一種高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子電機(jī)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳 感器控制器。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)控制器，一般采用專(zhuān)用芯片配置外圍硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直 流電機(jī)的控制，這種控制器成本高，可擴(kuò)展性差，升級(jí)困難，其控制對(duì)象轉(zhuǎn)速一般為每分鐘 幾千轉(zhuǎn)。當(dāng)控制對(duì)象轉(zhuǎn)速達(dá)到每分鐘數(shù)萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)，傳統(tǒng)的無(wú)刷直流電機(jī)控制器很難滿足要求。 現(xiàn)有的無(wú)刷直流電機(jī)控制器一種采用DSP或者高端專(zhuān)用芯片控制，可以實(shí)現(xiàn)高速狀態(tài)下的 控制，但是昂貴的芯片價(jià)格將導(dǎo)致產(chǎn)品成本急劇上升，其它種類(lèi)無(wú)刷直流電機(jī)控制器的性 能難以達(dá)到需求，產(chǎn)品的市場(chǎng)前景和競(jìng)爭(zhēng)力受到較大的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，提供一種高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制 器，簡(jiǎn)化了控制器硬件結(jié)構(gòu)，節(jié)省元器件，實(shí)現(xiàn)在降低控制器成本的同時(shí)，達(dá)到對(duì)高轉(zhuǎn)速狀 態(tài)下無(wú)刷直流電機(jī)平穩(wěn)控制的目的。
[0004] 本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:提供一種高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位 置傳感器控制器，包括(AC-DC)整流模塊、直流電源模塊、MCU模塊、功率驅(qū)動(dòng)電路模塊、過(guò)零 點(diǎn)檢測(cè)電路模塊、直流母線電流采樣模塊，整流模塊的輸出端，一端為高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī) 供電，另一端為傳感器控制器供電;直流電源模塊產(chǎn)生15V、5V、3.3V的直流電，其中15V直流 電為功率驅(qū)動(dòng)電路模塊供電，3.3V直流電為MCU模塊供電;MCU模塊控制6路高頻HVM信號(hào)生 成、過(guò)零點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)與換相時(shí)間計(jì)算、直流母線電流信號(hào)采樣。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，實(shí)現(xiàn) 高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)的控制。功率驅(qū)動(dòng)電路模塊主電路為標(biāo)準(zhǔn)的三相兩電平逆變電路。過(guò) 零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊通過(guò)采集直流母線電壓并與三相合成電壓相比較，來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)。
[0005] 按上述技術(shù)方案，MCU模塊采用8位MCU主控芯片，其P麗輸出管腳與功率驅(qū)動(dòng)電路 模塊的輸入管腳相連。低成本的8位MCU主控芯片，配合功率驅(qū)動(dòng)電路模塊、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路 模塊，通過(guò)程序控制完成6路高頻PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成、過(guò)零點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)與換相時(shí)間的計(jì)算、直 流母線電流信號(hào)采樣等功能，由此實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)的控制。
[0006] 按上述技術(shù)方案，整流模塊采用集成整流芯片把交流電壓整流成直流電提供給控 制器，集成整流芯片1腳接地，2腳、3腳與交流電源連接，4腳引出分兩路，一路提供直流電壓 VDC，一路接電容C5的正極，C5負(fù)極接地。
