基于PWM控制的直流无刷电机调速电路及调速方法与流程

本发明涉及自动控制精密调速，更具体地说，本发明涉及基于pwm控制的直流无刷电机调速电路及调速方法。

背景技术：

1、目前，现有技术的pwm调压通常只能进行直流有刷电机的调速，pwm调压直流无刷电机的调速的滤波电容体积大安装不方便并且电磁噪大；现阶段有刷电机是使用电刷实现电机换相的寿命较短，而直流无刷电机内部存在驱动ic，ic会在pwm调压时工作异常，导致电磁噪声和转速不稳定；现有pwm调速通常需要信号线进行控制信号传输，信号线的干扰较难处理，较难进行精密控制，且具有信号线的设计复杂度较高；具体问题包括：如何避免信号线的干扰、如何进行精密控制、如何降低设计复杂度、如何进行稳压调节及高效滤波降扰、如何将滤波电路滤波后的电压与输入电压进行比较、如何保持驱动ic芯片一直供电未被复位状态以及如何精准调节直流无刷电机转动速度等问题尚待解决；因此，有必要提出基于pwm控制的直流无刷电机调速电路及控制方法，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。

技术实现思路

1、在
技术实现要素：
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明；本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、为至少部分地解决上述问题，本发明提供了基于pwm控制的直流无刷电机调速电路，包括：

3、稳压滤波降扰模块，通过半导体稳压、多类型并联电容组及降扰电感，进行稳压调节及容感复式滤波降扰；

4、双比较器互备pwm模块，通过第一电压比较器u2a，将滤波电路滤波后的电压vcc与输入电压vccin进行比较，通过第二电压比较器u2b与第一电压比较器u2a进行互备切换，得到双比较器互备pwm控制信号；

5、pwm控制输入端模块，进行双比较器互备pwm控制信号和外部输入pwmin信号之间的隔离降扰，通过脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号，控制驱动芯片u1工作状态，保持驱动ic芯片u1一直供电未被复位状态；

6、驱动ic控制调速模块，在驱动ic芯片u1一直供电未被复位状态，通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线，并精准调节直流无刷电机转动速度。

7、优选的，稳压滤波降扰模块包括：

8、半导体稳压子模块，通过稳压二极管zd1对直流供电电压vccin输入进行稳压调节，保持直流供电电压vccin输入电压稳定；

9、滤波电容组子模块，通过多类型并联电容组，调节阻抗频率特性进行电路滤波；

10、降扰电感子模块，通过降扰电感l32r2过滤电流干扰；输出直流供电电压vcc；

11、多类型并联电容组包括：第一电解电容c1、第二无极性电容c2、第三无极性电容c3、第四无极性电容c4及第五无极性电容c5；第一电解电容c1的负极、第二无极性电容c2一端、第三无极性电容c3一端、第四无极性电容c4一端及第五无极性电容c5一端并联并与稳压二极管zd1阴极并联接地；第一电解电容c1的正极、第三无极性电容c3另一端、第四无极性电容c4另一端及第五无极性电容c5另一端并联连接降扰电感l32r2一端及直流供电电压vcc输出端；直流供电电压vccin输入端连接第一半导体二极管d1阳极，第一半导体二极管d1阴极并联稳压二极管zd1阴极、多类型并联电容组的第二无极性电容c2一端及降扰电感l32r2另一端，稳压二极管zd1阳极连接地线及第二无极性电容c2另一端。

12、优选的，双比较器互备pwm模块包括：

13、第一电压比较器子模块，通过第一电压比较器u2a，将滤波电路滤波后的电压vcc与输入电压vccin进行比较；从第一电压比较器u2a的比较器输出引脚1输出第一电压比较结果；第一电压比较结果包括：第一低电平信号或第一高电平信号，获取pwm第一组控制信号；

14、第二电压比较器子模块，通过第二电压比较器u2b与第一电压比较器u2a进行互备切换，在第一电压比较器u2a出现故障紧急情况时与第一电压比较器u2a切换；在第一电压比较器u2a出现故障紧急情况时与第一电压比较器u2a切换包括：第二电压比较器u2b的引脚端与第一电压比较器u2a的引脚端通过故障监测开关电路并联设置；故障监测开关电路监测第一电压比较器u2a的非gnd地引脚对gnd地引脚阻值并监测第一电压比较器u2a的各非vcc输入引脚对vcc输入引脚阻值是否和第一电压比较器u2a正常工作状态一致；当出现与第一电压比较器u2a正常工作状态不一致且超出正常范围时，故障监测开关电路立刻切换到第二电压比较器u2b，获取pwm第二组控制信号；通过pwm第二组控制信号和pwm第一组控制信号互备，得到双比较器互备pwm控制信号。

15、优选的，pwm控制输入端模块包括：

16、内外pwm隔离降扰子模块，通过第二半导体二极管d2及第一电阻r1，进行双比较器互备pwm控制信号和外部输入pwmin信号之间的隔离降扰；

17、ic端输入pwmic信号子模块，经过双比较器互备pwm控制信号和外部输入pwmin信号之间的隔离降扰后，输出脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号；

