无刷无霍尔电机驱动电路及控制方法

文档序号:9566736阅读:6282来源:国知局
无刷无霍尔电机驱动电路及控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无刷电机控制技术领域,尤其是设及一种结构简单,控制更精确,加速 更快的无刷无霍尔电机驱动电路及控制方法。
【背景技术】
[0002] 随着视听产品"小、轻、薄"化和家电产品的静音化W及豪华型轿车需求量增多,无 刷直流电动机需要量迅速增加。无刷直流电机用电子换向替代了电刷和换向器,具有高可 靠、高效率、寿命长、调速方便的优点。
[0003] 带霍尔传感器的无刷电机存在霍尔传感器容易损坏,接线数量较多,不能适应高 溫或潮湿环境,整机成本较高的缺点。
[0004] 中国专利授权公开号尤肥036750191],授权公开日2014年6月25日,公开了一种 无刷电机驱动电路,包括单片机、无刷电机驱动板W及与无刷电机驱动板相连的无刷电机, 还包括与单片机和无刷电机驱动板相连的无刷电机调速控制电路、无刷电机正反转控制电 路W及无刷电机供电电路,所述的无刷电机调速控制电路是将脉冲宽度调制信号转化成连 续变化电压信号的输出电路;无刷电机正反转控制电路利用单片机控制电路通断,实现电 机的正转和反转换向功能;无刷电机供电电路利用单片机控制电路通断,经过=极管和两 级MOS管推动供电电路的通断功能。该发明的不足之处是,不能适应高溫或潮湿环境,整机 成本较高。

【发明内容】
阳0化]本发明的发明目的是为了克服现有技术中的驱动装置的不能适应高溫或潮湿环 境,整机成本较高的不足,提供了一种结构简单,控制更精确,加速更快的无刷无霍尔电机 驱动电路及控制方法。
[0006] 为了实现上述目的,本发明采用W下技术方案:
[0007] 一种无刷无霍尔电机驱动电路,包括单片机,两个按键,与所述无刷电机连接的= 相电路,与立相电路电连接的电流检测电路,与电机内部电路连接的反电动势检测电路;单 片机、S相电路和电机内部电路依次电连接,反电动势检测电路的输出端、电流检测电路的 输出端和2个按键均与单片机电连接。
[0008] 存储器用于存储预先设定的波形周期逐渐减小的PWM变加速波和波形周期恒定 的PWM稳定波,电机磁极对数P,电机目标转速n,与目标转速相对应的周期to,换相时序表 和电流阔值Il;
[0009] 电流检测电路用于电机的电流检测,单片机用于控制电机加速、稳定运行及进行 力矩过小报警,提高了电机的可靠性和稳定性。
[0010] 本发明采用反电动势检测电路测量反电动势,结构简单,计算方便,节约了硬件成 本,采用过零即换相的方法控制电机加速及稳定运行,不需要等待30度角再换相,使得电 机运行控制更精确,加速更快,在换相计算中采用了迭代优化算法,降低了反电动势误差, 提高了换相的角度精度,保证了换相的精确和稳定性。
[0011] 本发明的电路简洁,可通过修改程序使得电机适应不同的应用场合,便于产品的 升级换代;能够自行检测和判断电机运行的故障,自行修复部分非硬件损坏的故障,对于无 法修复的故障能够及时停机并告知操作人员;保证了电机的可靠控制,延长了电机的使用 寿命,有利于生产商对产品进一步优化。
[0012] 因此,本发明具有电路简洁、便于升级,能够迅速而稳定的启动电机,全程监控电 机从启动到停止的整个过程,电机转速高,运行稳定,能够自行检测和判断电机运行的故 障,自行修复部分非硬件损坏的故障,对于无法修复的故障能够及时停机并告知操作人员; 保证了电机的可靠控制,延长了电机的使用寿命的特点。
[0013] 作为优选,所述反电动势检测电路包括6个电阻化和3个用于滤除高频分量的电 容化;其中,3个电阻化一端分别与电机内部电路的A、B和C相电连接,另一端均与单片机 的一个引脚电连接;另外3个电阻化一端分别与电机内部电路的A、B和C相电连接,另一 端分别与单片机的3个引脚电连接;3个电容化一端均与电机内部电路的A、B和C相电连 接,3个电容化另一端均接地。
[0014] 作为优选,所述电流检测电路包括电阻R9、电阻R10、电阻Rll和电阻R12,电容C2 和电容C3,放大器D2 ;电阻R9 -端与=相电路电连接,电阻R9另一端分别与放大器D2的 同相输入端、电阻Rll-端、电容C2 -端、电阻R12 -端和电容C3 -端电连接,电阻RlO- 端接3V电压,电阻RlO另一端与放大器D2的反相输入端电连接,电阻Rll另一端和电容C2 另一端均接0. 3V电压,电阻R12另一端和电容C3另一端均与放大器D2的输出端电连接, 放大器D2的输出端与单片机电连接。
