无刷直流电机控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机控制技术领域，具体地，涉及一种无刷直流电机控制系统。
【背景技术】
[0002]无刷直流(Brushless Direct Current, BLDC)电机正在汽车、家电、工业自动化、航空航天及医疗设备领域获得广泛的应用，并将继续逐步取代有刷电机。由于采用电子换相，BLDC电机具有更长的寿命和更小的运转噪音。此外，随着软磁材料技术的进一步提高和价格的不断下降，BLDC电机将更多的采用高性能的钕铁硼稀土材料制作永磁转子，其较高的磁能积和稳定的特性使BLDC电机拥有更好的机械特性和动态响应，更高的效率和转速范围。因此，在环境和性能要求比较苛刻的中高端应用中，BLDC电机将获得进一步的推广。
[0003]BLDC电机定子和转子磁场具有相同的频率和转速，因此是同步电机的一种。定子绕组可绕制成单相、两相和三相，其中三相BLDC电机因输出功率大、转矩脉动小和效率高应用最广泛。
[0004]三相BLDC电机米用两相顺序通电模式产生旋转磁场,定子各相绕组的导通与否由转子位置唯一确定，以保证转子能够始终输出最大转矩。由于取消了自动换向的机械电刷，因此需要实时检测转子的空间位置，霍尔效应传感器因其较高的性价比和安装方便被广泛采用。对于两相导通的三相BLDC电机来说，每个电周期分成6个不同的通电区间，因此需要三个霍尔传感器来进行分区。霍尔传感器的每一个变化都要求导通相的实时改变，电机即按照既定的逻辑连续顺序运行。
[0005]目前有传感器BLDC电机控制方案，一般将三路霍尔传感器的输出接到MCU的输入引脚上，每一路电平的变化将会触发中断，MCU通过中断服务程序来进行换相，在对电机电流的监控上，电流信号由外部采样及运放电路送入MCU的ADC后由软件程序来比较判断是否过流并关断PWM输出，保护电机及电路系统。这种控制方案中，电机的换相和电流的监控都在软件中完成，但是电流的放大与处理需要外部的运放电路，速度慢，成本较高且不可与_ O
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题是提供一种无刷直流电机控制系统，该控制系统中将电流的放大及过流判断均在MCU中处理，处理速度快。
[0007]本发明解决上述问题所采用的技术方案是:
无刷直流电机控制系统，包括MCU、BLDC电机、驱动BLDC电机的驱动电路、给驱动电路供电的电源、三个检测BLDC电机状态信号的霍尔传感器和检测BLDC电机电流的采样电阻，所述霍尔传感器连接到MCU上，所述MCU包括放大模块、过流阈值参考电压模块、滤波模块、比较器、PWM输出控制模块，所述采样电阻连接放大模块输入端，所述放大模块的输出端通过滤波模块连接比较器的正向输入端，所述过流阈值参考电压模块的输出端连接在放大器的反向输入端，所述放大器的输出端连接PWM输出控制模块。
[0008]进一步，所述MCU还包括换向逻辑存储模块，所述换向逻辑存储模块的输入连接PWM输出控制模块，输出连接驱动电路。
[0009]进一步，所述滤波模块由一个滤波电容构成，滤波电容一端连接在比较器的正向输入端和放大模块之间，另一端接地。
[0010]进一步，所述过流阈值参考电压模块为可编程IDAC电流源。
[0011 ] 进一步，所述驱动电路采用三相全桥驱动电路，该三相全桥驱动电路连接到MCU的GP1接口上。
[0012]进一步，所述霍尔传感器通过MCU的GP1接口连接MCU。
[0013]综上，本发明的有益效果是:
1、本发明将电流的放大及过流判断均在MCU中处理，处理速度快；
2、本发明能够快速完成电机的闭环速度调节和其它相应的控制运算，实现更快速可靠的硬件换相，无须软件干涉；利用MCU片内的硬件来完成无刷直流电机的顺序换相和电流监控，比软件实现更加快速可靠，且节省了可观的片外有源器件的成本。
[0014]3、本发明的MCU可以直接检测霍尔信号的失效状态，并立即关断PffM输出，迅速保护电机。
【附图说明】
[0015]图1是本发明的结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0017]如图1所示，无刷直流电机控制系统，包括MCU、BLDC电机、驱动BLDC电机的驱动电路、给驱动电路供电的电源、三个检测BLDC电机状态信号的霍尔传感器和检测BLDC电机电流的采样电阻，所述霍尔传感器连接到MCU上，所述MCU包括放大模块、过流阈值参考电压模块、滤波模块、比较器、PWM输出控制模块、换向逻辑存储模块:
所述采样电阻连接放大模块输入端；所述放大模块的输出端连接比较器的正向输入端，滤波模块由一个滤波电容构成，滤波电容一端连接在比较器的正向输入端和放大模块之间的连接导线上，另一端接地，滤波电容对包含大量PWM信号的电压作平滑处理；所述过流阈值参考电压模块的输出端连接在放大器的反向输入端，所述放大器的输出端连接PWM输出控制模块；所述换向逻辑存储模块的输入连接PWM输出控制模块，输出连接驱动电路。
[0018]所述过流阈值参考电压模块为可编程IDAC电流源。所述驱动电路采用三相全桥驱动电路，该三相全桥驱动电路连接到MCU的GP1接口上。所述霍尔传感器通过MCU的GP1接口连接MCU。
