一种控制双无刷直流电机的电机驱动板的制作方法

1.本实用新型涉及无刷直流电机技术领域，具体涉及一种控制双无刷直流电机的电机驱动板。


背景技术：

2.无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化无刷直流电机实物图产品。电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法，同三相异步电动机十分相似。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构成，其功能是:接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速；提供保护和显示等。但是目前市场上基本采用了单电机单控制器的控制模式，导致了某些场景下造成了资源浪费，成本高的弊病，


技术实现要素：

3.本实用新型的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了一种单芯片控制双电机的控制双无刷直流电机的电机驱动板。
4.本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：
5.一种控制双无刷直流电机的电机驱动板，包括：通信模组、主控芯片、第一预驱动电路、第一驱动电路、第二预驱动电路和第二驱动电路；通信模组和主控芯片连接；所述主控芯片的第一输出端、第一预驱动电路、第一驱动电路及第一电机依次连接，所述主控芯片的第二输出端、第二预驱动电路、第二驱动电路及第二电机依次连接；主控芯片的数量是1。
6.优选地，电机驱动板还包括第一采样电路、第二采样电路、第一霍尔电路和第二霍尔电路；第一霍尔电路的一端和第一电机连接，另一端和主控芯片连接；第二霍尔电路的一端和第二电机连接，另一端和主控芯片连接；第一采样电路的一端和第一驱动电路连接，另一端和主控芯片连接；第二采样电路的一端和第二驱动电路连接，另一端和主控芯片连接。
7.优选地，主控芯片u1的第十七引脚和+3.3v电源端连接，第十七引脚还通过电容c1连接至地，主控芯片u1的第十八引脚连接至地，主控芯片u1的第二十七引脚和+3.3v电源端连接，第二十七引脚还通过电容c2、电容c3和主控芯片u1的第二十八脚连接，主控芯片u1的第二十八脚还连接至地，主控芯片u1的第二十九脚和+3.3v电源端连接，第二十九脚还通过电容c4连接至地，主控芯片u1的第四十九脚通过电容c5和+3.3v电源端连接，第四十九脚还连接至地，主控芯片u1的第四十八脚、第四十七脚均和+3.3v电源端连接，主控芯片u1的第四十六脚连接至地。
8.优选地，第一预驱动电路包括：电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、二极管d1、二极管d2、二极管d4和预
驱动芯片u2；预驱动芯片u2的第一引脚和15v电源端连接，预驱动芯片u2的第一引脚还通过电容c7、电容c8和com端连接，预驱动芯片u2的vcc引脚还通过电容c9、电容c10连接至地，预驱动芯片u2的第二引脚通过电阻r5和主控芯片u1的第四十一引脚连接，预驱动芯片u2的第三引脚通过电阻r6和主控芯片u1的第五十八引脚连接，预驱动芯片u2的第四引脚通过电阻r7和主控芯片u1的第三十七引脚连接，预驱动芯片u2的第五引脚通过电阻r8和主控芯片u1的第四十引脚连接，预驱动芯片u2的第六引脚通过电阻r9和主控芯片u1的第五十七引脚连接，预驱动芯片u2的第七引脚通过电阻r10和主控芯片u1的第三十六引脚连接，预驱动芯片u2的第九引脚连接至地，预驱动芯片u2的第十引脚通过电阻r3和+3.3v电源端连接，预驱动芯片u2的第十一引脚通过电阻r1和15v电源端连接，第十一引脚还通过电容c10连接至地，预驱动芯片u2的十二引脚连接至地，预驱动芯片u2的第十三引脚通过电阻r2连接至地，第十三引脚还和com端连接，预驱动芯片u2的第十四引脚通过电阻r4和第一驱动电路连接，预驱动芯片u2的第十八引脚通过电容c13和预驱动芯片u2的第二十引脚连接，预驱动芯片u2的第二十二引脚通过电容c12和预驱动芯片u2的第二十四引脚连接，预驱动芯片u2的第二十六引脚通过电容c11和预驱动芯片u2的第二十八引脚连接，二极管d1、二极管d2、二极管d3的正极均和15v电源端连接，二极管d1、二极管d2、二极管d3的负极分别和预驱动芯片u2的第二十八引脚、第二十四引脚、第二十引脚连接。
