專利名稱：一種基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及直流無刷電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其是一種基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置。
背景技術(shù)：
永磁直流無刷電機(jī)在小功率段(500W以下)與普通的電容啟動的單相異步電機(jī)相t匕，具有獨特的優(yōu)勢。特別是在電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的效率方面，電容啟動的單相異步電機(jī)的工作效率一般都低于60%，且由于其固有特性，想要提高效率幾乎不太現(xiàn)實，而永磁直流無刷電機(jī)的工作效率至少在80%以上。雖然在電機(jī)的制造成本方面，永磁直流無刷電機(jī)要高 于電容啟動的單相異步電機(jī)2到4倍，且永磁直流無刷電機(jī)還必須要有配套的控制器才能正常工作，但正是由于控制器以及永磁直流無刷電機(jī)本身的機(jī)械特性，使得永磁直流無刷電機(jī)具有很高的可控制性，可適用于各種不同的工作環(huán)境。目前永磁直流無刷電機(jī)控制器大多采用互差120度的方波信號來驅(qū)動，對于運(yùn)行電流基本不加控制，只是用來做相應(yīng)的保護(hù)使用，例如永磁直流無刷電機(jī)的過流、堵轉(zhuǎn)、過載等等。但由于直流無刷電機(jī)內(nèi)的繞組都是呈感性的，所以勢必會使功率因素降低，從而導(dǎo)致無功功率的增大。由于電機(jī)線圈都是感性的，當(dāng)電流通過感性器件后，電壓的相位角和電流的相位角就會存在不同程度的偏差，這個相位偏差角越大，那么同樣的視在功率中無功功率就會變大有功功率就會變小。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供一種通過控制電流和電壓之間的相位角來降低無功功率的基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置。本實用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案這種基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置，包括中央處理器，中央處理器的輸出端通過上橋臂驅(qū)動和下橋臂驅(qū)動與永磁直流無刷電機(jī)連接，中央處理器的輸入端連有速度設(shè)定模塊和永磁直流無刷電機(jī)。作為優(yōu)選，所述中央處理器為8位，且內(nèi)部含有如下外設(shè)10位AD轉(zhuǎn)換器、6路自帶死區(qū)功能的互補(bǔ)PWM輸出。作為優(yōu)選，該裝置包含給控制板上所有的弱電模塊供電的電源模塊。作為優(yōu)選，中央處理器還連有采集串接在每一相上的電阻兩端電壓的電流放大電路，電流放大電路中包含的電流比較單元的輸出與中央處理器的中斷口連接。實用新型有益的效果是本實用新型通過控制算法能將電機(jī)的效率再提高一個等級，減小了電機(jī)的發(fā)熱量，而且硬件成本不需要增加。在同樣的輸出功率下，由于無功功率的減小，無功電流也隨之下降，因此電機(jī)的線圈的線徑能相應(yīng)的減小，為電機(jī)降成本提供了一個很好的平臺。由于提高了電機(jī)的效率，給用戶帶來的直接效益就是使用費用大幅度的降低。

圖I是本實用新型整體原理方框示意圖；圖2是本實用新型軟件原理方框示意圖；圖3是本實用新型上橋臂自舉電路原理圖；圖4是本實用新型軟件主函數(shù)流程圖；圖5是本實用新型過流中斷流程圖；圖6是本實用新型霍爾捕獲中斷流程圖；附圖標(biāo)記說明中央處理器1，上橋臂驅(qū)動2，下橋臂驅(qū)動3，電流放大電路4，永磁直流無刷電機(jī)7，速度設(shè)定模塊8，電源模塊9。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步說明實施例如圖I所示，這種基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置，包括中央處理器1，中央處理器I為8位，且內(nèi)部含有如下外設(shè)10位AD轉(zhuǎn)換器、6路自帶死區(qū)功能的互補(bǔ)PWM輸出。中央處理器I共包含有6路數(shù)字量輸出、4路模擬量輸入、4路數(shù)字量輸入。6路數(shù)字量包括上橋臂三路PWM波和下橋臂三路PWM波，分別輸出到了上橋臂驅(qū)動2和下橋臂驅(qū)動3 ；4路模擬量輸入包括1路用于速度設(shè)定，與速度設(shè)定模塊8連接，其余3路分別用于3個相電流的采集，與電流放大電路4連接；4路數(shù)字量輸入包括1路過流中斷，與電流放大電路4，3路霍爾信號，與永磁直流無刷電機(jī)7連接。上橋臂驅(qū)動2電路中主要包含有自舉電路，在下橋臂導(dǎo)通時，對自舉電路充電，在下橋臂關(guān)斷后，上橋臂的驅(qū)動電壓就利用存儲在自舉電容中的電荷產(chǎn)生，如圖3。而下橋臂驅(qū)動3電路的作用就是放大驅(qū)動電流，使功率管的關(guān)斷和打開時間縮短。