一种单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路的制作方法

专利名称:一种单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路，包括开关电源电路、单片机控制电路、电机功率驱动电路、用户控制接口电路、位置信号接口电路、调速器接口电路、单片机复位电路、电压取样电路和电流取样电路，所述电压取样电路、电机功率驱动电路、电流取样电路、位置信号接口电路、单片机复位电路、调速器接口电路和用户控制接口电路均通过引脚与单片机控制电路连接。本实用新型利用普通8位单片机替代了昂贵的DSP数字控制处理器与硬件配合实现了全电压（32VAC?265VAC 50/60HZ,35VDC?350VDC）可工作的直流三相无刷电机的控制，实现了复杂的逻辑和功能控制，减少了生产工序和电路板的体积，提高了产品的稳定性和通用性。
【专利说明】
一种单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路。【背景技术】
[0002]目前市场上所采用的电机控制方式分为:模拟电路控制、电机专用控制集成芯片控制和DSP数字处理器控制。
[0003]用模拟电路设计出来的产品电路复杂在电路中大量使用逻辑芯片导致电路稳定性差，调试维修困难，难以实现复杂的逻辑控制，对电机参数的一致性要求高，体积大难以嵌入在电机内部等不利因素，所以只能用于一些低电压和小功率的电机控制。
[0004]用电机专用控制芯片设计出来的产品电路相对前者简单，集成了部分逻辑控制功能在芯片内部但电路参数调整范围被限定，用户的使用灵活性不高，对客户的一些特殊要求依然不能满足要求，所以依然用于一些低压中小功率的电机控制。
[0005]用DSP数字处理设计出来的产品由于运算速度快，可通过软件算法实现原来由硬件才能完成的功能且执彳丁速度快、控制精度尚、一致性好，由此而使电路简化且提尚了稳定性、缩小了电路板的体积，可以满足复杂的控制要求等。但DSP产品大多为国外进口且单价高、开发平台复杂、国内的用户普及率低，造成开发生产成本高周期长，所以只能用于一些尚端有特殊控制要求和尚压中大功率的电机控制领域。
【发明内容】

[0006]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用普通8位单片机替代了昂贵的 DSP数字控制处理器与硬件配合实现了全电压(32VAC-265VAC 50/60HZ，35VDC-350VDC)可工作的三相无刷电机的控制，实现了全电压可工作和复杂的逻辑功能控制，减少了生产工序和电路板的体积，提高了产品的稳定性和通用性的单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路。
[0007]本实用新型是通过以下技术方案来实现的:一种单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路，包括开关电源电路、单片机控制电路、电机功率驱动电路、用户控制接口电路、位置信号接口电路、调速器接口电路、单片机复位电路、电压取样电路和电流取样电路，所述电压取样电路、电机功率驱动电路、电流取样电路、位置信号接口电路、单片机复位电路、调速器接口电路、用户控制接口电路和电压取样电路均通过引脚与单片机控制电路连接。
[0008]作为优选的技术方案，所述位置信号接口电路与电机功率驱动电路的输出端均设置一无刷电机。
[0009]作为优选的技术方案，所述开关电源电路分别与电压取样电路、电机功率驱动电路、单片机控制电路和用户控制接口电路连接。
[0010]本实用新型的有益效果是:利用普通8位单片机替代了昂贵的DSP数字控制处理器与硬件配合实现了全电压三相无刷电机的控制。通过软件实现了复杂的逻辑和功能控制，减少了生产工序和电路板的体积，提高了产品的稳定性和通用性。
[0011]通过本实用新型的控制电路，实现了:
[0012]1、电机转速的恒速控制，无需通过调整无刷电机线圈的匝数去调整电机转速且调整灵活不增加硬件成本；
[0013]2、电机启动电流小(软启动)，解决了普通控制方法启动电流大且启动瞬间容易损坏控制器和对电网冲击大等缺点；
[0014]3、解决了普通控制方式控制接口单一，难以满足复杂的控制要求且不增加硬件成本；
[0015]4、通过简单的电路和软件实现了普通控制方式难以实现的控制器上电自检、电机运转时电流限制、过欠压保护；
[0016]5、实现了锁机保护、报警信号、转速信号输出或特殊报警方式输出。