9.优选地，第一驱动电路包括：电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、场效应管g1、场效应管g2、场效应管g3、场效应管g4、场效应管g5、场效应管g6和场效应管g7；场效应管g1、场效应管g2、场效应管g3的漏极均和vin端连接，场效应管g1的栅极和第一预驱动电路的电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端和预驱动芯片u2的第二十七引脚连接，场效应管g1的源极和预驱动芯片u2的第二十六引脚连接，场效应管g1的源极还和第一霍尔电路连接，场效应管g1的源极还通过电阻r16和第一采样电路连接，场效应管g4的栅极和第一预驱动电路的电阻r14的一端连接，电阻r14的另一端和预驱动芯片u2的第一十六引脚连接，场效应管g4的漏极和场效应管g1的源极连接，场效应管g4的源极和电阻r16的一端连接，场效应管g2的栅极和第一预驱动电路的电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端和预驱动芯片u2的第二十三引脚连接，场效应管g2的源极和预驱动芯片u2的第二十二引脚连接，场效应管g2的源极还和第一霍尔电路连接，场效应管g2的源极还通过电阻r20和第一采样电路连接，场效应管g4的栅极和第一预驱动电路的电阻r15的一端连接，电阻r15的另一端和预驱动芯片u2的第一十五引脚连接，场效应管g5的漏极和场效应管g2的源极连接，场效应管g5的源极和电阻r20的一端连接，场效应管g3的栅极和第一预驱动电路的电阻r13的一端连接，电阻r13的另一端和预驱动芯片u2的第一十九引脚连接，场效应管g3的源极和预驱动芯片u2的第一十八引脚连接，场效应管g3的源极还和第一霍尔电路连接，场效应管g3的源极还通过电阻r22和场效应管g3的源极连接，场效应管g6的栅极和第一预驱动电路的电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端和预驱动芯片u2的第一十四引脚连接，场效应管g6的漏极和场效应管g3的源极连接，场效应管g4的源极通过电阻r18、场效应管g5的源极通过电阻r19、场效应管g6的源极通过电阻r21和电阻r23的一端连接，电阻r23的另一端连接至地；场效应管g7的栅极通过电阻r17连接至地；场效应管g7的源极连接至地；场效应管g7的漏极通过电阻r16和vin端连接。
10.优选地，电机驱动板还包括控制显示电路，控制显示电路和主控芯片连接。
11.优选地，通信模组为蓝牙模组。
12.优选地，主控芯片为swm190rbt6芯片。
13.优选地，第一预驱动电路和第二预驱动电路均包括用于将主控芯片输出的电压进行放大处理ir2136s芯片；第一驱动电路和第二驱动电路均为mos驱动桥式电路。
14.优选地，所述电机驱动板还包括与所述主控芯片连接的ttl串口接口、与所述主控芯片连接的按键电路。
15.本实用新型相对于现有技术具有如下优点：
16.本实用新型包括单个主控芯片，独立控制两个无刷直流电机，具有结构简单，稳定性强，成本低的特点，并且包括蓝牙模组，提供了无线控制的解决办法。
附图说明
17.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
18.图1为本实用新型的控制双无刷直流电机的电机驱动板的结构图。
19.图2为本实用新型的主控芯片的电路图。
20.图3为本实用新型的第一预驱动电路的电路图。
21.图4为本实用新型的第一驱动电路的电路图。
22.图5为本实用新型的第一霍尔电路的电路图。
23.图6为本实用新型的第一采样电路的电路图。
具体实施方式
24.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
25.参见图1-6、一种控制双无刷直流电机的电机驱动板，包括：通信模组、主控芯片、第一预驱动电路、第一驱动电路、第二预驱动电路和第二驱动电路；通信模组和主控芯片连接；所述主控芯片的第一输出端、第一预驱动电路、第一驱动电路及第一电机依次连接，所述主控芯片的第二输出端、第二预驱动电路、第二驱动电路及第二电机依次连接；主控芯片的数量是1。
26.在本实施例，电机驱动板还包括第一采样电路、第二采样电路、第一霍尔电路和第二霍尔电路；第一霍尔电路的一端和第一电机连接，另一端和主控芯片连接；第二霍尔电路的一端和第二电机连接，另一端和主控芯片连接；第一采样电路的一端和第一驱动电路连接，另一端和主控芯片连接；第二采样电路的一端和第二驱动电路连接，另一端和主控芯片连接。
27.需要说明的是，第一预驱动电路和第二预驱动电路相同，第一驱动电路和第二驱动电路相同，第一采样电路和第二采样电路相同，第一霍尔电路和第二霍尔电路相同，附图中仅给出第一预驱动电路、第一驱动电路、第一采样电路、第一霍尔电路的电路图。
