通过三相逆变模块对待驱动无霍尔传感器直流无刷电机施加正弦波电流。
所述位置检测模块由分压电阻和滤波电容构成；如图1所示。
分压电阻R1，分压电阻R2，分压电阻R3连接无霍尔传感器的直流无刷电机的三相电机端线Phase U，Phase V，和Phase W；Phase U的反电动势经过分压电阻R1和分压电阻R4的分压，滤波电容C1的滤波输入到中央处理模块的AD数模转换器AD U中转换成数字信号；Phase V的反电动势经过分压电阻R2和分压电阻R5的分压，滤波电容C2的滤波输入到中央处理模块的AD 数模转换器AD V中转换成数字信号；Phase W的反电动势经过分压电阻R3和分压电阻R6的分压，滤波电容C3的滤波输入到中央处理模块的AD数模转换器AD W中转换成数字信号。
所述控制信号输入模块为光耦隔离输入电路，如图2所示，光耦型号为 6N137，光耦的发射管正极连接电阻R1，R1另一端连接输入信号正Signal+，光耦的发射管负极连接输入信号负Signal-，光耦的Vcc引脚连接3.3V电压；光耦的接收管发射极连接电源地GND，接收管的集电极连中央处理模块单片机的GPIO，将输入信号signal输入，同时连接电阻R2，R2另一端连接3.3V；外部输入的信号可为开关量信号或脉冲信号。
所述三相逆变模块为6个N型MOSFET构成的三相桥式电路，专用MOS驱动芯片构成的MOSFET驱动电路；MOSFET驱动电路连接中央处理模块和三相桥式电路，MOSFET驱动电路驱动三相桥式电路，三相桥式电路连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机三相电机端线和外部电源，将外部电源提供的直流电逆变为交流电来驱动无霍尔传感器直流无刷电机；
其中，MOS驱动芯片为TI公司的DRV8301芯片，该芯片可以使三相桥式电路中的6个N型MOSFET按照中央处理模块传来的控制信号所要求的导通或截止。三相桥式电路中N型MOSFET具体型号为KND3508。如图3所示，第一 KND3508简称T1的漏极连接供电电源正VM，源极连接第四KND3508简称T4 的漏极，并且连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机三相线phase U，第四 KND3508简称T4的源极连接电源的负GND。第一KND3508简称T1的门极连接电阻R1，R1的另一端连接控制信号GH U。第四KND3508简称T4的门极连接电阻R6，R6的另一端连接控制信号GL U。以上称为三相桥式电路的一相或者一桥臂，三相桥式电路有三相或者三个桥臂，其余两相与第一相相同，不再赘述。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.一种无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置，包括电源模块、位置检测模块、控制信号输入模块、中央处理模块及三相逆变模块，其特征在于：所述电源模块与外部的输入电源连接，将输入电源经降压转换合适的电压输送给其他各个模块；
所述位置检测模块连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机三相电机端线，检测直流无刷电机的三相反电动势，并将三相反电动势传输到中央处理模块；
所述控制信号输入模块连接外部输入的控制信号，将控制信号传输到中央处理模块；
所述三相逆变模块连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机；
所述的中央处理模块根据传来的位置信息和控制信号作出相应的操作命令，将操作命令传送给三相逆变模块执行，三相逆变模块根据中央处理模块传来的操作命令对待驱动电机执行驱动操作。
2.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置，其特征在于：所述电源模块由开关降压电路和线性稳压电路构成；外部电源为直流电源，电压范围为12VDC-70VDC；开关降压电路采用SX3601芯片；线性稳压电路采用HT7333低压差线性稳压器。
3.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置，其特征在于：所述中央处理模块为瑞士意法半导体公司的STM32F103CB单片机和其对应的外围电路。
4.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置，其特征在于：所述位置检测模块由分压电阻和滤波电容构成；分压电阻R1，分压电阻R2，分压电阻R3连接无霍尔传感器的直流无刷电机的三相电机端线Phase U，Phase V，和Phase W；PhaseU的反电动势经过分压电阻R1和分压电阻R4的分压，滤波电容C1的滤波输入到中央处理模块的AD数模转换器AD U中转换成数字信号；Phase V的反电动势经过分压电阻R2和分压电阻R5的分压，滤波电容C2的滤波输入到中央处理模块的AD数模转换器AD V中转换成数字信号；Phase W的反电动势经过分压电阻R3和分压电阻R6的分压，滤波电容C3的滤波输入到中央处理模块的AD数模转换器AD W中转换成数字信号。
5.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置，其特征在于：所述控制信号输入模块为光耦隔离输入电路，光耦型号为6N137，光耦的发射管正极连接电阻R1，R1另一端连接输入信号正Signal+，光耦的发射管负极连接输入信号负Signal-，光耦的Vcc引脚连接3.3V电压；光耦的接收管发射极连接电源地GND，接收管的集电极连中央处理模块单片机的GPIO，将输入信号signal输入，同时连接电阻R2，R2另一端连接3.3V；外部输入的信号可为开关量信号或脉冲信号。
6.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机正弦波驱动装置，其特征在于：所述三相逆变模块为6个N型MOSFET构成的三相桥式电路，专用MOS驱动芯片构成的MOSFET驱动电路；MOSFET驱动电路连接中央处理模块和三相桥式电路，MOSFET驱动电路驱动三相桥式电路，三相桥式电路连接待驱动的无霍尔传感器直流无刷电机三相电机端线和外部电源，将外部电源提供的直流电逆变为交流电来驱动无霍尔传感器直流无刷电机；所述MOS驱动芯片为TI公司的DRV8301芯片。
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