干手器用無位置傳感器無刷電機控制器的制造方法
【專利摘要】干手器用無位置傳感器無刷電機控制器。本實用新型涉及到新型電機的高效控制，具體地說就是直流無刷電機斬波調(diào)速控制技術(shù)。干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其組成包括：殼體，所述的殼體內(nèi)裝有單片機AT89C51，所述的單片機連接電機控制專用芯片ML4425芯片組，所述單片機包括4種開關(guān)信號電路：啟動、停止、加速、減速控制和輸出運行和故障狀態(tài)電路；所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組，所述的ML4425芯片組具有輸出六路PWM信號電路；所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組與電機反電動勢鎖相環(huán)PLL控制電路、保護電路電路之間電連接。本實用新型用作干手器用的無刷電機控制器。
【專利說明】干手器用無位置傳感器無刷電機控制器
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0002]本實用新型涉及一種新型電機的高效控制，具體地說就是直流無刷電機斬波調(diào)速控制技術(shù)。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]干手器目前常用的電機有有刷直流電機和單相串勵電機兩種。
[0005]直流有刷電動機和單相串勵電動機的共同特點是存在電刷和換向器，由此帶來噪聲、火花以及維修困難等缺點，從而大大限制了它的應(yīng)用領(lǐng)域。
[0006]直流無刷電機在結(jié)構(gòu)上與有刷直流電機相比有了較大的改變，其轉(zhuǎn)子采用稀土永磁材料，以電子換向器實現(xiàn)換向，因此消除了直流有刷電動機因為電刷帶來的弊病。由于直流無刷電動機具有結(jié)構(gòu)簡單、運行可靠、維護方便以及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點，因此是未來干手器用電動機的首選。
[0007]無刷電機常采用霍爾傳感器進行轉(zhuǎn)子位置檢測，存在如下缺點:如增大了電機體積和成本，降低了系統(tǒng)的可靠性等。
[0008]在現(xiàn)有無刷電機控制器中，用6個功率MOSFET管組成電子換向器，圖中MOSFET管VTU VT4構(gòu)成無刷電機A相繞組的橋臂，VT3、VT6構(gòu)成無刷電機B相繞組的橋臂，VT5、VT2構(gòu)成無刷電機C相繞組的橋臂，在任何情況，同一橋臂的上下兩管不能同時導通，否則要燒壞管子。6只功率MOSFET管按一定要求順次導通，就可實現(xiàn)無刷電機A、B、C三相繞組的輪流通電，完成換相要求，電機正常運轉(zhuǎn)。在電動車無刷電機控制器中，這6只功率管有二二通電方式和三三通電方式的運用，二二通電方式即每一時刻有兩只功率管同時通電，三三通電方式即每一時刻有三只功率管同時通電。
[0009]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0010]本實用新型的目的是提供一種干手器用無位置傳感器無刷電機控制器。
[0011]上述的目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn):
[0012]干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其組成包括:殼體，所述的殼體內(nèi)裝有單片機AT89C51，所述的單片機連接電機控制專用芯片ML4425芯片組，所述單片機包括4種開關(guān)信號電路:啟動、停止、加速、減速控制和輸出運行和故障狀態(tài)電路；所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組，所述的ML4425芯片組具有輸出六路PWM信號電路；所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組與電機反電動勢鎖相環(huán)PLL控制電路、保護電路電路之間電連接。
[0013]所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，所述的單片機連接電機速度控制脈沖信號的輸入端，在比較器I腳的直流母線有串聯(lián)采樣用功率電阻；電機繞組端部有串接的三個衰減電阻；單片機發(fā)出的電機速度控制脈沖信號的承載電路連接所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組的SPEED SET引腳，所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組產(chǎn)生的PWM控制信號的承載電路連接被控制速度的電機；所述的PWM控制信號電路包括信號控制功率開關(guān)管和控制電機定子磁場換相的鎖相環(huán)回路PLL。
