CN217643154U

CN217643154U - 一种三相无刷电机控制电路

Info

Publication number: CN217643154U
Application number: CN202221694457.3U
Authority: CN
Inventors: 胡建; 黄辉
Original assignee: Shanghai Guanyu Digital Technology Co ltd
Current assignee: Shanghai Guanyu Digital Technology Co ltd
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2022-10-21
Anticipated expiration: 2032-06-30

Abstract

本实用新型提供了一种三相无刷电机控制电路，包括转子和绕有多组线圈的定子，还包括：主控模块，用于无刷电机的逻辑控制；电源保护模块，所述电源保护模块与所述主控模块的电源电性连接，所述电源保护模块包括瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管的两端分别与所述主控模块的电源正负极电性连接；位置传感模块，所述位置传感模块与所述主控模块电性连接，用于获取所述转子的转动位置；电路控制模块，所述电路控制模块与所述主控模块电性连接，用于所述定子不同线圈的电流控制。通过瞬态电压抑制二极管对通电后的瞬间脉冲高电压进行吸收，减小控制电路的损坏几率，从而提高三相无刷电机控制电路的使用安全性。

Description

一种三相无刷电机控制电路

技术领域

本实用新型涉及电机控制电路的技术领域，尤其涉及一种三相无刷电机控制电路。

背景技术

无刷电机，由永磁体转子、多极绕组定子、位置传感器等组成，位置传感按转子位置的变化，沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流，当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号，以实现转子转动。

传统有刷电机的电刷运行的过程中会产生磨损，还可能会打火，因此，有刷直流电机不适合运用于长寿命和高可靠性的作业环境，而无刷电机的诞生，在一定程度上克服了此类问题；由于无刷电机通常在长时间和高强度的工作环境下使用，如何提高无刷电机控制电路的使用安全性，是无刷电机研发的重要方向。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的不足之处，提供一种三相无刷电机控制电路，在无刷电机的电源控制电路上设置电源保护模块，通过瞬态电压抑制二极管对通电后的瞬间脉冲高电压进行吸收，减小瞬间脉冲高电压对控制电路的损坏几率，从而提高三相无刷电机控制电路的使用安全性。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种三相无刷电机控制电路，包括转子和绕有多组线圈的定子，还包括：

主控模块，用于无刷电机的逻辑控制；

电源保护模块，所述电源保护模块与所述主控模块的电源电性连接，所述电源保护模块包括瞬态电压抑制二极管，所述瞬态电压抑制二极管的两端分别与所述主控模块的电源正负极电性连接；

位置传感模块，所述位置传感模块与所述主控模块电性连接，用于获取所述转子的转动位置；

电路控制模块，所述电路控制模块与所述主控模块电性连接，用于所述定子不同线圈的电流控制。

可选的，所述电源保护模块还包括第一场效应管，所述第一场效应管的源极与所述主控模块的电源负极电性连接，所述第一场效应管的栅极串联有第一电阻，所述第一电阻远离所述第一场效应管的一端分别与所述主控模块的电源正极和外接电源正极电性连接，所述第一场效应管的漏极与外接电源的负极电性连接。

可选的，所述第一场效应管的栅极与源极之间设置有第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极与所述第一场效应管的源极电性连接，所述第一稳压二极管的阴极与所述第一场效应管的栅极电性连接。

可选的，所述第一场效应管的栅极与源极之间还设置有第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一场效应管的源极电性连接，所述第二电阻的另一端与所述第一场效应管的栅极电性连接。

可选的，所述电源保护模块还包括多个储能电容，多个所述储能电容并联，所述储能电容的正极与所述主控模块的电源正极电性连接，所述储能电容的负极与所述主控模块的电源负极电性连接。

可选的，所述电源保护模块还包括多个滤波电容，多个所述滤波电容并联，所述滤波电容的正极与所述主控模块的电源正极电性连接，所述滤波电容的负极与所述主控模块的电源负极电性连接。

