一种无刷直流电机调速装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于自动控制领域，具体涉及一种无刷直流电机(BLDC)调速系统。
【背景技术】
[0002]电气传动控制系统是以电动机为控制对象，以微处理器为控制核心，以电力电子功率开关管为执行机构，在自动控制理论指导下完成设计的。无刷直流电机具有机械磨损小，能量转换效率高，运行过程安全等显著特点。无刷直流电机集直流电机和交流电机的优点于一身，在近些年来广泛应用于家电、汽车、航天技术等领域。因此，设计一种无刷直流电机调速系统是非常必要的。现有的无刷直流电机调速系统功耗高，响应慢，工作效率低，且缺乏保护功能。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种效率高、能耗低的无刷直流电机调速装置。
[0004]为达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案:
[0005]包括上位机、主控制板、驱动板、电源模块以及安装于无刷直流电机上的用于反馈该无刷直流电机速度的霍尔传感器，所述主控制板上设置有微处理器，驱动板上设置有逆变电路以及用于将所述微处理器输出的PWM控制信号放大的驱动电路;所述驱动电路的输出端与逆变电路的输入端相连，逆变电路的输出端与所述无刷直流电机的电源接口相连，上位机的输出端以及所述霍尔传感器的输出端与所述微处理器的输入端相连，电源模块分别与所述微处理器以及所述驱动电路相连，所述微处理器采用STM32F103C8T6芯片为控制核心。
[0006]所述STM32F103C8T6芯片上设置有微处理器电源接口、串行接口、SWD接口、USB接口、霍尔信号输入口、PWM信号输出接口以及12位的ADC模块，微处理器电源接口与电源模块相连，串行接口、SWD接口或USB接口与上位机的输出端相连，霍尔信号输入口与所述霍尔传感器的输出端相连，PffM信号输出接口与所述驱动电路的输入端相连，12位的ADC模块与逆变电路的输出端相连。
[0007]所述无刷直流电机具体选用三相无刷直流电机。
[0008]所述逆变电路包括由irfz44功率开关管组成的逆变桥。
[0009]所述驱动电路包括IR2103S芯片。
[0010]所述电源模块包括相连的电源电路和电源转换电路，电源电路与所述驱动电路的电源接口相连，电源转换电路与微处理器电源接口相连。
[0011]所述电源电路包括相连的+15V稳压芯片和稳压器，+ 15V稳压芯片上设置有+24V电压接口，+15V稳压芯片与所述驱动电路的电源接口相连，稳压器与电源转换电路相连。
[0012]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0013]本实用新型的微处理器采用了STM32F103C8T6芯片为控制核心，该芯片稳定性好，执行速度快，因而可以提高装置的效率，同时STM32F103C8T6芯片内部有4种超低功耗模式，当芯片处于工作状态时，进入活动模式，所有系统时钟都活动，保证芯片的高效性；当芯片处于非工作状态时，根据实际情况会关闭一些不必要的系统时钟，从而保证系统的低功耗性。
[0014]进一步的，STM32F103C8T6芯片内部集成有12位的ADC模块，实现对模拟速度输入的采样和转化，实现良好的速度反馈。
[0015]进一步的，本实用新型支持多种上位机与下位机的通讯方式，在STM32F103C8T6芯片调试与开发方面可选择采用SWD的接口电路，这种接口与传统的TAGJ调试接口相比占用了更少的接口资源，且数据传输的效率上不逊于传统的JTAG调试接口。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型的总体结构示意图；
[0017]图中:I一微处理器，2—驱动电路，3—逆变电路，4一无刷直流电机，5—串行接口，6—SWD接口，7—USB接口，8—微处理器电源接口，9一 12位的ADC模块，10—电源电路，11 一电源转换电路，12—PffM信号输出接口，13—霍尔信号输入口。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图和实施例对本实用新型做详细说明。
