PWM调制电路及直流无刷电机控制器的制作方法

本实用新型实施例涉及电机控制技术技术，尤其涉及一种PWM调制电路及直流无刷电机控制器。

背景技术：

常规直流无刷电机调速是通过滑动变阻器调节输出到电机VSP电压来实现无极调速，该方案成本低且可靠性较高。但随着直流电机调速需求的不断提升，目前市面上开始出现采用PWM占空比调速的直流无刷电机，现有的上位机无法满足需求。

目前，PWM占空比调速的直流无刷电机常用调速方式是采用单片机并进行软件编程实现可调占空比输出，该方案中的单片机价格较贵。因此，现有技术所存在的缺陷是，PWM调速电路及直流无刷电机控制器制造成本较高。

技术实现要素：

本实用新型实施例提出一种PWM调制电路及直流无刷电机控制器，以有效降低PWM调制电路及直流无刷电机控制器的制造成本。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种PWM调制电路，包括：

锯齿波生成模块，用于生成锯齿波；

PWM调速信号生成模块，与锯齿波生成模块连接，接收锯齿波，用于根据锯齿波生成PWM调速信号，PWM调速信号的占空比可调。

上述PWM调制电路中，可选地，PWM调速信号生成模块包括：

第一比较器和第一参考电压电路，第一参考电压电路用于提供第一参考电压，第一比较器的第一输入端与第一参考电压电路电连接，用于接收第一参考电压，第一比较器的第二输入端与锯齿波生成模块电连接，用于接收锯齿波信号，第一比较器根据第一参考电压的变化输出不同占空比的PWM调速信号。

上述PWM调制电路中，可选地，第一参考电压电路包括：

电源和第一可变电阻器，第一可变电阻器的第一端与电源电连接，第一可变电阻器的第二端接地，第一可变电阻器的第三端输出所述第一参考电压。

上述PWM调制电路中，可选地，PWM调速信号生成模块还包括：第一电阻和第二电阻，第一比较器的第一输入端为正输入端，第一电阻的第一端与第一比较器的输出端电连接，第一电阻的第二端与第一比较器的第一输入端电连接，第二电阻的第一端与第一电阻的第二端电连接，第二电阻的第二端与锯齿波生成模块电连接，用于接收锯齿波信号。

上述PWM调制电路中，可选地，锯齿波生成模块包括：

第二参考电压电路、第二比较器和积分运算电路，第二参考电压电路用于提供第二参考电压，第二比较器的第一输入端与第二参考电压电路电连接，用于接收第二参考电压，第二比较器的第二输入端与积分运算电路的输出端电连接，第二比较器的输出端与积分运算电路的输入端电连接，积分运算电路的输出端与PWM调速信号生成模块电连接，输出所述锯齿波。

上述PWM调制电路中，可选地，锯齿波生成模块还包括：

第三电阻和第四电阻，第二比较器的第一输入端为正输入端，第三电阻的第一端与第二比较器的第一输入端电连接，第三电阻的第二端与第二比较器的输出端电连接；第四电阻的第一端与第三电阻的第一端电连接，第四电阻的第二端与第二参考电压电路电连接，用于接收第二参考电压。

上述PWM调制电路中，可选地，第三电阻和/或第四电阻为可变电阻器。

上述PWM调制电路中，可选地，积分运算电路包括：反相积分电路，反相积分电路包括第一运放、第一电容和第五电阻，第一电容的第一端与第一运放的输出端电连接，第一电容的第二端与第一运放的反相输入端电连接，第五电阻的第一端与第一运放的反相输入端电连接，第五电阻的第二端与第二比较器的输出端电连接，第一运放的同相输入端与第二参考电压电路电连接，用于接收第二参考电压，第一运放的输出端与PWM调速信号生成模块电连接，输出所述锯齿波。

