一种无刷空压机电路的制作方法

本实用新型涉及空压机技术领域，尤其涉及一种无刷空压机电路。

背景技术：

随着社会的发展，生活水平的提高，各行各业都需要空压机，比如仪器仪表行业，车辆制动，轮胎充气，喷气织机等等，对空压机的需求就越来越多，功能要求也越来越多。现有的空压机在工作时，空压机电机的摩擦大，损耗大，发热大，寿命短，效率低，输出小。相比于传统电机，无刷电机能弥补其缺陷，但在空压机领域，目前还没有较为成熟的电路能契合无刷电机。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种无刷空压机电路，用于驱动空压机的无刷电机，使用效率更高，控制调速更加的平滑，使用寿命长，磨损低，消除安全隐患，避免造成不必要损失。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种无刷空压机电路，其特征在于，包括

主控电路；

电机驱动电路，与主控电路连接，控制空压机的无刷电机运行；

外部控制隔离电路，与主控电路连接，隔离外部信号的干扰；

电流检测电路，与主控电路连接，检测电路电流；

热保护电路，与主控电路连接，防止电路温度过高。

进一步的，所述主控电路为单片机最小系统，采用STM32F030K6T6 芯片。

进一步的，所述电机驱动电路为三相电机驱动电路，包括第一相电机驱动电路、第二相电机驱动电路和第三相电机驱动电路；第一相电机驱动电路连接在STM32F030K6T6芯片的第13引脚和第18引脚，第一相电机驱动电路的结构如下：包括FD2203芯片U4，FD2203芯片 U4的第1引脚与电容C24的第一端、电容C55的第一端、二极管D7 的正极连接；FD2203芯片U4的第2引脚与电阻R22的第一端、电容 C28的第一端连接，电阻R22的第二端与STM32F030K6T6芯片的第18 引脚连接；FD2203芯片U4的第3引脚与电阻R23的第一端、电容C27 的第一端连接，电阻R23的第二端与STM32F030K6T6芯片的第13引脚连接；FD2203芯片U4的第4引脚接地；FD2203芯片U4的第5引脚与电阻R28的第一端连接，电阻R28的第二端与二极管D8的负极、电阻R29的第一端连接，二极管D8的正极与电阻R29的第二端、电阻R30的第一端、电容C29的第一端、MOS管Q7的栅极连接；FD2203 芯片U4的第6引脚与电容C25的负极、电阻R21的第一端、电容C26 的第一端、MOS管Q4的源极、MOS管Q7的漏极连接并作为第一相电机驱动电路的输出端；FD2203芯片U4的第7引脚与电阻R15的第一端连接，电阻R15的第二端与二极管D6的负极、电阻R18的第一端连接，电阻R18的第二端与二极管D6的正极、电阻R21的第二端、电容C26的第二端、MOS管Q4的栅极连接；FD2203芯片U4的第8引脚与电容C25的正极、二极管D7的负极连接；第二相电机驱动电路连接在STM32F030K6T6芯片的第14引脚和第19引脚，第三相电机驱动电路连接在STM32F030K6T6芯片的第15引脚和第20引脚；所述第二相电机驱动电路、第三相电机驱动电路和第一相电机驱动电路的结构相同。

进一步的，所述外部控制隔离电路包括接口P2；接口P2的第2 引脚与二极管D7的正极、MOS管Q23的漏极连接，二极管D7的负极与光电耦合器U11的第4引脚连接，MOS管Q23的栅极与电阻R67的第一端、电阻R69的第一端连接，MOS管Q23的源极与电阻R69的第二端连接，电阻R67的第二端与光电耦合器U11的第3引脚连接，光电耦合器U11的第1引脚与电阻R66的第一端连接，电阻R66的第二端与STM32F030K6T6芯片的第3引脚连接；接口P2的第3引脚与电阻R48的第一端、二极管D15的负极连接，电阻R48的第二端与电阻 R62的第一端、光电耦合器U8的第1引脚连接；接口P2的第4引脚与二极管D15的正极、电阻R62的第二端、光电耦合器U8的第2引脚连接，光电耦合器U8的第3引脚与电阻R50的第一端、电阻R49 的第二端连接，电阻R49的第二端与电容C48的第一端连接至 STM32F030K6T6芯片的第21引脚。

