专利名称：电机控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电子控制领域，尤其涉及一种电机控制器。
背景技术：
电动叉车由于具有无污染、低噪声等显著优点，随着近年来环保意识的增强，电动叉车快速发展，这就对电动叉车的控制器提出了更高的要求。在现有的无刷异步电机控制中，当电源电压过低时，其会引起过度放电造成对电池的损害；当叉车急速刹车时，加载电池两端的电机反向电动势过高，造成对功率管的损害或者被击穿；当叉车启动、或者随着负载的增加，流过功率管的电流会瞬间增加，或者随负载的增加而变大，当超过功率管的所能承受的最大电流时，会对功率管造成直接的损害；所以，由于人为原因或者是机械原因等， 造成电路出现故障，导致PWM输出异常时，会使电机失控，以及设备高速运转，如果不能及时停止PWM输出功能，必然会发生意外，会直接对人身安全造成威胁，以至于在生产生活中形成安全隐患等。所以对电动叉车控制器的可靠性和稳定性提出了更高的要求。可以理解的是，本部分的陈述仅仅提供与本实用新型相关的背景信息，可能构成或不构成所谓的现有技术。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中电机容易出现故障及失控的缺陷，提供一种可以安全有效的控制及保护电机的驱动和转动的电机控制器。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种电机控制器，其包括与电机信号接口电连接的用于控制电机的启停的功率管模块、与电源相连的用于进行脉宽调制以输出脉宽调制信号的脉宽调制电路、用于对所述脉宽调制信号进行隔离及封锁的光耦隔离封锁电路、及与所述光耦隔离封锁电路输出端相连的用于驱动所述功率管模块的推挽电路。在上述电机控制器中，所述光耦隔离封锁电路、推挽电路、及功率管模块均包括三路独立且相同的子模块；光耦隔离封锁电路的三个子模块的输入端均接脉宽调制电路的输出端，光耦隔离封锁电路的三个子模块的输出端分别接推挽电路的三个子模块的输入端，推挽电路的三个子模块的输出端分别接功率管模块的三个子模块的输入端，功率管模块的三个子模块的输出端均接电机信号接口。在上述电机控制器中，功率管模块的每个子模块均包括第一场效应管Q33、第二场效应管 Q44、电阻 R45、R46、R47、R48 及电容 C23、C24 ；第一场效应管Q33的栅极通过电阻R45接推挽电路的一个子模块的输出端，其源极与第二场效应管的漏极相连后接电机信号接口，其漏极接电源正极，电阻R46与电容C23并联后连接于推挽电路的输出端与第一场效应管Q33的源极之间，电阻R48与电容C24并联后连接于推挽电路的输出端与第二场效应管Q44的源极之间；第二场效应管Q44的源极接电源负极，其栅极通过电阻R47接推挽电路的输出端。在上述电机控制器中，所述第一场效应管及第二场效应管均为N沟道增强型MOSFET。在上述电机控制器中，所述光耦隔离封锁电路的每个子模块均包括光耦芯片IC6、IC7及电阻R12，且光耦芯片IC6的输入端通过电阻R12接光耦芯片IC7的输入端，光耦芯片IC6及芯片IC7的输出端接推挽电路的一个子模块的输入端。在上述电机控制器中，所述推挽电路的每个子模块均包括三极管Q5、Q6、Q7、Q8 ；二极管 D3、D4 ;电阻1 20、1 21、1 22、1 23、1 24、1 25 ； 其中，三极管Q5、Q6的基极均通过电阻R20与光耦隔离封锁电路的光耦芯片IC6的输出端相连，三极管Q7、Q8的基极均通过电阻R23与光耦隔离封锁电路的光耦芯片IC7的输出端相连，三极管Q6的集电极接光耦芯片IC6的电源脚，三极管Q8的集电极接光耦芯片IC7的电源脚，三极管Q5的发射极接二极管D3的阳极、二极管D3的阴极依次通过电阻R22、R21接三极管Q6的发射极，三极管Q5、Q7的集电极均接地，三极管Q7的发射极接二极管D4的阴极、二极管D4的阳极依次通过电阻R25、R24接三极管Q8的发射极，电阻R22与R21的连接点及电阻R25与R24的连接点作为推挽电路的每个子模块的输出端。在上述电机控制器中，还包括用于检测功率管模块的电流并在电流异常时对脉宽调制信号进行封锁的电流检测模块。