CN2919683Y

CN2919683Y - 一种用于永磁无刷直流电机的控制装置

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Publication number: CN2919683Y
Application number: CNU2006200740100U
Authority: CN
Inventors: 苏晓燕; 黄文大; 钱怡
Original assignee: SUZHOU PHOSPHOR TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SUZHOU PHOSPHOR TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2006-06-14
Filing date: 2006-06-14
Publication date: 2007-07-04
Anticipated expiration: 2016-06-14

Abstract

一种用于永磁无刷直流电机的控制装置，属于电机控制装置。它包括AC/DC变换电路、电机控制电路、电机驱动电路、电机组件，AC/DC变换电路与电机控制电路、电机驱动电路和电机组件连接，电机控制电路与连接电机驱动电路和电机组件连接，电机驱动电路与电机组件连接。本实用新型具有控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定、组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强等优点，特别适用于对控制器体积、价格性能比要求较高的场合。

Description

一种用于永磁无刷直流电机的控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种电机控制装置，具体地说是涉及一种用于永磁无刷直流电机的控制装置。

背景技术

永磁无刷直流电动机是近年来随着电力电子器件及新型永磁材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，它既具有交流伺服电机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，又具备直流伺服电机那样良好的调速特性而无机械式换向器，现已广泛应用于各种调速驱动场合。永磁无刷直流电机控制装置结构已有多种形式，由最初复杂的模拟式到近来以单片机为核心的数字式，但一般都存在电路设计复杂，性能不稳定等缺陷。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种电路设计简单、保护功能完善、工作性能稳定的永磁无刷直流电机控制装置。

本实用新型的目的是这样来实现的，一种用于永磁无刷直流电机的控制装置，它包括AC/DC变换电路1、电机控制电路2、电机驱动电路3、电机组件4，AC/DC变换电路1与电机控制电路2、电机驱动电路3和电机组件4连接，电机控制电路2与连接电机驱动电路3和电机组件4连接，电机驱动电路3与电机组件4连接。

本实用新型所述的AC/DC变换电路1由电阻R100～R106、压敏电阻TR100、电容C100～C105、二极管D100～D102、稳压二极管ZD100～ZD103、三极管T101～T102、场效应管T100、桥堆B100组成，交流电与桥堆B100的1、3端连接，桥堆B100的2端与压敏电阻TR100的一端连接，压敏电阻TR100的另一端与桥堆B100的4端之间并联电阻R100、电容C103、C104、C105并输出直流电压VM，桥堆B100的1端与二极管D100的阳极连接，二极管D100的阴极与二极管D101的阴极连接，二极管D101的阳极与桥堆B100的3端连接，电阻R101、R103的一端、二极管D102的阴极与直流电压VM连接，电阻R103的另一端、二极管D102的阳极与场效应管T100的S极连接，电阻R101的另一端与电阻R102的一端、稳压二极管ZD101、ZD100的阴极连接，电阻R102的另一端与场效应管T100的G极连接，稳压二极管ZD101的阳极与稳压二极管ZD102的阴极连接，稳压二极管ZD102的阳极与场效应管T100的D极、稳压二极管ZD103的阴极、电容C102的一端连接并输出直流电压VC，稳压二极管ZD100的阳极与电阻R104的一端、电容C100的一端、三极管T101的发射极连接，电阻R104的另一端与三极管T102的集电极连接，三极管T102的基极与三极管T101的集电极、电阻R106的一端、电容C101的一端连接，电容C100的另一端与三极管T101的基极连接，电阻R106的另一端与电阻R105的一端、稳压二极管ZD103的阳极连接，三极管T102的发射极、电容C101的另一端、电阻R105的另一端、桥堆B100的4端接地。