进一步的，所述电流检测电路包括SD06芯片；SD06芯片的第1 引脚与电阻R13的第一端、电阻R10的第一端、电容C52的第一端连接，电阻R13的第二端与电容C12的第一端连接至STM32F030K6T6芯片的第10引脚，SD06芯片的第2引脚与电阻R12的第一端、电阻R9 的第一端、电阻R10的第二端、电容C52的第二端连接，SD06芯片的第3引脚与电阻R14的第一端、电阻R16的第一端、电阻R17的第一端连接，电阻R14的第二端与电容C10的第一端连接，电容C10的第二端与电阻R12的第二端连接，SD06芯片的第5引脚与电阻R19 的第一端、电阻R20的第一端连接，SD06芯片的第6引脚与电阻R25 的第一端、电容C14的第一端连接，电阻R25的第二端与电阻R26的第一端、电阻R27的第一端连接，电阻R26的第二端与电阻R27的第二端连接，SD06芯片的第7引脚与电阻R24的第一端连接，电阻R24 的第二端与电容C54的第一端连接至STM32F030K6T6芯片的第28引脚。

进一步的，还包括

反电动势检测电路，与主控电路、电机驱动电路连接，检测无刷电机运转过程中的电流，在电流过大时切断无刷电机供电；

母线电压检测电路，与母线连接，检测母线的电压。

进一步的，还包括

电源电路，为电路提供电压；

降压电路，与电源电路、主控电路连接，为电路提供多个数值不等的电压。

进一步的，所述降压电路包括第一降压电路和第二降压电路，第一降压电路包括VIPER22AS芯片，VIPER22AS芯片的第1引脚与 VIPER22AS芯片的第2引脚、电容C16的第一端、电容C5的负极、电容C23的负极、二极管D23的负极、电感L1的第一端连接，电感 L1的第二端与电容C40的正极、二极管D4的正极、二极管D2的正极、二极管D22的负极连接；VIPER22AS芯片的第3引脚与电容C16 的第二端、二极管D20的正极连接，二极管D20的负极与电阻R5的第一端连接，电阻R5的第二端与电容C5的正极、二极管D4的负极连接；VIPER22AS芯片的第4引脚与电容C23的正极、二极管D2的负极连接；VIPER22AS芯片的第5引脚与VIPER22AS芯片的第6引脚、 VIPER22AS芯片的第7引脚、VIPER22AS芯片的第8引脚、电阻R64 的第一端连接，电阻R64的第二端与电容C17的第一端、电容C1的正极、二极管D1的负极连接。

进一步的，所述第二降压电路包括ME3116AM6G芯片；ME3116AM6G 芯片的第1引脚与电容C4的第一端连接；ME3116AM6G芯片的第3引脚与电阻R78的第一端、电阻R79的第一端、电容C59的第一端连接；ME3116AM6G芯片的第4引脚与电阻R77的第一端连接；ME3116AM6G 芯片的第5引脚与电阻R77的第二端、电容C60的第一端连接； ME3116AM6G芯片的第6引脚与电容C4的第二端、电感L3的第一端、二极管D21的负极连接；电感L3的第二端与电阻R78的第二端、电容C59的第二端、电容C58的正极、二极管C22的第一端、ME6209A33 芯片的第2引脚连接；ME6209A33芯片的第3引脚与电容C15的正极、电容C20的第一端、电感L2的第一端连接；电感L2的第二端与电容 C21的第一端连接至主控电路。

进一步的，还包括

LED显示电路，与主控电路连接，显示电路状态信息；

串口电路，与主控电路连接，调试主控电路；

转换电路，与主控电路连接，实现内外部电源切换；

调速电路，与主控电路连接，控制无刷电机的运行速度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：为了适用空压机内的无刷电机，本实用新型的三相电机驱动电路采用三个半桥驱动芯片组成，每个板桥驱动芯片配置两个大电流场效应管，对无刷电机的控制更加稳定；另一方面，本实用新型的外部控制隔离电路由两个光电耦合器来进行隔离，防止外部信号的干扰，提高了控制的可靠性；降压电路为整体电路提供所需的VCC、+12V、+5V、+3.3V等不同电压。

附图说明

图1为本实用新型的整体电路模块框体；

图2为本实用新型的主控电路图；

图3为本实用新型的电机驱动电路图；

图4为本实用新型的外部控制隔离电路图；

图5为本实用新型的电流检测电路图；

图6为本实用新型的热保护电路；

图7为本实用新型的反电动势检测电路图；

图8为本实用新型的母线电压检测电路图；

图9为本实用新型的电源电路图；

图10为本实用新型的第一降压电路图；

图11为本实用新型的第二降压电路图；

图12为本实用新型的LED显示电路；

图13为本实用新型的串口电路图；

图14为本实用新型的转换电路图；

图15为本实用新型的调速电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型提供一种无刷空压机电路，其特征在于，包括