上述PWM调制电路中，可选地，积分运算电路包括：同相积分电路，同相积分电路包括第二运放、第二电容和第六电阻，第二电容的第一端与第二运放的输出端电连接，第二电容的第二端与第二运放的反相输入端电连接，第六电阻的第一端与第二运放的反相输入端电连接，第六电阻的第二端与第二参考电压电路电连接，用于接收第二参考电压，第二运放的同相输入端与第二比较器的输出端电连接，第二运放的输出端与PWM调速信号生成模块电连接，输出所述锯齿波。

上述PWM调制电路中，可选地，积分运算电路包括：RC积分电路，RC 积分运算电路包括第三电容和第七电阻，第三电容的一端接地，另一端与第七电阻的第一端电连接，第七电阻的第二端与第二比较器的输出端电连接，第七电阻的第一端与PWM调速信号生成模块电连接，输出所述锯齿波。

上述PWM调制电路中，可选地，第一电容容值和/或第五电阻阻值可调节。

上述PWM调制电路中，可选地，第二电容容值和/或第六电阻阻值可调节。

上述PWM调制电路中，可选地，第三电容容值和/或第七电阻阻值可调节。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种直流无刷电机控制器，包括上述 PWM调制电路，还包括整流滤波电路和开关电源，整流滤波电路用于将交流电整流滤波成为直流电，提供直流无刷电机的母线电压和开关电源的电压，开关电源与整流滤波电路和PWM调制电路连接，用于向PWM调制电路提供直流电压。

本实用新型实施例提供的技术方案中，由于没有采用价格较高且需要编程的单片机电路实现，而是采用了价格较低的电阻、电容以及运放等常用器件，有效降低PWM调制电路及直流无刷电机控制器的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对本实用新型实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本实用新型实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例一提供的PWM调制电路的电路示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的积分运算电路为反相积分电路的PWM 调制电路的电路示意图；

图3是本实用新型实施例二提供的积分运算电路为同相积分电路的PWM 调制电路的电路示意图；

图4是本实用新型实施例二提供的积分运算电路为RC积分电路的PWM调制电路的电路示意图；

图5是本实用新型实施例三提供的PWM调制电路的电路示意图；

图6(a)是本实用新型实施例三提供的u1o仿真波形示意图；

图6(b)是本实用新型实施例三提供的u2o仿真波形示意图；

图6(c)是本实用新型实施例三提供的u3o仿真波形示意图；

图7是本实用新型实施例四提供的直流无刷电机控制器电路示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

实施例一

本实用新型实施例提供了一种PWM调制电路，请参考图1，其是本实用新型实施例一提供的一种PWM调制电路示意图。

本实施例提供了一种PWM调制电路，可以包括：锯齿波生成模块11，用于生成锯齿波；PWM调速信号生成模块12，与锯齿波生成模块11连接，接收锯齿波，用于根据锯齿波生成PWM调速信号，PWM调速信号的占空比可调。

具体地，锯齿波生成模块可以由比较器和积分电路构成，也可以由D/A转换电路构成，还可以由其他电路构成。PWM调速信号生成模块可以由比较器构成，也可以由迟滞比较器电路构成，还可以由其他电路构成。

实施例二

本实用新型实施例提供了三种PWM调制电路，请参考图2，图3和图4，其分别是本实用新型实施例二提供的三种不同的PWM调制电路的电路示意图。

上述PWM调制电路中，可选地，PWM调速信号生成模块12可以包括：第一比较器122和第一参考电压电路121，第一参考电压电路121用于提供第一参考电压，第一比较器122的第一输入端与第一参考电压电路121电连接，用于接收第一参考电压，第一比较器122的第二输入端与锯齿波生成模块11电连接，用于接收锯齿波信号，第一比较器122根据第一参考电压的变化输出不同占空比的PWM调速信号。

