一种高转速无刷直流电机无位置传感器控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子电机控制领域，尤其涉及一种高转速无刷直流电机无位置传 感器控制器。
【背景技术】
[0002] 传统的无刷直流电机控制器，一般采用专用芯片配置外围硬件电路实现对无刷直 流电机的控制，这种控制器成本高，可扩展性差，升级困难，其控制对象转速一般为每分钟 几千转。当控制对象转速达到每分钟数万转时，传统的无刷直流电机控制器很难满足要求。 现有的无刷直流电机控制器一种采用DSP或者高端专用芯片控制，可以实现高速状态下的 控制，但是昂贵的芯片价格将导致产品成本急剧上升，其它种类无刷直流电机控制器的性 能难以达到需求，产品的市场前景和竞争力受到较大的限制。
【发明内容】
[0003] 本发明针对现有技术中的问题，提供一种高转速无刷直流电机无位置传感器控制 器，简化了控制器硬件结构，节省元器件，实现在降低控制器成本的同时，达到对高转速状 态下无刷直流电机平稳控制的目的。
[0004] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种高转速无刷直流电机无位 置传感器控制器，包括(AC-DC)整流模块、直流电源模块、MCU模块、功率驱动电路模块、过零 点检测电路模块、直流母线电流采样模块，整流模块的输出端，一端为高转速无刷直流电机 供电，另一端为传感器控制器供电;直流电源模块产生15V、5V、3.3V的直流电，其中15V直流 电为功率驱动电路模块供电，3.3V直流电为MCU模块供电;MCU模块控制6路高频HVM信号生 成、过零点信号检测与换相时间计算、直流母线电流信号采样。根据预先设定的程序，实现 高转速无刷直流电机的控制。功率驱动电路模块主电路为标准的三相两电平逆变电路。过 零点检测电路模块通过采集直流母线电压并与三相合成电压相比较，来实现过零点检测。
[0005] 按上述技术方案，MCU模块采用8位MCU主控芯片，其P丽输出管脚与功率驱动电路 模块的输入管脚相连。低成本的8位MCU主控芯片，配合功率驱动电路模块、过零点检测电路 模块，通过程序控制完成6路高频PWM驱动信号生成、过零点信号检测与换相时间的计算、直 流母线电流信号采样等功能，由此实现高转速无刷直流电机的控制。
[0006] 按上述技术方案，整流模块采用集成整流芯片把交流电压整流成直流电提供给控 制器，集成整流芯片1脚接地，2脚、3脚与交流电源连接，4脚引出分两路，一路提供直流电压 VDC，一路接电容C5的正极，C5负极接地。
[0007] 按上述技术方案，直流电源模块包括开关电源芯片U6、5V稳压集成电路U7、3V稳压 集成电路 U8、电容 07工8、〇9、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18工24工25丄26、二极管06、07、08、 D9、D10、电感 L1、电阻 R32,其中 1]6、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18、06、07、08、09、1^1组成15￥供 电模块，U6的5、6、7、8接直流电源VDC，引脚1、2与ClO的负极、D9的负极、C12、C13上端相连 接，U6引脚3接D6正极、C13下端，U6引脚4接D7负极，D9正极接地，负极接L1，L1与C16、C17、 C18上端以及D8的正极相连接，C16、C17、C18下端接地，C12下端、D6负极、D7的正极、D8负极 相连接，D8正极引出提供+15V电源，1]7、07丄8、09、010、1?32组成5￥电源模块，1]7引脚1与08正 极、C9上端、DlO负极相连接，引脚2接地，引脚3与+15V电源、C7正极相连接，C7负极接地，C8 负极、C9下端、R32下端接地，U7引脚1引出提供+5V电源，U8、C24、C25、C26组成3.3V电源模 块，U8的引脚1、C24负极、C25负极、C26下端接地，U8引脚2与C2正极、C26上端相连接，U8引脚 3、+5v电源、C24正极相连接，U8引脚2引出提供+3.3V电压。
[0008] 按上述技术方案，功率驱动模块为标准的三相两电平逆变电路，包含三相桥臂，每 相桥臂上、下两个开关管不能同时导通，且任意时刻都有三个开关管同时导通，开关器件为 IGBT(或者MOSFET全控型电力电子开关器件，）U、V、W为电机的三相，其中第一相桥臂的上桥 臂开关器件为AH，下桥臂开关器件为AL，AH的源极、AL的漏极与U相相连;第二相桥臂的上桥 臂开关器件为BH，下桥臂开关器件为BL，BH的源极、BL的漏极与V相相连;第三相桥臂的上桥 臂开关器件为CH，下桥臂开关器件为CL，CH的源极、CL的漏极与W相相连;AH、BH、CH漏极与直 流电源VDC相连接，AL、BL、CL源极接Rl的1脚RF，Rl为过流保护电阻，Rl阻值为0.062 Ω，U、V、 W三相根据上、下管导通情况决定其电位;4!1^1^、8!1』1^、01、(^的栅极分别于1〇]六路13丽相 连接。当AH导通AL关断时，U相接于直流电源正端，当AL导通AH关断时，A相接于直流电源负 端，同理，V和W相也是根据上、下管导通情况决定其电位的。
