[发明专利]采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路

摘要

本发明涉及一种采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路。本发明中反电动势检测电路模块的输出接口与主控单片机控制电路模块的模数转换接口连接；功率驱动电路模块的电流输出接口与电流采样电路模块连接，直流无刷电机反电动势输出接口与反电动势检测电路模块连接，驱动信号输入接口与主控单片机控制电路模块的脉冲调制宽度PWM接口连接；电流采样电路模块的输出接口与主控单片机控制电路模块的模数转换接口以及数字接口连接。本发明采用电压反电动势过零点检测方法获取直流无刷电机的位置，同时利用电流采样、电池电压采样、温度采样等电路模块检测直流无刷电机的过载、低压、过热等现象，提高了直流无刷电机的可靠性和安全性。

主权项

1.采用无位置传感器的直流无刷电机控制电路，包括主控单片机控制电路模块、反电动势检测电路模块、功率驱动电路模块、电流采样电路模块、电池电压采样电路模块和温度采样电路模块，其特征在于：所述的主控单片机控制电路模块为产品型号STM8S903单片机最小系统，其电源接口VCC为反电动势检测电路模块、温度采样电路模块提供电源，模数转换ADC0接口连接反电动势检测电路模块中第八滤波电容C8的一端，模数转换ADC1接口连接反电动势检测电路模块中第九滤波电容C9的一端，模数转换ADC2接口连接反电动势检测电路模块中第十滤波电容C10的一端，模数转换ADC3接口连接电流采样电路模块中第十一滤波电容C11的一端，模数转换ADC4接口连接电池电压采样电路模块中第二滤波电容C2的一端，模数转换ADC5接口连接温度采样电路模块中第二十七限流电阻R27的一端，数字I/O1接口连接电流采样电路模块中芯片U10的7脚，脉冲宽度调制PWM1接口连接功率驱动电路模块中芯片U1的2脚，脉冲宽度调制PWM2接口连接功率驱动电路模块中芯片U1的3脚，脉冲宽度调制PWM3接口连接功率驱动电路模块中芯片U2的2脚，脉冲宽度调制PWM4接口连接功率驱动电路模块中芯片U2的3脚，脉冲宽度调制PWM5接口连接功率驱动电路模块中芯片U3的2脚，脉冲宽度调制PWM6接口连接功率驱动电路模块中芯片U3的3脚，GND接口接地；所述的反电动势检测电路模块包括第六限流电阻R6、第七限流电阻R7、第八限流电阻R8、第九限流电阻R9、第十限流电阻R10、第十一限流电阻R11、第八滤波电容C8、第九滤波电容C9、第十滤波电容C10；第六限流电阻R6的一端连接功率驱动电路模块中芯片U8的5脚，第六限流电阻R6的另一端连接第九限流电阻R9的一端，第九限流电阻R9的另一端接地；第八滤波电容C8的一端连接第九限流电阻R9的一端，第八滤波电容C8的另一端接地；第七限流电阻R7的一端连接功率驱动电路模块中芯片U9的5脚，第七限流电阻R7的另一端连接第十限流电阻R10的一端，第十限流电阻R10的另一端接地；第九滤波电容C9的一端连接第十限流电阻R10的一端，第九滤波电容C9的另一端接地；第八限流电阻R8的一端连接功率驱动电路模块中芯片U7的5脚，第八限流电阻R8的另一端连接第十一限流电阻R11的一端，第十一限流电阻R11的另一端接地；第十滤波电容C10的一端连接第十一限流电阻R11的一端，第十滤波电容C10的另一端接地；所述的功率驱动电路模块包括第十八滤波电容C18、第十九滤波电容C19、第二十滤波电容C20、第二十一滤波电容C21、第二十二滤波电容C22、第二十三滤波电容C23、第二十四滤波电容C24、第二十八限流电阻R28、第二十九限流电阻R29、第三十限流电阻R30、第三十一限流电阻R31、第三十二限流电阻R32、第三十三限流电阻R33、第三十四限流电阻R34、第三十五限流电阻R35、第三十六限流电阻R36、第三十七限流电阻R37、第三十八限流电阻R38、第三十九限流电阻R39、第四十限流电阻R40、第四十一限流电阻R41、第二稳压二极管D2、第三稳压二极管D3、第四稳压二极管D4、驱动芯片U1、驱动芯片U2、驱动芯片U3、功率芯片U4、功率芯片U5、功率芯片U6、功率芯片U7、功率芯片U8、功率芯片U9，其电源接口VBAT为电池电压采样电路模块提供电源；