具体地，第一比较器可以由运放构成，第一参考电压电路可以是由电阻构成的分压电路，也可以是由可变电阻器构成的分压电路。第一比较器的第一输入端可以是图2中的运放U3的同相输入端，也可以是图4中运放U3的反相输入端。同理，第一比较器的第二输入端可以是运放U3的同相输入端或反相输入端。运放的同相输入端和反相输入端可以交换，增加了电路设计的灵活性，同时也减少了错误设计的产生。

上述PWM调制电路中，可选地，第一参考电压电路121包括：电源和第一可变电阻器RP1，第一可变电阻器RP1的第一端与电源电连接，第一可变电阻器RP1的第二端接地，第一可变电阻器RP1的第三端输出所述第一参考电压。通过调节第一可变电阻器RP1可以调节第一参考电压的大小，进而达到调整 PWM调速信号占空比的效果。可变电阻器为常用器件，价格便宜且有插件、贴片等多种封装可供选择，降低了PWM调制电路的成本且增加了设计的灵活性。上述PWM调制电路中，可选地，如图3所示，PWM调速信号生成模块12还可以包括：第一电阻R9和第二电阻R8，第一比较器122的第一输入端为正输入端，第一电阻R9的第一端与第一比较器122的输出端电连接，第一电阻R9 的第二端与第一比较器122的第一输入端电连接，第二电阻R8的第一端与第一电阻的第二端电连接，第二电阻R8的第二端与锯齿波生成模块电连接，用于接收锯齿波信号。同样地，第二电阻R8的第二端也可以与第一参考电压电路连接，用于接收第一参考电压。增加了第一电阻R9和第二电阻R8，使得比较器电路引入了正反馈，变成了迟滞比较器，提高了电路的抗干扰性能。

上述PWM调制电路中，可选地，锯齿波生成模块11可以包括：第二参考电压电路111、第二比较器112和积分运算电路113，第二参考电压电路111用于提供第二参考电压，第二比较器112的第一输入端与第二参考电压电路111 电连接，用于接收第二参考电压，第二比较器112的第二输入端与积分运算电路113的输出端电连接，第二比较器112的输出端与积分运算电路113的输入端电连接，积分运算电路113的输出端与PWM调速信号生成模块12电连接，输出所述锯齿波。

具体地，第二参考电压电路可以由分压电路构成。积分运算电路可以是反相积分电路，也可以是同相积分电路，还可以是RC积分电路，还可以是RC积分电路和运放一起构成的积分电路以及其他积分电路。

第二比较器可以根据上述积分运算电路的不同类型，选取同相比较器或者反相比较器。

示例性的，参考图2，图2是本实施例提供的一种积分运算电路为反相积分电路的PWM调制电路的电路示意图。由图2可以看出，第二比较器为同相比较器，第二比较器112的负输入端与第二参考电压电路111电连接，用于接收第二参考电压，第二比较器112的正输入端与反相积分电路113的输出端电连接，第二比较器112的输出端与反相积分电路113的负输入端电连接，反相积分电路113的正输入端与第二参考电压电路111电连接，用于接收第二参考电压，反相积分电路113的输出端与PWM调速信号生成模块12电连接，输出所述锯齿波。

参考图3，图3是本实施例提供的一种PWM调制电路中积分运算电路为同相积分电路的电路示意图。由图3可以看出，第二比较器为反相迟滞比较器，可以由运放U1、电阻R3和电阻R5构成，电阻R3的第一端与第二比较器的正输入端电连接，电阻R3的第二端与第二比较器的输出端电连接；电阻R5的第一端与电阻R3的第一端电连接，电阻R5的第二端与第二参考电压电路111连接，用于接收第二参考电压。第二比较器112的负输入端与同相积分电路113 的输出端电连接，第二比较器112的输出端与同相积分电路113的正输入端电连接，同相积分电路113的负输入端与第二参考电压电路111电连接，用于接收第二参考电压，同相积分电路113的输出端与PWM调速信号生成模块12电连接，输出所述锯齿波。

