專利名稱：直流無刷馬達(dá)的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種直流無刷馬達(dá)的控制器，更具體地說，涉及一種用于 驅(qū)動風(fēng)扇運轉(zhuǎn)的直流無刷馬達(dá)的控制器。
背景技術(shù)：
4#4充風(fēng)扇采用交流馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動，具有功率大、— 自、-噪聲大等缺點；相 較于傳統(tǒng)交流馬達(dá)，直流無刷馬達(dá)因其易于保養(yǎng)、控制性佳、以及性能優(yōu)異等 特性，逐漸在家用電器中得到廣泛應(yīng)用。
現(xiàn)有的直流無刷馬達(dá)，利用霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，并利用脈寬調(diào)制輸 出電流來調(diào)控轉(zhuǎn)速。然而，這種直流無刷馬達(dá)存在下述缺點首先、由于向這 種直流無刷馬達(dá)輸入的是固定電壓(一般為310V)，且這個固定電壓值較高， 我們知道電壓越高，馬達(dá)定子磁鋼充磁，消磁時間越長，在換向時形成轉(zhuǎn)矩抖 動越大，噪音也越大，因而這種直流無刷馬達(dá)難以達(dá)到靜音的效果。其次、采 用霍爾傳感器檢測轉(zhuǎn)子位置，需要在馬達(dá)定子磁鋼上開設(shè)三個用于安裝霍爾傳 感器的安裝槽，其設(shè)置位置需要準(zhǔn)確，給生產(chǎn)裝配帶來難度。另外，如果霍爾 傳感器故障，則必須拆開馬達(dá)，才能維修，因而這種直流無刷馬達(dá)的生產(chǎn)、維 護(hù)成本高。

實用新型內(nèi)容
本實用新型要解決的技術(shù)問題在于，針對上述現(xiàn)有直流無刷馬達(dá)的輸入電 壓無法調(diào)節(jié)的缺點，提供了一種直流無刷馬達(dá)的控制器，能夠通過控制直流無 刷馬達(dá)輸入電壓的方式調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是提供一種直流無刷馬達(dá) 的控制器，包括電源電路、MCU、驅(qū)動控制電路，所述MCU、驅(qū)動控制電路與電源電路相連，所述驅(qū)動控制電路的輸入端與MCU相連，輸出端用于與 其所驅(qū)動的直流無刷馬達(dá)相連，還包括一電壓控制模塊，該電壓控制模塊的輸 入端與電源電路相連，所述電源電路向該電壓控制模塊輸入直流高壓，其輸出
端與驅(qū)動控制電路相連，用于向驅(qū)動控制電路降壓輸出20~120V的直流電壓， 所述MCU與電壓控制模塊電性連接，通過輸出PWM信號調(diào)節(jié)電壓控制模塊 的輸出電壓，從而控制向所述直流無刷馬達(dá)輸出的電壓大小。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，所述驅(qū)動控制電路包括用 于連接直流無刷馬達(dá)的三相逆變橋單元以及用于驅(qū)動該三相逆變橋單元的驅(qū) 動模塊。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，所述驅(qū)動模塊與MCU相 連接，MCU通過驅(qū)動模塊驅(qū)動三相逆變橋單元，所述三相逆變橋單元與所述 電壓控制模塊相連接，以將電壓控制模塊向三相逆變橋單元輸出的20~120V 的直流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流電壓來驅(qū)動直流無刷馬達(dá)。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，所述三相逆變橋單元包括 六個MOS管，三個MOS管組成該三相逆變橋單元的上橋管，另外三個MOS 管組成該三相逆變橋單元的下橋管，三相逆變橋單元的輸出端分別連接直流無 刷馬達(dá)的定子的三相繞組，輸出20 120V的三相交流電至該三相繞組，以驅(qū) 動該直流無刷馬達(dá)轉(zhuǎn)動，所述MCU用六路PWM信號控制六個MOS管的導(dǎo) 通時間、調(diào)制輸出電流來控制無刷直流馬達(dá)的換向及轉(zhuǎn)速。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，所述電源電路包括輸入端 與市電相連的整流橋、輸入端與整流橋相連的濾波電路、輸入端與濾波電路相 連的開關(guān)電源電路、輸入端與開關(guān)電源電路相連的穩(wěn)壓電路，所述整流橋、開 關(guān)電源電路穩(wěn)壓電路分別輸出一個直流電壓，供給電壓控制模塊、驅(qū)動模塊及 MCU使用。