专利名称：宽电压恒功率电机稳速控温器的制作方法
技术领域：
本发明涉及电机控制电路领域，具体涉及一种宽电压恒功率电机稳速控温器。
背景技术：
直流电机以其良好的线性特性、优异的控制性能等特点成为大多数变速运动控制和闭环位置伺服控制系统的最佳选择。现有的电机稳速控制电路都没有恒功率控制，随电源电压增大，电机转速变大，电机控制不稳定。如果要用在电源系统较恶劣、电源电压波动较大，必须外加电源稳压电路。本设计是带有宽电压恒功率电机稳速控制电路，无需外加电源稳压保护电路，可以直接用于上述场合。因此，如何设计一种宽电压恒功率电机稳速控温电路，，成为本领域技术人员努力的方向。
发明内容
本发明目的是提供一种宽电压恒功率电机稳速控温器，此电机稳速控温器实现延时功能的同时满足了耐瞬态电压的要求，并克服了电源系统电压波动较大的恶劣环境，无需外加电源稳压保护电路，扩展了应用的场合。为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种宽电压恒功率电机稳速控温器， 包括
安装于电机上的三路霍尔传感器，此三路霍尔传感器信号根据交变磁场产生相位互差为120°的三个反映电机转速的霍尔传感器信号；
转速控制单元，由鉴频鉴相模块、滤波衰减模块两个环节构成的，鉴频鉴相模块是由锁相环电路实现，锁相环电路的输入信号有两个一个是由速度设置电位器通过锁相环内部压控振荡器产生的SS设定信号，另一个输入信号是来自霍尔传感器的霍尔传感器信号；将 SS设定信号与反馈的霍尔传感器信号进行比较，输出一定幅度的高低电平，再经过滤波衰减模块，形成转速控制信号SC’，具体如下 当fHA < fSS时，SC’为高电平； 当fHA > fSS时，SC’为低电平； 当 fHA=fSS 时，
(i )当霍尔传感器信号相位超前SS时，SC’为高电平， (ii)当霍尔传感器信号相位滞后SS时，Sc’为低电平；
注fHA表示霍尔传感器信号的频率，fSS表示锁相环内部压控振荡器产生的设定信号的频率；
温度检测控制单元，根据环境温度产生温度控制信号，当环境温度温度高于设置温度， 电机停转，当环境温度低于设置温度，电机全速运转，一直到设置的温度值，从而电机低速运转，从而保证温度控制的温度误差小于0. 2°C，对电机速度进行精确控制，主要由测温二极管、电压比较模块、误差放大模块和开关模块组成；测温二极管将环境温度转变为TD电平信号和TS温度设定信号经过电压比较模块，发出GCR信号控制开关模块的栅极；TD电平信号和TS温度设定信号经过误差放大模块，发出SCR源极控制信号，开关模块的漏极输出温度控制信号；
脉宽调制控制单元，将来自温度检测控制单元的温度控制信号和转速控制单元的转速控制信号SC’经“相与”关系，当温度控制信号(TC)和转速控制单元的转速控制信号SC’均为高电平，其输出为高电平，只要两信号其中一种为低电平，输出为低电平，作为此脉宽调制控制单元17的输入信号，从而产生用于控制电机运转的稳速控制信号；
时序控制单元，包括时序逻辑控制电路、图腾驱动电路和信号提升电路，此时序逻辑控制电路接受来自霍尔传感器的霍尔传感器信号和脉宽调制控制单元的稳速控制信号，将三路霍尔传感器信号转换为六路时序信号；其中三路至所述图腾驱动电路，产生用于控制功率驱动单元中三路N沟道VDMOS的第一 VDMOS控制信号，另三路至信号提升电路，产生用于控制功率驱动单元中三路P沟道VDMOS的第二 VDMOS控制信号；
功率驱动单元，其主要由位于上半桥臂的三个P型VDMOS管和位于下半桥臂的三个N 型VDMOS管组成，所述P型VDMOS管接受来自所述信号提升电路的用于控制其通断的第一 VDMOS控制信号，所述N型VDMOS管接受来自所述图腾驱动电路的用于控制其通断的第二 VDMOS控制信号；
电源变换单元，用于主要将宽电压的电源转换为转速控制单元、脉宽调制控制单元、温度检测控制单元、时序控制单元的集成电路需要的额度电源，从而给集成电路提供电源。上述技术方案中进一步改进的技术方案如下
1、上述方案中，所述电源变换电路由可调稳压源构成，通过调节Rl电阻与R2电阻的比值，使电源输出为+15V。2、上述方案中，所述滤波衰减电路由跟随器、RC低通滤波器、分压电路实现的，从而Sc’信号转换为SC信号。3、上述方案中，所述功率驱动单元中三个P型VDMOS管中第一 P型VDMOS管与所述三个N型VDMOS管中第一 N型VDMOS管串联构成第一支路，第二 P型VDMOS管与第二 N型 VDMOS管串联构成第二支路，第三P型VDMOS管与第三N型VDMOS管串联构成第三支路。4、上述方案中，所述P型VDMOS管和N型VDMOS管均并联有二极管，所述P型VDMOS 管的栅极和其输入端之间设有电容。由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果
