一种带显示及按键的无刷电机驱动器的制作方法

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1.本实用新型涉及驱动电路领域，特指一种带显示及按键的无刷电机驱动器。


背景技术：

2.无刷电机驱动器主要用于使电机转动起来，其工作原理是：首先由控制部根据hall-sensor感应到的电机转子所在位置，然后依照定子绕线决定开启(或关闭)换流器(inverter)中功率晶体管的顺序，使电流依序流经电机线圈产生顺向 (或逆向)旋转磁场，并与转子的磁铁相互作用，如此就能使电机顺时/逆时转动。当电机转子转动到hall-sensor感应出另一组信号的位置时，控制部又再开启下一组功率晶体管，如此循环电机就可以依同一方向继续转动直到控制部决定要电机转子停止则关闭功率晶体管(或只开下臂功率晶体管)；要电机转子反向则功率晶体管开启顺序相反。
3.目前市面上许多无刷电机驱动器都不带显示数码管和控制按键，如：授权公告号为cn 215897623 u的中国专利，由于驱动器不带显示数码管，不能及时清楚的显示电机的转速等内容，以及缺少控制按键模块，用户不能及时快速调节控制电机的转速等内容。
4.有鉴于此，本发明人提出以下技术方案。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带显示及按键的无刷电机驱动器。
6.为了解决上述技术问题，本实用新型采用了下述技术方案：一种带显示及按键的无刷电机驱动器，包括：输入整流滤波模块、内部供电模块、电机驱动模块、过压检测模块、过流检测模块、温度检测模块、霍尔信号检测模块、mcu控制模块及数码管显示与按键驱动模块，所述数码管显示与按键驱动模块包括有led1 数码显示管、连接并控制所述led1数码显示管的led驱动ic及连接所述led驱动ic的轻触开关按键组，所述led驱动ic的17脚与所述mcu控制模块的39脚连接传递信号。
7.进一步而言，上述技术方案中，所述led1数码显示管为四位数码管，所述轻触开关按键组包括有并联连接的按键一、按键二、按键三、按键四、按键五、按键六及按键七七个按键，且所述按键一、按键二、按键三、按键四、按键五、按键六及按键七的一端均连接于所述led驱动ic的19脚，所述按键一、按键二、按键三、按键四、按键五、按键六及按键七的另一端分别连接于所述led驱动ic 的2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚，且所述led驱动ic的2脚、3脚、 4脚、5脚、6脚、7脚、8脚分别连接所述led1数码显示管的ar脚、br脚、cr 脚、dr脚、er脚、fr脚、gr脚。
8.进一步而言，上述技术方案中，所述电机驱动模块包括有连接所述mcu控制模块的ipm模块u1、设置于所述ipm模块u1的26脚上并用于保护电路的泄放电阻r6和泄放电阻r9、用于检测所述pm模块u1的21、22、23脚上电压并反馈给所述pm模块u1的8脚上的采样电阻r37及设置于所述pm模块u1的6脚上并用于连接所述mcu控制模块的电流监测滤波单元，所
述电流监测滤波单元与所述mcu控制模块之间设置有u3数字隔离器连接传递信号。
9.进一步而言，上述技术方案中，所述过流检测模块包括有比较器u4a、设置于所述比较器u4a的2脚并用于检测所述pm模块u1的21、22、23脚上电压的采样电阻r36及设置于所述比较器u4a的3脚上并连接所述内部供电模块的过流值单元，所述比较器u4a的1脚与所述u3数字隔离器连接。
10.进一步而言，上述技术方案中，所述过压检测模块包括有比较器u4b、设置于所述比较器u4b的6脚上与所述输入整流滤波模块连接的分压电阻单元、设置于所述比较器u4a的5脚上并连接所述内部供电模块的过压值单元及设置于所述比较器u4a的7脚上并与所述mcu控制模块连接的光耦u7，所述光耦u7的一端连接于所述mcu控制模块的32脚上。