本实用新型所述的电机控制电路2由集成电路IC200、IC201、IC203、电阻R200-R219、热敏电阻RT200、电位器RT201、RT202、电容C200～C205、二极管D200、发光二极管LD200、光敏三极管Q200、三极管T200组成，电阻R200的一端与电阻R201、R205的一端、电容C200的一端、集成电路IC203的3、8脚、集成电路IC200的14脚连接，电阻R200的另一端与电阻R203的一端、集成电路IC201的1脚连接，电阻R201的另一端与热敏电阻RT200的一端、集成电路IC203的2脚连接，电阻R205的另一端与电容C201的一端、集成电路IC200的7脚连接，集成电路IC200的4、5、6脚分别与集成电路IC201的3、2、1脚、电机组件4中的霍尔元件S1、S2、S3连接，集成电路IC200的8脚与集成电路IC201的8脚连接，集成电路IC201的5、6脚分别与电阻R207、R208的一端连接，电阻R207的另一端与集成电路IC200的12脚、电阻R210的一端连接，电阻R208的另一端与电容C202的一端连接，电阻R204的一端、霍尔元件S、S2、S3与直流电压VC连接，电阻R204的另一端与集成电路IC200的10脚、电容C203的一端连接，集成电路IC200的17、18脚与直流电压VC连接，集成电路IC200的1、2、24、21、20、19脚与电机驱动电路3连接，集成电路IC200的9脚与电容C204的一端、电阻R212、R213的一端连接，电容C204的另一端与电阻R212的另一端、R211的一端、集成电路IC200的15脚连接，电阻R213的另一端与电阻R214的一端、R210的另一端和直流电压VG连接，电阻R206的一端与电位器RT201的一端、二极管D200的阳极、电阻R209的一端和直流电压VC连接，电阻R206另一端和发光二极管LD200阳极间串联电位器RT202，发光二极管LD200的阴极与电位器RT201的另一端、电阻R217、R218的一端、三极管T200的集电极连接，二极管D200的阴极与电阻R202的一端连接，电阻R202的另一端与电阻R216、R215的一端、三极管T200的基极连接，电阻R209的另一端与光敏三极管Q200的发射极连接，光敏三极管Q200的集电极与电阻R216的另一端、三极管T200的发射极连接，电阻R218的另一端与电阻R219的一端、电容C205、集成电路IC200的11脚连接，电阻R203、R211、R214、R215、R217、R219的另一端、热敏电阻RT200的另一端、电容C200、C202、C203、C205的另一端、集成电路IC203的4脚、集成电路IC201的7脚、集成电路IC200的3、16脚接地。

本实用新型所述的电机驱动电路3由电路相同的A相、B相、C相电机驱动电路三部分组成，A相电机驱动电路由集成电路IC300、光耦OP300、电阻R300、R303、R306、R309、R312、R315、电容C300、C303、C306、二极管D300、D303、稳压二极管ZD300、场效应管T300、T301组成，电阻R300一端与直流电压VC和二极管D300阳极连接，另一端与光耦OP300的1脚连接，二极管D300的阴极与稳压二极管ZD300的阴极、电容C306的一端、集成电路IC300的3脚连接，光耦OP300的2脚与电容C300的一端、电机控制电路2中集成电路IC200的1脚连接，稳压二极管ZD300的阳极与光耦OP300的4脚连接，光耦OP300的6脚与电阻R303的一端、电容C303的一端、集成电路IC300的2脚连接，电阻R303的另一端与集成电路IC300的1、6、5脚、电容C306的另一端、OUT A端、场效应管T300的D极、T301的S极连接，电容C303的另一端与电阻R306的一端、集成电路IC300的8脚连接，电阻R306的另一端与电阻R309的一端、场效应管T300的G极连接，电阻R309的另一端与集成电路IC300的7脚连接，场效应管T300的S极与直流电压VM连接，场效应管T301的D极与直流电压VG连接，场效应管T301的G极与电阻R312、R315的一端连接，电阻R315的另一端与二极管D303的阳极连接，电阻R312的另一端与二极管D303的阴极、电机控制电路中集成电路IC200的19脚连接，电容C300的另一端接地。

本实用新型公开的一种永磁无刷直流电机的控制装置优点在于：AC/DC变换电路1中采用了无变压器式DC降压电路；电机控制电路2中设有欠压、过流保护、温度保护及差错保护电路以及光隔离的速度设定电路；电机驱动电路3中上桥驱动电路中带有光隔离和自举电路；再结合专用控制芯片的作用，使得装置控制功能强、保护功能完善、工作性能稳定，组成的系统所需外围电路简单、抗干扰能力强、特别适用于对控制器体积、价格性能比要求较高的场合。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图。