在上述电机控制器中，所述电流检测模块包括单片机IC1C、电阻R7、R8、RS1、R40 ；单片机IClC的型号为MAX4372，单片机IClC的第8脚通过电阻RSl接所述电源、其第9脚通过电阻R7接5V电压且第9脚同时通过电阻R8接地、其第14脚通过电阻R40接单片机IClC的驱动电压，其第3脚接电源，其第12脚接地。在上述电机控制器中，还包括连接于电源与脉宽调制电路之间的用于检测电源电压的电压检测模块。在上述电机控制器中，还包括用于检测功率管模块的温度并在温度异常时对脉宽调制信号进行封锁的温度检测模块。本实用新型提供的电机控制器，其通过脉宽调制电路、结合光耦隔离封锁电路、推挽电路及功率管模块共同工作，可以克服PWM输出具有死区的特性，其可以实现只有输出的脉冲为一高一低的情况下才使得光耦导通进而让功率管导通，所以其可以防止功率管全部导通，从而有效的避免电机失控现象，因此，其可以有效的实现对电机的控制及保护。
图I为本实用新型提供的电机控制器的优选实施例的原理框图；图2为本实用新型提供的电机控制器的优选实施例的电路原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，
以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。参见图I及图2，其分别为本实用新型提供的电机控制器的优选实施例的原理框图及电路图。本实用新型提供的电机控制器包括与电机信号接口电连接的用于控制电机的启停的功率管模块、与电源相连的用于进行脉宽调制以输出脉宽调制信号的脉宽调制电路、用于对所述脉宽调制信号进行隔离及封锁的光耦隔离封锁电路、及与所述光耦隔离封锁电路输出端相连的用于驱动所述功率管模块的推挽电路。当功率管导通时，电机即开启运转，而光耦隔离封锁电路对脉宽调制电路输出的脉冲进行隔离及封锁，进而使得只有一高一低的脉冲才能使光耦导通，进而通过推挽电路驱动功率管导通。优选地，电机控制器还可增加以下电路的任意一个或两个或三个电压检测模块、电流检测模块、温度检测模块。电压检测模块连接于电源与脉宽调制电路之间，其用于检测电源电压，本实用新型提供的电机控制器主要用于异步电机，尤其涉及电动叉车的异步电机，其中，电源通常由电池提供，电压检测模块具有电池充电过充保护和电池过度放电保护功能；电流检测模块用于检测功率管模块的电流并在电流异常时对脉宽调制信号进行封锁；温度检测模块用于检测功率管模块的温度并在温度异常时对脉宽调制信号进行封锁，进而保护电机。下面结合图2所示优选实施例对本实用新型提供的电机控制器的电路结构及原理详细说明如下参见图2所示的电机控制器，其包括由单片机IC3及其外围电路构成的脉宽调制电路、与脉宽调制电路的输出端(即与IC3的脚5、6、7、8相连)依次相连的光耦隔离封锁电路、推挽电路、及功率管模块。在本实施例中，其针对的为三相电机，故光耦隔离封锁电路、推挽电路、及功率管模块均包括三路独立且相同的子模块，光耦隔离封锁电路的三个子模块的输入端均接脉宽调制电路的输出端，光耦隔离封锁电路的三个子模块的输出端分别接推挽电路的三个子模块的输入端，推挽电路的三个子模块的输出端分别接功率管模块的三个子模块的输入端，功率管模块的三个子模块的输出端均接电机信号接口，即功率管模块的三个输出端(U、V、W)接电机信号接口，三个端口对应三相电机的三个相位。光耦隔离封锁电路包括光耦IC4、光耦IC5、光耦IC6、光耦IC7、光耦IC8，光耦IC9和电阻R11、R12、R13。由于光耦隔离封锁电路、推挽电路、及功率管模块的每个子模块均相同且独立的依次相连，所以此处仅分别列举三者的一个子模块的电路结构。光耦隔离封锁电路的每个子模块均包括光耦芯片IC6、IC7及电阻R12，且光耦芯片IC6的输入端通过电阻R12接光耦芯片IC7的输入端，光耦芯片IC6及光耦芯片IC7的输出端接推挽电路的一个子模块的输入端。采用光耦芯片比普通的光耦具有更好的隔离作用，且其同时具有封锁的功能。使得只有输出的脉冲信号为一高一低的时候才能导通，能避免对功率管的损耗和电机故障产生的失控现象。