无刷直流电机的模拟闭环调速装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及无刷直流电机技术领域，尤其涉及一种无刷直流电机的模拟闭环 调速装置。
【背景技术】
[0002] 如图1所示，在现有技术中提供一种典型的无刷直流电机速度PID(Proportion-I ntegration-Differentiation)控制模式。该方法将一个参考速度和电机反馈速度进行比 较，然后将差值通过P(比例放大），I(误差积分），D(微分求导）的算法而输出一个PWM信 号，以控制电机转速。但是，该方法需要一个精确的速度（频率）输入和一系列计算处理， 需要通过采用单片机或者其他可编程控制器加以完成，因此成本较高。 【实用新型内容】
[0003] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种无刷直流电机的模拟闭环调速装置，其 通过采用电阻和电容设定目标速度，积分电路、滤波器和比较器进行控制，以实现对电机转 速的控制。本实用新型所述的模拟闭环调速装置具有结构简单、控制高效等特点，特别适合 于专用集成电路的电机驱动。
[0004] 根据本实用新型的一方面，提供了一种无刷直流电机的模拟闭环调速装置，包括： 第一放电控制电路、第一充电控制电路、第一比较器、积分电路和第二比较器；所述第一放 电控制电路的输出端电连接至所述第一比较器的第一输入端，用于设定放电时间；所述第 一充电控制电路的输出端电连接至所述第一比较器的第一输入端，用于控制充电时间；所 述第一比较器的第二输入端接收第一基准信号，所述第一比较器的输出端电连接至所述积 分电路；所述积分电路与所述第二比较器的第一输入端电连接；所述第二比较器的第二输 入端接收第二基准信号；所述第二比较器的输出端电连接至无刷直流电机并发送一PWM信 号至所述无刷直流电机，以控制所述无刷直流电机的转速；其中，当所述无刷直流电机的转 速低于目标转速时，第一充电控制电路所控制的充电时间变长，积分电路输出端的电压逐 步升高，使所述第二比较器所输出的PWM信号的占空比增加，进而控制所述无刷直流电机 加速；或者，当所述无刷直流电机的转速高于目标转速时，第一充电控制电路所控制的充电 时间变短，积分电路输出端的电压逐步降低，使所述第二比较器所输出的PWM信号的占空 比减小，进而控制所述无刷直流电机减速。
[0005] 本实用新型的优点在于：本实用新型提供的无刷直流电机的模拟闭环调速装置， 采用电阻和电容设定目标速度，积分电路、滤波器和比较器进行控制，以实现对电机转速的 控制。本实用新型能够避免现有技术PID控制方式需复杂的数字逻辑运算和处理等问题， 通过改变电阻和电容值就可以方便地设定目标转速，具有结构简单、控制高效等特点。且， 本实用新型可兼容开环线性调速方式。
【附图说明】
[0006] 图1是现有技术中电机速度控制PID示意图；
[0007] 图2是本实用新型无刷直流电机的模拟闭环调速装置的示意图；
[0008] 图3是本实用新型实施例中各个节点的工作波形；
[0009] 图4是本实用新型另一实施例中的无刷直流电机的模拟闭环调速装置的示意图；
[0010] 图5是本实用新型一实施例中的无刷直流电机的模拟闭环调速方法的示意图；
[0011] 图6是本实用新型另一实施例中的无刷直流电机的模拟闭环调速方法的示意图。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图对本实用新型提供的无刷直流电机的模拟闭环调速装置的具体实 施方式做详细说明。
[0013] 参见图2和图3所示，本实用新型提供一种无刷直流电机的模拟闭环调速装置，其 包括：第一放电控制电路Ml、第一充电控制电路M2、第一比较器CMP1、积分电路M3和第二 比较器CMP2。所述第一放电控制电路Ml的输出端电连接至所述第一比较器CMP1的第一 输入端，用于设定放电时间。所述第一充电控制电路M2的输出端电连接至所述第一比较器 CMP1的第一输入端，用于控制充电时间。所述第一比较器CMP1的第二输入端接收第一基准 信号，所述第一比较器CMP1的输出端电连接至所述积分电路M3。所述积分电路M3与所述 第二比较器CMP2的第一输入端电连接。所述第二比较器CMP2的第二输入端接收第二基准 信号。所述第二比较器CMP2的输出端电连接至无刷直流电机Μ并发送一PWM信号至所述 无刷直流电机Μ，以控制所述无刷直流电机Μ的转速。