[0019]参见图1，本实用新型所述无刷直流电机调速装置包括上位机(例如，以PC机作为上位机)、主控制板、驱动板、安装于无刷直流电机4上的多个霍尔传感器以及电源模块，主控制板上设有微处理器I，驱动板上设有驱动电路2和逆变电路3;霍尔传感器用于检测无刷直流电机4的位置，进行电机速度反馈，电源模块给微处理器I和驱动电路2供电，主控制板和驱动板是通过排线连接。上位机的输出端与微处理器I的输入端相连，霍尔传感器的输出端与微处理器I的输入端相连，微处理器I的输出端与驱动电路2的输入端相连，驱动电路2的输出端和逆变电路3的输入端相连，逆变电路3的输出端分别连接微处理器I的输入端和无刷直流电机4的电源接口，无刷直流电机4具体选用三相无刷直流电机。
[0020]微处理器I为ST公司的STM32F103C8T6芯片，驱动电路2上设有IR2103S芯片，逆变电路3设有6个irfz44功率开关管。STM32系列微处理器的最大特点就是稳定性好，工作温度一般在-40到85摄氏度，且执行速度快，用STM32系列微处理器来设计无刷直流电机的调速系统可以使控制系统更加稳定和高效，并且电机的响应更加快速和准确。本实用新型所采用的STM32F103C8T6芯片的晶振有两个，能够产生不同频率的系统时钟，这是微处理器I具有超低功耗性的一个重要原因。同时STM32F103C8T6芯片内部有4种超低功耗模式，当芯片处于工作状态时，进入活动模式，所有系统时钟都活动，保证芯片的高效性；当芯片处于非工作状态时，根据实际情况会关闭一些不必要的系统时钟，从而保证系统的低功耗性。[0021 ] STM32F103C8T6芯片上设有微处理器电源接口 8、串行接口 5、SWD接口 6、USB接口 7、霍尔信号输入口 13、P丽信号输出接口 12以及12位的ADC模块9，微处理器电源接口 8与电源模块相连，上位机通过串行接口 5、SWD接口 6或USB接口 7与微处理器I相连，上位机控制STM32F103C8T6芯片工作。其中，上位机的串口线可以通过串行接口 5，并经过MAX232芯片进行电压的调整以实现与STM32F103C8T6芯片的通信；SWD接口 7可以通过j-link仿真器与上位机相连。无刷直流电机4上具体装有三个霍尔传感器，霍尔传感器的输出端与霍尔信号输入口 13相连，这些霍尔传感器能够将检测到的无刷直流电机4的位置信号通过霍尔信号输入口 13输入到STM32F103C8T6芯片的捕获Zi比较单元进行计算，实现速度反馈，PWM信号输出接口 12与驱动电路2的输入端相连(具体为IR2013芯片的输入管脚与PffM信号输出接口 12相连接)，STM32F103C8T6芯片产生的控制信号(6路PffM波或PffM信号)通过PCB布线输入到驱动电路2中。驱动电路2的输出端与irfz44功率开关管组成的逆变桥相连接(连接在irfz44功率开关管的门极)，STM32F103C8T6芯片的控制信号经驱动电路2的放大后用来驱动irfz44功率开关管实现对无刷直流电机4的转速控制。
[0022]12位的ADC模块9实现对模拟速度输入的采样和转化，并与设定的速度参考值比较。根据比较结果，由STM32F103C8T6芯片产生的控制信号输入到驱动电路2中，来控制逆变电路3的逆变桥中六个irfz44功率开关管的开关，从而产生三相逆变电压(U、V、W)，此三相逆变电压互差120°，为无刷直流电机提供三相电压。同时，逆变电路3会给STM32F103C8T6芯片的12位的ADC模块9时刻反馈母线电压信号，当STM32F103C8T6芯片检测到有异常的信号时(过压、欠压信号)，就会封锁控制驱动逆变桥信号的产生，从而保护了逆变桥中的irfz44功率开关管和无刷直流电机不被烧毁。
[0023]电源模块包括相连的电源电路10和电源转换电路11，电源电路10与驱动电路2的电源接口相连，电源转换电路11与微处理器电源接口 8相连。电源电路10包括相连的+15V稳压芯片和稳压器，+15V稳压芯片上设有+24V电压接口，+15V稳压芯片与驱动电路2的电源接口相连，稳压器与电源转换电路11相连，电源转换电路11具体选择为稳压器。外界接入+24V电压经过+15V稳压芯片进行电压转换。+24V的电压作为母线电压，+ 15电压作为驱动电路的自举电压。同时+15V电压通过稳压器转换为+5V电压，+5V电压经过另一个稳压器能够将电压转换为+3.3V，然后从微处理器上的微处理器电源接口测试+3.3V电压是否稳定。微处理器电源接口用短路块连接才能使微处理器及其外围电路供电，这样就使微处理器I实现单板调试。