11.进一步而言，上述技术方案中，所述温度检测模块包括有热敏电阻ntc、电阻r36及电容c53，其中，所述热敏电阻ntc的一端连接所述内部供电模块，所述热敏电阻ntc的另一端连接所述mcu控制模块的19脚，所述电阻r36和所述电容c53连接于所述热敏电阻ntc的另一端；所述mcu控制模块的38脚上设置有用于控制风扇启动降温的降温控制模块，该降温控制模块内设置有mos管q2。
12.进一步而言，上述技术方案中，所述内部供电模块包括有连接所述输入整流滤波模块的变压器t1、设置于所述变压器t1一端的直流供电单元和隔离供电单元及连接于所述变压器t1和所述直流供电单元上的电源管理芯片u8，所述直流供电单元设置有+15v输出脚和+5v输出脚，所述隔离供电单元设置有+5ve输出脚和+3.3ve输出脚。
13.进一步而言，上述技术方案中，所述霍尔信号检测模块包括有设置于电机内部并分别连接所述mcu控制模块的16脚、17脚、18脚的霍尔传感器d8、霍尔传感器d9、霍尔传感器d10，且所述霍尔传感器d8经电阻r46与所述内部供电模块连接，所述霍尔传感器d9经电阻r47与所述内部供电模块连接，所述霍尔传感器d10经电阻r48与所述内部供电模块连接。
14.进一步而言，上述技术方案中，所述输入整流滤波模块包括有依次连接的输入保护单元、整流单元、温度保护单元及滤波单元，所述内部供电模块连接于所述滤波单元上，所述输入保护单元包括有保险丝f1和压敏电阻tvn1。
15.进一步而言，上述技术方案中，所述温度保护单元包括有热敏电阻ntc1及并联安装于所述热敏电阻ntc1两端并与所述mcu控制模块的36脚连接的继电器单元，该继电器单元包括有继电器k1及连接所述继电器k1与所述mcu控制模块的mos管q1。
16.采用上述技术方案后，本实用新型与现有技术相比较具有如下有益效果：本实用新型中通过在mcu控制模块上连接增设数码管显示与按键驱动模块，由数码管显示与按键驱动模块中led1数码显示管负责显示电机转速等相关内容，并通过轻触开关按键组调节控制电机转速等内容，从而实现用户能够及时观测电机的工作情况，并可以进行手动控制调节，提升用户的自主控制性，满足用户的实时控制需求，避免无刷电机驱动器的出现延迟反应时所带来的一系列问题。
附图说明：
17.图1是本实用新型中mcu控制模块的电路图；
18.图2是本实用新型中数码管显示与按键驱动模块的电路图；
19.图3是本实用新型中电机驱动模块的电路图；
20.图4是本实用新型中过流检测模块的电路图；
21.图5是本实用新型中过压检测模块的电路图；
22.图6是本实用新型中温度检测模块的电路图；
23.图7是本实用新型中降温控制模块的电路图；
24.图8是本实用新型中霍尔信号检测模块的电路图；
25.图9是本实用新型中内部供电模块的电路图；
26.图10是本实用新型中输入整流滤波模块的电路图；
27.图11是本实用新型中周边辅助电路模块的电路图。
具体实施方式：
28.下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步说明。
29.见图1至图11所示，为一种带显示及按键的无刷电机驱动器，其包括：输入整流滤波模块1、内部供电模块2、电机驱动模块3、过压检测模块4、过流检测模块5、温度检测模块6、霍尔信号检测模块7、mcu控制模块8及数码管显示与按键驱动模块9，所述数码管显示与按键驱动模块9包括有led1数码显示管、连接并控制所述led1数码显示管的led驱动ic及连接所述led驱动ic的轻触开关按键组，所述led驱动ic的17脚与所述mcu控制模块8的39脚连接传递信号。通过在mcu控制模块8上连接增设数码管显示与按键驱动模块9，由数码管显示与按键驱动模块9中led1数码显示管负责显示电机转速等相关内容，并通过轻触开关按键组调节控制电机转速等内容，从而实现用户能够及时观测电机的工作情况，并可以进行手动控制调节，提升用户的自主控制性，满足用户的实时控制需求，避免无刷电机驱动器的出现延迟反应时所带来的一系列问题。