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，所述電壓為220V的市電 經(jīng)過整流橋及濾波電路的整流濾波后得到310V的直流電壓，供電壓控制模塊 使用；該310V的直流電壓經(jīng)過開關(guān)電源電路降壓輸出16V的直流電壓，供驅(qū) 動模塊使用；該16V的直流電壓經(jīng)穩(wěn)壓電路得到5V的直流電壓，供MCU使用。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，所述開關(guān)電源電路采用
VIPer22A開關(guān)電源；所述穩(wěn)壓電路采用78L05電路。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，還包括一電流檢測電路， 其輸入端分別與三相逆變橋單元及電源電路相連，其輸出端與MCU相連，以 檢測當(dāng)前無刷直流馬達(dá)電流，并反饋到MCU，所述MCU上設(shè)有MCU的Break 引腳及MCU的AD引腳，用于連接該電流檢測電路。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，所述無刷直流馬達(dá)的繞組 上串聯(lián)一采樣電阻，所述電流檢測電路分為兩路， 一路為硬件保護(hù)電路，另一 路為放大采樣電路，均與該采樣電阻相連；所述硬件保護(hù)電路包括一比較器， 其連接至MCU的Break引腳；所述放大采樣電路包括一放大器，連接至MCU 的AD引腳，采樣電阻采樣后通過該放大器送到MCU的AD引腳，形成電流 閉環(huán)。
在本實用新型所述的直流無刷馬達(dá)的控制器中，所述MCU通過放大采樣 電路獲取無刷直流馬達(dá)的位置信號，該過程采用相電壓法檢測反電動勢實現(xiàn)。
本實用新型直流無刷馬達(dá)的控制器具有下述有益效果首先，增加了電壓 控制模塊，用于控制和調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸入電壓，即能夠調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，又使得馬 達(dá)的輸入電壓降低了 60%以上，因為電壓越低，馬達(dá)定子磁鋼充磁，消磁時間 越短，在換向時形成轉(zhuǎn)矩抖動越小，噪音也越小，因而通過減低和調(diào)節(jié)輸入電 壓的方式達(dá)到了靜音的效果。
其次，本實用新型的直流無刷馬達(dá)利用反電動勢檢測直流無刷馬達(dá)轉(zhuǎn)子位 置，無需安裝霍爾傳感器，因而節(jié)省了霍爾傳感器的安裝和維護(hù)成本，達(dá)到了 節(jié)約馬達(dá)生產(chǎn)與維護(hù)成本的目的。


下面將結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進(jìn)一步說明，附圖中 圖1是本實用新型的直流無刷馬達(dá)的控制器的結(jié)構(gòu)原理圖； 圖2是本實用新型的直流無刷馬達(dá)的控制器的電路原理圖。
具體實施方式

如圖1所示為本實用新型直流無刷馬達(dá)的控制器的結(jié)構(gòu)原理圖；該直流無 刷馬達(dá)的控制器，包括電源電路1、微程序控制單元(MCU) 2、驅(qū)動控制電 路3、及電流檢測電路4，所述MCU2、驅(qū)動控制電路3、電流檢測電路4與 電源電路l相連，所述驅(qū)動控制電路3的輸入端與MCU2相連，輸出端與其 所驅(qū)動的直流無刷馬達(dá)5相連，所述驅(qū)動控制電路3包括用于連接直流無刷馬 達(dá)5的三相逆變橋單元31以及用于驅(qū)動該三相逆變橋單元31的驅(qū)動模塊32。
所述直流無刷馬達(dá)控制器的主要改進(jìn)之處在于，還包括一電壓控制模塊 6，該電壓控制模塊6的輸入端與電源電路1相連，所述電源電路1向電壓控 制模塊6輸入DC 310V的直流電壓，其輸出端與三相逆變橋單元31相連，用 于向三相逆變橋單元31降壓輸出DC20 120V的直流電壓，所述MCU2與電 壓控制模塊6電性連接，通過一路輸出脈寬調(diào)制(PWM)信號調(diào)節(jié)電壓控制 模塊6的輸出電壓，從而控制驅(qū)動控制電路6向所述直流無刷馬達(dá)5輸出電壓 的大??；同時，電源電路l、電壓控制模塊6及驅(qū)動控制電路3之間形成電壓 閉環(huán)，MCU同時監(jiān)測調(diào)整輸出電壓的大小是否正常，使得輸出電壓穩(wěn)定。由 于電壓越低，馬達(dá)定子磁鋼充磁，消磁時間越短，在換向時形成轉(zhuǎn)矩抖動越小， 噪音也越小，因而通過減低和調(diào)節(jié)輸入電壓的方式達(dá)到使馬達(dá)靜音的效果。