[0007] 按上述技術(shù)方案，直流電源模塊包括開(kāi)關(guān)電源芯片U6、5V穩(wěn)壓集成電路U7、3V穩(wěn)壓 集成電路 U8、電容 07工8、〇9、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18工24工25丄26、二極管06、07、08、 D9、D10、電感 L1、電阻 R32,其中 1]6、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18、06、07、08、09、1^1組成15￥供 電模塊，U6的5、6、7、8接直流電源VDC，引腳1、2與ClO的負(fù)極、D9的負(fù)極、C12、C13上端相連 接，U6引腳3接D6正極、C13下端，U6引腳4接D7負(fù)極，D9正極接地，負(fù)極接L1，L1與C16、C17、 C18上端以及D8的正極相連接，C16、C17、C18下端接地，C12下端、D6負(fù)極、D7的正極、D8負(fù)極 相連接，D8正極引出提供+15V電源，1]7、07丄8、09、010、1?32組成5￥電源模塊，1]7引腳1與08正 極、C9上端、DlO負(fù)極相連接，引腳2接地，引腳3與+15V電源、C7正極相連接，C7負(fù)極接地，C8 負(fù)極、C9下端、R32下端接地，U7引腳1引出提供+5V電源，U8、C24、C25、C26組成3.3V電源模 塊，U8的引腳1、C24負(fù)極、C25負(fù)極、C26下端接地，U8引腳2與C2正極、C26上端相連接，U8引腳 3、+5v電源、C24正極相連接，U8引腳2引出提供+3.3V電壓。
[0008] 按上述技術(shù)方案，功率驅(qū)動(dòng)模塊為標(biāo)準(zhǔn)的三相兩電平逆變電路，包含三相橋臂，每 相橋臂上、下兩個(gè)開(kāi)關(guān)管不能同時(shí)導(dǎo)通，且任意時(shí)刻都有三個(gè)開(kāi)關(guān)管同時(shí)導(dǎo)通，開(kāi)關(guān)器件為 IGBT(或者M(jìn)OSFET全控型電力電子開(kāi)關(guān)器件，）U、V、W為電機(jī)的三相，其中第一相橋臂的上橋 臂開(kāi)關(guān)器件為AH，下橋臂開(kāi)關(guān)器件為AL，AH的源極、AL的漏極與U相相連;第二相橋臂的上橋 臂開(kāi)關(guān)器件為BH，下橋臂開(kāi)關(guān)器件為BL，BH的源極、BL的漏極與V相相連;第三相橋臂的上橋 臂開(kāi)關(guān)器件為CH，下橋臂開(kāi)關(guān)器件為CL，CH的源極、CL的漏極與W相相連;AH、BH、CH漏極與直 流電源VDC相連接，AL、BL、CL源極接Rl的1腳RF，Rl為過(guò)流保護(hù)電阻，Rl阻值為0.062 Ω，U、V、 W三相根據(jù)上、下管導(dǎo)通情況決定其電位;4!1^1^、8!1』1^、01、(^的柵極分別于1〇]六路13麗相 連接。當(dāng)AH導(dǎo)通AL關(guān)斷時(shí)，U相接于直流電源正端，當(dāng)AL導(dǎo)通AH關(guān)斷時(shí)，A相接于直流電源負(fù) 端，同理，V和W相也是根據(jù)上、下管導(dǎo)通情況決定其電位的。
[0009] 按上述技術(shù)方案，過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊包含電阻R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20、 R22、電壓比較器U5，U相接RH的1腳，V相接R15的1腳，W接R17的1腳，R14、R15、R17的2腳與 R20的1腳相連，R20的1腳接Rl 8的1腳，R20的2腳接Rl的1腳RF，R18的2腳接芯片U5的3引腳， U5的1腳接Rl 6的2腳，U5的2腳與Rl 9、R22的2腳相連，Rl 9的1腳接直流電源VDC，R22的1腳接 RF，U5的4腳接地，U5的5腳接+15V電源，R16的1腳接+3.3V電源，R16的2腳引出，輸出過(guò)零點(diǎn) 檢測(cè)信號(hào)WAVE，提供給MCU。本發(fā)明過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊能夠?qū)崿F(xiàn)不同電壓等級(jí)高轉(zhuǎn)速無(wú)刷 直流電機(jī)的過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)功能。
[0010] 本發(fā)明產(chǎn)生的有益效果是:本發(fā)明采用低成本的8位MCT作為主控芯片，產(chǎn)生6路 PffM控制信號(hào)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)硬件產(chǎn)生控制信號(hào)的功能，簡(jiǎn)化了控制器硬件結(jié)構(gòu)，并且性能可靠， 控制精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)好，抗干擾能力強(qiáng)，控制器調(diào)速范圍廣，保證高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)安 全穩(wěn)定運(yùn)行，降低了控制器成本。
【附圖說(shuō)明】
[0011]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：
[0012] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例一種高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制器的結(jié)構(gòu)原理框 圖；
[0013] 圖2是控制器電源AC-DC整流模塊電路圖；
[0014] 圖3是控制器直流電源模塊+15V電源電路圖；
[0015]圖4是控制器直流電源模塊+5V電源電路圖；
[0016] 圖5是控制器直流電源模塊+3.3V電源電路圖；
[0017] 圖6是控制器功率驅(qū)動(dòng)電路模塊主電路圖；
[0018] 圖7是控制器過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊電路圖；