本发明电机稳速控温器，实现电机稳速精确控制的功能，同时满足了耐瞬态电压的要求，并克服了电源系统电压波动较大的恶劣环境，无需外加电源稳压保护电路，电机恒功率输出，扩展了应用的场合；其次，通过转速控制单元设计，一方面及时动态调节电机实际转速，使电机转速与设置值一致，当电机转速高于设置值，电机转速降低，当电机转速低于设置值，电机转速增大，从而保证对电机转速进行精确控制；另一方面现有的电机稳速控制电路都没有恒功率控制，随电源电压增大，电机转速变大，电机控制不稳定。如果要用在电源系统较恶劣、电源电压波动较大，必须外加电源稳压电路，本设计对电机电源要求低，电源变化可以从18V 32V变化，随电源电压增大，电机转速变慢，电源电压减小，电机转速变快，从而电机为恒功率输出。宽电压恒功率电机稳速控制电路，无需外加电源稳压保护本电路，可以直接用于上述场合；再次，实现对环境温度 的精确控制，从而保证环境温度与设置温度一致，误差小于0. 2°C，具体为当环境温度温度高于设置温度，电机停转，当环境温度低于设置温度，电机全速运转，一直到设置的温度值，从而电机低速运转，从而保证温度控制的温度误差小于0. 2°C，对电机速度进行精确控制。
图1是本发明宽电压恒功率电机稳速控温器电路原理图； 图2是本发明一种电源变换电路图3是本发明一种时序控制电路的电路框图； 图3 a是本 发明一种数字时序逻辑控制电路； 图3 b是本发明一种图腾驱动电路； 图3 c是本发明一种信号提升电路； 图4是本发明一种信号时序图； 图5是本发明一种功率驱动电路的电路图； 图6是本发明一种转速控制的电路框图； 图6a是本发明一种鉴频鉴相电路； 图6b是本发明一种滤波衰减电路； 图7是本发明一种温度检测与控制电路框图； 图8是本发明一种脉冲调宽控制的电路图； 图9是本发明脉宽调制PWM调速波形图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
实施例一种宽电压恒功率电机稳速控温器10，由图2所示，本发明一种电源变换电路 11，完成将输入电源18V 32V变换为恒定的15V电源，为后面的集成电路提供稳压电源。 电源变换电路11由可调稳压源构成，通过调节电阻Rl与R2的比值，使电源输出为+15V。由图3所示，电机的三路霍尔传感器信号HA、HB、HC,它是一种交变磁场经过时产生输出电压脉冲信号，三路霍尔传感器信号HA、HB、HC为相位差互为120°，随着电机转速变化，三路霍尔传感器信号频率也变化。三路霍尔传感器信号HA、HB、HC与稳速控制信号 ΦΑ输入到时序控制单元12的输入端，此时序控制单元包括时序逻辑控制电路、图腾驱动电路和信号提升电路，所述时序逻辑控制电路，如图3a，接受三路霍尔传感器信号HA、HB、 HC与稳速控制信号ΦΑ，产生六路控制信号，其中三路至图腾驱动电路，如图3b，为三路N沟道VDMOS提供控制信号AB、BB、CB，控制N沟道VDMOS导通与截止；另三路至信号提升电路， 如图3c，为三路P沟道VDMOS提供控制信号AT、BT、CT，控制P沟道VDMOS导通与截止，随着电源VCC的变化，信号AT、BT、CT的高电平幅度与低电平幅度均变化，但是其高电平幅度与低电平幅度差值一直保持不变，从而保证为P沟道VDMOS提供可靠的控制信号，不会随着电源电压增大，信号幅度差增大，从而VDMOS管的VGS电压增大，可能大于其极限值，从而引起VDMOS失效。稳速控制信号ΦΑ为一高频的脉宽调制PWM信号，通过改变周期性脉冲信号的占空比来改变加在电动机上的平均电压，从而达到调速目的。设脉宽调制PWM信号的周期是T，在一个周期内，闭合的时间是τ，断开的周期是 T-τ。如果外加的电源电压U为常数，则电源加到电动机电枢上的波形为方波列。其高度为U，宽度为τ，如下示，其平均值是
权利要求