驱动芯片U1的1脚连接第十八滤波电容C18的一端、第二稳压二极管D2的正极并接12V，第十八滤波电容C18的另一端接地，驱动芯片U1的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM1接口，驱动芯片U1的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM2接口，驱动芯片U1的4脚接地，驱动芯片U1的5脚连接第二稳压二极管D2的负极、第十九滤波电容C19的一端，驱动芯片U1的6脚连接第三十六限流电阻R36的一端，驱动芯片U1的7脚连接第十九滤波电容C19的另一端，驱动芯片U1的8脚连接第三十七限流电阻R37的一端；驱动芯片U2的1脚连接第二十滤波电容C20的一端、第三稳压二极管D3的正极并接12V，第二十滤波电容C20的另一端接地，驱动芯片U2的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM3接口，驱动芯片U2的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM4接口，驱动芯片U2的4脚接地，驱动芯片U2的5脚连接第三稳压二极管D3的负极并接第二十一滤波电容C21的一端，驱动芯片U2的6脚连接第三十二限流电阻R32的一端，驱动芯片U2的7脚连接第二十一滤波电容C21的另一端，驱动芯片U2的8脚连接第三十三限流电阻R33的一端；驱动芯片U3的1脚连接第二十二滤波电容C22的一端、第四稳压二极管D4的正极并接12V，第二十二滤波电容C22的另一端接地，驱动芯片U3的2脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM5接口，驱动芯片U3的3脚连接主控单片机控制电路模块中的脉冲宽度调制PWM6接口，驱动芯片U3的4脚接地，驱动芯片U3的5脚连接第四稳压二极管D4的负极并接第二十三滤波电容C23的一端，驱动芯片U3的6脚连接第二十八限流电阻R28的一端，驱动芯片U3的7脚连接第二十三滤波电容C23的另一端，驱动芯片U3的8脚连接第二十九限流电阻R29的一端；功率芯片U4的1脚连接第二十八限流电阻R28的另一端、第三十限流电阻R30的一端，功率芯片U4的2、3、4脚相连、第三十限流电阻R30的另一端，功率芯片U4的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U5的1脚连接第三十二限流电阻R32的另一端、第三十四限流电阻R34的一端，功率芯片U5的2、3、4脚相连、第三十四限流电阻R34的另一端，功率芯片U5的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U6的1脚连接第三十六限流电阻R36的另一端、第三十八限流电阻R38的一端，功率芯片U6的2、3、4脚相连、第三十八限流电阻R38的另一端，功率芯片U6的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U7的1脚连接第二十九限流电阻R29的另一端、第三十一限流电阻R31的一端，功率芯片U7的2、3、4脚相连、第三十一限流电阻R31的另一端，功率芯片U4的5、6、7、8脚相连并接VBAT；功率芯片U8的1脚连接第三十三限流电阻R33的另一端、第三十五限流电阻R35的一端，功率芯片U8的2、3、4脚相连、第三十五限流电阻R35的另一端，功率芯片U8的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U5的2脚；功率芯片U9的1脚连接第三十七限流电阻R37的另一端、第三十九限流电阻R39的一端，功率芯片U9的2、3、4脚相连、第三十九限流电阻R39的另一端，功率芯片U9的5、6、7、8脚相连并接功率芯片U6的2脚；第四十限流电阻R40的一端连接功率芯片U7的2脚、功率芯片U8的2脚、功率芯片U9的2脚、第四十一限流电阻R41的一端，第四十限流电阻R40的另一端接地，第四十一限流电阻R41的另一端连接第二十四滤波电容C24的一端、电流采样电路模块中的运算放大电路U10的3脚，第二十四滤波电容C24的另一端接地；所述