[0014] 在本实施例中，所述第一放电控制电路Ml包括：第一电阻R1和第一电容C1 ;所述 第一电阻R1的一端与电源电压VDD电连接，另一端与所述第一电容C1电连接；第一电容C1 的另一端接地。而在其他实施例中，第一放电控制电路Ml的结构也不仅限于上述结构，也 可以为RLC式等控制电路。
[0015] 在本实施例中，所述第一充电控制电路M2包括：放电开关S1、边沿检测电路 (EdgeDetect)和霍尔传感器HALL;所述霍尔传感器HALL用于获取所述无刷直流电机Μ的 转速；当所述边沿检测电路（EdgeDetect)检测到所述霍尔传感器HALL所发送的霍尔信号 发生翻转时，将输出霍尔边沿信号至所述放电开关S1。
[0016] 在本实施例中，所述积分电路M3可以被称为电荷栗。所述积分电路M3可以通过 电荷栗方式加以实现。所述积分电路M3包括第二充电控制电路（图中未标示）、第二放电 控制电路（图中未标示）和第二电容C2 ;所述第一比较器CMP1的输出端与所述第二充电 控制电路电连接，所述第二充电控制电路的输出端分别与所述第二放电控制电路、第二电 容C2和第二比较器CMP2的第一输入端电连接；所述第二放电控制电路的输入端与所述第 二电容C2的一端电连接；所述第二电容C2的一端与所述第二比较器CMP2的第一输入端 电连接，所述第二电容C2的另一端接地。其中，所述第二充电控制电路包括一第一电流源 11 ;所述第二放电控制电路包括一第二电流源12 ;所述第一电流源11的一端分别电连接至 所述第二电流源12的一端、所述第二电容C2的一端以及所述第二比较器CMP2的第一输入 端，所述第一电流源II的另一端与电源电压电连接；所述第二电流源12的另一端接地。在 本实用新型的其他实施例中，也可以采用相当于第一电流源II、第二电流源12作用的电子 器件。
[0017] 可选的，所述无刷直流电机Μ可以为单相或三相无刷直流电机。在本实施例中，所 述霍尔传感器HALL为外置，当然在其他实施例中，所述霍尔传感器HALL也可以采用内置。
[0018] 在本实施例中，所述装置进一步包括一低通滤波器LPF，所述低通滤波器的输入端 分别连接至所述积分电路M3的所述第一电流源II的一端、所述第二电流源12的一端和所 述第二电容C2的一端，所述低通滤波器LPF的输出端连接至所述第二比较器CMP2的第一 输入端。所述低通滤波器LPF用于有效地过滤第二电容C2和第一电流源II的共同点所输 入信号的电压波形，以使所述第二比较器CMP2所输出的PWM信号更稳定。在本实施例中， 所述低通滤波器设置在所述积分电路M3的外部，而在其他部分实施例中，其可以设置在所 述积分电路M3的内部。
[0019] 在本实施例中，当检测到霍尔传感器HALL所发送的信号发生翻转时，参见图3所 示，边沿检测电路（EdgeDetect)将输出霍尔边沿信号（短脉冲波）至所述放电开关S1，其 脉冲高电平导通放电开关S1，即使第一电容C1的电压迅速下拉至地，从而使得第一电阻R1 和第一电容C1的共同连接点的电压迅速下降到零。当所述第一电阻R1和所述第一电容C1 的共同连接点的电压小于第一基准电压时，第一比较器CMP1输出低电平，以使第一电流源 II关断，且第二电容C2通过第二电流源12进行放电，其中，净放电电流大小为i2。之后， 由于霍尔边沿短脉冲信号恢复低电平，所述放电开关S1自然迅速断开，所述第一电容C1通 过所述第一电阻R1进行充电，并且以时间常数τ=R*C充电，自放电开关S1闭合时刻开 始，在t时刻，所述第一电阻R1和所述第一电容C1的共同连接点（即图2中的RCT点）的 电压为
[0020]
[0021] 继续参见图2所示，RCT点的电压逐渐上升至第一基准电压Vth(其为内部设定的 翻转电压，且小于电源电压Vdd)，所需时间为
[0022]
[0023] 该段时间过程中，第二电容C2处于放电状态，故T_DisCharge时间由第一电阻R1、 第一电容C1和第一基准电压Vth共同决定。
[0024] 当RCT点的电压上升为第一基准电压时，第一比较器C