[发明专利]基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统

说明书

技术领域

本发明涉及电机控制系统领域，尤其涉及无刷直流电机硬件系统。

背景技术

无刷直流电机不仅集成了传统电机调速性能好的特色，而且还具有高可靠性、高效率等诸多优越性。无刷直流电机去除了机械电刷，因此解决了有刷电机的电火花问题和大量的能量耗散缺点，所以它的使用范围得到极大增加。最初无刷直流电机主要应用于航空航天等高尖端领域，但是随着制造技术和电力电子技术的发展，以及成本的降低，无刷直流电机在工业和民用领域得到广泛的应用。研究无刷直流电机的控制系统，具有很好的现实意义。

无刷直流电机控制系统分为软件系统和硬件系统两部分，硬件系统是电机控制系统得以实现的基础。硬件系统运行稳定、安全是决定无刷直流电机控制系统性能的重要因素。

无刷直流电机主要由3部分组成，分别是电机本体、转子位置检测电路以及换相电路。无刷直流电机采用电子换相技术，依靠转子位置依序换相，因此转子位置检测电路不可或缺，常采用霍尔传感器完成对转子位置信息的检测。换相电路是能够使电机动起来的核心组件，它根据转子位置完成对电机上各项电枢绕组的通电时序控制，以便使电机运转起来，换相电路多采用绝缘栅双极型晶体管、功率金属氧化物场效应晶体管、或电力晶体管组成。

根据无刷直流电机的组成，目前的无刷直流电机硬件系统由主控芯片、驱动电路、逆变电路、无刷直流电机组成或主控芯片、驱动电路、逆变电路、单光耦隔离电路、无刷直流电机组成。但上述方案存在如下问题：

1.主控芯片、驱动电路、逆变电路、无刷直流电机方案没有光耦隔离电路。主控芯片本身的工作电压低，而主控芯片以外的电路部分电压较高，当系统出现异常时，高压会反串到主控芯片，造成芯片烧毁。另外霍尔元件与主控芯片之间会由于电磁干扰产生共模噪声。

2.主控芯片、驱动电路、逆变电路、单光耦隔离电路、无刷直流电机方案只有单个光耦隔离电路。当隔离电路置于主控芯片与驱动电路时，可以将高压、低压电路隔离开，防止高压反串，但是无法解决霍尔元件与主控芯片之间的由于电磁干扰产生的共模噪声。当隔离电路置于霍尔传感器与主控芯片之间时无法解决高压反串。

发明内容

本发明提供基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统，以提高电机运行的安全性与稳定性。

本发明提出基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统结构。该结构包括：主控芯片，所述主控芯片为微控制器，能够捕捉霍尔信号且同产生脉冲宽度调制信号；两部分光耦隔离电路，所述光耦隔离电路使用光耦隔离芯片。其中一部分隔离电路两端连接主控芯片和驱动电路，输入、输出均为6路脉冲宽度调制信号，另外一部分隔离电路两端连接主控芯片和无刷直流电机上的霍尔传感器，输入、输出均为3路霍尔信号；驱动电路，所述驱动电路位于脉冲宽度调制信号隔离电路与逆变电路之间，驱动电路可以将脉冲宽度调制信号进行功率放大，满足逆变电路的输入电压要求；逆变电路，所述逆变电路位于驱动电路与无刷直流电机之间，由6个功率管组成，经过过驱动电路放大后的6路脉冲宽度调制信号分别控制6个功率管的通断，输出为3相电压；无刷直流电机，所述无刷直流电机位于主控芯片与逆变电路之间，带有霍尔传感器。

本发明提出的系统结构使用双隔离电路，因此，一方面可以防止高压反串，用来保护系统的安全，另一方面可以有效防止主控芯片与霍尔信号之间的共模干扰，增加系统的稳定性。

附图说明

图1为本发明第一实施例中系统结构框图；

图2为本发明第一实施例中一路脉冲宽度调制信号光耦隔离电路图；

图3为本发明第一实施例中驱动电路原理图；

图4为本发明第一实施例中逆变电路原理图；

图5为本发明第一实施例中霍尔信号光耦隔离电路图。

具体实施方式

针对背景技术提及的问题，本申请发明人分析得出：如果能够提出一种无刷直流电机硬件系统，使其能够避免高压反串和减弱共模干扰，则会得到一个安全稳定的系统。

基于上述想法，本发明实施例提出如下基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统结构，该结构包括：

主控芯片，所述主控芯片为微控制器；两部分光耦隔离电路，所述光耦隔离电路使用光耦隔离芯片；驱动电路，所述驱动电路可以将脉冲宽度调制信号进行功率放大；逆变电路，所述逆变电路由功率管组成；无刷直流电机，所述无刷直流电机带有霍尔传感器。

下面结合说明书附图对上述基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统进行详细阐述。