參見圖1，所述電源電路1包括輸入端與市電相連的整流橋11、輸入端與 整流橋11相連的濾波電路12、輸入端與濾波電路12相連的開關(guān)電源電路13、 輸入端與開關(guān)電源電路13相連的穩(wěn)壓電路14，所述整流橋11、開關(guān)電源電路 13及穩(wěn)壓電路14分別輸出一個直流電壓。其中，AC220V的市電經(jīng)過整流橋 11及濾波電路12的整流濾波后得到DC 310V的直流電壓，供電壓控制模塊6 使用。DC 310V的直流電壓經(jīng)過開關(guān)電源電路13降壓輸出DC 16V的直流電 壓，供驅(qū)動模塊32使用，所述開關(guān)電源電路13可采用VIPer22A開關(guān)電源。 DC16V的直流電壓經(jīng)穩(wěn)壓電路14得到DC 5V的直流電壓，供MCU使用，所 述穩(wěn)壓電路14可采用78L05電路。
如圖2所示，為本實用新型的直流無刷馬達(dá)的電路原理圖。參閱圖1及圖 2，在本實用新型中，所述驅(qū)動控制電路3包括用于連接無刷直流馬達(dá)5的三相逆變橋單元31及用于驅(qū)動該三相逆變橋單元31的驅(qū)動模塊32，所述驅(qū)動 模塊32與MCU 2相連接，MCU 2通過驅(qū)動模塊32驅(qū)動三相逆變橋單元31， 該驅(qū)動模塊32采用專用的驅(qū)動芯片，使得整個驅(qū)動系統(tǒng)十分穩(wěn)定可靠。所述 三相逆變橋單元31的作用是將電壓控制模塊6向三相逆變橋單元31輸出的 20-120V的直流電壓轉(zhuǎn)換成三相電壓來驅(qū)動馬達(dá)，所述三相逆變橋單元31包 括六個場效晶體管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET， MOS管)M1 M6，其中，三個MOS管Ml、 M2、 M3組成該三 相逆變橋單元的上橋管，另外三個MOS管M4、 M5、 M6組成該三相逆變橋 單元的下橋管，三相逆變橋單元31的輸出端分別連接直流無刷馬達(dá)5的定子 的三相繞組，輸出20 120V的三相交流電(U向、V向、W向)至馬達(dá)定子 的三相繞組，以驅(qū)動該直流無刷馬達(dá)5轉(zhuǎn)動。
所述MCU2用于實現(xiàn)無刷直流馬達(dá)5的啟動、加速、換向及閉路調(diào)速等 一系列的控制及算法，在本實用新型中，其與電壓控制模塊6及驅(qū)動模塊32 電性連接，主要功能為輸出一路PWM信號控制電壓控制模塊6，調(diào)節(jié)無刷直 流馬達(dá)5輸入電壓大小，同時，用六路PWM信號控制六個MOS管的導(dǎo)通時 間、調(diào)制輸出電流來控制無刷直流馬達(dá)5的換向，以達(dá)到調(diào)節(jié)馬達(dá)速度的功能。 所述MCU 2上設(shè)有MCU的硬件保護(hù)(Break)引腳及MCU采樣(AD)引腳， 用于連接電流檢測電路4。
參閱圖1及圖2，在本實用新型中，所述電流檢測電路4的輸入端分別與 三相逆變橋單元31及電源電路1相連，其輸出端與MCU2相連，其作用是檢 測當(dāng)前無刷直流馬達(dá)5電流，并反饋到MCU2。在無刷直流馬達(dá)5的繞組上 串聯(lián)一采樣電阻7，所述電流檢測電路4分為兩路， 一路為硬件保護(hù)電路41， 另一路為放大采樣電路42，均與該采樣電阻7相連，其中，硬件保護(hù)電路41 包括一比較器43，其連接至MCU2的Break引腳，當(dāng)無刷直流馬達(dá)5運行時， 電流流過采樣電阻7，產(chǎn)生一個電壓， 一路輸入到比較器43與一個固定的電 壓比較，當(dāng)電流過大時，采樣電阻7上的電壓增大，當(dāng)電壓超過設(shè)定的電壓時， 比較器43輸出電平改變信號，這個信號輸出至MCU 2的Break引腳，比較 器43翻轉(zhuǎn)觸發(fā)MCU 2的硬件保護(hù)模塊21 ，以硬件方式將所有MCU 2輸出的PWM信號關(guān)閉，保護(hù)整個系統(tǒng)。放大采樣電路42包括一放大器44，連接至 MCU 2的AD引腳，采樣電阻7采樣后通過該放大器44送到MCU 2的AD 引腳，形成電流閉環(huán)，MCU 2檢測出當(dāng)前無刷直流馬達(dá)5的電流，根據(jù)該電 流大小通過電壓控制模塊6調(diào)整馬達(dá)輸入電壓的方式來限制馬達(dá)運行功率，以 調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速。由上可知，所述電流檢測電路4能夠有效保護(hù)整個系統(tǒng)，并通 過連接MCU 2的AD引腳檢測出當(dāng)前無刷直流馬達(dá)5的電流，以方便根據(jù)該 電流值，通過MCU 2輸出一路PWM信號調(diào)節(jié)電壓控制模塊6的輸出電壓， 以調(diào)節(jié)馬達(dá)運行功率及運轉(zhuǎn)速度。