参考图4，图4是本实施例提供的中PWM调制电路中积分运算电路为RC 积分电路的电路示意图。由图4可以看出，第二比较器为反相比较器，第二比较器112的正输入端与第二参考电压电路111电连接，用于接收第二参考电压，第二比较器112的负输入端与RC积分电路113的输出端电连接，第二比较器 112的输出端与RC积分电路113的输入端电连接，RC积分电路113的输出端与PWM调速信号生成模块12电连接，输出所述锯齿波。

第二比较器和积分运算电路均由运放以及电阻等器件构成，运放和电阻均为通用器件，价格低易于采购，降低了PWM调制电路的生产成本。

上述PWM调制电路中，可选地，如图3所示，锯齿波生成模块11还包括：第三电阻R3和第四电阻R5，第二比较器112的第一输入端为正输入端，第三电阻R3的第一端与第二比较器的第一输入端电连接，第三电阻R3的第二端与第二比较器的输出端电连接；第四电阻R5的第一端与第三电阻R3的第一端电连接，第四电阻R5的第二端与第二参考电压电路111连接，用于接收第二参考电压。同样地，第四电阻R5的第二端也可以与积分运算电路113的输出端电连接，第二比较器112的负输入端与第二参考电压电路111电连接，用于接收第二参考电压。同样地，图2和图4中也可以增加前述电路。增加了第三电阻R3 和第四电阻R5，使得比较器电路引入了正反馈，变成了迟滞比较器，提高了电路的抗干扰性能。

上述PWM调制电路中，可选地，第三电阻和/或第四电阻可以为可变电阻器。第三电阻、第四电阻或者第三电阻和第四电阻可以是可变电阻器，通过调节可变电阻器就可以调节锯齿波的频率，增加了PWM调制电路的频率可调特性。

上述PWM调制电路中，可选地，如图2所示，积分运算电路123可以包括：反相积分电路，反相积分电路可以包括第一运放U2、第一电容C1和第五电阻R7，第一电容C1的第一端与第一运放U2的输出端电连接，第一电容C1 的第二端与第一运放U2的反相输入端电连接，第五电阻R7的第一端与第一运放U1的反相输入端电连接，第五电阻R7的第二端与第二比较器112的输出端电连接，第一运放U2的同相输入端与第二参考电压电路111电连接，用于接收第二参考电压，第一运放U2的输出端与PWM调速信号生成模块12电连接，输出所述锯齿波。积分运算电路123可以采用反相积分电路，增加了电路设计的灵活性。

上述PWM调制电路中，可选地，如图3所示，积分运算电路123可以包括：同相积分电路，同相积分电路包括第二运放U2、第二电容C1和第六电阻 R7，第二电容C1的第一端与第二运放U2的输出端电连接，第二电容C1的第二端与第二运放U2的反相输入端电连接，第六电阻R7的第一端与第二运放 U2的反相输入端电连接，第六电阻R7的第二端与第二参考电压电路111电连接，用于接收第二参考电压，第二运放U2的同相输入端与第二比较器112的输出端电连接，第二运放U2的输出端与PWM调速信号生成模块12电连接，输出所述锯齿波。积分运算电路123可以采用同相积分电路，增加了电路设计的灵活性。

上述PWM调制电路中，可选地，如图4所示，积分运算电路123可以包括：RC积分电路，RC积分运算电路可以包括第三电容C1和第七电阻R7，第三电容C1的一端接地，另一端与第七电阻R7的第一端电连接，第七电阻R7 的第二端与第二比较器112的输出端电连接，第七电阻R7的第一端与PWM调速信号生成模块12电连接，输出所述锯齿波。积分运算电路123可以采用RC 积分电路，增加了电路设计的灵活性。

上述PWM调制电路中，可选地，第一电容容值和/或第五电阻阻值可调节。第一电容的容值、第五电阻的阻值或者第一电容的容值和第五电阻的阻值是可以调节的，即为可变电容或可变电阻。通过调节可变电阻或可变电容就可以调节锯齿波的频率，增加了PWM调制电路的频率可调特性。