[0024]本实用新型中，霍尔传感器用于检测无刷直流电机的位置信号，而霍尔传感器与微处理器的输入端相连，因此微处理器能够对霍尔传感器发出的霍尔信号进行计算;然后通过控制相应的电子功率开关管使得电机中的绕组按照预期的方式轮流导通来驱动电机；同时，本实用新型所采用的驱动电路具有保护功能，驱动电路的输入端与微处理器的输出端相连，电源模块为驱动电路提供电源，因此，驱动电路的保护功能是当微处理器的控制信号出现异常时，与驱动电路相连的逆变电路就会给微处理器反馈异常信号，使微处理器产生中断信号，封锁驱动电路的输出。
[0025]本实用新型针对无刷直流电机的特点，整个调速系统的设计包括调节电机转速、母线过压和欠压的检测，从而使整个系统不会因为一些故障而损坏。此外，在设计该系统时，还考虑到电机控制系统的通用性，即该调速装置不仅可以用于无刷直流电机的控制，还可以用于永磁同步电机的控制。同时，在设计时还预留有一些端口，可以同时控制两个电机的转动。
[0026]本实用新型采用的电子元器件均为已知产品。
【主权项】
1.一种无刷直流电机调速装置，其特征在于:包括上位机、主控制板、驱动板、电源模块以及安装于无刷直流电机(4)上的用于反馈该无刷直流电机速度的霍尔传感器，所述主控制板上设置有微处理器(I)，驱动板上设置有逆变电路(3)以及用于将所述微处理器(I)输出的PWM控制信号放大的驱动电路(2);所述驱动电路(2)的输出端与逆变电路(3)的输入端相连，逆变电路(3)的输出端与所述无刷直流电机(4)的电源接口相连，上位机的输出端以及所述霍尔传感器的输出端与所述微处理器(I)的输入端相连，电源模块分别与所述微处理器(I)以及所述驱动电路(2)相连，所述微处理器(I)采用STM32F103C8T6芯片为控制核心。2.根据权利要求1所述一种无刷直流电机调速装置，其特征在于:所述STM32F103C8T6芯片上设置有微处理器电源接口( 8)、串行接口( 5)、SWD接口( 6)、USB接口( 7)、霍尔信号输入口(13)、P丽信号输出接口(12)以及12位的ADC模块(9)，微处理器电源接口(8)与电源模块相连，串行接口(5)、SWD接口(6)或USB接口(7)与上位机的输出端相连，霍尔信号输入口(13)与所述霍尔传感器的输出端相连，PffM信号输出接口( 12)与所述驱动电路(2)的输入端相连，12位的ADC模块(9)与逆变电路(3)的输出端相连。3.根据权利要求1所述一种无刷直流电机调速装置，其特征在于:所述无刷直流电机(4)具体选用三相无刷直流电机。4.根据权利要求1所述一种无刷直流电机调速装置，其特征在于:所述逆变电路(3)包括由irf z44功率开关管组成的逆变桥。5.根据权利要求1所述一种无刷直流电机调速装置，其特征在于:所述驱动电路(2)包括IR2103S芯片。6.根据权利要求1所述一种无刷直流电机调速装置，其特征在于:所述电源模块包括相连的电源电路(10)和电源转换电路(11)，电源电路(10)与所述驱动电路(2)的电源接口相连，电源转换电路(11)与微处理器电源接口(8)相连。7.根据权利要求6所述一种无刷直流电机调速装置，其特征在于:所述电源电路(10)包括相连的+15V稳压芯片和稳压器，+ 15V稳压芯片上设置有+24V电压接口，+ 15V稳压芯片与所述驱动电路(2)的电源接口相连，稳压器与电源转换电路(11)相连。
【专利摘要】本实用新型提供一种无刷直流电机调速装置：包括上位机、主控制板、驱动板、电源模块以及安装于无刷直流电机上的用于反馈该无刷直流电机速度的霍尔传感器，所述主控制板上设置有微处理器，驱动板上设置有逆变电路以及用于将所述微处理器输出的PWM控制信号放大的驱动电路；所述驱动电路的输出端与逆变电路的输入端相连，逆变电路的输出端与所述无刷直流电机的电源接口相连，上位机的输出端以及所述霍尔传感器的输出端与所述微处理器的输入端相连，电源模块分别与微处理器以及所述驱动电路相连，所述微处理器采用的STM32F103C8T6芯片稳定性好，执行速度快，因而可以提高装置的效率，且具有低功耗性。
【IPC分类】H02P6/08
【公开号】CN205385426
【申请号】CN201521070442
【发明人】林海, 刘照仑, 张泽莹, 姚盈盈, 杨飞, 石浩然, 周小强
【申请人】长安大学
【公开日】2016年7月13日
【申请日】2015年12月19日