驱动芯片U1、U2、U3采用国际整流器公司的IRS2003，U4、U5、U6、U7、U8、U9采用国际整流器公司的IRFH7440；所述的电流采样电路模块包括第十二限流电阻R12、第十三限流电阻R13、第十四限流电阻R14、第十五限流电阻R15、第十六限流电阻R16、第十一滤波电容C11、第十二滤波电容C12、第十三滤波电容C13、第十四滤波电容C14，运算放大器U10；运算放大器U10的1脚连接第十二限流电阻R12的一端、第十四限流电阻R14的一端、第十二滤波电容C12的一端，第十二限流电阻R12的另一端连接第十一滤波电容C11的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC3接口，第十一滤波电容C11的另一端接地，运算放大器U10的2脚连接第十四限流电阻R14的另一端、第十三限流电阻R13的一端，第十三限流电阻R13的另一端接地，运算放大器U10的3脚连接功率驱动电路模块中的第二十四滤波电容C24的一端，运算放大器U10的4脚接地，运算放大器U10的5脚连接第十二滤波电容C12的另一端、第十三滤波电容C13的一端、第十五限流电阻R15的一端、第十六限流电阻R16的一端，第十三滤波电容C13的另一端接地，第十五限流电阻R15的另一端接5V，第十六限流电阻R16的另一端接地，运算放大器U10的6脚连接运算放大器U10的1脚，运算放大器U10的7脚连接主控单片机控制电路模块中的数字I/O1脚，运算放大器U10的8脚连接第十四滤波电容C14的一端并接5V，第十四滤波电容C14的另一端接地，所述运算放大器U10采用德州仪器的LM358；所述的电池电压采样电路模块包括第一限流电阻R1、第二限流电阻R2、第三限流电阻R3、第二滤波电容C2；第一限流电阻R1的一端连接VBAT，第一限流电阻R1的另一端连接第二限流电阻R2的一端、第三限流电阻R3的一端，第二限流电阻R2的另一端接地，第三限流电阻R3的另一端连接第二滤波电容C2的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC4接口，第二滤波电容C2的另一端接地；所述的温度采样电路模块包括第二十七限流电阻R27，热敏电阻NTC；热敏电阻NTC的一端连接5V，热敏电阻NTC的另一端连接第二十七限流电阻R27的一端、主控单片机控制电路模块中的模数转换ADC5接口，第二十七限流电阻R27的另一端接地；在一定的周期时间内，主控单片机控制电路模块通过模数转换ADC0、ADC1、ADC2接口对直流无刷电机的三相反电动势进行采样，确定当前直流无刷电机的转子位置；根据当前直流无刷电机的转子位置，主控单片机控制电路模块生成PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6六个脉冲信号，传递给功率驱动模块的三个驱动芯片U1、U2、U3；功率驱动模块中的驱动芯片U1生成功率芯片U6、U9的开关控制信号，实现功率芯片U6、U9的开通和关断；功率驱动模块中的驱动芯片U2生成功率芯片U5、U8的开关控制信号，实现功率芯片U5、U8的开通和关断；功率驱动模块中的驱动芯片U3生成功率芯片U4、U7的开关控制信号，实现功率芯片U4、U7的开通和关断；功率芯片U4、U5、U6、U7、U8、U9的不同开通和关断动作周期，用于直接控制直流无刷电机的运动；在相同的时间周期内，直流无刷电机的三相反电动势，通过反电动势检测电路模块进行滤波，并传输给主控单片机控制电路模块的模数转换ADC0、ADC1、ADC2接口，实现无位置传感器的直流无刷电机的转子位置检测；直流无刷电机的电流，通过电流采样电路模块进行信号放大产生电流采样信号，传输给主控单片机控制电路模块的ADC3接口进行采样，同时与预设门限电压进行比较产生过流保护信号，传输给主控单片机控制电路模块的数字I/O1进行直流无刷电机的过载保护检测；电池电压采样电路模块对电池电压进行分压并滤波，传输给主控单片机控制电路模块的模式转换ADC4接口，实现电池的低压保护功能；温度采样电路模块中的热敏电阻NTC对功率驱动电路模块中的功率芯片进行温度采样，避免功率芯片过热损坏，温度采样信号传输给主控单片机控制电路模块的模式转换ADC5接口，实现直流无刷电机的过热保护。