上述PWM调制电路中，可选地，第二电容容值和/或第六电阻阻值可调节。第二电容的容值、第六电阻的阻值或者第二电容的容值和第六电阻的阻值是可以调节的，即为可变电容或可变电阻。通过调节可变电阻或可变电容就可以调节锯齿波的频率，增加了PWM调制电路的频率可调特性。

上述PWM调制电路中，可选地，第三电容容值和/或第七电阻阻值可调节。第三电容的容值、第七电阻的阻值或者第三电容的容值和第七电阻的阻值是可以调节的，即为可变电容或可变电阻。通过调节可变电阻或可变电容就可以调节锯齿波的频率，增加了PWM调制电路的频率可调特性。

实施例三

在上述实用新型实施例的基础上，本实用新型实施例提供了一种PWM调制电路，请参考图5，其是本实用新型实施例三提供的一种PWM调制电路示意图。与图2相比，增加了电阻R3、R4、R5和R6。其中，R3、R5和第二比较器一起构成同相迟滞比较器，R6为上拉电阻。R1、R2、R3、R5、R7、C1中任意一个或多个的值可变，以实现调整输出锯齿波频率的目的。其原理如下：

关于运放U1，根据运放虚短虚断原理可得：

U1+≈U1-＝Vref，I1+＝I1-≈0 式(1)

由式(1)可得：

由式(2)可得：

由于u1o为固定幅值的高低电平信号，理想情况下，高电平为电源VCC，低电平为0，可分别求出U1的上下门限电压：

上门限：

下门限：

关于运放U2，根据运放虚短虚断原理可得：

U2+≈U2-＝Vref，I2+＝I2-≈0 式(4)

由式(4)可得：

设t＝0时接通电源，有u1o为低电平信号，则u1o经R7向C1充电，使输出电压u2o按线性规律增长。当u2o上升到U1的上门限电压V1_IH时，使得运放U1输出u1o由低电平向高电平跳变，同时门限电压下跳到V1_IL值，此后u1o 为高电平经R7反向向C1充电，u2o下降，当下降到门限电压V1IL时，运放 U1输出u1o又从高电平向低电平跳变，由此周而复始，产生震荡，根据U1的上下门限电压以及式(5)可算出震荡周期：通过调节R1、R2、R3、R5、R7、C1中任意一个或多个的值，就可以调节振荡周期，也就可以调节锯齿波的频率。增加了电阻R4，可以减小负载引起的振荡，增加了上拉电阻R6，可以抬高u3o的输出高点平，也就是PWM调制电路的输出高电平。

为了更加清晰了解电路的工作过程，搭建仿真模型，仿真参数如下， Vcc＝15V，R1＝6kΩ，R2＝6kΩ，R3＝4.7kΩ，R4＝1kΩ，R5＝5.1KΩ，R6＝10K Ω，C1＝470nf，R7＝5.3kΩ和RP1(阻值设为4.5k)为10KΩ可调电阻。u1o的仿真波形如图6(a)所示，u2o的仿真波形如图6(b)所示，u3o的仿真波形如图6(c) 所示。

实施例四

本实用新型实施例提供了一种直流无刷电机控制器，请参考图7，其是本实用新型实施例四提供的一种直流无刷电机控制器电路示意图。

一种直流无刷电机控制器，包括上述PWM调制电路1，还包括整流滤波电路3和开关电源2，整流滤波电路3用于将交流电整流滤波成为直流电，提供直流无刷电机的母线电压和开关电源2的电压，开关电源2与整流滤波电路3 和PWM调制电路1连接，用于向PWM调制电路1提供直流电压。

本实用新型实施例提供的技术方案中，由于没有采用价格较高且需要编程的单片机电路实现，而是采用了价格较低的电阻、电容以及运放等常用器件，有效降低PWM调制电路及直流无刷电机控制器的制造成本。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。