CN220421683U - 小功率交流转直流的无刷电机调速器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种小功率交流转直流的无刷电机调速器，其包括交流转直流反激式电源模块、电源降压稳压模块、MCU主控模块、栅极驱动模块、三相逆变模块、霍尔信号检测模块和过流检测电路，过流检测电路包括比较器、与MCU芯片的COMP_IN采样值端连接的一阶RC单元和与一阶RC单元连接的第一电阻、与MCU芯片的COM_INMP参考值端连接的二阶RC单元和与二阶RC单元连接的第二电阻，MCU芯片内部集成有所述的比较器，COMP_IN采样值端和COM_INMP参考值端分别连接比较器正向输入脚和反向输入脚；第一电阻连接电机母线电流SHUNT_I端，电机母线电流SHUNT_I端连接电阻R21后接地，且电阻R21另一端连接三相逆变模块；第二电阻连接MCU芯片的PWM端。

Description

小功率交流转直流的无刷电机调速器

技术领域

本实用新型涉及无刷电机技术领域，特指一种小功率交流转直流的无刷电机调速器。

背景技术

由于三相无刷电机具有结构简单、运行效率高，调速性能好和控制简单等优点，已经在自动化控制领域得到广泛应用。

无刷电机调速器是一种特定类型的无刷电机驱动器，其主要功能是调节无刷电机的转速。无刷电机调速器通常具有速度控制回路，通过控制无刷电机的供电电压、电流或脉冲信号来调节转速。无刷电机调速器可以实现精确的速度调节，适用于需要在不同负载条件下保持稳定转速的应用，如机器人、无人机、电动车辆等。

电机过流可能发生的原因包括负载过重、电机故障、电源电压异常等。当电机过流发生时，可能会导致电机过热、损坏或工作不稳定，甚至对整个系统造成损害。因此，过流检测功能的存在可以帮助及时发现过电流情况，并采取相应的措施进行保护和处理。但是目前的无刷电机调速器/无刷电机驱动器一般都没有设置过流检测电路，例如专利号为CN202221974135.4公开的一种高压直流无刷电机驱动电路、专利号为CN201720716350.7公开的一种三相无刷电机功率器件驱动电路、专利号为CN202011053003.3公开的一种无刷电机驱动电路及方法，其均没有设置过流检测电路，以致无法实现过流检测功能，即无法保证电机的使用安全和寿命。

有鉴于此，本发明人提出以下技术方案。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种小功率交流转直流的无刷电机调速器。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：该小功率交流转直流的无刷电机调速器包括交流转直流反激式电源模块、与交流转直流反激式电源模块连接并用于为各个模块供电的电源降压稳压模块、MCU主控模块以及与MCU主控模块中的MCU芯片电性连接的栅极驱动模块、三相逆变模块、霍尔信号检测模块，该栅极驱动模块连接电机，该栅极驱动模块连接三相逆变模块并控制该三相逆变模块工作，还包括有过流检测电路，该过流检测电路包括有比较器、一阶RC单元、二阶RC单元、连接于一阶RC单元两端的MCU芯片的COMP_IN采样值端和电机母线电流SHUNT_I端、连接于二阶RC单元两端的MCU芯片的COM_INMP参考值端和MCU芯片的PWM端，该MCU芯片内部集成有所述的比较器，该COMP_IN采样值端和COM_INMP参考值端分别连接比较器正向输入脚和反向输入脚；该电机母线电流SHUNT_I端连接电阻R21后接地，且该电阻R21另一端连接所述三相逆变模块。

进一步而言，上述技术方案中，所述MCU芯片的型号为AT32F421C8T7，该MCU芯片的10、15引脚分别作为所述COMP_IN采样值端和COM_INMP参考值端。

进一步而言，上述技术方案中，所述交流转直流反激式电源模块包括有交流输入端、与交流输入端连接的共模电感、与共模电感连接的整流桥、与整流桥连接的变压器单元、与变压器单元连接的控制芯片和输出滤波单元及输出反馈单元，该输出反馈单元连接控制芯片，该输出滤波单元连接有24V端，该24V端连接所述电源降压稳压模块。

进一步而言，上述技术方案中，所述交流输入端与共模电感之间还连接有保险丝F1、线绕电阻RX1和线绕电阻RX2、压敏电阻MOV1和热敏电阻RT1。

进一步而言，上述技术方案中，所述输出反馈单元包括有基准电压芯片、光耦、连接所述输出滤波单元的电阻R28、与电阻R28依次串联后接地的电阻R12及电阻R40、连接所述输出滤波单元的电阻R27、与电阻R27连接的光耦的1脚，该光耦的3、4脚均连接控制芯片，该光耦的2脚连接基准电压芯片的2脚，该基准电压芯片的1脚连接电阻R28及电阻R12之间的连线，该基准电压芯片的3脚接地。