[0017]6、实现了输入电压范围全球通用(32VAC-265VAC 50/60HZ，35VDC-350VDC)[〇〇18] 且交直流都可以正常工作。【附图说明】

[0019]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1为本实用新型的整体电路结构图；
[0021]图2为开关电源电路图；[〇〇22]图3为单片机控制电路图；[〇〇23]图4为电机功率驱动电路图；[〇〇24]图5为用户控制接口电路图；
[0025]图6为位置信号接口电路电路图；
[0026]图7为调速器接口电路图；[〇〇27]图8为单片机复位电路图；[〇〇28]图9为电流取样电路图；[〇〇29] 图10为电压取样电路图。【具体实施方式】
[0030]本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0031]本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0032]如图1所示，本实用新型的一种单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路， 包括开关电源电路、单片机控制电路、电机功率驱动电路、用户控制接口电路、位置信号接口电路、调速器接口电路、单片机复位电路、电压取样电路和电流取样电路，所述电压取样电路、电机功率驱动电路、电流取样电路、位置信号接口电路、单片机复位电路、调速器接口电路、用户控制接口电路和电压取样电路均通过引脚与单片机控制电路连接。
[0033]其中，位置信号接口电路与电机功率驱动电路的输出端均接一无刷电机;所述开关电源电路分别与电压取样电路、电机功率驱动电路、单片机控制电路和用户控制接口电路连接。[〇〇34] 如图2所示，L1、N1为交流输入端，其电压输入范围为:交流32VAC-265VAC 50/ 60HZ，直流35VDC-350VDC均可以正常工作。F1为NTC(5D-11)功率电阻其作用在于开机通电瞬间限制大电流通过，F2为(3.15A /250V)保险丝。CY1、CY2(222J/250V)组成电源旁路网络，其第一脚分别连接L1、N1，第二脚连接到大地端E1，用于连接控制器的外壳或大地。安规电容CX1、CX2(104K275V)与共模电感L2(UU9.8 /2.5MH)组成共模滤波电路，其作用是滤除电网的干扰源和阻止控制器内部产生的干扰源扩散到电网，压敏电阻M0V1(D14471)夸接 L1、N1，其作用是吸收瞬间突波电压对其它电子元件的影响，起到保护的作用。BRUKBP310) 整流桥堆与电解电容E2(400V/150UF)、金属膜电容M0V2(224J630V)组成整流滤波电流，其作用是将输入的交流电压转换为平滑的直流电压(VM)供给交流转直流开关电路和电机功率驱动电路。F3为NTC功率电阻(10D-9)，其作用是限制交流转直流电路瞬间的大电流通过， E4为电解电容(400V/4.7UF)，其作用是滤波。T1为EE13高频变压器，其作为交流到直流的能量转换，T1的第1、2脚为初级线圈，第1脚通过F3连接主电源VM，第2脚连接电源芯片U8的4 脚，TVSUSMBJ170A)与快恢复二极管Dl(USlM)组成反电动势吸收电路，并联在T1的第1、2脚以保护电源控制芯片。T1的第5、6脚为变压器的次级绕组，T1的第5脚为+15V输出的负极，T1 的第6脚连接肖特基二极管D6(SS210)的正极，负极连接E5(25V/470UF)、C4(104K)组成整流滤波电路，整流滤波电路输出平稳的15V直流电压，限流电阻R3 (330R 1206)连接U13 (CJ78L05 S0T-89)的第3脚，C9(105K)为U13的输入滤波电容，U13的第2脚连接负极，U13的第1脚为稳压输出端经电容06(1041〇47(220￥/10耶)输出稳定的5￥直流电压。1'1的第8、9 脚为另一组次级线圈，第8脚连接A5V负极(与+5V、+15V隔离)。!1的第9脚连接肖特基二极管 D5(SS210)正极与电解电容￡6(25￥/4701^)、05(1041〇组成整流滤波电路，通过1]2 (CJ78L05)、C10(106K)、C7(104K)输出 5V 直流供外用户接口使用。U2 的第 3 脚 U8(TNY275GN/ GP)为交流转直流开关电源控驱动制集成电路，其内部集成了功率驱动和过流保护等功能， 第1脚为电压反馈输入端连接U8的第4脚，第2脚连接电容C24(104K)，第5、6、7、8脚连接主电源的负极GND。电阻R28(680R1%)、电阻R29( 1K1%)、稳压管DZ1 (13V 0 ? 