[0009] 按上述技术方案，过零点检测电路模块包含电阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、 R22、电压比较器U5，U相接RH的1脚，V相接R15的1脚，W接R17的1脚，R14、R15、R17的2脚与 R20的1脚相连，R20的1脚接Rl 8的1脚，R20的2脚接Rl的1脚RF，R18的2脚接芯片U5的3引脚， U5的1脚接Rl 6的2脚，U5的2脚与Rl 9、R22的2脚相连，Rl 9的1脚接直流电源VDC，R22的1脚接 RF，U5的4脚接地，U5的5脚接+15V电源，R16的1脚接+3.3V电源，R16的2脚引出，输出过零点 检测信号WAVE，提供给MCU。本发明过零点检测电路模块能够实现不同电压等级高转速无刷 直流电机的过零点检测功能。
[0010] 本发明产生的有益效果是:本发明采用低成本的8位MCT作为主控芯片，产生6路 PffM控制信号实现传统硬件产生控制信号的功能，简化了控制器硬件结构，并且性能可靠， 控制精度高，动态响应好，抗干扰能力强，控制器调速范围广，保证高转速无刷直流电机安 全稳定运行，降低了控制器成本。
【附图说明】
[0011]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0012] 图1是本发明实施例一种高转速无刷直流电机无位置传感器控制器的结构原理框 图；
[0013] 图2是控制器电源AC-DC整流模块电路图；
[0014] 图3是控制器直流电源模块+15V电源电路图；
[0015]图4是控制器直流电源模块+5V电源电路图；
[0016] 图5是控制器直流电源模块+3.3V电源电路图；
[0017] 图6是控制器功率驱动电路模块主电路图；
[0018] 图7是控制器过零点检测电路模块电路图；
[0019] 图8是控制器过零点检测电路等效图。
【具体实施方式】
[0020]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0021 ]本发明实施例中，提供一种高转速无刷直流电机无位置传感器控制器，如图1所 示，包括(AC-DC)整流模块、直流电源模块、MCU模块、功率驱动电路模块、过零点检测电路模 块、直流母线电流采样模块，整流模块的输出端，一端为高转速无刷直流电机供电，另一端 为传感器控制器供电；直流电源模块产生15V、5V、3.3V的直流电，其中15V直流电为功率驱 动电路模块供电，3.3 V直流电为MCU模块供电;MCU模块控制6路高频PffM信号生成、过零点信 号检测与换相时间计算、直流母线电流信号采样。根据预先设定的程序，实现高转速无刷直 流电机的控制。功率驱动电路模块主电路为标准的三相两电平逆变电路。过零点检测电路 模块通过采集直流母线电压并与三相合成电压相比较，来实现过零点检测。
[0022]进一步地，M⑶模块采用8位MCU主控芯片，其P丽输出管脚与功率驱动电路模块的 输入管脚相连。8位MCU模块，包含复位按钮、外部晶振，程序下载接口、过零点信号接口、电 流检测信号接口、和PWM模块，PffM模块能产生六路高频PffM，给无刷直流电机提供控制信号。 低成本的8位MCU主控芯片，配合功率驱动电路模块、过零点检测电路模块，通过程序控制完 成6路高频PWM驱动信号生成、过零点信号检测与换相时间的计算、直流母线电流信号采样 等功能，由此实现高转速无刷直流电机的控制。
[0023]本发明实施例中，进一步地，整流模块采用集成整流芯片把交流电压整流成直流 电提供给控制器，集成整流芯片1脚接地，2脚、3脚与交流电源连接，4脚引出分两路，一路提 供直流电压VDC，一路接电容C5的正极，C5负极接地。如图2所示，整流桥芯片3脚、4脚可接交 流电220V(也可以是11OV、48V等），接入AC-DC整流模块，配合滤波电路，得到稳定的直流电 VDC，VDC-方面给无刷直流电机供电，另一方面是直流电源模块接入端。
[0024] 进一步地，直流电源模块包括开关电源芯片U6、5V稳压集成电路U7、3V稳压集成电 路 U8、电容 07工8、09、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18工24丄25丄26、二极管06、07、08、09、010、 电感 L1、电阻 R32,其中 1]6、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18、06、07、08、09、1^1组成15￥供电模块， U6的5、6、7、8接直流电源VDC，引脚1、2与ClO的负极、D9的负极、C12、C13上端相连接，U6引脚 3接D6正极、C13下端，U6引脚4接D7负极，D9正极接地，负极接L1，L1与C16、C17、C18上端以及 D8的正极相连接，C16、C17、C18下端接地，C12下端、D6负极、D7的正极、D8负极相连接，D8正 极引出提供+15V电源，1]7、07工8、09、010、1?32组成5￥电源模块，1]7引脚1与08正极、09上端、 D10负极相连接，引脚2接地，引脚3与+15 V电源、C7正极相连接，C7负极接地，C8负极、C9下 端、R32下端接地，U7引脚1引出提供+5V电源，U8、C24、C25、C26组成3.3V电源模块，U8的引脚 1、C24负极、C25负极、C26下端接地，U8引脚2与C2正极、C26上端相连接，U8引脚3、+5v电源、 C24正极相连接，U8引脚2引出提供+3.3V电压。
[0025] 直流电源模块电路中，U6(开关电源芯片，采用AP8012)、C10、C12、C13、C16、C17、 (：18、06、07、08、09丄1组成15￥供电模块，如图3所示，￥0(