进一步而言，上述技术方案中，所述整流桥连接电阻R3A后连接CS端，该CS端连接所述控制芯片。

进一步而言，上述技术方案中，所述输出滤波单元包括与变压器单元连接的整流二极管D9、并联连接于整流二极管D9两端的电容C23和电阻R23、与整流二极管D9的阴极连接的电阻R13和电解电容R19及电感L1，该电阻R13另一端接地，该电解电容R19另一端接地，电感L1另一端连接24V端。

进一步而言，上述技术方案中，所述电源降压稳压模块包括与24V端连接并可将24V电压转换成5V的第一降压稳压芯片、与第一降压稳压芯片连接的5V端、与5V端连接并可将5V电压转换成3.3V的第二降压稳压芯片、与第二降压稳压芯片连接的3.3V端。

进一步而言，上述技术方案中，所述三相逆变模块包括有MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6，其中，该MOS管Q1的D极、MOS管Q3的D极、MOS管Q3的D极均连接24V端，MOS管Q1的S极连接MOS管Q2的D极，MOS管Q1的G极连接电阻R1后连接HO1端，MOS管Q2的G极连接电阻R5后连接LO1端，MOS管Q3的S极连接MOS管Q4的D极，MOS管Q3的G极连接电阻R7后连接HO2端，MOS管Q4的G极连接电阻R15后连接LO2端，MOS管Q5的S极连接MOS管Q6的D极，MOS管Q5的G极连接电阻R17后连接HO3端，MOS管Q6的G极连接电阻R19后连接LO3端，所述HO1端、HO2端、HO3端、LO1端、LO2端、LO3端均连接所述三相逆变模块。

进一步而言，上述技术方案中，所述栅极驱动模块包括有栅极驱动芯片，该栅极驱动芯片的6个引脚分别连接所述HO1端、HO2端、HO3端、LO1端、LO2端、LO3端，该栅极驱动芯片的6个引脚分别为VB1端、U端、VB2端、V端、VB3端、W端，该U端、V端和W端均连接电机接口，该电机接口连接电机，该VB1端连接二极管D1后连接24V端，U端连接电容C24和二极管D1后连接24V端、VB2端连接二极管D2后连接24V端，V端连接电容C25和二极管D2后连接24V端，VB3端连接二极管D3后连接24V端，W端连接电容C26和二极管D3后连接24V端。

采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比较具有如下有益效果：本实用新型通过该过流检测电路实时检测电机是否为过流，该过流检测功能的存在可以帮助及时发现过电流情况，并采取相应的措施进行保护和处理，当电机过流发生时，由MCU芯片调节PWM输出信号给栅极驱动模块，该栅极驱动模块则控制三相逆变模块关断而不工作，此时，无电流信号输送到电机，电机转速以及输出力矩会减小，以此保护电机，避免出现电机过热、损坏或工作不稳定，甚至对整个系统造成损害问题。另外，MCU芯片内部集成有过流检测电路所用的比较器，可以简化电路，简化电路PCB绘制，同时节省PCB尺寸和器件成本。

附图说明

图1是本实用新型的第一部分电路图；

图2是本实用新型的第二部分电路图；

图3是本实用新型的第三部分电路图；

图4是本实用新型的第四部分电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。

见图1-4所示，为一种小功率交流转直流的无刷电机调速器，其包括交流转直流反激式电源模块1、与交流转直流反激式电源模块1连接并用于为各个模块供电的电源降压稳压模块2、MCU主控模块3以及与MCU主控模块3中的MCU芯片31电性连接的栅极驱动模块4、三相逆变模块5、霍尔信号检测模块6和过流检测电路7，该栅极驱动模块4连接电机，该栅极驱动模块4连接三相逆变模块5并控制该三相逆变模块5工作。