可选的，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述主控模块电性连接。

可选的，所述通讯模块为RS485通讯模块，所述RS485通讯模块的A端和B端之间设置有第三电阻，所述第三电阻的两端分别与所述 RS485通讯模块的A端和B端电性连接，所述RS485通讯模块的A端与所述第三电阻之间电性连接有可控制所述第三电阻连通和悬空的控制开关，或，所述RS485通讯模块的B端与所述第三电阻之间电性连接有可控制所述第三电阻连通和悬空的控制开关。

综上所述，本实用新型一种三相无刷电机控制电路至少存在以下优点：在无刷电机的电源控制电路上设置电源保护模块，通过瞬态电压抑制二极管对通电后的瞬间脉冲高电压进行吸收，减小瞬间脉冲高电压对控制电路的损坏几率，从而提高三相无刷电机控制电路的使用安全性。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型电源保护模块的电路结构示意图；

图3为本实用新型通信模块的电路结构示意图；

图4为本实用新型位置传感模块的电路连接结构示意图；

图5为本实用新型MOS全桥中一个相位的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”、“纵向”、“横向”、“水平”、“内”、“外”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，亦仅为了便于简化叙述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本实用新型提供一种三相无刷电机控制电路，包括转子和绕有多组线圈的定子，如图1和图2所示，还包括：

主控模块，用于无刷电机的逻辑控制；

本实用新型的三相无刷电机在使用过程中，由于所述主控模块的电源连接有电源保护模块，在通电的瞬间，瞬态电压抑制二极管可以对瞬间脉冲高电压进行吸收，从而减小瞬时高电压对无刷电机控制电路造成损坏的几率，以此对无刷电机控制电路起到一定的保护作用。

在一些实施例中，如图2所示，所述电源保护模块还包括第一场场效应管，所述第一场效应管的源极与所述主控模块的电源负极电性连接，所述第一场效应管的栅极串联有第一电阻，所述第一电阻远离所述第一场效应管的一端分别与所述主控模块的电源正极和外接电源正极电性连接，所述第一场效应管的漏极与外接电源的负极电性连接。

通过第一场效应管的设置，对电源的通电条件进行限制，通过第一电阻控制第一场效应管的栅极，使第一场效应管导通，第一场效应管导通后级供电正常；示例性地进行说明，在外部电源的正负极与电源保护模块的正负极对应连接时，外部电源的正极与电源保护模块的正极电性连接，负极与负极电性连接，此时，第一场效应管导通，正常供电；在外部电源的正负极与电源保护模块的正负极接反时，外部电源的正极与电源保护模块的负极电性连接，此时，第一场效应管截止，无法对无刷电机控制电路进行供电，同时，通过第一场效应的设置，在电源线路接反时，无法使得第一场效应管导通，因此，后级电路无电压输入，以使后级电路不易烧坏，从而对无刷电机控制电路起到一定的保护作用。

在一些实施例中，所述第一场效应管的栅极与源极之间设置有第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极与所述第一场效应管的源极电性连接，所述第一稳压二极管的阴极与所述第一场效应管的栅极电性连接。

通过第一稳压二极管的设置，可以对第一场效应管的栅极电压起到一定的稳定作用，从而减小第一场效应管损坏的几率，从而提高第一场效应管的使用效果。

在一些实施例中，如图2所示，所述第一场效应管的栅极与源极之间还设置有第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一场效应管的源极电性连接，所述第二电阻的另一端与所述第一场效应管的栅极电性连接。

详细地说，第一电阻与第二电阻对第一场效应管栅极和源极之间的电压进行分压，降低电压后再通过第一稳压二极管进行稳压，进一步对第一场效应管的栅极起到一定的保护作用，减小电压过大损害第一场效应管的栅极；不难理解，本实施例中，通过第一电阻和第二电阻，配合第一稳压二极管进行分压和稳压，减小第一场效应管损坏几率，从而使得第一场效应管对无刷电机控制电路发挥更好的保护效果，同时减少维护成本。

在一些实施例中，所述电源保护模块还包括多个储能电容，多个所述储能电容并联，所述储能电容的正极与所述主控模块的电源正极电性连接，所述储能电容的负极与所述主控模块的电源负极电性连接。