[0014]所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，所述的信號控制功率開關(guān)管包括穩(wěn)壓器和PWM斬波器，所述的保護電路中的IGBT連接有溫度檢測開關(guān)。[0015]所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組的上電復位的對齊電路包括Cat電容，在升速時以開環(huán)方式進行換相，電機轉(zhuǎn)速的速度控制回路包括時間控制電容Crt。
[0016]所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，鎖相環(huán)回路包括換相狀態(tài)機、壓控振蕩器和反電動勢米樣器，所述的電機繞組的換向電路包括基于自舉技術(shù)的IR2130放大器，所述的基于自舉技術(shù)的IR2130放大器電路電連接IGBT功率開關(guān)管。
[0017]所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，所述的基于自舉技術(shù)的IR2130放大器電路對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅(qū)動信號產(chǎn)生2us的互鎖延時的電路中，包括驅(qū)動電阻R1、驅(qū)動電阻R2、驅(qū)動電阻R3、驅(qū)動電阻R4、驅(qū)動電阻R5、驅(qū)動電阻R6,以及自舉電容C3、自舉電容C4、自舉電容C5，自舉二極管D6、自舉二極管D8、自舉二極管D10。
[0018]有益效果:
[0019]本實用新型是一種新穎的、具有高可靠性的直流無刷電機控制器。所采用的無刷電機專用控制芯片ML4425可獨立控制運行，外圍電路簡單；電機起動過程為校準、升速和狀態(tài)切換，從電機繞組獲取反電動勢后，利用PLL鎖相技術(shù)實現(xiàn)準確換相，無需直接位置傳感器。以ML4425和單片機AT89C51為核心的控制系統(tǒng)可實現(xiàn)電機啟停、調(diào)速和保護功能，能夠保證控制系統(tǒng)安全、可靠地運行。
[0020]本實用新型以AT89C51單片機和ML4425電機專用控制芯片為核心，附加簡單的外圍電路，實現(xiàn)無刷電機轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制。
[0021]本實用新型的干手器用無位置無刷直流電動機控制器采用AT89C51單片機與ML4425電機專用控制芯片共同搭建了無位置傳感器控制系統(tǒng)，具有可靠性高、抗干擾能力強的特點。使用鎖相環(huán)技術(shù)，從電機繞組檢測反電動勢來確定換相順序，使電機可在較寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn)換相，而且對PWM的噪聲干擾不敏感，并實現(xiàn)了電機的無級調(diào)速，達到節(jié)能、降噪的目的且具有較高的效率。
[0022]本實用新型還結(jié)合高效、高集成度的硬件設(shè)計來提高干手器系統(tǒng)的整體性能，改變了傳統(tǒng)干手器用電機有刷和有換向器的缺陷。
[0023]本實用新型而采用無位置檢測的方法則減小了裝置體積，降低了成本，提高了可靠性，并拓寬了裝置的應(yīng)用領(lǐng)域。本系統(tǒng)采用ML4425專用芯片為核心，具有體積小且運行穩(wěn)定性高的特點。ML4425為三相無位置傳感器無刷直流電機專用芯片，可實現(xiàn)無刷直流電機的起動、換相以及轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。ML4425中有兩個補償電路，分別對應(yīng)PLL閉環(huán)和速度閉環(huán)，根據(jù)電機和負載的特性調(diào)整進行優(yōu)化，得到滿意的調(diào)速性能。ML4425還具有完善的保護功能，在過流和欠壓時自動切斷驅(qū)動信號以實現(xiàn)對電機的保護。
[0024]本實用新型系統(tǒng)具有溫度保護和過流保護功能，當過溫或過流時，系統(tǒng)會自動停車。
[0025]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0026]圖1系統(tǒng)的硬件連接結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2主回路。
[0028]圖3驅(qū)動電路。
[0029]圖4 ML4425電機控制原理圖。
[0030]圖5速度控制電路。[0031]圖6過溫保護電路。
[0032]圖7限流控制電路。
[0033]【具體實施方式】:
[0034]實施例1:
[0035]干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其組成包括:殼體，所述的殼體內(nèi)裝有單片機AT89C51，所述的單片機連接電機控制專用芯片ML4425芯片組，所述單片機包括4種開關(guān)信號電路:啟動、停止、加速、減速控制和輸出運行和故障狀態(tài)電路；所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組，所述的ML4425芯片組具有輸出六路PWM信號電路；所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組與電機反電動勢鎖相環(huán)PLL控制電路、保護電路電路之間電連接。