所述交流转直流反激式电源模块1包括有交流输入端11、与交流输入端11连接的共模电感12、与共模电感12连接的整流桥13、与整流桥13连接的变压器单元14、与变压器单元14连接的控制芯片15和输出滤波单元16及输出反馈单元17，该输出反馈单元17连接控制芯片15，该输出滤波单元16连接有24V端10，该24V端10连接所述电源降压稳压模块2。所述交流输入端11外接市电以通入交流电，交流电通过共模电感12后过滤杂波，然后再由整流桥13整流，由交流电变为直流电，再由变压器单元14配合控制芯片15进行降压，并通过输出滤波单元16后输出24V直流电压，即24V端的电压，且由输出反馈单元17检测输出滤波单元16滤波后下信号，并反馈至控制芯片15，可以实时调节频率。

所述交流输入端11与共模电感12之间还连接有保险丝F1、线绕电阻RX1和线绕电阻RX2、压敏电阻MOV1和热敏电阻RT1，以此提高安全性。

所述输出反馈单元17包括有基准电压芯片171、光耦172、连接所述输出滤波单元16的电阻R28、与电阻R28依次串联后接地的电阻R12及电阻R40、连接所述输出滤波单元16的电阻R27、与电阻R27连接的光耦172的1脚，该光耦172的3、4脚均连接控制芯片15，该光耦172的2脚连接基准电压芯片171的2脚，该基准电压芯片171的1脚连接电阻R28及电阻R12之间的连线，该基准电压芯片171的3脚接地。基准电压芯片171采集电阻R28电压，并与基准电压芯片171的基准电压相比较，并将结果信号通过光耦172反馈回控制芯片15，使控制芯片15可以实时调节频率。采用光耦172反馈信号给控制芯片15，可以保护控制芯片15。

所述整流桥13连接电阻R3A后连接CS端131，该CS端131连接所述控制芯片15。使整流桥13与控制芯片15形成回路。

所述输出滤波单元16包括与变压器单元14连接的整流二极管D9、并联连接于整流二极管D9两端的电容C23和电阻R23、与整流二极管D9的阴极连接的电阻R13和电解电容R19及电感L1，该电阻R13另一端接地，该电解电容R19另一端接地，电感L1另一端连接24V端10。电解电容R19和电感L1均达到滤波的功能。

所述电源降压稳压模块2包括与24V端10连接并可将24V电压转换成5V的第一降压稳压芯片21、与第一降压稳压芯片21连接的5V端22、与5V端22连接并可将5V电压转换成3.3V的第二降压稳压芯片23、与第二降压稳压芯片23连接的3.3V端24。

所述三相逆变模块5包括有MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6，其中，该MOS管Q1的D极、MOS管Q3的D极、MOS管Q3的D极均连接24V端10，MOS管Q1的S极连接MOS管Q2的D极，MOS管Q1的G极连接电阻R1后连接HO1端51，MOS管Q2的G极连接电阻R5后连接LO1端52，MOS管Q3的S极连接MOS管Q4的D极，MOS管Q3的G极连接电阻R7后连接HO2端53，MOS管Q4的G极连接电阻R15后连接LO2端54，MOS管Q5的S极连接MOS管Q6的D极，MOS管Q5的G极连接电阻R17后连接HO3端55，MOS管Q6的G极连接电阻R19后连接LO3端56，所述HO1端51、HO2端53、HO3端55、LO1端52、LO2端54、LO3端56均连接所述三相逆变模块5。

所述MOS管Q1、MOS管Q3、MOS管Q5为上桥管，MOS管Q2、MOS管Q4、MOS管Q6为为下桥管，由栅极驱动模块4控制每个MOS管的通断，电流通过U端\V端\W端网络输出给电机，使电机运转。电流流经下桥管后经过电阻R21再流回GND，在电阻R21两端会产生电压信号，并为SHUNT_I端电压，此电压信号用于MCU芯片采集过流信号。

所述栅极驱动模块4包括有栅极驱动芯片41，该栅极驱动芯片41的6个引脚分别连接所述HO1端51、HO2端53、HO3端55、LO1端52、LO2端54、LO3端56，该栅极驱动芯片41的6个引脚分别为VB1端、U端、VB2端、V端、VB3端、W端，该U端、V端和W端均连接电机接口8，该电机接口8连接电机，该VB1端连接二极管D1后连接24V端10，U端连接电容C24和二极管D1后连接24V端10、VB2端连接二极管D2后连接24V端10，V端连接电容C25和二极管D2后连接24V端10，VB3端连接二极管D3后连接24V端10，W端连接电容C26和二极管D3后连接24V端10。栅极驱动芯片41为六个引脚输出PWM驱动三合一栅极驱动IC，24V电压流经二极管D1、二极管D2、二极管D3，通过电容C24、电容C25、电容C26进行充电，充电完毕后进行放电，VB1端/VB2端/VB3端的电压被抬高，组成自举电路，为驱动MOS管栅极提供足够高的电压。