[0019] 圖8是控制器過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路等效圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì) 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不 用于限定本發(fā)明。
[0021 ]本發(fā)明實(shí)施例中，提供一種高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制器，如圖1所 示，包括(AC-DC)整流模塊、直流電源模塊、MCU模塊、功率驅(qū)動(dòng)電路模塊、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路模 塊、直流母線電流采樣模塊，整流模塊的輸出端，一端為高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)供電，另一端 為傳感器控制器供電；直流電源模塊產(chǎn)生15V、5V、3.3V的直流電，其中15V直流電為功率驅(qū) 動(dòng)電路模塊供電，3.3 V直流電為MCU模塊供電;MCU模塊控制6路高頻PffM信號(hào)生成、過(guò)零點(diǎn)信 號(hào)檢測(cè)與換相時(shí)間計(jì)算、直流母線電流信號(hào)采樣。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的程序，實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直 流電機(jī)的控制。功率驅(qū)動(dòng)電路模塊主電路為標(biāo)準(zhǔn)的三相兩電平逆變電路。過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路 模塊通過(guò)采集直流母線電壓并與三相合成電壓相比較，來(lái)實(shí)現(xiàn)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)。
[0022]進(jìn)一步地，M⑶模塊采用8位MCU主控芯片，其P麗輸出管腳與功率驅(qū)動(dòng)電路模塊的 輸入管腳相連。8位MCU模塊，包含復(fù)位按鈕、外部晶振，程序下載接口、過(guò)零點(diǎn)信號(hào)接口、電 流檢測(cè)信號(hào)接口、和PWM模塊，PffM模塊能產(chǎn)生六路高頻PffM，給無(wú)刷直流電機(jī)提供控制信號(hào)。 低成本的8位MCU主控芯片，配合功率驅(qū)動(dòng)電路模塊、過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)電路模塊，通過(guò)程序控制完 成6路高頻PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成、過(guò)零點(diǎn)信號(hào)檢測(cè)與換相時(shí)間的計(jì)算、直流母線電流信號(hào)采樣 等功能，由此實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速無(wú)刷直流電機(jī)的控制。
[0023]本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)一步地，整流模塊采用集成整流芯片把交流電壓整流成直流 電提供給控制器，集成整流芯片1腳接地，2腳、3腳與交流電源連接，4腳引出分兩路，一路提 供直流電壓VDC，一路接電容C5的正極，C5負(fù)極接地。如圖2所示，整流橋芯片3腳、4腳可接交 流電220V(也可以是11OV、48V等），接入AC-DC整流模塊，配合濾波電路，得到穩(wěn)定的直流電 VDC，VDC-方面給無(wú)刷直流電機(jī)供電，另一方面是直流電源模塊接入端。
[0024] 進(jìn)一步地，直流電源模塊包括開(kāi)關(guān)電源芯片U6、5V穩(wěn)壓集成電路U7、3V穩(wěn)壓集成電 路 U8、電容 07工8、09、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18工24丄25丄26、二極管06、07、08、09、010、 電感 L1、電阻 R32,其中 1]6、(：10、(：12、(：13、(：16、(：17、(：18、06、07、08、09、1^1組成15￥供電模塊， U6的5、6、7、8接直流電源VDC，引腳1、2與ClO的負(fù)極、D9的負(fù)極、C12、C13上端相連接，U6引腳 3接D6正極、C13下端，U6引腳4接D7負(fù)極，D9正極接地，負(fù)極接L1，L1與C16、C17、C18上端以及 D8的正極相連接，C16、C17、C18下端接地，C12下端、D6負(fù)極、D7的正極、D8負(fù)極相連接，D8正 極引出提供+15V電源，1]7、07工8、09、010、1?32組成5￥電源模塊，1]7引腳1與08正極、09上端、 D10負(fù)極相連接，引腳2接地，引腳3與+15 V電源、C7正極相連接，C7負(fù)極接地，C8負(fù)極、C9下 端、R32下端接地，U7引腳1引出提供+5V電源，U8、C24、C25、C26組成3.3V電源模塊，U8的引腳 1、C24負(fù)極、C25負(fù)極、C26下端接地，U8引腳2與C2正極、C26上端相連接，U8引腳3、+5v電源、 C24正極相連接，U8引腳2引出提供+3.3V電壓。
[0025] 直流電源模塊電路中，U6(開(kāi)關(guān)電源芯片，采用AP8012)、C10、C12、C13、C16、C17、 (：18、06、07、08、09丄1組成15￥供電模塊，如圖3所示，￥0(