图2为本实用新型的AC/DC变换电路1的电原理图。

图3为本实用新型的电机控制电路2的电原理图。

图4为本实用新型的电机驱动电路3的电原理图。

具体实施方式

在图1中，给出了本实用新型的原理框图，其中交流电通过AC/DC变换电路1变成直流电，分别供给电机控制电路2、电机驱动电路3以及电机组件4，而电机控制电路2连接电机驱动电路3，电机驱动电路3连接电机组件4，电机组件4中的转子位置检测信号又通过反馈连接到电机控制电路2构成闭环控制电路。

在图2中，给出了本实用新型的AC/DC变换电路1的电路原理图，插座J100引入工频220V交流电，熔断丝F100起交流过流保护，桥堆B100起整流作用，将交流(AC)变成脉动的直流(DC)，经过电容C103～C105、电阻R100储能及滤波后输出300V的直流电压VM。由场效应管T100、电容C102构成充电网络，同时电容C102起滤波和储能作用，三极管T101、T102构成达林顿管，当充电过高时，电容C101上端电位升高，达林顿管导通，关断场效应管T100，充电结束，电容C102输出的VC(15V电压)为后级负载放电，这种电路的特点是实现了无变压器降压电路，节省了装置的体积，降低了成本。另外，二极管D100～D102、压敏电阻TR100、稳压二极管ZD101、ZD102起保护作用。

在图3中，给出了本实用新型的电机控制电路2的电路原理图，其中集成电路IC200(型号MC33035)、IC201(型号MC33039)分别是无刷直流电机专用控制芯片和电子测速芯片，从电机组件4中的霍尔元件S1～S3传来的转子位置检测信号一方面送入集成电路IC200，经芯片内部译码电路，结合正反转控制端、起停控制端、制动控制端、电流检测端等控制逻辑信号状态，经过运算后，产生三相上、下桥臂开关器件的六路原始控制信号，其中，三相下桥信号还要按无刷直流电机调速机理进行脉宽调制处理。处理后的三相下桥PWM控制信号(A/、B/、C/)及三相上桥控制信号(A、B、C)从IC200的19、20、21、1、2、24引脚输出，连接电机驱动电路3；另一方面转子位置检测信号还送入集成电路IC201，经F/V转换，得到一个频率与电机转速成正比的脉冲信号，其通过电阻R208、电容C202构成的简单的阻容网络滤波后形成转速反馈信号，通过电阻R207连接到集成电路IC200的12脚，利用集成电路IC200中的误差放大器即可构成一个简单的P调节器，实现电机转速的闭环控制。

集成电路IC203、电阻R200、R201、R203、热敏电阻RT200、电容C200构成温度保护电路，它连接到集成电路IC200的7脚，当温度正常时，热敏电阻RT200阻值较大，集成电路IC203(LM393)是比较器，其同相输入端的电位高于反相输入端的电位，比较器输出高电平，通过集成电路IC200内部使驱动输出电路正常工作；当温度过高时，热敏电阻RT200阻值变小，比较器同相输入端的电位下降，当低于反相输入端的电位时，比较器输出低电平，通过集成电路IC200内部使3个上桥驱动输出开路(1状态)，3个下桥驱动输出强制为低电平(0状态)，使电动机失去激励而停车；另外，集成电路IC200的14脚为故障输出引脚，当有无效的转子位置检测信号输入码或者过电流、欠压、芯片内部过热都会在14脚输出低电平，14脚与比较器的输出端一起通过电阻R205、电容C201连接到集成电路IC200的7脚，当14脚出现故障输出时，也能使电动机失去激励而停车。

电阻R214下端接地，上端连接电机驱动电路3的VG，用作电机绕阻电流采样，为了避免由换相尖峰脉冲引起电流检测误动作，采样电压通过电阻R211～R213、电容C204构成的RC低通滤波器连接到集成电路IC200的9脚和15脚，输入至芯片内部电流检测比较器，芯片内部比较器的反相输入端设置有100mV基准电压，作为电流限流基准。若电流过大，此比较器翻转，将驱动输出关闭，实现了限流，电阻R204、电容C203构成芯片限流控制电路的外部定时元件。