所述过流检测电路7，该过流检测电路7包括有比较器、一阶RC单元71、二阶RC单元73、连接于一阶RC单元71两端的MCU芯片31的COMP_IN采样值端311和电机母线电流SHUNT_I端75、连接于二阶RC单元73两端的MCU芯片31的COM_INMP参考值端312和MCU芯片31的PWM端313，该MCU芯片31内部集成有所述的比较器，该COMP_IN采样值端311和COM_INMP参考值端312分别连接比较器正向输入脚和反向输入脚；该电机母线电流SHUNT_I端75连接电阻R21后接地，且该电阻R21另一端连接所述三相逆变模块5。其中，所述MCU芯片31的型号为AT32F421C8T7，该MCU芯片31的10、15引脚分别作为所述COMP_IN采样值端311和COM_INMP参考值端312。

所述过流检测电路7工作时，由电机母线电流SHUNT_I端75采集流经电机的母线电流，其经过一阶RC单元71滤波后得到采样值，并输入比较器正向输入脚；MCU芯片31设置的过流值通过二阶RC单元73滤波得到参考值，并输入比较器反向输入脚；由比较器输出信号给MCU芯片31判断是否过流，当判断为不过流时，整个电路正常工作；当判断为过流时，该MCU芯片31调节PWM输出信号给栅极驱动模块4，该栅极驱动模块4则控制三相逆变模块5关断而不工作，此时，无电流信号输送到电机，电机转速以及输出力矩会减小，直至MCU芯片31判断为不过流，MCU芯片31调节PWM输出信号给栅极驱动模块4，该栅极驱动模块4则控制三相逆变模块5导通而工作，此时，电流信号输送到电机，电机则正常工作。也就是说，本实用新型通过该过流检测电路7实时检测电机是否为过流，该过流检测功能的存在可以帮助及时发现过电流情况，并采取相应的措施进行保护和处理，当电机过流发生时，由MCU芯片31调节PWM输出信号给栅极驱动模块4，该栅极驱动模块4则控制三相逆变模块5关断而不工作，此时，无电流信号输送到电机，电机转速以及输出力矩会减小，以此保护电机，避免出现电机过热、损坏或工作不稳定，甚至对整个系统造成损害问题。另外，MCU芯片31内部集成有过流检测电路7所用的比较器，可以简化电路，简化电路PCB绘制，同时节省PCB尺寸和器件成本。

具体工作原理为：MCU芯片31判断是过流后，立即执行强制拉低栅极驱动模块4中栅极驱动芯片41输出PWM信号的6个引脚，即拉低HO1端51、HO2端53、HO3端55、LO1端52、LO2端54、LO3端56电压，使三相逆变模块5的MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6关断输出，电机没有了电流信号，转速以及输出力矩会减小，直至MCU芯片31判断为不过流，再重新栅极驱动模块4中栅极驱动芯片41开始通过HO1端51、HO2端53、HO3端55、LO1端52、LO2端54、LO3端56输出6路PWM信号给三相逆变模块5，使三相逆变模块5的MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6重新导通。电机重新接收母线传来的电流，转速以及力矩再次增加。如此往复，使电机维持在设定的过流值转动，达到限流的效果，这个过流值设定开放给用户，用户可以根据设备需求，自由设定过流值，以满足不同的使用要求。

当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。

Claims (10)

1.小功率交流转直流的无刷电机调速器，其包括交流转直流反激式电源模块（1）、与交流转直流反激式电源模块（1）连接并用于为各个模块供电的电源降压稳压模块（2）、MCU主控模块（3）以及与MCU主控模块（3）中的MCU芯片（31）电性连接的栅极驱动模块（4）、三相逆变模块（5）、霍尔信号检测模块（6），该栅极驱动模块（4）连接电机，该栅极驱动模块（4）连接三相逆变模块（5）并控制该三相逆变模块（5）工作，其特征在于：还包括有过流检测电路（7），该过流检测电路（7）包括有比较器、一阶RC单元（71）、二阶RC单元（73）、连接于一阶RC单元（71）两端的MCU芯片（31）的COMP_IN采样值端（311）和电机母线电流SHUNT_I端（75）、连接于二阶RC单元（73）两端的MCU芯片（31）的COM_INMP参考值端（312）和MCU芯片（31）的PWM端（313），该MCU芯片（31）内部集成有所述的比较器，该COMP_IN采样值端（311）和COM_INMP参考值端（312）分别连接比较器正向输入脚和反向输入脚；该电机母线电流SHUNT_I端（75）连接电阻R21后接地，且该电阻R21另一端连接所述三相逆变模块（5）。

