一种能够降低启动电流的无刷电机控制器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及永磁电机技术，尤其涉及一种能够降低启动电流的无刷电机控制器。
【背景技术】
[0002] 现有的电机通常采用星型接法，如图1所示，电机控制系统在电路板上设有多个 电子器件，这些电子器件构成控制电路，对电机进行控制。该控制电路主要由微控制器(如 单片机)、驱动电路、功率管(如MOS管)组成三相桥式输出电路、以及普通无刷电机四部分组 成。在所述功率管(如MOS管）组成的三相桥式电路中，电路电源电压是加在电机两相绕组 上并根据时序进行换相，每相绕组上得到的电压是电源电压的二分之一。
[0003] 随着国家对节能环保的要求越来越高，人们对电机的节能和调速性能提出了更高 的要求，现有的电机控制系统很难减小电机的启动电流，达到节能环保的目的。现实中，由 于永磁电机启动电流大，导致每次启动都对电源供给系统带来很大冲击，在频繁启动的电 机调速系统中，因为电机的频繁启动使电源供给系统安全性、可靠性降低，尤其是以蓄电池 为电源的供给系统，将大大降低蓄电池的可靠性，缩短蓄电池寿命。
【发明内容】
[0004] 本发明所解决的技术问题在于提供一种能够降低启动电流的无刷电机控制器，以 改善现有技术中较大的电机启动电流对电源供给系统造成冲击的技术问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供一种能够降低启动电流的无刷电机控制器，包 括微控制器、与微控制器连接的驱动元件、受所述驱动元件驱动的电机以及与电机连接的 输出电路，所述电机内设有与所述输出电路连接的三相绕组，所述输出电路包含变档切换 电路及三相桥式输出电路；所述三相桥式输出电路中包含连接至所述驱动元件的六对功率 管；所述三相绕组中的每一单相绕组具有两个引出端，且分别连接两对功率管，所述单相绕 组上的电压与施加于电机上的电压相等。
[0006] 进一步地，所述输出电路还包含一直接连接至所述微控制器的单个功率管，该单 个功率管与其他功率管配合作用构成所述变档切换电路。
[0007] 进一步地，所述驱动元件包括两个驱动电路。
[0008] 进一步地，所述每对功率管中的一个功率管均连接至一个驱动电路，另一个功率 管均连接至另一个驱动电路。
[0009] 本发明电动车控制装置通过变档切换电路和三相桥式输出电路的设置，可实现低 速模式向高速模式的变档切换，而且可在电压和电机转矩保持不变的情况下，有效降低电 机的启动电流，延长电源供给系统的寿命，而高速时电机转速与现有星型接法电机的转速 一样。
【附图说明】
[0010] 图1为现有技术中电机控制装置的内部连接方式。
[0011] 图2为本发明所述一种能够降低启动电流的无刷电机控制器的框架图。
[0012] 图3为本发明所述一种能够降低启动电流的无刷电机控制器高速档时的等效电 路图。
[0013] 图4为本发明所述一种能够降低启动电流的无刷电机控制器低速档时的等效电 路图。
【具体实施方式】
[0014] 本发明提供一种一种能够降低启动电流的无刷电机控制器，其可具有电子变档， 并可在电源电压不变的情况下降低电机的启动电流。所述一种能够降低启动电流的无刷电 机控制器包括微控制器(MCU)、与微控制器（MCU)连接的驱动元件、受所述驱动元件驱动的 电机、与电机连接的输出电路、以及连接电机的变档切换装置。
[0015] 所述微控制器（MCU)用于连接控制所述驱动元件，并由驱动元件驱动所述电机 实现运转，且所述微控制器设有连接所述变档切换装置的引出线，运行时，所述微控制器 (MCU)收到启动电机的指令信息后，将控制电机进入低速档，使电机低速运转；当所述微控 制器(MCU)收到进入高速档指令后，将通过驱动元件驱动所述电机进行高速运转。本发明 中所述微控制器(MCU)对电机进行了双档限流控制，低速档启动电流限制在原星型接法电 机最大电流的50% ~ 70%，高速挡控制器对电机最大限流和原星型接法相同。
[0016] 值得一提的是，根据电机星型桥接原理，主要技术参数如下： 电机端电压方程式： U=E+IR。 <1> 所述电机绕组中产生的反电动势： E=CC>n <2> 电机的转速： n=(U-IR)/C〇 <3> 电机的转矩：
式中：U-电源电压；E-电机两相绕组的合成反电动势；C-电机反电动势常数； Φ-每极磁通量；η-电机转速；Tem-电机转矩；N-每极有效导体数；Ia-电梳绕组电 流。
[0017] 在本发明最佳实施方式中，所述电机为无刷直流电机，且该电机内设有三相绕组， 分别为绕组Α-Α1、绕组B-Bl及绕组C-C1，其分别具有从电机中引出的两个引出端，且每相 绕组的有效导体数N (即匝数)增加了一倍即2Ν，所述每一绕组具有两个连接端。所述驱动 元件包括与所述微控制器(MCU)连接的两个驱动电路。
[0018] 如图2所示为本发明电机控制装置的电路连接示意图。所述输出电路包括分别 连接至每个绕组的两个连接端的MOS管，所述MOS管由12个功率MOS管V1-V12组成，共 分成6对MOS管，即Vl与V2、V3与V4、V5与V6、V7与V8、V9与V10、Vll与V12,如图3所 示，每一绕组的两个引出端处均分别连接有一对MOS管，由此形成三相桥式输出电路，所述 每对功率管中的一个功率管均连接至一个驱动电路，另一个功率管均连接至另一个驱动电 路。其中，所述每对舢3管中的一个舢3管(如￥1、￥3、￥5、￥7、￥9及￥11的栅极）的栅极与 一个驱动电路连接，另一个MOS管(如V2、V4、V6、V8、VlO及Vl2 )的栅极则与另一驱动电路 连接。