28.将程序写入主控芯片，由主控芯片对代码进行执行。使电机启动时，由主控电路输出3组中心对称互补的pwm波进入预驱动电路，预驱动电路使pwm信号电压达到控制驱动电路的mos管的开启电压，再输送给驱动电路进行大功率输出给三相无刷直流电机，使电机能
够在额定功率(100w)下稳定运行；霍尔电路对电机内部的霍尔元件信号进行读取，发送到主控芯片，主控芯片通过读取到的霍尔信号判断电机转子相对于定子处于何种角度，再对pwm信号进行调整，使电机旋转。电流采样电路是通过驱动电路的采样电阻，把采样信号通过运算放大器传送给主控芯片，主控芯片通过读取到的电流信号，控制输出的pwm波，来达到控制输出功率的目的。
29.第一电机和第二电机实现单独控制的过程：
30.电机驱动板采用了两路电机电路：第一预驱动电路、第一驱动电路、第一电流采样电路、第一霍尔电路、第二预驱动电路、第二驱动电路、第二电流采样电路、第二霍尔电路，控制使用了两个pwm中断，两个adc中断并联运行，每个电机的控制使用了单独的控制算法，两个电机的状态、运行参数、电机参数均相互独立，每个电机使用一个pwm中断和一个adc中断，程序中无交叉，故而实现了双电机的独立运行。
31.在本实施例，主控芯片u1的第十七引脚和+3.3v电源端连接，第十七引脚还通过电容c1连接至地，主控芯片u1的第十八引脚连接至地，主控芯片u1的第二十七引脚和+3.3v电源端连接，第二十七引脚还通过电容c2、电容c3和主控芯片u1的第二十八脚连接，主控芯片u1的第二十八脚还连接至地，主控芯片u1的第二十九脚和+3.3v电源端连接，第二十九脚还通过电容c4连接至地，主控芯片u1的第四十九脚通过电容c5和+3.3v电源端连接，第四十九脚还连接至地，主控芯片u1的第四十八脚、第四十七脚均和+3.3v电源端连接，主控芯片u1的第四十六脚连接至地。
32.在本实施例，第一预驱动电路包括：电容c7、电容c8、电容c9、电容c10、电容c11、电容c12、电容c13、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、电阻r10、电阻r11、电阻r12、电阻r13、电阻r14、电阻r15、二极管d1、二极管d2、二极管d4和预驱动芯片u2；预驱动芯片u2的第一引脚和15v电源端连接，预驱动芯片u2的第一引脚还通过电容c7、电容c8和com端(串口端)连接，预驱动芯片u2的vcc引脚还通过电容c9、电容c10连接至地，预驱动芯片u2的第二引脚通过电阻r5和主控芯片u1的第四十一引脚连接，预驱动芯片u2的第三引脚通过电阻r6和主控芯片u1的第五十八引脚连接，预驱动芯片u2的第四引脚通过电阻r7和主控芯片u1的第三十七引脚连接，预驱动芯片u2的第五引脚通过电阻r8和主控芯片u1的第四十引脚连接，预驱动芯片u2的第六引脚通过电阻r9和主控芯片u1的第五十七引脚连接，预驱动芯片u2的第七引脚通过电阻r10和主控芯片u1的第三十六引脚连接，预驱动芯片u2的第九引脚连接至地，预驱动芯片u2的第十引脚通过电阻r3和+3.3v电源端连接，预驱动芯片u2的第十一引脚通过电阻r1和15v电源端连接，第十一引脚还通过电容c10连接至地，预驱动芯片u2的十二引脚连接至地，预驱动芯片u2的第十三引脚通过电阻r2连接至地，第十三引脚还和com端连接，预驱动芯片u2的第十四引脚通过电阻r4和第一驱动电路连接，预驱动芯片u2的第十八引脚通过电容c13和预驱动芯片u2的第二十引脚连接，预驱动芯片u2的第二十二引脚通过电容c12和预驱动芯片u2的第二十四引脚连接，预驱动芯片u2的第二十六引脚通过电容c11和预驱动芯片u2的第二十八引脚连接，二极管d1、二极管d2、二极管d3的正极均和15v电源端连接，二极管d1、二极管d2、二极管d3的负极分别和预驱动芯片u2的第二十八引脚、第二十四引脚、第二十引脚连接。
33.在本实施例，第一驱动电路包括：电阻r16、电阻r17、电阻r18、电阻r19、电阻r20、电阻r21、电阻r22、场效应管g1、场效应管g2、场效应管g3、场效应管g4、场效应管g5、场效应
管g6和场效应管g7；场效应管g1、场效应管g2、场效应管g3的漏极均和vin端连接，场效应管g1的栅极和第一预驱动电路的电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端和预驱动芯片u2的第二十七引脚连接，场效应管g1的源极和预驱动芯片u2的第二十六引脚连接，场效应管g1的源极还和第一霍尔电路连接，场效应管g1的源极还通过电阻r16和第一采样电路连接，场效应管g4的栅极和第一预驱动电路的电阻r14的一端连接，电阻r14的另一端和预驱动芯片u2的第一十六引脚连接，场效应管g4的漏极和场效应管g1的源极连接，场效应管g4的源极和电阻r16的一端连接，场效应管g2的栅极和第一预驱动电路的电