由电阻R202、R206、R209、R215～R219、电位器RT201、RT202、电容C205、二极管D200、发光二极管LD200、光敏三极管Q200、三极管T200构成的光隔离的速度设定电路。当人工调节电位器RT202时，发光二极管LD200的亮度发生相应变化，光敏三极管Q200的电流随之发生变化，通过三极管T200放大，经过电阻R218、R219、电容C205滤波后连接到集成电路IC200的11脚，可实现电机的转速设定。成对使用的发光二极管LD200、光敏三极管Q200的主要作用是光隔离。

图3中还给出了电机组件4的内部结构，LA、LB、LC是三相星形连接的无刷直流电机定子绕阻，其OUTA、OUTB、OUTC与电机驱动电路3相连接。用于转子位置检测的3个霍尔元件S1、S2、S3，其电源和接地端分别与VC和GND连接，信号输出端连接到集成电路IC200、IC201。

在图4中，给出了本实用新型的电机驱动电路3的电路原理图，它由A相、B相、C相驱动电路三部分组成，其电路相同。以A相驱动电路进行叙述，上桥信号A通过电阻R300、电容C300连接光耦OP300的左端，二极管D300将电源VC连接到稳压二极管ZD300、集成电路IC300(型号SI9910)和电容C306，光耦OP300的右端连接到电阻R303及集成电路IC300，集成电路IC300连接电容C303构成自举电路，再通过电阻R306、R309连接到场效应管T300，构成对上桥信号A的驱动输出；而下桥信号A/则通过二极管D303、电阻R312、R315连接到场效应管T301构成的驱动电路输出。

场效应管T300、T301都是N沟道的VMOS管，它们构成A相逆变桥，由于集成电路IC200(型号MC33035)内部机理决定了上桥驱动信号只能直接驱动P沟道的VMOS管，而下桥信号可直接驱动N沟道的VMOS管。因而，图4中，在上桥臂与逆变桥之间的电路中加入光耦OP300，除了起到光隔离作用外，还实现了反相器的作用，将上桥驱动信号A变非，即可在上、下桥都使用N沟道的VMOS管。B相、C相的驱动电路特征与A相相同，不再赘述。

Claims

1、一种用于永磁无刷直流电机的控制装置，其特征在于它包括AC/DC变换电路(1)、电机控制电路(2)、电机驱动电路(3)、电机组件(4)，AC/DC变换电路(1)与电机控制电路(2)、电机驱动电路(3)和电机组件(4)连接，电机控制电路(2)与连接电机驱动电路(3)和电机组件(4)连接，电机驱动电路(3)与电机组件(4)连接。

2、根据权利要求1所述的一种用于永磁无刷直流电机的控制装置，其特征在于所述的AC/DC变换电路(1)由电阻R100～R106、压敏电阻TR100、电容C100～C105、二极管D100～D102、稳压二极管ZD100～ZD103、三极管T101～T102、场效应管T100、桥堆B100组成，交流电与桥堆B100的1、3端连接，桥堆B100的2端与压敏电阻TR100的一端连接，压敏电阻TR100的另一端与桥堆B100的4端之间并联电阻R100、电容C103、C104、C105并输出直流电压VM，桥堆B100的1端与二极管D100的阳极连接，二极管D100的阴极与二极管D101的阴极连接，二极管D101的阳极与桥堆B100的3端连接，电阻R101、R103的一端、二极管D102的阴极与直流电压VM连接，电阻R103的另一端、二极管D102的阳极与场效应管T100的S极连接，电阻R101的另一端与电阻R102的一端、稳压二极管ZD101、ZD100的阴极连接，电阻R102的另一端与场效应管T100的G极连接，稳压二极管ZD101的阳极与稳压二极管ZD102的阴极连接，稳压二极管ZD102的阳极与场效应管T100的D极、稳压二极管ZD103的阴极、电容C102的一端连接并输出直流电压VC，稳压二极管ZD100的阳极与电阻R104的一端、电容C100的一端、三极管T101的发射极连接，电阻R104的另一端与三极管T102的集电极连接，三极管T102的基极与三极管T101的集电极、电阻R106的一端、电容C101的一端连接，电容C100的另一端与三极管T101的基极连接，电阻R106的另一端与电阻R105的一端、稳压二极管ZD103的阳极连接，三极管T102的发射极、电容C101的另一端、电阻R105的另一端、桥堆B100的4端接地。