[0036]實施例2:
[0037]實施例1所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，所述的單片機連接電機速度控制脈沖信號的輸入端，在比較器I腳的直流母線有串聯(lián)采樣用功率電阻；電機繞組端部有串接的三個衰減電阻；單片機發(fā)出的電機速度控制脈沖信號的承載電路連接所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組的SPEED SET引腳，所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組產(chǎn)生的PWM控制信號的承載電路連接被控制速度的電機；所述的PWM控制信號電路包括信號控制功率開關(guān)管和控制電機定子磁場換相的鎖相環(huán)回路PLL。
[0038]實施例3:
[0039]實施例1或2所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，所述的信號控制功率開關(guān)管包括穩(wěn)壓器和PWM斬波器，所述的保護電路中的IGBT連接有溫度檢測開關(guān)。
[0040]實施例4:
[0041]實施例1或2或3所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組上電復位的對齊電路包括Cat，在升速時以開環(huán)方式進行換相，電機轉(zhuǎn)速的速度控制回路包括時間控制電容Crt。
[0042]實施例5:
[0043]實施例1或2或3或4所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，鎖相環(huán)回路包括換相狀態(tài)機、壓控振蕩器和反電動勢采樣器，所述的電機繞組的換向電路包括基于自舉技術(shù)的IR2130放大器，所述基于自舉技術(shù)的IR2130放大器電路電連接IGBT功率開關(guān)管。
[0044]實施例6:
[0045]實施例5所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，所述的基于自舉技術(shù)的IR2130放大器電路對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅(qū)動信號產(chǎn)生2us的互鎖延時的電路中，包括驅(qū)動電阻Rl、驅(qū)動電阻R2、驅(qū)動電阻R3、驅(qū)動電阻R4、驅(qū)動電阻R5、驅(qū)動電阻R6，以及自舉電容C3、自舉電容C4、自舉電容C5，自舉二極管D6、自舉二極管D8、自舉二極管D10。
[0046]實施例7:
[0047]本實用新型系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)原理如圖1所示，系統(tǒng)共有4路開關(guān)信號，分別是啟動、停止、加速、減速控制，并輸出運行和故障狀態(tài)；ML4425根據(jù)單片機的速度指令信號，并通過邏輯和驅(qū)動輸出六路PWM信號，實現(xiàn)電機的反電動勢鎖相環(huán)(PLL)控制。
[0048]1、系統(tǒng)的主電路[0049]系統(tǒng)主電路如圖2所示，采用三相全橋功率拓撲結(jié)構(gòu)和三相六狀態(tài)工作方式，任意時刻只有兩相繞組導通，在主回路中加了一個采樣電阻Rs來采樣直流母線電流，以實現(xiàn)裝置的過載或過流保護功能。
[0050]2、驅(qū)動電路
[0051]功率開關(guān)管的驅(qū)動采用IR2130實現(xiàn)，只須單電源供電，可驅(qū)動直流母線電壓不高于600V的功率器件，其內(nèi)部有過流、過壓及欠壓保護功能。自舉技術(shù)使其可用于高壓系統(tǒng)，還可對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅(qū)動信號產(chǎn)生2us的互鎖延時。圖3為系統(tǒng)的驅(qū)動電路圖，R1、R2、R3、R4、R5、R6為驅(qū)動電阻，C3、C4、C5為自舉電容，D6、D8、DlO為自舉二極管。
[0052]3、ML4425電機控制原理
[0053]ML4425是三相無傳感器無刷直流電機的專用控制芯片，其主要功能包括:起動電路、反電動勢換相控制、脈寬調(diào)制(PWM)速度控制、固定時間限流、制動和欠電壓保護。
[0054]4、換相控制
[0055]三相無刷直流電機需要電子換相實現(xiàn)功率開關(guān)管的開通(ON)和關(guān)斷(OFF)。三相直流無刷電機的六個換相狀態(tài)，組成一個完整的周期。組合狀態(tài)(以A-F表示)在圖6中說明。這個順序編入ML4425的換相狀態(tài)機內(nèi)，換相狀態(tài)機的時鐘由壓控振蕩器提供，表中，R是對齊狀態(tài)。
[0056]5、速度控制
[0057]當電機轉(zhuǎn)速上升使電機反電動勢足以被ML4425檢測到后，系統(tǒng)進入閉環(huán)運行狀態(tài)。速度指令由ML4425的SPEED SET設(shè)定，本系統(tǒng)的速度給定由單片機進行設(shè)定，升速時SPEED SET的電壓上升，與速度反饋的誤差加大，經(jīng)過誤差放大器輸出到SPEED C0MP，使輸出的PWM占空比增加，電機轉(zhuǎn)速上升。當該信號與速度指令信號相等時，電機穩(wěn)速運行。電機的減速過程與之相反。圖5為速度控制電路圖。