18、双比较器互备pwm控制信号传输到第二半导体二极管d2的负极，高频信号经过第二半导体二极管d2的正极串联第一电阻r1一端，经第一电阻r1另一端输出脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号；

19、通过脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号，控制驱动芯片u1工作状态；当pwm信号为高电平，驱动芯片u1工作，耗用电能增加，多类型并联电容组放电加速；当pwm信号为低电平，驱动芯片u1停止工作，耗用电能减少，多类型并联电容组放电速度减缓；使驱动ic芯片u1保持待机，保持驱动ic芯片u1一直供电未被复位状态。

20、优选的，驱动ic控制调速模块包括：

21、限流控制保护子模块，通过外部励磁电路获取外部输入pwmin信号，外部输入pwmin信号经过第七电阻r7进行限流保护转换，获取脉冲宽度调制ic端输入第二pwmic信号；

22、驱动ic芯片调速子模块，在一直供电未被复位状态，驱动芯片u1通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线转动，并精准调节直流无刷电机转动速度；

23、驱动芯片u1通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线转动，并精准调节直流无刷电机转动速度包括：脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号和脉冲宽度调制ic端输入第二pwmic信号输入驱动ic芯片u1的pwm针脚；经过驱动芯片u1的第一电压输出out1针脚和第二电压输出out2针脚，分别输出到直流无刷电机线圈第一线脚l1和直流无刷电机线圈第二线脚l2；直流无刷电机线圈第一线脚l1和直流无刷电机线圈第二线脚l2使直流无刷电机定子线包通电产生磁性，获取定子线包磁场；驱动ic芯片u1的h桥驱动使定子线包磁场方向变化；通过霍尔感应直流无刷电机转子的位置，直流无刷电机转子转动时霍尔感应信号变化；驱动ic芯片u1的fgic端电机转速脉冲信号通过第六电阻r6，获取电机转速脉冲信号fg；控制直流无刷电机转子和直流无刷电机定子形成交互旋转磁场驱动直流无刷电机转动；通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线，并精准调节直流无刷电机转动速度。

24、本发明提供了基于pwm控制的直流无刷电机调速方法，包括：

25、s100，通过半导体稳压、多类型并联电容组及降扰电感，进行稳压调节及容感复式滤波降扰；

26、s200，通过第一电压比较器u2a，将滤波电路滤波后的电压vcc与输入电压vccin进行比较，通过第二电压比较器u2b与第一电压比较器u2a进行互备切换，得到双比较器互备pwm控制信号；

27、s300，进行双比较器互备pwm控制信号和外部输入pwmin信号之间的隔离降扰，通过脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号，控制驱动芯片u1工作状态，保持驱动ic芯片u1一直供电未被复位状态；

28、s400，在驱动ic芯片u1一直供电未被复位状态，通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线，并精准调节直流无刷电机转动速度。

29、优选的，s100，包括：

30、s101，通过稳压二极管zd1对直流供电电压vccin输入进行稳压调节，保持直流供电电压vccin输入电压稳定；

31、s102，通过多类型并联电容组，调节阻抗频率特性进行电路滤波；

32、s103，通过降扰电感l32r2过滤电流干扰，并与多类型并联电容组构成复式滤波降扰电路，进行容感复式滤波降扰，输出直流供电电压vcc；

33、多类型并联电容组包括：第一电解电容c1、第二无极性电容c2、第三无极性电容c3、第四无极性电容c4及第五无极性电容c5；第一电解电容c1的负极、第二无极性电容c2一端、第三无极性电容c3一端、第四无极性电容c4一端及第五无极性电容c5一端并联并与稳压二极管zd1阴极并联接地；第一电解电容c1的正极、第三无极性电容c3另一端、第四无极性电容c4另一端及第五无极性电容c5另一端并联连接降扰电感l32r2一端及直流供电电压vcc输出端；直流供电电压vccin输入端连接第一半导体二极管d1阳极，第一半导体二极管d1阴极并联稳压二极管zd1阴极、多类型并联电容组的第二无极性电容c2一端及降扰电感l32r2另一端，稳压二极管zd1阳极连接地线及第二无极性电容c2另一端。

34、优选的，s200，包括：

35、s201，通过第一电压比较器u2a，将滤波电路滤波后的电压vcc与输入电压vccin进行比较；从第一电压比较器u2a的比较器输出引脚1输出第一电压比较结果；第一电压比较结果包括：第一低电平信号或第一高电平信号，获取pwm第一组控制信号；

36、s202，通过第二电压比较器u2b与第一电压比较器u2a进行互备切换，在第一电压比较器u2a出现故障紧急情况时与第一电压比较器u2a切换；在第一电压比较器u2a出现故障紧急情况时与第一电压比较器u2a切换包括：第二电压比较器u2b的引脚端与第一电压比较器u2a的引脚端通过故障监测开关电路并联设置；故障监测开关电路监测第一电压比较器u2a的非gnd地引脚对gnd地引脚阻值并监测第一电压比较器u2a的各非vcc输入引脚对vcc输入引脚阻值是否和第一电压比较器u2a正常工作状态一致；当出现与第一电压比较器u2a正常工作状态不一致且超出正常范围时，故障监测开关电路立刻切换到第二电压比较器u2b，获取pwm第二组控制信号；通过pwm第二组控制信号和pwm第一组控制信号互备，得到双比较器互备pwm控制信号。