1.一种宽电压恒功率电机稳速控温器，其特征在于包括安装于电机上的三路霍尔传感器，此三路霍尔传感器信号根据交变磁场产生相位互差为120°的三个反映电机转速的霍尔传感器信号(HA、HB、HC)；转速控制单元，由鉴频鉴相模块、滤波衰减模块两个环节构成的，鉴频鉴相模块是由锁相环电路实现，锁相环电路的输入信号有两个一个是由速度设置电位器(RW)通过锁相环内部压控振荡器产生的SS设定信号，另一个输入信号是来自霍尔传感器的霍尔传感器信号(HA、HB、HC)；将SS设定信号与反馈的霍尔传感器信号(HA、HB、HC)进行比较，输出一定幅度的高低电平，再经过滤波衰减模块，形成转速控制信号SC’，具体如下 当fHA < fSS时，SC’为高电平； 当fHA > fSS时，SC’为低电平； 当 fHA=fSS 时，(i )当霍尔传感器信号(HA、HB、HC)相位超前SS时，SC，为高电平， (ii)当霍尔传感器信号(HA、HB、HC)相位滞后SS时，SC，为低电平； 注 Α表示霍尔传感器信号(HA、HB、HC)的频率，fSS表示锁相环内部压控振荡器产生的设定信号的频率；温度检测控制单元，根据环境温度产生温度控制信号(TC)，，主要由测温二极管、电压比较模块、误差放大模块和开关模块组成；测温二极管将环境温度转变为TD电平信号(TD) 和TS温度设定信号(TS)经过电压比较模块，发出GCR信号控制开关模块的栅极；TD电平信号(TD)和TS温度设定信号(TS)经过误差放大模块，发出SCR源极控制信号(SCR)，开关模块的漏极输出温度控制信号(TC)；脉宽调制控制单元，将来自温度检测控制单元的温度控制信号(TC)和转速控制单元的转速控制信号SC’经“相与”运算，并将“相与”运算的结果作为脉宽调制控制单元的输入信号，从而产生用于控制电机运转的稳速控制信号(Φ A)；时序控制单元，包括时序逻辑控制电路、图腾驱动电路和信号提升电路，此时序逻辑控制电路接受来自霍尔传感器的霍尔传感器信号(HA、HB、HC)和脉宽调制控制单元的稳速控制信号(ΦΑ)，将三路霍尔传感器信号(HA、HB、HC)转换为六路时序信号；其中三路至所述图腾驱动电路，产生用于控制功率驱动单元中三路N沟道VDMOS的第一 VDMOS控制信号 (AB、BB、CB)，另三路至信号提升电路，产生用于控制功率驱动单元中三路P沟道VDMOS的第二 VDMOS 控制信号(AT、BT、CT)；功率驱动单元，其主要由位于上半桥臂的三个P型VDMOS管和位于下半桥臂的三个N 型VDMOS管组成，所述P型VDMOS管接受来自所述信号提升电路的用于控制其通断的第一 VDMOS控制信号(AT、BT、CT)，所述N型VDMOS管接受来自所述图腾驱动电路的用于控制其通断的第二 VDMOS控制信号(AB、BB、CB)；电源变换单元，用于主要将宽电压的电源转换为所述转速控制单元、脉宽调制控制单元、温度检测控制单元、时序控制单元需要的额度电源，从而给集成电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的电机稳速控温器，其特征在于所述电源变换电路由可调稳压源构成，通过调节Rl电阻与R2电阻的比值，使电源输出为+15V。
3.根据权利要求1所述的电机稳速控温器，其特征在于所述滤波衰减模块由跟随器、 RC低通滤波器、分压电路实现的，从而SC’信号转换为SC信号。
4.根据权利要求1所述的电机稳速控温器，其特征在于所述功率驱动单元中三个P 型VDMOS管中第一 P型VDMOS管与所述三个N型VDMOS管中第一 N型VDMOS管串联构成第一支路，第二 P型VDMOS管与第二 N型VDMOS管串联构成第二支路，第三P型VDMOS管与第三N型VDMOS管串联构成第三支路。
5.根据权利要求4所述的电机稳速控温器，其特征在于所述P型VDMOS管和N型 VDMOS管均并联有二极管，所述P型VDMOS管的栅极和其输入端之间设有电容。
全文摘要
本发明公开一种宽电压恒功率电机稳速控温器，包括安装于电机上的三路霍尔传感器；转速控制单元，由鉴频鉴相模块、滤波衰减模块两个环节构成的，鉴频鉴相模块是由锁相环电路实现，用于形成转速控制信号SC’；温度检测控制单元，根据环境温度产生温度控制信号；脉宽调制控制单元，用于产生用于控制电机运转的稳速控制信号；时序控制单元，包括时序逻辑控制电路、图腾驱动电路和信号提升电路；功率驱动单元，其主要由位于上半桥臂的三个P型VDMOS管和位于下半桥臂的三个N型VDMOS管组成；电源变换单元。本发明电机稳速控温器实现电机稳速精确控制的功能，同时满足了耐瞬态电压的要求，并克服了电源系统电压波动较大的恶劣环境。
文档编号H02P7/29GK102364869SQ20111033462
公开日2012年2月29日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者于春香, 尤广为, 王万一, 黄艳辉 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心