：经过电源芯片1]6(本实施例中采用 AP8012芯片），提供+15V稳定直流电压。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。U7(采用LM78L05芯片）、 〇7工8、09、010、1?32组成5￥电源模块，如图4所示，1]7引脚1与08正极、09上端、010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、R3 2下端接 地，U7引脚1引出提供+5V电源。U8(采用LM117芯片）、024、025、026组成3.3￥电源模块，如图5 所示，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。
[0026]进一步地，功率驱动模块为标准的三相两电平逆变电路，如图6所示，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，R1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、81^、01、(^的栅极分别于1〇]六 路PffM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。
[0027] 本发明实施例中，进一步地，过零点检测电路模块包含电阻R14、R15、R16、R17、 尺18、1?19、1?20、1?22、电压比较器1]5，1]相接1?14的1脚，￥相接1?15的1脚，1接1?17的1脚，1?14、1?15、 Rl 7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，Rl 8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。控制器过零点检测电路如图7所示，其核心是比较 芯片LM393即U5,通过程序把无刷直流电机的驱动电压与直流母线电压VDC的分压，通过芯 片LM393比较之后，输出WAVE信号，M⑶采集WAVE信号后，再通过程序处理，判断反电动势过 零点，从而实现无位置传感器的转子位置检测。而图7的的过零点检测电路经过等效变换可 以得到另外一种电路，如图8所示，可以通过计算得到R22的值。
[0028]
[0029]
[0030]
[0031]
[0032]
[0033] 当用式子(1-1)、（1-2)、（1- 3)和(1-4)替代式子(1-5)以后，可以得到式子 (1-6):
[0034] ( Voh-V2 ) /Ri+(Vi-V2) /Ri = ( V2-Vrf ) /Ri+( V2-Vrf ) /R2 (1-6)
[0035] 从上述等式中，可以得到V2:
[0036]
'(1-7.)
[0037] 把Vi作为中性点，即Vi= (Vqh-Vrf)/2+Vrf;在结合式子（1-7)可以推算出式子（1-8):
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044]
[0045]
[0046]
[0047] 把RA=220k带入式子（1-13)，可得RB=15.18k，这里取R B=15k，与等效前的电路图 相比较，可得R22 = 15k。
[0048] 由图8可知，无刷直流电机的驱动电压MU，MV，Mff经过Rl 4，Rl 5，Rl 6，R20的分压电路 后，得到三路较低的三相电压然后再经一个R18送入LM393比较器的同相输入端。反向输入 端的电压是直流母线电压VDC经R19，R22分压得到的电压，通过LM393进行比较。最后得到输 出信号WAVE，传给MCU处理，而其中R22的取值可由上述计算方法求得。
[0049] 控制器直流母线电流采样模块，直流母线电压，经过R29和R30分压，然后在经过 R31和滤波电容C23，输出稳定的信号给MCU模块，再配合程序，能实时采样直流母线电流。
[0050] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换， 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种高转速无刷直流电机无位置传感器控制器，其特征在于，包括整流模块、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Μ⑶ 模块供电;MCU模块控制6路高频Ρ丽信号生成、过零点信号检测与换相时间计算、直流母线 电流?目号米样。2. 根据权利要求1所述的高转速无刷直流电机无位置传感器控制器，其特征在于，MCU 模块采用8位MCU主控芯片，其PWM输出管脚与功率驱动电路模块的输入管脚相连。3. 根据权利要求1或2所述的高转速无刷直流电机无位置传感器控制器，其特征在于， 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。4. 根据权利要求1或2所述的高转速无刷直流电机无位置传感器控制器，其特征在于， 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C7、C8、 〇9、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18、〇24、〇25、〇26、二极管06、07、08、09、010、电感1^1、电阻1?32， 其中1]6、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18、06、07、08、09、1^1组成15￥供电模块，1]6的5、6、7、8接直 流电源VDC，引脚1、2与CIO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、09上端、010负极相连接，弓| 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、R3 2下端接地，U7 引脚1引出提供+5V电源，1]8、024、025、026组成3.3￥电源模块，1]8的引脚1、024负极工25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。5. 根据权利要求1或2所述的高转速无刷直流电机无位置传感器控制器，其特征在于， 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，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R1的1脚RF，R1为过流保护电 阻，U、V、W三相根据上、下管导通情况决定其电位;4!1^1^、8!1、81^、01、(^的栅极分别于1〇]六 路PWM相连接。6. 根据权利要求1或2所述的高转速无刷直流电机无位置传感器控制器，其特征在于， 过零点检测电路模块包含电阻1?14、1?15、1?16、1?17、1?18、1?19、1?20、1?22、电压比较器1]5，1]相接 R14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 R18的1脚，R20的2脚接R1的1脚RF，R18的2脚接芯片U5的3引脚，U5的1脚接R16的2脚，U5的2 脚与R19、R22的2脚相连，R19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。
【专利摘要】本发明公开了一种高转速无刷直流电机无位置传感器控制器，包括整流模块、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PWM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。本发明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。
【IPC分类】H02P6/182, H02P6/08
【公开号】CN105680739
【申请号】CN201610203423
【发明人】刘健, 徐鹏, 张汇捷, 周尧
【申请人】武汉工程大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年4月1日