通过多个储能电容对瞬间脉冲高电压下的电能进行储存，对无刷电机控制电路的输入电压起到一定的稳定作用，进一步对瞬间脉冲高电压起到一定的抑制作用，从而对无刷电机控制电路起到一定的保护作用，减小无刷电机控制电路损坏的几率。

在一些实施例中，所述电源保护模块还包括多个滤波电容，多个所述滤波电容并联，所述滤波电容的正极与所述主控模块的电源正极电性连接，所述滤波电容的负极与所述主控模块的电源负极电性连接。

通过多个滤波电容的对电压进行过滤，以对无刷电机控制电路输入端的杂波起到一定的过滤作用，从而减小杂波对无刷电机控制电路的干扰，减小无刷电机控制电路损坏的几率。

在一些实施例中，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述主控模块电性连接。

通过设置通讯模块，可实时监控无刷电机的速度进行监控，并通过与主控模块的数据交换，进而实现无刷电机加减速、制动、换向等的控制，另一方面，通过通讯模块的设置，可实时获取无刷电机工作状态，通过获取数据，例如输入电压，电机转速，判断无刷电机是否处于正常工作，从而便于工作人员技术发现无刷电机的异常，便于技术进行维护。

在一些实施例中，所述通讯模块为RS485通讯模块，所述RS485 通讯模块的A端和B端之间设置有第三电阻，所述第三电阻的两端分别与所述RS485通讯模块的A端和B端电性连接，所述RS485通讯模块的A端与所述第三电阻之间电性连接有可控制所述第三电阻连通和悬空的控制开关，或，所述RS485通讯模块的B端与所述第三电阻之间电性连接有可控制所述第三电阻连通和悬空的控制开关。

通过第三电阻和控制开关的设置，以适应不同的数据传输环境，使得RS485能够更好的对高频信号进行传递，同时，减小信号反射的几率，提高能源效益，从而提高RS485的数据传递效果。

如图3所示,其中，RS485由主控模块控制其与外部通讯单元进行通讯，并通过R3，R4，R5与主控模块连接，以减小模块烧坏几率。另外，RS485输出端设计的保护电路，能有效的防止较大电流和较脉冲电压，三个瞬态电压抑制二极管D2，D3，D4能有效对差模和共模短时间的高压进行吸收，自恢复保险丝F1，F2对A端和B端两信号线上的电流起到限制作用，从而减小RS485烧坏的几率。同时，通过设置下拉电阻R6和上拉电阻R7，对A端和B端两信号线提供偏置电压，从而对A端和B端两信号线上的电路起到一定的保护作用。通过 RS485内置的保护电路，减小电路损坏导致数据出错的几率，以使通讯模块能够更好的发挥其效果。

在一些实施例中，如图4所示,位置传感模块可以是霍尔传感器，位置传感模块与主控模块之间设置保护电路，以提高位置传感器的数据质量，如图4所示，HU，HV，HW分别连接外部霍尔传感器的输出端，通过R8，R9，R10电性连接到主控模块的输入端口。

其中，通过R8与R11进行分压对HU相端口输入进行保护；R9 与R12进行分压对HV相端口输入进行保护；R10与R13进行分压对 HU相端口输入进行保护。

此外，R14，R15，R16，分别为HU，HV，HW相提供偏置电压，增强引脚的驱动能力，同时增强电路的抗干扰能力，C3，C4，C5，C6 为滤波电容，通过多个滤波电容滤除杂波，进一步增强电路的抗干扰能力，从而提高信号的采集质量。

在一些实施例中，如图5所示，三相电机控制电路包括栅极驱动，以及与栅极驱动电性连接的MOS全桥，其中，MOS全桥共有3路，分别控制三相无刷电机的3个相位。以一个相位为例进行说明，栅极驱动电阻R17，R18分别限制VT2，VT3，场效应管栅极电流，分别并联D8，D9二极管，利用二极管的单向导电性，使栅极电压快速下降从而加速场效应管关断，场效应管的栅极、源极间，分别并联R19， R20泄放电阻，以起到抑制振荡的效果。