30.所述led1数码显示管为四位数码管，所述轻触开关按键组包括有并联连接的按键一、按键二、按键三、按键四、按键五、按键六及按键七七个按键，且所述按键一、按键二、按键三、按键四、按键五、按键六及按键七的一端均连接于所述led驱动ic的19脚，所述按键一、按键二、按键三、按键四、按键五、按键六及按键七的另一端分别连接于所述led驱动ic的2脚、3脚、4脚、5脚、 6脚、7脚、8脚，且所述led驱动ic的2脚、3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8 脚分别连接所述led1数码显示管的ar脚、br脚、cr脚、dr脚、er脚、fr脚、gr 脚。工作时：通过四位数的led1数码显示管来负责显示相关内容，led驱动ic带键盘扫描，负责检测按键一-按键七通断情况并通过led驱动ic的17脚反馈至mcu控制模块8的39脚，同时led驱动ic的17脚还用于接收mcu控制模块 8的指令，并通过2-9脚和12-15脚驱动驱动led1数码显示管显示指定内容。
31.所述电机驱动模块3包括有连接所述mcu控制模块8的ipm模块u1、设置于所述ipm模块u1的26脚上并用于保护电路的泄放电阻r6和泄放电阻r9、用于检测所述pm模块u1的21、22、23脚上电压并反馈给所述pm模块u1的8脚上的采样电阻r37及设置于所述pm模块u1的6脚上并用于连接所述mcu控制模块8的电流监测滤波单元31，所述电流监测滤波单元31与所述mcu控制模块 8之间设置有u3数字隔离器30连接传递信号。工作时：通过内部mcu控制模块 8输出pwm信号至ipm模块u1，再通过ipm模块u1控制电机转动，其中r6、r9 为泄放电阻，r37为采样电阻。此外ipm模块u1的6脚用于故障信号输出，将通过u3数字隔离器30传送至外部mcu控制模块8。
32.所述过流检测模块5包括有比较器u4a、设置于所述比较器u4a的2脚并用于检测所述pm模块u1的21、22、23脚上电压的采样电阻r36及设置于所述比较器u4a的3脚上并连接所述内部供电模块2的过流值单元51，所述比较器u4a 的1脚与所述u3数字隔离器30连接。工作时：将电机驱动模块3中采样电阻 r36采集到的电压shunt_i输送至比较器u4a的2脚，然后与比较器u4a的3脚上过流值单元51预先设定的过流值进行比较，最后将比较结果信号通过数字隔离器u3传送至mcu控制模块8。
33.针对意外的极大电流情况，比如：短路情况，本实用新型采用了相短路保护技术，即通过将采样电阻r37上的电压shunt_i送入ipm模块u1的8引脚，这样ipm模块u1就可以与其内部的参考电压比较，得出的结果通过6引脚送出，并经电流监测滤波单元31滤波为fault_out信号送至mcu控制模块8，mcu控制模块8将根据shunt_i信号送入的中断来监测过大电流的情况，如果超过设定的极大电流，则控制电路进行单次保护，防止烧毁驱动和发生火灾。
34.所述过压检测模块4包括有比较器u4b、设置于所述比较器u4b的6脚上与所述输入整流滤波模块1连接的分压电阻单元41、设置于所述比较器u4a的5 脚上并连接所述内部供电模块2的过压值单元42及设置于所述比较器u4a的7 脚上并与所述mcu控制模块8连接的光耦u7，所述光耦u7的一端连接于所述 mcu控制模块8的32脚上。工作时：通过电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r7 组成的分压电阻单元41将电源电压输送至比较器u4b的6脚，然后与比较器 u4b的5脚上过压值单元42预先设定过压值进行比较，最后将比较结果信号通过光耦u7输出至mcu控制模块8。
35.所述温度检测模块6包括有热敏电阻ntc、电阻r36及电容c53，其中，所述热敏电阻ntc的一端连接所述内部供电模块2，所述热敏电阻ntc的另一端连接所述mcu控制模块8的19脚，所述电阻r36和所述电容c53连接于所述热敏电阻ntc的另一端；所述mcu控制模块8的38脚上设置有用于控制风扇启动降温的降温控制模块80，该降温控制模块80内设置有mos管q2。工作时：由 ntc2、r63和c53组成温度检测模块6，用于检测电机驱动模块3的实时温度，并传送至mcu控制模块8的19脚。当温度超过预设值时，mcu控制模块8会发出信号给降温控制模块80驱动mos管q2导通，从而开启风扇进行降温。当温度超过异常值时，mcu控制模块8会通过控制电机驱动模块3对电机进行停止转动，并发出报警信号。