[0019] 所述输出电路还包括一直接与所述微控制器（MCU)连接的单个MOS管V13,该MOS 管V13在电机低速时与所述MOS管V7、V9、Vll共同构成所述变档切换装置，形成变档切换 电路。当电机进入高速状态时，所述MOS管V7、V8、V9、V10、VII、V12则又恢复成为三相桥 式输出电路的一部分。
[0020] 本发明在电机启动后会有两种模式，即低速模式和高速模式，并可由低速模式向 高速模式实现电子变档的切换过程，具体如下： 当微控制器（MCU)得到电机启动的指令后进入低速档，所述微控制器(MCU)限制电机 启动电流是原星型接法电机最大电流的1/2。微控制器（MCU)通过驱动元件分别输出一个 高电平和一个低电平，高电平送到V7、V9、Vll的栅极，使V7、V9、Vll导通，低电平送到V8、 V10、V12、V13栅极，使V8、V10、V12、V13截止，等效电路如图4所示，此时电机三相绕组的 A1、B1、C1点连接为一点，控制装置的电路进入星型桥接方式。其中，所述三项绕组A - AU B- B1、C -C1分别从电机中引出，且若每相绕组的有效导体数N (即匝数）增加一倍即变 成2N，那么将2N、1/2IJ?入公式〈4>可得低速档电机转矩为：
当微控制器（MCU)得到进入高速档的指令后，所述微控制器(MCU)通过驱动元件输出 一个高电平送到V13栅极使V13导通，由Vl至V12组成改进型三相桥式输出电路，此时等效 电路如图3,这时电机的反电动势由单相绕组产生，为星型桥接方式的一半，即1/2E，但是， 在每相绕组的有效导体数(即匝数)增加一倍的情况下，单相绕组所产生的反电动势为1/2E 的2倍，即为E，将E带入公式〈1>、〈2>，得到高速档时电机的转速为： n= (U-IR)/CO <6> 比较〈4>、〈5>式可见，在电源电压不变的情况下，低速档时电机绕组内电流可降低 50%，而且电机的转矩不变，而高速档时电机转速和原星型接法一样(从〈6>式可见)。
[0021] 由上可知，本发明是由Vl至V12功率MOS管组成的改进型三相桥式输出电路，低 速时 V7、V8、V9、V10、V11、V12、V13 是电子变档切换电路，高速时 V7、V8、V9、V10、V11、V12、 V13又是改进型三相桥式输出电路的一部分，从而形成电机转速切换电路（即变档切换装 置）和改进的三相桥式输出电路，其中，电源电压是加在电机的单相绕组上。在微控制器精 密时序信号的控制下，通过电机转速切换电路和三相桥式输出电路配合，在电机的转矩不 变的情况下，可有效降低电机的启动电流，从而降低电机的工作温度，达到节能和延长电源 的供给系统寿命目的，对于以蓄电池为电源的供给系统，节能效果尤其显著。
[0022] 以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任 何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内 容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。
【主权项】
1. 一种能够降低启动电流的无刷电机控制器，包括微控制器、与微控制器连接的驱动 元件、受所述驱动元件驱动的电机以及与电机连接的输出电路，所述电机内设有与所述输 出电路连接的三相绕组，其特征在于：所述输出电路包含变档切换电路及三相桥式输出电 路；所述三相桥式输出电路中包含连接至所述驱动元件的六对功率管；所述三相绕组中的 每一单相绕组具有两个引出端，且分别连接两对功率管，所述单相绕组上的电压与施加于 电机上的电压相等。2. 根据权利要求1所述的一种能够降低启动电流的无刷电机控制器，其特征在于：所 述输出电路还包含一直接连接至所述微控制器的单个功率管，该单个功率管与其他功率管 配合作用构成所述变档切换电路。3. 根据权利要求2所述的一种能够降低启动电流的无刷电机控制器，其特征在于：所 述驱动元件包括两个驱动电路。4. 根据权利要求3所述的一种能够降低启动电流的无刷电机控制器，其特征在于：所 述每对功率管中的一个功率管均连接至一个驱动电路，另一个功率管均连接至另一个驱动 电路。
【专利摘要】本发明提供了一种能够降低启动电流的无刷电机控制器，包括微控制器、与微控制器连接的驱动元件、受所述驱动元件驱动的电机以及与电机连接的输出电路，所述电机内设有与所述输出电路连接的三相绕组，所述输出电路包含变档切换电路及三相桥式输出电路；所述三相桥式输出电路中包含连接至所述驱动元件的六对功率管；所述三相绕组中的每一单相绕组具有两个引出端，且分别连接两对功率管，所述单相绕组上的电压与施加于电机上的电压相等。本发明电动车控制装置通过变档切换电路和三相桥式输出电路的设置，可实现低速模式向高速模式的变档切换，而且可在电压和电机转矩保持不变的情况下，有效降低电机的启动电流，延长电源供给系统的寿命。
【IPC分类】H02P6/08
【公开号】CN105048892
【申请号】CN201510280802
【发明人】刘卫东
【申请人】刘卫东
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年5月28日