值得一提的是，在本實用新型中，MCU2通過放大采樣電路42獲取無刷 直流馬達(dá)5的位置信號，該過程是利用相電壓法檢測反電動勢實現(xiàn)的，采用反 電動勢檢測直流無刷馬達(dá)5轉(zhuǎn)子位置，由于120。通電的三相直流無刷馬達(dá)5 工作時，在任意時刻馬達(dá)的三相繞組中，有兩相繞組通電， 一相繞組不通電， 該不通電的定子繞組切割轉(zhuǎn)子磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，通過比較不通電的繞組兩 端電壓大小得到電流方向，再通過右手法則判斷轉(zhuǎn)子磁場情況得到轉(zhuǎn)子位置， 該位置信號通過放大采樣電路42放大后送至MCU 2。采用反電動勢檢測直流 無刷馬達(dá)5轉(zhuǎn)子位置，無需安裝霍爾傳感器，因而節(jié)省了霍爾傳感器的安裝和 維護(hù)成本，達(dá)到了節(jié)約馬達(dá)生產(chǎn)與維護(hù)成本的目的。
綜上所述，本實用新型無刷直流馬達(dá)的控制器通過增加電壓控制模塊，用 于控制和調(diào)節(jié)馬達(dá)的輸入電壓，即能夠調(diào)節(jié)馬達(dá)轉(zhuǎn)速，又使得馬達(dá)的輸入電壓 降低了 60yo[(310V-120V)/310V]以上，因為電壓越低，馬達(dá)定子磁鋼充磁，消 磁時間越短，在換向時形成轉(zhuǎn)矩抖動越小，噪音也越小，因而通過減低和調(diào)節(jié) 輸入電壓的方式達(dá)到了省電、靜音的效果。其次，本實用新型的無刷直流馬達(dá) 利用反電動勢檢測無刷直流馬達(dá)轉(zhuǎn)子位置，無需安裝霍爾傳感器，因而節(jié)省了 霍爾傳感器的安裝和維護(hù)成本，達(dá)到了節(jié)約馬達(dá)馬達(dá)生產(chǎn)與維護(hù)成本的目的。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護(hù)范 圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范 圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范屈之內(nèi)。因 此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1、一種直流無刷馬達(dá)的控制器，包括電源電路(1)、MCU(2)、驅(qū)動控制電路(3)，所述MCU(2)、驅(qū)動控制電路(3)與電源電路(1)相連，所述驅(qū)動控制電路(3)的輸入端與MCU(2)相連，輸出端用于與其所驅(qū)動的直流無刷馬達(dá)(5)相連，其特征在于，還包括一電壓控制模塊(6)，該電壓控制模塊(6)的輸入端與電源電路(1)相連，所述電源電路(1)向該電壓控制模塊(6)輸入直流高壓，其輸出端與驅(qū)動控制電路(3)相連，用于向驅(qū)動控制電路(3)降壓輸出20～120V的直流電壓，所述MCU(2)與電壓控制模塊(6)電性連接，通過輸出PWM信號調(diào)節(jié)電壓控制模塊(6)的輸出電壓，從而控制向所述直流無刷馬達(dá)(5)輸出的電壓大小。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，所述驅(qū) 動控制電路(3)包括用于連接直流無刷馬達(dá)(5)的三相逆變橋單元(31)以 及用于驅(qū)動該三相逆變橋單元(31)的驅(qū)動模塊(32)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，所述驅(qū) 動模塊(32)與MCU (2)相連接，MCU (2)通過驅(qū)動模塊(32)驅(qū)動三 相逆變橋單元(31)，所述三相逆變橋單元(31)與所述電壓控制模塊(6)相 連接，以將電壓控制模塊(6)向三相逆變橋單元(31)輸出的20 120V的直 流電壓轉(zhuǎn)換成三相交流電壓來驅(qū)動直流無刷馬達(dá)(5 )。