5W 2%)、光耦U9 (PC817)、电容C35(102K)共同组成电压取样反馈电路，以保证输出电压稳定。[〇〇35] 如图3所示，单片机U3 (HR7P169FGS3)的第1脚连接GND、C23并联在U3第1脚与16 脚之间作为电压退親电容。U3的第2脚为调速信号输入端，U3第3脚为输入电压取样输入端。 U3的第4脚为单片机的复位输入端，该复位输入端连接单片机复位电路的RST端。U3的第5脚为电流取样信号输入端，该电流取样信号输入端连接电流取样电路的Imotor端。U3的第6脚为W相高端逻辑信号(WH)输出端，U3的第7脚为W相低端逻辑信号(WL)输出端。U3的第8脚为V 相低端逻辑信号(VL)输出端。U3第14脚为V相高(VH)端逻辑信号输出端。U3的第9脚为U相低端逻辑信号(UL)输出端。U3的第10脚为U相高端逻辑信号(UH)输出端。U3的第11、12、13脚分别为Ha、Hb、He位置信号输入端。U3的第15脚为转速信号输出与U6第2脚端连接。[〇〇36] 如图4所示，U10(SDH2106SA)第1脚为电源连接端，C25(475K/50V)为U10滤波电容。R25(47R)、R24(47R)分别为U相高端UH和低端UL逻辑信号输入电阻，电阻R43(10K)为UL下拉电阻。R18为(4.7R)限流电阻、升压二极管D20JS1M)、升压电容C16(106/50V)组成升压电路， 输出电阻R30连接U10第7脚与上桥臂场效应管Q3的(SVF7N65)第1脚，电阻RJ2(47R)连接U10 的第6脚与U相输出端。输出电阻R3U47R)连接U10的第5脚与下桥臂场效应管Q2(SVF7N65) 的第1脚，电阻R45(22K)为Q2下拉电阻。Q2的第3脚通过电流采用电阻RSU0.1R 2512)连接到电源负极。[〇〇37]U12的(SDH2106SA)第1脚为电源连接端，C29(475K/50V)为U12滤波电容。R22(47R)、R26(47R)分别为V相高端VH和低端VL逻辑信号输入电阻，电阻R4U10K)为VL下拉电阻。R27(4.7R)限流电阻、升压二极管D40JS1M)、升压电容C21(106/50V)组成升压电路，输出电阻R33连接U12第7脚与上桥臂场效应管Q7(SVF7N65)的第1脚，电阻RJ3(47R)连接U12的第 6脚与V相输出端。输出电阻R34(47R)连接U12的第5脚与下桥臂场效应管Q6的(SVF7N65)第1 脚，电阻R44(22K)为Q6下拉电阻。Q6的第3脚通过电阻RSU0.1R 2512)连接到电源负极。 [〇〇38] C26(475K/50V)为U11滤波电容。R23(47R)、R21(47R)分别为W相高端WH和低端WL逻辑信号输入电阻，电阻R39(10K)为WL下拉电阻。R19为(4.7R)限流电阻，与升压二极管D3 (US1M)、升压电容C18(106/50V)组成升压电路，输出电阻R32连接U12的第7脚与上桥臂场效应管Q4(SVF7N65)的第1脚，电阻RJ1(47R)连接U12的第6脚与W相输出端。输出电阻R35(47R) 连接U11的第5脚与下桥臂场效应管Q5(SVF7N65)的第1脚，电阻R47(22K)为Q5下拉电阻。Q5 的第3脚通过电流采样电阻RS1 (0.1R 2512)连接到电源负极。[〇〇39]如图5所示，CN8为用户接口连接器，CN8的第1脚连接AGND，第2脚连接A5V，U4第1脚通过电阻R5(270R)连接CN8的第5脚，U4的第3脚连接GNDA(与GND隔离)，U4的第6脚为光藕电源端连接+5V电源，电容C8(104K)为滤波电容。U4的第5脚为隔离PWM信号输出端，U4的第3脚连接到GND。电阻R8、R10、R12组成NPN三极管QUMMBT5551)的基极输入偏置电路，电阻 R9为三极管Q1的集电极上拉电阻，电阻R13(100K)与电容C13(105)组成一个简单的滤波器， 将HVM占空比(0-100%)按比例转换成电压(0-5V)，供单片机的第2脚采样。为开关控制信号隔离输入光耦，U5的第2脚连接至CN8的第4脚，电阻R6(270R)—端连接到A5V，另一端连接U5 的第1脚，为U5提供工作电流，U5的第3脚连接GND，U5的第4脚通过电阻R4(270R)连接到U3单片机的第2脚。U6为电机转速信号(FG)隔离输出光耦，U6的第4脚通过限流电阻R20(4.7R)连接CN8的第3脚，C38(101)为FG信号输出滤波电容，U6的第3脚连接AGND，电阻R53(1K)的一端连接+5V电压，另一端连接U6的第1脚和LD1的阳极为其提供工作电流。U6的第2脚和LD1阴极共同连接到单片机U3的第15脚。