推挽电路的每个子模块均包括三极管Q5、Q6、Q7、Q8 ;二极管D3、D4 ；电阻R20、R21、R22、R23、R24、R25 ;其中，三极管Q5、Q6的基极均通过电阻R20与光耦隔离封锁电路的光耦芯片IC6的输出端相连，三极管Q7、Q8的基极均通过电阻R23与光耦隔离封锁电路的光耦芯片IC7的输出端(即脚6)相连，三极管Q6的集电极接光耦芯片IC6的电源脚，三极管Q8的集电极接光耦芯片IC7的电源脚，三极管Q5的发射极接二极管D3的阳极、二极管D3的阴极依次通过电阻R22、R21接三极管Q6的发射极，三极管Q5、Q7的集电极均接地，三极管Q7的发射极接二极管D4的阴极、二极管D4的阳极依次通过电阻R25、R24接三极管Q8的发射极，电阻R22与R21的连接点及电阻R25与R24的连接点作为推挽电路的每个子模块的输出端，即端口 PWM3、PWM4。其中，三极管Q6及Q8为NPN型，三极管Q5及Q7为PNP型，即推挽电路里由NPN和PNP对管组成。而且，推挽电路能放大脉冲信号的电流及功率，其能驱动大功率的MOSFET，其能更好的驱动及保护功率管和电机。功率管模块的每个子模块均包括第一场效应管Q33、第二场效应管Q44、电阻R45、R46、R47、R48及电容C23、C24 ;第一场效应管Q33的栅极通过电阻R45接推挽电路的一个子模块的输出端，其源极与第二场效应 管的漏极相连后接电机信号接口，其漏极接电源正极，电阻R46与电容C23并联后连接于推挽电路的输出端与第一场效应管Q33的源极之间，电阻R48与电容C24并联后连接于推挽电路的输出端与第二场效应管Q44的源极之间；第二场效应管Q44的源极接电源负极，其栅极通过电阻R47接推挽电路的输出端。其中，第一场效应管及第二场效应管均可采用本领域其它的功率管替代。例如，功率管为N沟道增强型大功率M0SFET，在半桥驱动电路中，其包括单个桥壁，其由一个MOSFET组成或者单个桥壁由多个MOSFET并联组成，其为本领域所熟知的常规替换，此处不再赘述。优选地，上述电源为80V的直流电源。电机信号接口对应的电路主要包括IC10、IClU IC12、U5、D7、D8，以及电阻R32、R33、R34、R35、R36、R37，电容C7、C8、C9、CIO。电机信号接口的电路及脉宽调制电路均为本领域所熟知的现有技术，此处不再赘述。电流检测模块包括单片机IC1C、电阻R7、R8、RSU R40 ;单片机IClC可以为例如MAX4372，单片机MAX4372的第8脚通过电阻RSl接所述电源、其第9脚通过电阻R7接5V电压且第9脚同时通过电阻R8接地、其第14脚通过电阻R40接单片机IClC的驱动电压，其第3脚接电源，其第12脚接地。R40为上拉电阻，电阻R8、R9构成分压电路，提供过流参考电压；功率电阻RSl提供电流采样信号。所述电压检测模块主要是由单片机IClA的2脚、4脚和5脚构成的比较器，以及IClB的I脚、6脚和7脚构成的比较器，以及R1、R2、R3、R4、R5、R6、R38和R39构成。其中Rl的一端接电源电压正输入端(M+)，另外一端接ICl的4脚、7脚和电阻R2的一端，电阻R2的另外一端接地。电阻Rl、R2构成分压电路，提供电压采样信号；电阻R3、R4构成分压电路，提供过压参考电压；电阻R5、R6构成分压电路，提供欠压参考电压；R38、R39为上拉电阻。所述温度检测模块主要由单片机IClD的10脚、11脚、13脚组成的比较器，以及R9、RIO、R41构成。其中R9的一端接+5V电源，另外一端接IClD的11脚和电阻RlO的一端，电阻RlO的另外一端接地。IClD的10脚接温度传感器信号，R41为上拉电阻。其通过温度传感器检测到功率管的温度，当温度异常时，脉宽调制电路即输出相应的脉冲以封锁保护功率管及电机，即通过对脉宽调制信号进行封锁以控制保护电机的转动。综上所述，本实用新型提供的电机控制器具有光耦隔离和故障封锁的功能，其避免了对功率管的损耗和电机故障产生的失控现象，从而实现对异步电机有效的控制和保护；推挽电路亦增强了功率管的驱动能力，从而还能实现对大功率异步电机的驱动。其能有效防止电机失控，能保证控制器的可靠性和稳定性，其能广泛的应用于例如电动叉车等产品上。在本说明书的描述中，参考术语“ 一个实施例”、“ 一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.ー种电机控制器,其特征在于,包括与电机信号接ロ电连接的用于控制电机的启停的功率管模块、与电源相连的用于进行脉宽调制以输出脉宽调制信号的脉宽调制电路、用于对所述脉宽调制信号进行隔离及封锁的光耦隔离封锁电路、及与所述光耦隔离封锁电路输出端相连的用于驱动所述功率管模块的推挽电路。