主控电路；所述主控电路为单片机最小系统，采用STM32F030K6T6 芯片。

电机驱动电路，与主控电路连接，外接无刷电机，控制空压机的无刷电机运行；

外部控制隔离电路，与主控电路连接，隔离外部信号的干扰；

电流检测电路，与主控电路连接，检测电路电流；

热保护电路，与主控电路连接，防止电路温度过高。

请参照图2，主控电路中，STM32F030K6T6芯片的第31引脚与电阻R34的第一端连接，电阻R34的第二端接地，第4引脚与电容C9 的第一端、电阻R11的第一端连接，电阻R11的第二端接+3.3V电压； STM32F030K6T6芯片的第1引脚与第17引脚连接+3.3V电压，第5引脚与电容C11的第一端连接，电容C11的第二端接地，第16引脚与第32引脚接地。还包括电容C13和电容C6；电容C13的第一端连接+3.3V电压，第二端接地；电容C6的第一端连接+3.3V电压，第二端接地。其余引脚连接各个功能电路模块，控制整体电路的运行。

请参照图3，所述电机驱动电路为三相电机驱动电路，包括第一相电机驱动电路、第二相电机驱动电路和第三相电机驱动电路，三者的结构相同；以第一相电机驱动电路为例，第一相电机驱动电路连接在STM32F030K6T6芯片的第13引脚和第18引脚，第一相电机驱动电路的结构如下：包括FD2203芯片U4，FD2203芯片U4的第1引脚与电容C24的第一端、电容C55的第一端、二极管D7的正极连接至+12V 电压，电容C24的第二端、电容C55的第二端接地；FD2203芯片U4 的第2引脚与电阻R22的第一端、电容C28的第一端连接，电阻R22 的第二端与STM32F030K6T6芯片的第18引脚连接，电容C28的第二端接地；FD2203芯片U4的第3引脚与电阻R23的第一端、电容C27 的第一端连接，电阻R23的第二端与STM32F030K6T6芯片的第13引脚连接，电容C27的第二端接地；FD2203芯片U4的第4引脚接地； FD2203芯片U4的第5引脚与电阻R28的第一端连接，电阻R28的第二端与二极管D8的负极、电阻R29的第一端连接，二极管D8的正极与电阻R29的第二端、电阻R30的第一端、电容C29的第一端、MOS 管Q7的栅极连接，电阻R30的第二端、电容C29的第二端，MOS管 Q7的源极接地；FD2203芯片U4的第6引脚与电容C25的负极、电阻 R21的第一端、电容C26的第一端、MOS管Q4的源极、MOS管Q7的漏极连接并作为第一相电机驱动电路的输出端；FD2203芯片U4的第 7引脚与电阻R15的第一端连接，电阻R15的第二端与二极管D6的负极、电阻R18的第一端连接，电阻R18的第二端与二极管D6的正极、电阻R21的第二端、电容C26的第二端、MOS管Q4的栅极连接， MOS管Q4的漏极接VCC；FD2203芯片U4的第8引脚与电容C25的正极、二极管D7的负极连接；第一相电机驱动电路以一个半桥驱动芯片(FD2203芯片U4)配置2个大电流场效应管(Q4和Q7)，用于控制空压机的无刷电机，控制效果更加稳定。第二相电机驱动电路连接在STM32F030K6T6芯片的第14引脚和第19引脚，第三相电机驱动电路连接在STM32F030K6T6芯片的第15引脚和第20引脚；所述第二相电机驱动电路、第三相电机驱动电路和第一相电机驱动电路的结构相同，如图3所示，分别以FD2203芯片U6和FD2203芯片U7为核心组成。还包括电机接口P3，电机接口P3的三个引脚分别连接第一相电机驱动电路、第二相电机驱动电路、第三相电机驱动电路的输出端，电机接口外接无刷电机。

请参照图4，所述外部控制隔离电路包括接口P2；接口P2的第 2引脚与二极管D7的正极、MOS管Q23的漏极连接，二极管D7的负极与光电耦合器U11的第4引脚连接，MOS管Q23的栅极与电阻R67 的第一端、电阻R69的第一端连接，MOS管Q23的源极与电阻R69的第二端连接，电阻R67的第二端与光电耦合器U11的第3引脚连接，光电耦合器U11的第1引脚与电阻R66的第一端连接，电阻R66的第二端与STM32F030K6T6芯片的第3引脚连接；接口P2的第3引脚与电阻R48的第一端、二极管D15的负极连接，电阻R48的第二端与电阻R62的第一端、光电耦合器U8的第1引脚连接；接口P2的第4引脚与二极管D15的正极、电阻R62的第二端、光电耦合器U8的第2 引脚连接，光电耦合器U8的第3引脚与电阻R50的第一端、电阻R49 的第二端连接，电阻R49的第二端与电容C48的第一端连接至 STM32F030K6T6芯片的第21引脚。电阻R50的第二端、电容C48的第二端、MOS管Q23的源极、光电耦合器U11的第2引脚接地。所述外部控制隔离电路由两个光电耦合器(光电耦合器U8和光电耦合器 U11)用来隔离，防止外部信号的干扰，提高控制的可靠性。