2.根据权利要求1所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述MCU芯片（31）的型号为AT32F421C8T7，该MCU芯片（31）的10、15引脚分别作为所述COMP_IN采样值端（311）和COM_INMP参考值端（312）。

3.根据权利要求1所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述交流转直流反激式电源模块（1）包括有交流输入端（11）、与交流输入端（11）连接的共模电感（12）、与共模电感（12）连接的整流桥（13）、与整流桥（13）连接的变压器单元（14）、与变压器单元（14）连接的控制芯片（15）和输出滤波单元（16）及输出反馈单元（17），该输出反馈单元（17）连接控制芯片（15），该输出滤波单元（16）连接有24V端（10），该24V端（10）连接所述电源降压稳压模块（2）。

4.根据权利要求3所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述交流输入端（11）与共模电感（12）之间还连接有保险丝F1、线绕电阻RX1和线绕电阻RX2、压敏电阻MOV1和热敏电阻RT1。

5.根据权利要求3所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述输出反馈单元（17）包括有基准电压芯片（171）、光耦（172）、连接所述输出滤波单元（16）的电阻R28、与电阻R28依次串联后接地的电阻R12及电阻R40、连接所述输出滤波单元（16）的电阻R27、与电阻R27连接的光耦（172）的1脚，该光耦（172）的3、4脚均连接控制芯片（15），该光耦（172）的2脚连接基准电压芯片（171）的2脚，该基准电压芯片（171）的1脚连接电阻R28及电阻R12之间的连线，该基准电压芯片（171）的3脚接地。

6.根据权利要求3所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述整流桥（13）连接电阻R3A后连接CS端（131），该CS端（131）连接所述控制芯片（15）。

7.根据权利要求3所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述输出滤波单元（16）包括与变压器单元（14）连接的整流二极管D9、并联连接于整流二极管D9两端的电容C23和电阻R23、与整流二极管D9的阴极连接的电阻R13和电解电容R19及电感L1，该电阻R13另一端接地，该电解电容R19另一端接地，电感L1另一端连接24V端（10）。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述电源降压稳压模块（2）包括与24V端（10）连接并可将24V电压转换成5V的第一降压稳压芯片（21）、与第一降压稳压芯片（21）连接的5V端（22）、与5V端（22）连接并可将5V电压转换成3.3V的第二降压稳压芯片（23）、与第二降压稳压芯片（23）连接的3.3V端（24）。

9.根据权利要求1-7任意一项所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述三相逆变模块（5）包括有MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6，其中，该MOS管Q1的D极、MOS管Q3的D极、MOS管Q3的D极均连接24V端（10），MOS管Q1的S极连接MOS管Q2的D极，MOS管Q1的G极连接电阻R1后连接HO1端（51），MOS管Q2的G极连接电阻R5后连接LO1端（52），MOS管Q3的S极连接MOS管Q4的D极，MOS管Q3的G极连接电阻R7后连接HO2端（53），MOS管Q4的G极连接电阻R15后连接LO2端（54），MOS管Q5的S极连接MOS管Q6的D极，MOS管Q5的G极连接电阻R17后连接HO3端（55），MOS管Q6的G极连接电阻R19后连接LO3端（56），所述HO1端（51）、HO2端（53）、HO3端（55）、LO1端（52）、LO2端（54）、LO3端（56）均连接所述三相逆变模块（5）。

10.根据权利要求9所述的小功率交流转直流的无刷电机调速器，其特征在于：所述栅极驱动模块（4）包括有栅极驱动芯片（41），该栅极驱动芯片（41）的6个引脚分别连接所述HO1端（51）、HO2端（53）、HO3端（55）、LO1端（52）、LO2端（54）、LO3端（56），该栅极驱动芯片（41）的6个引脚分别为VB1端、U端、VB2端、V端、VB3端、W端，该U端、V端和W端均连接电机接口（8），该电机接口（8）连接电机，该VB1端连接二极管D1后连接24V端（10），U端连接电容C24和二极管D1后连接24V端（10）、VB2端连接二极管D2后连接24V端（10），V端连接电容C25和二极管D2后连接24V端（10），VB3端连接二极管D3后连接24V端（10），W端连接电容C26和二极管D3后连接24V端（10）。