[0058]6、過溫保護電路
[0059]本系統(tǒng)有溫度保護、過流保護和缺相保護功能。圖6中的溫度開關(guān)用來檢測IGBT的溫度，一旦溫度超過70°C時溫度開關(guān)閉合，輸出高電平給51單片機，系統(tǒng)停機。當系統(tǒng)過流時，檢測的電流信號經(jīng)過電阻轉(zhuǎn)變成電壓信號與電位器設(shè)定值進行比較，超過設(shè)定的上限值，比較器輸出高電平給51單片機，系統(tǒng)掉電，從而對系統(tǒng)進行了保護。
[0060]7、限流控制與制動
[0061]ML4425利用恒定關(guān)斷時間來限制電機的最大電流。在電機運行期間，比較器把接在I腳上的電流采樣電阻上的壓降與內(nèi)部的2.5V (0.5*5)的給定進行比較，當I腳上的電壓超過0.5V時內(nèi)部觸發(fā)器被觸發(fā)，這使得低端驅(qū)動關(guān)斷一定的時間。關(guān)斷時間由26腳的Cios決定。電流限幅可以通過改變12腳電壓來實現(xiàn)，原理如圖7所示。當制動引腳(25引腳)電位被拉低時在1.4V以下時，低壓側(cè)的輸出驅(qū)動器全被接通，高壓側(cè)的輸出驅(qū)動器全被關(guān)閉，實現(xiàn)電機制動。
【權(quán)利要求】
1.一種干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其組成包括:殼體，其特征是:所述的殼體內(nèi)裝有單片機AT89C51，所述的單片機連接電機控制專用芯片ML4425芯片組，所述單片機包括4種開關(guān)信號電路:啟動、停止、加速、減速控制和輸出運行和故障狀態(tài)電路；所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組，所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組具有輸出六路PWM信號電路；所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組與電機反電動勢鎖相環(huán)PLL控制電路、保護電路電路之間電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其特征是:所述的單片機連接電機速度控制脈沖信號的輸入端，在比較器I腳的直流母線有串聯(lián)采樣用功率電阻；電機繞組端部有串接的三個衰減電阻；單片機發(fā)出的電機速度控制脈沖信號的承載電路連接所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組的SPEED SET引腳，所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組產(chǎn)生的PWM控制信號的承載電路連接被控制速度的電機；所述的PWM控制信號電路包括信號控制功率開關(guān)管和控制電機定子磁場換相的鎖相環(huán)回路PLL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其特征是:所述的信號控制功率開關(guān)管包括穩(wěn)壓器和PWM斬波器，所述的保護電路中的IGBT連接有溫度檢測開關(guān)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其特征是:所述的電機控制專用芯片ML4425芯片組的上電復位的對齊電路包括Cat電容，在升速時以開環(huán)方式進行換相，電機轉(zhuǎn)速的速度控制回路包括時間控制電容Crt。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其特征是:鎖相環(huán)回路包括換相狀態(tài)機、壓控振蕩器和反電動勢采樣器，所述的電機繞組的換向電路包括基于自舉技術(shù)的IR2130放大器，所述的基于自舉技術(shù)的IR2130放大器電路電連接IGBT功率開關(guān)管。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的干手器用無位置傳感器無刷電機控制器，其特征是:所述的基于自舉技術(shù)的IR2130放大器電路對同一橋臂上下2個功率器件的門極驅(qū)動信號產(chǎn)生2us的互鎖延時的電路中，包括驅(qū)動電阻R1、驅(qū)動電阻R2、驅(qū)動電阻R3、驅(qū)動電阻R4、驅(qū)動電阻R5、驅(qū)動電阻R6，以及自舉電容C3、自舉電容C4、自舉電容C5，自舉二極管D6、自舉二極管D8、自舉二極管D10。
【文檔編號】H02P6/08GK203675020SQ201420039872
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2014年1月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月22日
【發(fā)明者】高晗瓔, 劉端增, 楊仁德, 趙杰, 楊忠生, 陳喻 申請人:哈爾濱理工大學