请参照图5，所述电流检测电路包括SD06芯片U3；SD06芯片的第1引脚与电阻R13的第一端、电阻R10的第一端、电容C52的第一端连接，电阻R13的第二端与电容C12的第一端连接至STM32F030K6T6 芯片的第10引脚，SD06芯片的第2引脚与电阻R12的第一端、电阻 R9的第一端、电阻R10的第二端、电容C52的第二端连接，SD06芯片的第3引脚与电阻R14的第一端、电阻R16的第一端、电阻R17的第一端连接，电阻R14的第二端与电容C10的第一端连接，电容C10 的第二端与电阻R12的第二端连接，SD06芯片的第5引脚与电阻R19 的第一端、电阻R20的第一端连接，SD06芯片的第6引脚与电阻R25 的第一端、电容C14的第一端连接，电阻R25的第二端与电阻R26的第一端、电阻R27的第一端连接，电阻R26的第二端与电阻R27的第二端连接，SD06芯片的第7引脚与电阻R24的第一端连接，电阻R24 的第二端与电容C54的第一端连接至STM32F030K6T6芯片的第28引脚。SD06芯片的第4引脚接地，SD06芯片的第8引脚+3.3V电压。电阻R9的第二端、电阻R12的第二端、电阻R16的第二端、电容C12 的第二端、电容C54的第二端、电容C14的第二端、电阻R20的第二端、电阻R27的第二端接地。电阻R14的第二端、电阻R25的第二端接MGND。电流检测电路实现了对电路电流的检测。

请参照图6，所述热保护电路包括电阻RT1；电阻RT1的第一端接地，电阻RT1的第二端与电阻R7的第一端、电阻R6的第一端连接，电阻R6的第二端连接至+3.3V，电阻R7的第二端与电容C8的第一端连接至STM32F030K6T6芯片的第11引脚，电容C8的第二端接地。热保护电路用于防止电路温度过高。电阻RT1为热敏电阻B3950，当检测到电路温度过高时，输出信号至主控电路，进而中断电路。

请继续参照图1，本实用新型还包括

反电动势检测电路，与主控电路、电机驱动电路连接，检测无刷电机运转过程中的电流，在电流过大时切断无刷电机供电；

母线电压检测电路，与母线连接，检测母线的电压。

请参照图7，所述反电动势检测电路包括三个结构相同的电路， U相电路、V相电路和W相电路，分别对应无刷电机的三相电机驱动电路。以其中U相电路为例，其结构如下：包括电阻R85，电阻R85 的第一端作为输入端连接至第一相电机驱动电路的输出端，电阻R85 的第二端与电阻R80的第一端连接，电阻R80的第二端与电阻R53的第一端连接，电阻R53的第二端与电阻R56的第一端、电容C35的第一端作为输出端连接至STM32F030K6T6芯片的第6引脚。V相电路的输入端连接至第二相电机驱动电路的输出端，V相电路的输出端连接至STM32F030K6T6芯片的第7引脚；W相电路的输入端连接至第三相电机驱动电路的输出端，W相电路的输出端连接至STM32F030K6T6芯片的第8引脚。分别将检测到无刷电机运转过程中的电流回传至主控电路，在电流过大时切断无刷电机的供电，防止故障发生，延长了无刷电机的使用寿命。

请参照图8，所述母线电压检测电路的结构与反电动势检测电路中任意一相电路相同，其输入端连接至电源母线，输出端连接至 STM32F030K6T6芯片的第9引脚，将检测的电源母线电压回传给主控电路。

请继续参照图1，本实用新型还包括

电源电路，为电路提供电压；

降压电路，与电源电路、主控电路连接，为电路提供多个数值不等的电压；所述降压电路包括第一降压电路和第二降压电路。

请参照图9，所述电源电路包括电源接口J1，电源接口J1的第 1引脚与电阻R3的第一端连接，电阻R3的第二端与电阻R1的第一端连接，电阻R1的第二端与电阻R2的第一端连接，电阻R2的第二端与MOS管Q1的栅极、电阻R4的第一端、稳压二极管D3的负极连接；电源接口J1的第2引脚与MOS管Q1的漏极连接，MOS管Q1的源极与电阻R4的第二端、二极管D3的正极连接。电源接口J1的第 1引脚与第2引脚间还设置有若干并联的电容，包括电容C2、电容 C3、电容C18和电容C19，对接入的电源进行滤波。电源接口J1的第1引脚为VCC端，电源接口J1的第1引脚为接地端。