36.所述内部供电模块2包括有连接所述输入整流滤波模块1的变压器t1、设置于所述变压器t1一端的直流供电单元21和隔离供电单元22及连接于所述变压器t1和所述直流供电单元21上的电源管理芯片u8，所述直流供电单元21设置有+15v输出脚和+5v输出脚，所述隔离供电单元22设置有+5ve输出脚和 +3.3ve输出脚。工作时：通过电源管理芯片u8和变压器t1将310v的直流电转换为内部直流供电15v、5v，隔离供电5ve和3.3ve。
37.所述霍尔信号检测模块7包括有设置于电机内部并分别连接所述mcu控制模块8的16脚、17脚、18脚的霍尔传感器d8、霍尔传感器d9、霍尔传感器 d10，且所述霍尔传感器d8经电阻r46与所述内部供电模块2连接，所述霍尔传感器d9经电阻r47与所述内部供电模块2连接，所述霍尔传感器d10经电阻 r48与所述内部供电模块2连接。工作时：通过电机内部的霍尔传感器d8、霍尔传感器d9、霍尔传感器d10三个霍尔信号传送至内部mcu控制模块8的16、17、 18号引脚，用于实时监测电机的运行位置。
38.所述输入整流滤波模块1包括有依次连接的输入保护单元11、整流单元12、温度保
护单元13及滤波单元14，所述内部供电模块2连接于所述滤波单元14 上，所述输入保护单元11包括有保险丝f1和压敏电阻tvn1。所述温度保护单元13包括有热敏电阻ntc1及并联安装于所述热敏电阻ntc1两端并与所述mcu 控制模块8的36脚连接的继电器单元15，该继电器单元15包括有继电器k1及连接所述继电器k1与所述mcu控制模块8的mos管q1。工作时：220v的交流电经过x1电容和emi滤波，y1、y2抑制共模干扰后输入至zdl1整流桥，得到脉动直流电，而后经过电容c3和电容c6滤波后得到较为平滑的310v直流电，为后续电路供电。其中，保险丝f1、压敏电阻tvn1、热敏电阻ntc1、继电器k1 均是起到保护电路作用。
39.所述mcu控制模块8用于接收内部及外部的所有信号并进行监测以及适当处理，同时会输出各种信号用于控制电机转动、风扇转动、数码管显示、485通讯等。见图10所示，本实用新型还包括有周边辅助电路模块。
40.综上所述，本实用新型主要应用在无刷电机的驱动器中，由于市面上的许多无刷电机，其生产工艺没能跟上无刷驱动技术的进步，故存在着霍尔传感器安装精度不够的问题，这让对生产工艺要求较高的foc驱动技术无法大施拳脚。而且现有foc系列驱动器对国产无刷电机普遍兼容性差，限流不及时，容易过流报警。
41.本实用新型采用6步换相技术，简单实用，可以兼容市面上的绝大部分无刷电机。6步换向技术是比较成熟的技术，控制单元通过读取电机上的霍尔传感器, 可以计算出其转速，因此可以进行速度闭环控制，速度稳态精度优于0.5％，转速从200rpm到上万转，满足大部分市场需求。
42.针对过载问题，本提案采用逐波限流技术，这由控制单元实现，通过采样电阻采集母线峰值电流得到的电压shunt_i，再与限电流参考电压进行比较，得出的真假结果，由控制单元进行关闭驱动电路，进而将电流限制在设定的电流附近，此举在保护了驱动器的同时也保护了电机，同时能将电机输出的转矩限制在一定的范围之内，在正常情况下减少了过流报警，减少了客户的维护工作。因此，在满足性能的同时有着更好的成本控制，能够给到客户更好的性价比。
43.当然，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并非来限制本实用新型实施范围，凡依本实用新型申请专利范围所述构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应包括于本实用新型申请专利范围内。