裝置中包含給控制板上所有的弱電模塊供電的電源模塊9。所述電流放大電路4，該電路通過采集串接在每一相上的電阻兩端的電壓，經(jīng)過相應(yīng)的信號變送后，送入中央處理器I的AD轉(zhuǎn)換端。同時該電路中還包含有電流比較單元，其輸出直接連接到中央處理器I的中斷口，當(dāng)永磁直流無刷電機(jī)發(fā)生過流時，比較器就會產(chǎn)生一個下跳變出觸發(fā)中央處理器I的中斷，如圖5。本裝置根據(jù)BLDCM的反電動勢和相電流的導(dǎo)通和截止角，動態(tài)調(diào)節(jié)BLDCM每相的觸發(fā)角，實現(xiàn)對BLDCM相電流導(dǎo)通區(qū)間的控制，達(dá)到BLDCM高效率控制的目標(biāo)。傳統(tǒng)的BLDC控制器采用了兩兩導(dǎo)通的方式去控制六個mos管，從而驅(qū)動電機(jī)，而電流方面的控制涉及的很少。本方案是在該控制方式的基礎(chǔ)上，增加對電流波形的相位控制?？刂破鲗崟r跟蹤電機(jī)的相電流與反電勢，計算得到電流與電壓的相位差，利用該相位差去修正一個周期內(nèi)的PWM占空比，基本做到電流波形和電壓波形同相位，從而提高電機(jī)對母線電壓的利用率。采用霍爾傳感器來確定BLDC轉(zhuǎn)子的位置，由于霍爾的波形和電機(jī)的反電勢波形的相位是相同的，所以MCU就不用去檢測相電壓了，從而降低了硬件的復(fù)雜程度，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。相電流采用采樣電阻的方案，經(jīng)過相應(yīng)的放大和濾波，送入MCU的AD引腳。通過軟件算法，捕獲相電流的過零點。放大濾波完后的波形同時送入模擬比較器，與硬件設(shè)定的電流值進(jìn)行比較，輸出的信號作為MCU的中斷信號，在電機(jī)發(fā)生過流或堵轉(zhuǎn)的情況下，以最短的時間關(guān)閉PWM輸出，到達(dá)保護(hù)電機(jī)的目的，如圖6。通過霍爾不僅能夠?qū)崟r的獲得轉(zhuǎn)子的位置，根據(jù)轉(zhuǎn)子的磁鋼的極對數(shù)，還是實時的計算出轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，為軟件做閉環(huán)控制提供了速度的反饋值。軟件方面如圖2、5所示，上電后首先軟件對自身的及外設(shè)的初始化，初始化完成后調(diào)用永磁直流無刷電機(jī)的啟動算法，以及判斷在啟動過程中電機(jī)是否處于堵轉(zhuǎn)狀態(tài)。正常啟動后，軟件就實時的通過比較計算霍爾傳感器出來的上升沿或下降沿和該相電流的過 零點時的時間差，從而計算出一個電流周期內(nèi)相電壓和相電流之間的相位差，為下一個周期的輸出相電壓時間作為參考。除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實用新型要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置，包括中央處理器(1)，其特征是中央處理器(I)的輸出端通過上橋臂驅(qū)動(2)和下橋臂驅(qū)動(3)與永磁直流無刷電機(jī)(7)連接，中央處理器(I)的輸入端連有永磁直流無刷電機(jī)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置，其特征是所述中央處理器(I)為8位，且內(nèi)部含有如下外設(shè)10位AD轉(zhuǎn)換器、6路自帶死區(qū)功能的互補(bǔ)PWM輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置，其特征是該裝置包含給控制板上所有的弱電模塊供電的電源模塊(9)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置，其特征是中央處理器(I)還連有采集串接在每ー相上的電阻兩端電壓的電流放大電路(4)，電流放大電路(4)中包含的電流比較單元的輸出與中央處理器(I)的中斷ロ連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置，其特征是中央處理器(I)連有速度設(shè)定模塊(8)。
專利摘要本實用新型涉及一種基于相電流截止角的直流無刷電機(jī)的高效控制裝置，包括中央處理器，中央處理器的輸出端通過上橋臂驅(qū)動和下橋臂驅(qū)動與永磁直流無刷電機(jī)連接，中央處理器的輸入端連有速度設(shè)定模塊和永磁直流無刷電機(jī)。實用新型有益的效果是本實用新型通過控制算法能將電機(jī)的效率再提高一個等級，減小了電機(jī)的發(fā)熱量。在同樣的輸出功率下，由于無功功率的減小，無功電流也隨之下降，因此電機(jī)的線圈的線徑能相應(yīng)的減小，為電機(jī)降成本提供了一個很好的平臺。由于提高了電機(jī)的效率，給用戶帶來的直接效益就是使用費用大幅度的降低。
文檔編號H02H7/085GK202550947SQ20122015933
公開日2012年11月21日 申請日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者壽金喬, 張政毓, 王海兵 申請人:杭州銳方科技有限公司