请参照图10，第一降压电路包括VIPER22AS芯片，VIPER22AS芯片的第1引脚与VIPER22AS芯片的第2引脚、电容C16的第一端、电容C5的负极、电容C23的负极、二极管D23的负极、电感L1的第一端连接，电感L1的第二端与电容C40的正极、二极管D4的正极、二极管D2的正极、二极管D22的负极连接；VIPER22AS芯片的第3引脚与电容C16的第二端、二极管D20的正极连接，二极管D20的负极与电阻R5的第一端连接，电阻R5的第二端与电容C5的正极、二极管D4的负极连接；VIPER22AS芯片的第4引脚与电容C23的正极、二极管D2的负极连接；VIPER22AS芯片的第5引脚与VIPER22AS芯片的第6引脚、VIPER22AS芯片的第7引脚、VIPER22AS芯片的第8 引脚、电阻R64的第一端连接，电阻R64的第二端与电容C17的第一端、电容C1的正极、二极管D1的负极连接。二极管D1的正极连接 VCC，电容C1的负极、电容C17的第二端，二极管D23的正极、电容 C40的负极、二极管D22的正极接地，二极管D22的负极输出+12V电压。第一降压电路将VCC电源降为+12V电压。

请参照图11，所述第二降压电路为二级降压电路，包括 ME3116AM6G芯片；ME3116AM6G芯片的第1引脚与电容C4的第一端连接；ME3116AM6G芯片的第3引脚与电阻R78的第一端、电阻R79的第一端、电容C59的第一端连接；ME3116AM6G芯片的第4引脚与电阻R77的第一端连接；ME3116AM6G芯片的第5引脚与电阻R77的第二端、电容C60的第一端连接至+12V；ME3116AM6G芯片的第6引脚与电容C4的第二端、电感L3的第一端、二极管D21的负极连接；电感L3的第二端与电阻R78的第二端、电容C59的第二端、电容C58 的正极、二极管C22的第一端、ME6209A33芯片的第2引脚连接，输出+5V；ME6209A33芯片的第3引脚与电容C15的正极、电容C20的第一端、电感L2的第一端连接；电感L2的第二端与电容C21的第一端连接至主控电路，具体为STM32F030K6T6芯片的第5引脚，输出 +3.3V电压。电容C60的第二端、ME3116AM6G芯片的第1引脚、二极管D21的正极、电阻R79的第二端、电容C22的第二端、电容C15的负极、电容C20的第二端、电容C21的第二端接地。

请继续参照图1，本实用新型还包括

LED显示电路，与主控电路连接，显示电路状态信息；请参照图 12，所述LED显示电路包括电阻R8，电阻R8的第一端连接 STM32F030K6T6芯片的第27引脚，电阻R8的第二端与发光二极管D5 的负极连接，发光二极管D5的正极连接+3.3V。

串口电路，与主控电路连接，调试主控电路；请参照图13，所述串口电路包括调试接口P1，P1的各个引脚连接至STM32F030K6T6 芯片对应的引脚上，用于对STM32F030K6T6芯片的调试。

转换电路，与主控电路连接，实现内外部电源切换；请参照图 14，所述转换电路包括四个电阻，电阻R76的的第一端连接至外部控制隔离电路中接口P2的第3引脚；电阻R76的第二端与外部控制隔离电路中光电耦合器U11的第4引脚、电阻R71的第一端、电容C50 的第一端连接，电阻R71的第二端连接+12V，电容C50的第二端与电阻R51的第一端、电阻R84的第一端连接至外部控制隔离电路中MOS 管Q23的源极，电阻R51的第二端连接至外部控制隔离电路中接口P2的第4引脚，电阻R84的第二端接地。

调速电路，与主控电路连接，控制无刷电机的运行速度。请参照图15，所述调速电路包括二极管D18，二极管D18的负极与电阻R70 的第一端、电阻R65的第一端、电阻R68的第一端连接至外部控制隔离电路中接口P2的第1引脚，电阻R65的第二端连接+3.3V电压，电阻R68的第二端与电容C51的第一端、电阻R75的第一端连接至 STM32F030K6T6芯片的第12引脚。二极管D18的正极、电阻R70的第二端、电容C51的第二端、电阻R75的第二端接地。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。