2.如权利要求I所述的电机控制器，其特征在于，所述光耦隔离封锁电路、推挽电路、及功率管模块均包括三路独立且相同的子模块； 光耦隔离封锁电路的三个子模块的输入端均接脉宽调制电路的输出端，光耦隔离封锁电路的三个子模块的输出端分别接推挽电路的三个子模块的输入端，推挽电路的三个子模块的输出端分别接功率管模块的三个子模块的输入端，功率管模块的三个子模块的输出端均接电机信号接ロ。
3.如权利要求2所述的电机控制器，其特征在于，功率管模块的每个子模块均包括第一场效应管Q33、第二场效应管Q44、电阻R45、R46、R47、R48及电容C23、C24 ； 第一场效应管Q33的栅极通过电阻R45接推挽电路的一个子模块的输出端，其源极与第二场效应管的漏极相连后接电机信号接ロ，其漏极接电源正扱，电阻R46与电容C23并联后连接于推挽电路的输出端与第一场效应管Q33的源极之间，电阻R48与电容C24并联后连接于推挽电路的输出端与第二场效应管Q44的源极之间；第二场效应管Q44的源极接电源负极，其栅极通过电阻R47接推挽电路的输出端。
4.如权利要求3所述的电机控制器，其特征在于，所述第一场效应管及第ニ场效应管均为N沟道增强型MOSFET。
5.如权利要求2所述的电机控制器，其特征在于，所述光耦隔离封锁电路的每个子模块均包括光耦芯片IC6、IC7及电阻R12，且光耦芯片IC6的输入端通过电阻R12接光耦芯片IC7的输入端，光耦芯片IC6及芯片IC7的输出端接推挽电路的一个子模块的输入端。
6.如权利要求5所述的电机控制器，其特征在于，所述推挽电路的每个子模块均包括三极管 Q5、Q6、Q7、Q8 ;ニ极管 D3、D4 ;电阻 R20、R21、R22、R23、R24、R25 ； 其中，三极管Q5、Q6的基极均通过电阻R20与光耦隔离封锁电路的光耦芯片IC6的输出端相连，三极管Q7、Q8的基极均通过电阻R23与光耦隔离封锁电路的光耦芯片IC7的输出端相连，三极管Q6的集电极接光耦芯片IC6的电源脚，三极管Q8的集电极接光耦芯片IC7的电源脚，三极管Q5的发射极接ニ极管D3的阳极、ニ极管D3的阴极依次通过电阻R22、R21接三极管Q6的发射极，三极管Q5、Q7的集电极均接地，三极管Q7的发射极接ニ极管D4的阴极、ニ极管D4的阳极依次通过电阻R25、R24接三极管Q8的发射扱，电阻R22与R21的连接点及电阻R25与R24的连接点作为推挽电路的每个子模块的输出端。
7.如权利要求6所述的电机控制器，其特征在于，还包括用于检测功率管模块的电流并在电流异常时对脉宽调制信号进行封锁的电流检测模块。
8.如权利要求7所述的电机控制器，其特征在于，所述电流检测模块包括单片机IC1C、电阻 R7、R8、RS1、R40 ； 单片机IClC的型号为MAX4372，单片机IClC的第8脚通过电阻RSl接所述电源、其第9脚通过电阻R7接5V电压且第9脚同时通过电阻R8接地、其第14脚通过电阻R40接单片机IClC的驱动电压，其第3脚接电源，其第12脚接地。
9.如权利要求I至8中任一项所述的电机控制器，其特征在于，还包括连接于电源与脉宽调制电路之间的用于检测电源电压的电压检测模块。
10.如权利要求I至8中 任一项所述的电机控制器，其特征在于，还包括用于检测功率管模块的温度并在温度异常时对脉宽调制信号进行封锁的温度检测模块。
专利摘要本实用新型提供了一种电机控制器，其包括与电机信号接口电连接的用于控制电机的启停的功率管模块、与电源相连的用于进行脉宽调制以输出脉宽调制信号的脉宽调制电路、用于对所述脉宽调制信号进行隔离及封锁的光耦隔离封锁电路、及与所述光耦隔离封锁电路输出端相连的用于驱动所述功率管模块的推挽电路。其避免了对功率管的损耗和电机故障产生的失控现象，从而实现对电机有效的驱动控制和保护。
文档编号H02H7/08GK202424596SQ201120553020
公开日2012年9月5日 申请日期2011年12月27日 优先权日2011年12月27日
发明者宋有龙, 杨俊杰, 范文华, 陶孝收 申请人:比亚迪股份有限公司