大功率无刷电机驱动电路及其控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及无刷电机控制技术领域，尤其是设及一种便于升级、价格便宜的大功 率无刷电机驱动电路及其控制方法。
【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] 目前，无刷电机的驱动装置通常采用纯硬件电路实现，例如，驱动装置采用dsp忍 片，电路无法修改，并且dsp忍片价格昂贵，适用于高端产品，不利于产品升级换代。
[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，电路无法修改，不利于产品升级 换代。
【发明内容】
[0005] 本发明的发明目的是为了克服现有技术中的驱动装置的电路无法修改，价格昂 贵，不利于产品升级换代的不足，提供了一种便于升级、价格便宜的大功率无刷电机驱动电 路及其控制方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用W下技术方案：
[0007] 一种大功率无刷电机驱动电路，包括单片机，两个按键，报警器，存储器，显示器， 与所述电机连接的=相电路，与=相电路电连接的电流检测电路和3个驱动电路，与设于 电机转子上的3个角度间隔依次为120度的霍尔传感器分别连接的3个位置检测电路；单 片机、3个驱动电路、=相电路和电机依次电连接，3个位置检测电路的输出端和工作电压 输入端均与单片机电连接；电流检测电路的信号输入端与任一个驱动电路电连接，报警器、 存储器、显示器、电流检测电路的输出端和2个按键均与单片机电连接。
[0008] 本发明将3个霍尔传感器安装在电机的转子上，相互之间间隔120度，3个霍尔传 感器的名称分别为化，化，He。霍尔传感器在电机的转子转动的每一个电周期内，转过一个 转角，产生与电机逻辑分配状态对应的状态逻辑字。电机=相共六个周期，对应到每一个转 角位0-60,60-120,120-180,180-240, 240-300, 300-360的相位期间，分别对应到状态逻辑 字为001，000,100,110,111，011，状态逻辑字中W化，化，化为顺序，101和OlO为禁止状态 逻辑字，即一旦单片机读取到OlO或101信息，则表明状态出错。
[0009] 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
；存储器中还 设有换相时序表，换相时序表由6个依次排列的标准位置状态逻辑字构成，每个标准位置 状态逻辑字与PWM变加速波及PWM稳定波的相位相对应；存储器中设有过流阔值Il;
[0010] 电流检测电路用于电机的电流检测，位置检测电路用于霍尔传感器未知的检测， 单片机用于控制电机加速、稳定运行及根据检测的位置状态逻辑字进行换相控制，过流的 报警，便于操作人员及时进行人工干预。
[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，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，可通过修改程序使得电机适应不同的应用 场合；能够迅速而稳定的启动电机，能够自行检测和判断电机运行的故障，自行修复非硬件 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，所述位置检测电路包括电阻RU电阻R2、滑动电阻R3、电阻R4、电阻R5、 电阻R6、电阻R7、电阻R8,放大器D1，电容Cl和S极管Tl;所述电阻Rl-端分别与霍尔传 感器和电阻R2 -端电连接，电阻Rl另一端、霍尔传感器和滑动电阻R3 -端均接VCC，电阻 R2另一端与放大器Dl的同相输入端电连接，滑动电阻R3的中间抽头与放大器Dl的反相输 入端电连接，滑动电阻R3另一端接地，电阻R4 -端与放大器Dl的输出端电连接，电阻R4 另一端分别与电阻R5 -端和=极管Tl的基极电连接，=极管Tl的发射极通过电阻R7接 地，=极管Tl的集电极分别与电阻R6 -端、电阻R8 -端电连接，电阻R5和电阻R6另一端 均与单片机电连接，电阻R8另一端分别与单片机和电容Cl一端电连接，电容Cl另一端接 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 和放大器D2 ;电阻R9 -端与任一个驱动电路电连接，电阻R9另一端分别与放大器D2的同 相输入端和电容C2 -端电连接，电容C2另一端接地，电阻RlO-端分别与放大器D2的反 相输入端和电阻Rll-端电连接，电阻RlO另一端接地，电阻Rll另一端分别与放大器D2 的输出端和电阻R12 -端电连接，电阻R12另一端与单片机电连接。
[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] 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。
[0017] 作为优选，每个驱动电路均包括场效应管驱动忍片Jl，电容C6、电容C7和二极管 Pl;场效应管驱动忍片Jl的1管脚分别与电容C6 -端和二极管Pl的正极电连接，电容C6 另一端接地，二极管Pl另一端与场效应管驱动忍片Jl的6管脚电连接，场效应管驱动忍片 Jl的5管脚和7管脚与=相电路电连接，场效应管驱动忍片Jl的2管脚和3管脚均与单片 机电连接，场效应管驱动忍片Jl的6管脚与电流检测电路的信号输入端电连接。
[0018] 一种大功率无刷电机驱动电路的控制方法，包括如下步骤：
[0019] 化-1)电机启动、加速及稳定运行
[0020] 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
存储器中还 设有换相时序表，换相时序表由6个依次排列的标准位置状态逻辑字构成，每个标准位置 状态逻辑字与PWM变加速波及PWM稳定波的相位相对应；存储器中设有过流阔值II，力矩 小阔值12 ;两个按键分别为启动按键和关闭按键；其中，12 <Il;
[0021] (6-1-1)按下启动按键，单片机向S相电路输出PWM变加速波，电机逐渐加速，3个 霍尔传感器检测位置信息，单片机读取电流检测电路检测的电流Ic,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；
[0022] 当Ic《II，单片机将3个霍尔传感器的位置信息构成位置状态逻辑字后存储到存 储器中；
[0023] (6-1-2)单片机读取任一个霍尔传感器的位置信号，得到该霍尔传感器的两次低 电平到高电平跳变的时间差t;
[0024] 设定计时间隔t2 = (t0+t)/2 ;
[0025] 当t2 <to时，每隔时间T，循环计算t及t2 ; 阳0%] 当t2 =to时，单片机停止变加速波的输出，单片机输出稳定波，电机稳定运行；
[0027] (6-2)电机加速及稳定运行过程中的换相
[0028] 单片机读取换相时序表中的当前时刻的标准位置状态逻辑字，同时读取检测的位 置状态逻辑字，将二者进行比较；
[0029] 如果二者不一致，则将换相时序表中的当前时刻的标准位置状态逻辑字换为检测 的位置状态逻辑字的前一个标准位置状态逻辑，从而实现换相；
[0030] (6-3)电机加速及稳定运行过程中的力矩检测
[0031] 单片机W时间间隔T循环读取电流检测电路输出的检测电流Ic,如果Ic< 12,则 单片机控制报警器报警，显示器显示力矩过小的信息；同时单片机停止输出PWM稳定波，电 机停止运行。
[0032] 本发明对电机的启动、稳定运行过程中的电流过大的情况进行检测控制，有效避