[0019]本实施例中采用PSoC芯片作为MCU，PSoC4采用ARM Cortex-MO作为处理核心，完全继承了 PSoC芯片家族本身的高度可编程的灵活性，并融合了 Cortex-MO高性价比的处理器核架构，使得PSoC4系列产品成为一个具有高度可扩展性的处理器平台，在性价比、功耗等方面优势显着。PSoC4针对电机控制提供了完整和极具特色的片内资源，在PSoC4上开发电机控制系统时将更加直观与快捷。
[0020]PSoC4内部集成有支持比较器模式的运算放大器(Opamp)和可编程IDAC电流源，因此对电机电流的监控也可以完全集成到PSoC4片内完成，而不需要任何外部有源器件。电机电流经采样电阻后进入片内Opamp，放大后作为片内比较器的正端输入，比较器的负端输入为片内IDAC电流源产生的过流阈值基准。比较器输出的跳变将直接关断PffM输出，保护电机。
[0021]电机电流经采样电阻后输入片内放大器，后输入片内比较器，与片内IDAC产生的过流阈值基准进行比较，反转后将直接关断PWM输出，通过换相逻辑表LUT_Cmut来使电机断电。
[0022]霍尔信号经I/O弓I脚后直接输入UDB换相逻辑表LUT_Cmut直接驱动三相全桥电路，完成电机的硬件换相。同时霍尔信号也同步输入另一个UDB逻辑表LUT_Spd，实现霍尔传感器的失效状态检测并完成电机的速度检测。
[0023]PSoC4采用的ARM Cortex-MO高性能处理核心不仅能够快速完成电机的闭环速度调节和其它相应的控制运算，其内部集成的可编程UDB可以将换相逻辑以CPLD的形式固化在芯片中，实现更快速可靠的硬件换相，无须软件干涉；PSoC4由于集成了丰富的片内模拟和数字资源，可以完全用片内的硬件来完成无刷直流电机的顺序换相和电流监控，比软件实现更加快速可靠，且节省了可观的片外有源器件的成本。此外，UDB更可以直接检测霍尔信号的失效状态，并立即关断PWM输出，迅速保护电机。
[0024]以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.无刷直流电机控制系统，包括MCU、BLDC电机、驱动BLDC电机的驱动电路、给驱动电路供电的电源、三个检测BLDC电机状态信号的霍尔传感器和检测BLDC电机电流的采样电阻，所述霍尔传感器连接到MCU上，其特征在于， 所述MCU包括放大模块、过流阈值参考电压模块、滤波模块、比较器、PffM输出控制模块，所述采样电阻连接放大模块输入端，所述放大模块的输出端通过滤波模块连接比较器的正向输入端，所述过流阈值参考电压模块的输出端连接在放大器的反向输入端，所述放大器的输出端连接PWM输出控制模块。2.根据权利要求1所述的无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述MCU还包括换向逻辑存储模块，所述换向逻辑存储模块的输入连接PWM输出控制模块，输出连接驱动电路。3.根据权利要求1或2所述的无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述滤波模块由一个滤波电容构成，滤波电容一端连接在比较器的正向输入端和放大模块之间，另一端接地。4.根据权利要求3所述的无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述过流阈值参考电压模块为可编程IDAC电流源。5.根据权利要求3所述的无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述驱动电路采用三相全桥驱动电路，该三相全桥驱动电路连接到MCU的GP1接口上。6.根据权利要求3所述的无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述霍尔传感器通过MCU的GP1接口连接MCU。
【专利摘要】本发明涉公开了一种无刷直流电机控制系统，包括MCU、BLDC电机、驱动BLDC电机的驱动电路、电源、三个检测BLDC电机状态信号的霍尔传感器和检测BLDC电机电流的采样电阻，所述霍尔传感器连接到MCU上，所述MCU包括放大模块、过流阈值参考电压模块、滤波模块、比较器、PWM输出控制模块，所述采样电阻连接放大模块输入端，所述放大模块的输出端通过滤波模块连接比较器的正向输入端，所述过流阈值参考电压模块的输出端连接在放大器的反向输入端，所述放大器的输出端连接PWM输出控制模块。本发明将电流的放大及过流判断均在MCU中处理，处理速度快；能够快速完成电机的闭环速度调节和其它相应的控制运算，实现更快速可靠的硬件换相，无须软件干涉且比软件更可靠，节省了片外有源器件的成本。
【IPC分类】H02P6/08, H02P6/14, H02H7/08
【公开号】CN105515458
【申请号】CN201410558489
【发明人】杨利
【申请人】杨利
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2014年10月18日