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，所述三 相逆變橋單元(31)包括六個MOS管，三個MOS管組成該三相逆變橋單元 的上橋管，另外三個MOS管組成該三相逆變橋單元的下橋管，三相逆變橋單 元(31)的輸出端分別連接直流無刷馬達(dá)(5)的定子的三相繞組，輸出20 120V 的三相交流電至該三相繞組，以驅(qū)動該直流無刷馬達(dá)(5)轉(zhuǎn)動，所述MCU (2) 用六路PWM信號控制六個MOS管的導(dǎo)通時間、調(diào)制輸出電流來控制無刷直 流馬達(dá)(5)的換向及轉(zhuǎn)速。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，所述電 源電路(1)包括輸入端與市電相連的整流橋(11)、輸入端與整流橋(11)相連的濾波電路(12)、輸入端與濾波電路(12)相連的開關(guān)電源電路(13)、輸入端與開關(guān)電源電路(13)相連的穩(wěn)壓電路(14)，所述整流橋(11)、開關(guān)電 源電路(13)及穩(wěn)壓電路(14)分別輸出一個直流電壓，供給電壓控制模塊(6)、 驅(qū)動模塊(32)及MCU (2)使用。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，所述電 壓為220V的市電經(jīng)過整流橋(11)及濾波電路(12)的整流濾波后得到310V 的直流電壓，供電壓控制模塊(6)使用；該310V的直流電壓經(jīng)過開關(guān)電源 電路(13)降壓輸出16V的直流電壓，供驅(qū)動模塊(32)使用；該16V的直 流電壓經(jīng)穩(wěn)壓電路(14)得到5V的直流電壓，供MCU (2)使用。
7、 根驛權(quán)利要求6所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，所述開 關(guān)電源電路(13)采用VIPer22A開關(guān)電源；所述穩(wěn)壓電路(14)采用78L05 電路。
8、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，還包括 一電流檢測電路(4)，其輸入端分別與三相逆變橋單元(31)及電源電路(1) 相連，其輸出端與MCU (2)相連，以檢測當(dāng)前無刷直流馬達(dá)(5)電流，并 反饋到MCU (2)，所述MCU (2)上設(shè)有MCU的Break引腳及MCU的AD 引腳，用于連接該電流檢測電路(4)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，所述無 刷直流馬達(dá)(5)的繞組上串聯(lián)一采樣電阻(7)，所述電流檢測電路(4)分為 兩路， 一路為硬件保護(hù)電路(41)，另一路為放大采樣電路(42)，均與該采樣 電阻(7)相連；所述硬件保護(hù)電路(41)包括一比較器(43)，其連接至MCU 的Break引腳；所述放大采樣電路(42)包括一放大器(44)，連接至MCU 的AD引腳，采樣電阻(7)采樣后通過該放大器(44)送到MCU的AD引 腳，形成電流閉環(huán)。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的直流無刷馬達(dá)的控制器，其特征在于，所述 MCU (2)通過放大采樣電路(42)獲取無刷直流馬達(dá)(5)的位置信號，該 過程采用相電壓法檢測反電動勢實現(xiàn)。
專利摘要本實用新型涉及一種直流無刷馬達(dá)的控制器，包括電源電路、MCU、驅(qū)動控制電路，所述MCU、驅(qū)動控制電路與電源電路相連，所述驅(qū)動控制電路的輸入端與MCU相連，輸出端與其所驅(qū)動的直流無刷馬達(dá)相連，還包括一電壓控制模塊，該電壓控制模塊的輸入端與電源電路相連，電源電路向該電壓控制模塊輸入的直流高壓，其輸出端與驅(qū)動控制電路相連，用于向驅(qū)動控制電路降壓輸出20～120V的直流電壓，所述MCU與電壓控制模塊電性連接，通過輸出PWM信號調(diào)節(jié)電壓控制模塊的輸出電壓，從而控制向所述直流無刷馬達(dá)輸出的電壓大小。本實用新型增加電壓控制模塊，通過減低和調(diào)節(jié)輸入電壓的方式達(dá)到了省電、靜音的效果。
文檔編號H02P6/08GK201374671SQ20092013619
公開日2009年12月30日 申請日期2009年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月23日
發(fā)明者涂柏生, 胡錦濱, 偉 鐘 申請人:深圳市博巨興實業(yè)發(fā)展有限公司