通过主控模块输出逻辑信号直接连接到栅极驱动的输入通道上。栅极驱动的芯片设置有一个CE引脚，逻辑输入控制信号高电平有效，并可实现H、L输出低电平，利用其逻辑原理，通过外部通讯信号直接使用CE引脚控制电机的旋转与停止，并通过自举二极管和自举电容组成自举电源。

其中，如图5所示,H和L端口输出分别控制一个相位中2个场效应管的栅极，另外两个相位的电路结构以及控制方式皆相同，此处不再赘述，主控单元通过适配的端口进行控制，以此实现控制对每个相位H，L端口的输出。

需要说明的是，本实用新型中的主控模块和栅极驱动可以采用各种可以实现可调节信号的单元，例如各种单片机、微控制器、DSP(数字信号处理器)、FPGA(Field－Programmable Gate Array，即现场可编程门阵列)、上位机或者中央处理器(CPU，CentralProcessing Unit)，在本实施例中，主控模块，可采用GD32E103TBU6，是32位高性能 M4核单片机，用于控制RS485与外部通讯，控制栅极驱动，以及位置传感模块的输入，以及其他逻辑控制。栅极驱动采用MCP8024，主要功能有逻辑信号输入处理、电平转换功能和悬浮自举电源结构等。通过对单片机进行编程可以实现各种控制功能，从而实现电机控制电路中各种信号的转换功能，比如在本实施例中，主控模块，实现位置传感模块转子位置的获取，以及定子线圈通电转换的处理和调解功能，同时将采集到的模拟信号转换为可便于计算的数字信号，并通过通信进行传输，根据数据传输内容再对电机控制电路输出的结果进行处理和调解，以及执行相关模块的控制效果，同时，主控模块和栅极驱动还具有体积小、集成度高和可靠性强等优点。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种三相无刷电机控制电路，包括转子和绕有多组线圈的定子，其特征在于，还包括：

主控模块，用于无刷电机的逻辑控制；

2.根据权利要求1所述的三相无刷电机控制电路，其特征在于，所述电源保护模块还包括第一场效应管，所述第一场效应管的源极与所述主控模块的电源负极电性连接，所述第一场效应管的栅极串联有第一电阻，所述第一电阻远离所述第一场效应管的一端分别与所述主控模块的电源正极和外接电源正极电性连接，所述第一场效应管的漏极与外接电源的负极电性连接。

3.根据权利要求2所述的三相无刷电机控制电路，其特征在于，所述第一场效应管的栅极与源极之间设置有第一稳压二极管，所述第一稳压二极管的阳极与所述第一场效应管的源极电性连接，所述第一稳压二极管的阴极与所述第一场效应管的栅极电性连接。

4.根据权利要求3所述的三相无刷电机控制电路，其特征在于，所述第一场效应管的栅极与源极之间还设置有第二电阻，所述第二电阻的一端与所述第一场效应管的源极电性连接，所述第二电阻的另一端与所述第一场效应管的栅极电性连接。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的三相无刷电机控制电路，其特征在于，所述电源保护模块还包括多个储能电容，多个所述储能电容并联，所述储能电容的正极与所述主控模块的电源正极电性连接，所述储能电容的负极与所述主控模块的电源负极电性连接。

6.根据权利要求5所述的三相无刷电机控制电路，其特征在于，所述电源保护模块还包括多个滤波电容，多个所述滤波电容并联，所述滤波电容的正极与所述主控模块的电源正极电性连接，所述滤波电容的负极与所述主控模块的电源负极电性连接。

7.根据权利要求1所述的三相无刷电机控制电路，其特征在于，还包括通讯模块，所述通讯模块与所述主控模块电性连接。

8.根据权利要求7所述的三相无刷电机控制电路，其特征在于，所述通讯模块为RS485通讯模块，所述RS485通讯模块的A端和B端之间设置有第三电阻，所述第三电阻的两端分别与所述RS485通讯模块的A端和B端电性连接，所述RS485通讯模块的A端与所述第三电阻之间电性连接有可控制所述第三电阻连通和悬空的控制开关，或，所述RS485通讯模块的B端与所述第三电阻之间电性连接有可控制所述第三电阻连通和悬空的控制开关。