[0040]如图6所示，CN2为位置信号连接器，电阻R54和电容C14组成降压滤波电路，为位置传感器供电，电阻一端连接到+15V电压，另一端连接到CN2的第1脚。CN2的第2脚连接D4阴极，CN2的第3脚连接D5阴极，CN2的第4脚连接D6阴极，CN2的第5脚连接GND，电阻R64、电容 C39和二极管D4组成位置信号Ha输入滤波电路。电阻R65、电容C40和二极管D5组成位置信号 Hb输入滤波电路。电阻R66、电容C41和二极管D6组成位置信号He输入滤波电路。位置信号 Ha、Hb、He分别连接U3单片机的第11、12、13脚。
[0041]如图7所示，CN3为调速器输入接口，电容C15、C17和电阻R37组成JT型滤波电路为调速供电，电阻一端连接+5V电压，另一端连接CN3的第1脚，CN2的第2脚为调速信号输出端，通过电阻RP1 (0.27K)连接到U3单片机的第2脚，CN3的第3脚连接AGND，CN4的第4脚连接GND。
[0042]如图8所示，J2为程序烧入接口，J2的第1脚连接U3的第4脚，R50与C32组成复位电路，电阻R50—端连接+5V电压，另一端连接单片机复位脚。J2的第2脚连接+5V电压，J2的第3 脚连接GNDJ2的第4脚连接U3的第14脚(数据线)，J2的第5脚连接U3的第15脚(时钟线) [〇〇43] 如图9所示，电阻R46与电容C34组成简易的RC滤波电路，电阻R46—端连接电流采样电阻RS1另一端与电容C34和U3单片机的第5脚连接。[〇〇44] 如图10所示，电阻R14与电阻R15组成分压电路，电阻R14—端连接电源VM端，另一端连接电阻R15和电阻R17,电阻R15的另一端连接GND，电阻R17和电容C22组成滤波电路并连接U3单片机的第3脚。[〇〇45] 本实用新型的有益效果是:输入工作电压范围宽(AC30V-260V、DC25V-365V)无论交流、直流都可以正常工作，因采用开关电源待机功耗更小于0.5W，通过软件设置可以限定电机的工作电压范围，就此而言专用集成芯片是难以做到的。
[0046]外部输入控制信号与输出信号完全隔离，不影响用户控制端，并且有输出一组隔离的电源供客户端使用，使客户的控制变的更简便。[〇〇47]输出的信号相比专用集成控制芯片更灵活，可根据客户的要求更改。[〇〇48]匹配电机参数只需改变软件参数，无需更改硬件设计，相比专用集成控制芯片更改硬件成本更低，速度更快。
[0049]电路具备在线烧入功能，在生产过可写入测试程序对产品自生进行测试，提高了产品的品质和自动化生产程度降低了生产成本，这是专用集成芯片无法做到的。
[0050]以上所述，仅为本实用新型的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。 因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。
【主权项】
1.一种单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路，其特征在于:包括开关电源 电路、单片机控制电路、电机功率驱动电路、用户控制接口电路、位置信号接口电路、调速器 接口电路、单片机复位电路、电压取样电路和电流取样电路，所述电压取样电路、电机功率 驱动电路、电流取样电路、位置信号接口电路、单片机复位电路、调速器接口电路和用户控 制接口电路均通过引脚与单片机控制电路连接。2.根据权利要求1所述的单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路，其特征在 于:所述位置信号接口电路与电机功率驱动电路的输出端均设置一无刷电机。3.根据权利要求1所述的单片机组成的全电压三相无刷电机驱动控制电路，其特征在 于:所述开关电源电路分别与电压取样电路、电机功率驱动电路、单片机控制电路和用户控 制接口电路连接。
【文档编号】H02P6/08GK205693590SQ201521029883
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2015年12月11日 公开号201521029883.5, CN 201521029883, CN 205693590 U, CN 205693590U, CN-U-205693590, CN201521029883, CN201521029883.5, CN205693590 U, CN205693590U
【发明人】郑吉时
【申请人】深圳市盛仕达电子有限公司