[0015] 作为优选,还包括电阻R14和放大器D3 ;放大器D2的输出端与放大器D3的反向 相输入端电连接,放大器D3的同相输入端与1.6V电压连接,放大器D3的输出端与单片机 电连接。
[0016] 单片机读取放大器D3输出的电平值,当放大器D3输出的电平值为0时,单片机禁 止PWM变加速波及PWM稳定波输出,显示器显示电机过流;同时单片机控制报警器报警;
[0017] 当放大器D3输出的电平值为1时,表明电机电流正常。
[0018] 作为优选,所述=相电路包括6个场效应管,电阻R13,电容C4和电容巧;6个场效 应管分别为场效应管Ml、场效应管M2、场效应管M3、场效应管M4、场效应管M5和场效应管 M6 ;6个场效应管均与无刷电机电连接,场效应管M2、场效应管M4和场效应管M6均通过电 阻R13接地,电容C4和电容巧一端均与场效应管Ml、场效应管M3和场效应管M5电连接, 电容C4和电容巧另一端接地。
[0019] 作为优选,单片机的型号为89巧2。
[0020] 一种无刷无霍尔电机驱动电路的控制方法,包括如下步骤:
[0021] 化-1)电机启动
[0022] 存储器中设有波形周期逐渐减小的PWM变加速波和波形周期恒定的PWM稳定波, 电机磁极对数P,电机目标转速n,与目标转速相对应的周期to,其中
PWM变加速 波和PWM稳定波的波形均与6个依次排列的相位导通状态相对应;存储器中设有过流阔值Il;两个按键分别为启动按键和关闭按键; 阳02引所述PWM变加速波和PWM稳定波的相位导通状态依次为AB相导通、AC相导通、BC相导通、BA相导通、CA相导通和CB相导通,AB相导通、AC相导通、BC相导通、BA相导通、CA 相导通和CB相导通分别与电机转子的转角0至60。、60°至120°、120°至180°、180° 至240°、240°至300°、300°至360°依次相对应;
[0024] (6-2)过流检测
[0025] 按下启动按键,单片机向=相电路输出PWM变加速波,电机逐渐加速,单片机读取 电流检测电路检测的电流Ic;
[0026] 当Ic>II,单片机禁止PWM变加速波输出,显示器显示电机过流;同时单片机控 制报警器报警;
[0027] 当Ic《II,表明启动电流在适合运行范围内,单片机允许PWM变加速波继续输 出;
[0028] (6-3)电机稳定加速
[0029] (6-3-1)单片机每隔时间Tl循环读取反电动势检测电路检测的反电动势Vy和S 相分电压UA2、UB2和UC2 ;
[0030] 对于每次读取的反电动势Vy和S相分电压UA2、UB2和UC2均进行如下处理:
[0031] 单片机根据当前的PWM变加速波获知当前导通的相位;
[0032] 当AB相或BA相导通时,单片机利用公式 阳〇3引IAE」=Vy+UA2+UB2-2UC2计算反电动势差的绝对值IAE」;
[0034] 当CB相或BC相导通时,单片机利用公式 阳0对 IAEaI=Vy+UC2+UB2-2UA2计算反电动势差的绝对值IAEaI;
[0036] 当AC相或CA相导通时,单片机利用公式IAEbI=Vy+UC2+UA2-2UB2计算反电动 势差的绝对值IAEbI;
[0037] (6-3-2)单片机利用公式
计算每个时刻bi的换相角a,当 aG[Al,A2]时,单片机控制输出的PWM变加速波换相;单片机将每次换相的bi时刻存储 到存储器中; 阳03引其中,k为设定的常数,CO与bi时刻的PWM变加速波的频率成正比;IAExI为AEaI、IAEbI或IAE」,Al,A2为设定的换相角度范围上、下限值;
[0039] (6-4)电机的稳定运行 W40] 单片机读取连续7次换相的时刻bii,bi2.. .,bi7,利用公式t' =bi7-bii计算当前 的周期t',当t'《t。,则单片机控制输出PWM稳定波;重复步骤化-3),利用换相角a控 制电机稳定运行。
[0041] 作为优选,所述步骤化-3-2)之前还包括如下步骤:
[0042] 存储器中存储有偏移量阔值e,设定反电动势差的绝对值为IAExI,其中,IAEx 为IAEj、IAEbI或IAEj,设定迭代增量为Au(k); 阳0创 (7-1)单片机利用公式IAExI'=IAExI+AU似计算IAExI',然后使IAEx =IAExI';
[0044] (7-2)返回步骤(7-1),直至IAExIe,使IAExI=IAExI'。
[0045] 作为优选,所述PWM变加速波的周期从200毫秒逐渐变化为to,为了不引起失步 现象,设定PWM变加速波的周期在200毫秒至100毫秒变化
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