37、优选的，s300，包括：

38、s301，通过第二半导体二极管d2及第一电阻r1，进行双比较器互备pwm控制信号和外部输入pwmin信号之间的隔离降扰；

39、s302，经过双比较器互备pwm控制信号和外部输入pwmin信号之间的隔离降扰后，输出脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号；

40、双比较器互备pwm控制信号传输到第二半导体二极管d2的负极，高频信号经过第二半导体二极管d2的正极串联第一电阻r1一端，经第一电阻r1另一端输出脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号；通过脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号，控制驱动芯片u1工作状态；当pwm信号为高电平，驱动芯片u1工作，耗用电能增加，多类型并联电容组放电加速；当pwm信号为低电平，驱动芯片u1停止工作，耗用电能减少，多类型并联电容组放电速度减缓；使驱动ic芯片u1保持待机，保持驱动ic芯片u1一直供电未被复位状态。

41、优选的，s400，包括：

42、s401，通过外部励磁电路获取外部输入pwmin信号，外部输入pwmin信号经过第七电阻r7进行限流保护转换，获取脉冲宽度调制ic端输入第二pwmic信号；

43、s402，在一直供电未被复位状态，驱动芯片u1通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线转动，并精准调节直流无刷电机转动速度；

44、驱动芯片u1通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线转动，并精准调节直流无刷电机转动速度包括：脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号和脉冲宽度调制ic端输入第二pwmic信号输入驱动ic芯片u1的pwm针脚；经过驱动芯片u1的第一电压输出out1针脚和第二电压输出out2针脚，分别输出到直流无刷电机线圈第一线脚l1和直流无刷电机线圈第二线脚l2；直流无刷电机线圈第一线脚l1和直流无刷电机线圈第二线脚l2使直流无刷电机定子线包通电产生磁性，获取定子线包磁场；驱动ic芯片u1的h桥驱动使定子线包磁场方向变化；通过霍尔感应直流无刷电机转子的位置，直流无刷电机转子转动时霍尔感应信号变化；驱动ic芯片u1的fgic端电机转速脉冲信号通过第六电阻r6，获取电机转速脉冲信号fg；控制直流无刷电机转子和直流无刷电机定子形成交互旋转磁场驱动直流无刷电机转动；通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线，并精准调节直流无刷电机转动速度。

45、相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：

46、上述技术方案的原理及效果为：本发明提供了基于pwm控制的直流无刷电机调速电路及调速方法，利用稳压滤波降扰模块，通过半导体稳压、多类型并联电容组及降扰电感，进行稳压调节及容感复式滤波降扰；双比较器互备pwm模块，通过第一电压比较器u2a，将滤波电路滤波后的电压vcc与输入电压vccin进行比较，通过第二电压比较器u2b与第一电压比较器u2a进行互备切换，得到双比较器互备pwm控制信号；pwm控制输入端模块，进行双比较器互备pwm控制信号和外部输入pwmin信号之间的隔离降扰，通过脉冲宽度调制ic端输入第一pwmic信号，控制驱动芯片u1工作状态，保持驱动ic芯片u1一直供电未被复位状态；驱动ic控制调速模块，在驱动ic芯片u1一直供电未被复位状态，通过霍尔感应信号和h桥驱动控制直流无刷电机，利用正极线集成控制信号替代控制信号线，并精准调节直流无刷电机转动速度；本发明增加滤波电容，同时在电路上增加运放比较器芯片，比较器比较滤波后的电压和输入电压，当滤波后的电压下降、比输入电压高时，比较器输出低电平信号，该信号令芯片停止输出，保持ic待机，待机电流小，电压下降慢，电压不会下降至0v，ic不会被复位，保持一直供电，实现正常调速；电压比较器u2a输出低电平信号pwm至比较器芯片u1的pwmic输入端，用于驱动比较器芯片u1保持ic待机，保持一直供电未被复位；本pwm调压电路简单，调压所需求的滤波电容容量可以比一般的pwm调压电路滤波电容容量更；本pwm调压方法，直流无刷电机产生的电磁噪声小；本pwm调压方法，调节直流无刷电机的转速更稳定，使用寿命更长；本发明增加滤波电容，同时在电路上增加运放比较器芯片，比较器比较滤波后的电压和输入电压，当滤波后的电压下降、比输入电压高时，比较器输出低电平信号，该信号令芯片停止输出，保持ic待机，待机电流小，电压下降慢，电压不会下降至0v，ic不会被复位，保持一直供电，实现正常调速；电压比较器u2a输出低电平信号pwm至比较器芯片u1的pwmic输入端，用于驱动比较器芯片u1保持ic待机，保持一直供电未被复位。

47、本发明所述的基于pwm控制的直流无刷电机调速电路及调速方法，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。