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端和预驱动芯片u2的第二十三引脚连接，场效应管g2的源极和预驱动芯片u2的第二十二引脚连接，场效应管g2的源极还和第一霍尔电路连接，场效应管g2的源极还通过电阻r20和第一采样电路连接，场效应管g4的栅极和第一预驱动电路的电阻r15的一端连接，电阻r15的另一端和预驱动芯片u2的第一十五引脚连接，场效应管g5的漏极和场效应管g2的源极连接，场效应管g5的源极和电阻r20的一端连接，场效应管g3的栅极和第一预驱动电路的电阻r13的一端连接，电阻r13的另一端和预驱动芯片u2的第一十九引脚连接，场效应管g3的源极和预驱动芯片u2的第一十八引脚连接，场效应管g3的源极还和第一霍尔电路连接，场效应管g3的源极还通过电阻r22和场效应管g3的源极连接，场效应管g6的栅极和第一预驱动电路的电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端和预驱动芯片u2的第一十四引脚连接，场效应管g6的漏极和场效应管g3的源极连接，场效应管g4的源极通过电阻r18、场效应管g5的源极通过电阻r19、场效应管g6的源极通过电阻r21和电阻r23的一端连接，电阻r23的另一端连接至地；场效应管g7的栅极通过电阻r17连接至地；场效应管g7的源极连接至地；场效应管g7的漏极通过电阻r16和vin端连接。
34.在本实施例，电机驱动板还包括控制显示电路，控制显示电路和主控芯片连接。
35.在本实施例，通信模组为蓝牙模组。将蓝牙模组设置于电机驱动板上，使得整个单芯片双电机控制系统只需设置一个蓝牙模组，大大地降低了芯片的使用成本和资源浪费，保证信号的稳定传输。
36.在本实施例，主控芯片为swm190rbt6芯片。采用swm190rbt6芯片控制两个有霍尔无刷直流电机，使用了foc算法控制，电流环、速度环双闭环控制策略，并且两个电机独立控制启动、停机、换向、调速等功能。
37.第1环是电流环，此环完全在伺服驱动器内部进行，通过霍尔装置检测驱动器给电机的各相的输出电流，负反馈给电流的设定进行pid调节，从而达到输出电流尽量接近等于设定电流，电流环控制电机转矩，所以在转矩模式下驱动器的运算最小，动态响应最快。
38.第2环是速度环，通过检测霍尔传感器的信号来进行负反馈pid调节，它的环内pid输出直接就是电流环的设定，所以速度环控制时就包含了速度环和电流环，换句话说任何模式都必须使用电流环，电流环是控制的根本，在速度和位置控制的同时系统实际也在进行电流(转矩)的控制以达到对速度和位置的相应控制。
39.foc(field-oriented control)，即磁场定向控制，也称矢量变频，是目前无刷直流电机(bldc)和永磁同步电机(pmsm)高效控制的最佳选择。foc精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应。为了得到电机转子的位置、电机转速、电流大小等信息作为反馈，首先需要采集电机相电流，对其进行一系列的数学变换和估算算法后得到解耦了的易用控制的反馈量。然后，根据反馈量与目标值的误差
进行动态调节，最终输出3相正弦波驱动电机转动。
40.在本实施例，第一预驱动电路和第二预驱动电路均包括用于将主控芯片输出的电压进行放大处理ir2136s芯片，预驱动电路13可将3.3v的电压放大至15v；第一驱动电路和第二驱动电路均为mos驱动桥式电路，通过驱动电路可将预驱动电路的输出电流进行整流处理后输入至电机，实现电机的稳定工作。
41.在本实施例，所述电机驱动板还包括与所述主控芯片连接的ttl串口接口、与所述主控芯片连接的按键电路。用户可通过按键电路直接对电机驱动板进行控制，操作方便，使得当蓝牙模组出现故障时，仍可实现对电机的控制，安全性高。
42.工作时，用户通过手机或者操纵杆等方式向外发送串口指令，电机驱动板上的蓝牙模组接收串口指令并将串口指令发送至主控芯片，主控芯片生成控制信号，并通过预驱动电路将控制信号放大后发送至驱动电路，驱动电路根据放大后的控制信号驱动电机；同时，采样电路及霍尔电路实时采集电机的反馈电压并将反馈电压输出至主控芯片，以便调整控制信号以完成用户所需要的电机动作，如加速、减速、启动、停止、换向等。所述控制信号为电压信号。
43.本方案选用swm190rbt6控制双电机运行的方法，也可以适用于平衡车、电动行李厢、电动拖车等方案，并且提供了蓝牙无线控制两个电机状态的方法，大大地降低了主控芯片的成本。
44.上述具体实施方式为本实用新型的优选实施例，并不能对本实用新型进行限定，其他的任何未背离本实用新型的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。