3、根据权利要求1所述的一种用于永磁无刷直流电机的控制装置，其特征在于所述的电机控制电路(2)由集成电路IC200、IC201、IC203、电阻R200～R219、热敏电阻RT200、电位器RT201、RT202、电容C200～C205、二极管D200、发光二极管LD200、光敏三极管Q200、三极管T200组成，电阻R200的一端与电阻R201、R205的一端、电容C200的一端、集成电路IC203的3、8脚、集成电路IC200的14脚连接，电阻R200的另一端与电阻R203的一端、集成电路IC201的1脚连接，电阻R201的另一端与热敏电阻RT200的一端、集成电路IC203的2脚连接，电阻R205的另一端与电容C201的一端、集成电路IC200的7脚连接，集成电路IC200的4、5、6脚分别与集成电路IC201的3、2、1脚、电机组件4中的霍尔元件S1、S2、S3连接，集成电路IC200的8脚与集成电路IC201的8脚连接，集成电路IC201的5、6脚分别与电阻R207、R208的一端连接，电阻R207的另一端与集成电路IC200的12脚、电阻R210的一端连接，电阻R208的另一端与电容C202的一端连接，电阻R204的一端、霍尔元件S、S2、S3与直流电压VC连接，电阻R204的另一端与集成电路IC200的10脚、电容C203的一端连接，集成电路IC200的17、18脚与直流电压VC连接，集成电路IC200的1、2、24、21、20、19脚与电机驱动电路3连接，集成电路IC200的9脚与电容C204的一端、电阻R212、R213的一端连接，电容C204的另一端与电阻R212的另一端、R211的一端、集成电路IC200的15脚连接，电阻R213的另一端与电阻R214的一端、R210的另一端和直流电压VG连接，电阻R206的一端与电位器RT201的一端、二极管D200的阳极、电阻R209的一端和直流电压VC连接，电阻R206另一端和发光二极管LD200阳极间串联电位器RT202，发光二极管LD200的阴极与电位器RT201的另一端、电阻R217、R218的一端、三极管T200的集电极连接，二极管D200的阴极与电阻R202的一端连接，电阻R202的另一端与电阻R216、R215的一端、三极管T200的基极连接，电阻R209的另一端与光敏三极管Q200的发射极连接，光敏三极管Q200的集电极与电阻R216的另一端、三极管T200的发射极连接，电阻R218的另一端与电阻R219的一端、电容C205、集成电路IC200的11脚连接，电阻R203、R211、R214、R215、R217、R219的另一端、热敏电阻RT200的另一端、电容C200、C202、C203、C205的另一端、集成电路IC203的4脚、集成电路IC201的7脚、集成电路IC200的3、16脚接地。

4、根据权利要求1所述的一种用于永磁无刷直流电机的控制装置，其特征在于所述的电机驱动电路(3)由集成电路IC300、光耦OP300、电阻R300、R303、R306、R309、R312、R315、电容C300、C303、C306、二极管D300、D303、稳压二极管ZD300、场效应管T300、T301组成，电阻R300一端与直流电压VC和二极管D300阳极连接，另一端与光耦OP300的1脚连接，二极管D300的阴极与稳压二极管ZD300的阴极、电容C306的一端、集成电路IC300的3脚连接，光耦OP300的2脚与电容C300的一端、电机控制电路2中集成电路IC200的1脚连接，稳压二极管ZD300的阳极与光耦OP300的4脚连接，光耦OP300的6脚与电阻R303的一端、电容C303的一端、集成电路IC300的2脚连接，电阻R303的另一端与集成电路IC300的1、6、5脚、电容C306的另一端、OUT A端、场效应管T300的D极、T301的S极连接，电容C303的另一端与电阻R306的一端、集成电路IC300的8脚连接，电阻R306的另一端与电阻R309的一端、场效应管T300的G极连接，电阻R309的另一端与集成电路IC300的7脚连接，场效应管T300的S极与直流电压VM连接，场效应管T301的D极与直流电压VG连接，场效应管T301的G极与电阻R312、R315的一端连接，电阻R315的另一端与二极管D303的阳极连接，电阻R312的另一端与二极管D303的阴极、电机控制电路中集成电路IC200的19脚连接，电容C300的另一端接地。