一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于自動(dòng)控制領(lǐng)域，具體涉及一種無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)調(diào)速系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]電氣傳動(dòng)控制系統(tǒng)是以電動(dòng)機(jī)為控制對(duì)象，以微處理器為控制核心，以電力電子功率開(kāi)關(guān)管為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，在自動(dòng)控制理論指導(dǎo)下完成設(shè)計(jì)的。無(wú)刷直流電機(jī)具有機(jī)械磨損小，能量轉(zhuǎn)換效率高，運(yùn)行過(guò)程安全等顯著特點(diǎn)。無(wú)刷直流電機(jī)集直流電機(jī)和交流電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)于一身，在近些年來(lái)廣泛應(yīng)用于家電、汽車(chē)、航天技術(shù)等領(lǐng)域。因此，設(shè)計(jì)一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是非常必要的?，F(xiàn)有的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)功耗高，響應(yīng)慢，工作效率低，且缺乏保護(hù)功能。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型的目的在于提供一種效率高、能耗低的無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置。
[0004]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案:
[0005]包括上位機(jī)、主控制板、驅(qū)動(dòng)板、電源模塊以及安裝于無(wú)刷直流電機(jī)上的用于反饋該無(wú)刷直流電機(jī)速度的霍爾傳感器，所述主控制板上設(shè)置有微處理器，驅(qū)動(dòng)板上設(shè)置有逆變電路以及用于將所述微處理器輸出的PWM控制信號(hào)放大的驅(qū)動(dòng)電路;所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與逆變電路的輸入端相連，逆變電路的輸出端與所述無(wú)刷直流電機(jī)的電源接口相連，上位機(jī)的輸出端以及所述霍爾傳感器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，電源模塊分別與所述微處理器以及所述驅(qū)動(dòng)電路相連，所述微處理器采用STM32F103C8T6芯片為控制核心。
[0006]所述STM32F103C8T6芯片上設(shè)置有微處理器電源接口、串行接口、SWD接口、USB接口、霍爾信號(hào)輸入口、PWM信號(hào)輸出接口以及12位的ADC模塊，微處理器電源接口與電源模塊相連，串行接口、SWD接口或USB接口與上位機(jī)的輸出端相連，霍爾信號(hào)輸入口與所述霍爾傳感器的輸出端相連，PffM信號(hào)輸出接口與所述驅(qū)動(dòng)電路的輸入端相連，12位的ADC模塊與逆變電路的輸出端相連。
[0007]所述無(wú)刷直流電機(jī)具體選用三相無(wú)刷直流電機(jī)。
[0008]所述逆變電路包括由irfz44功率開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋。
[0009]所述驅(qū)動(dòng)電路包括IR2103S芯片。
[0010]所述電源模塊包括相連的電源電路和電源轉(zhuǎn)換電路，電源電路與所述驅(qū)動(dòng)電路的電源接口相連，電源轉(zhuǎn)換電路與微處理器電源接口相連。
[0011]所述電源電路包括相連的+15V穩(wěn)壓芯片和穩(wěn)壓器，+ 15V穩(wěn)壓芯片上設(shè)置有+24V電壓接口，+15V穩(wěn)壓芯片與所述驅(qū)動(dòng)電路的電源接口相連，穩(wěn)壓器與電源轉(zhuǎn)換電路相連。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0013]本實(shí)用新型的微處理器采用了STM32F103C8T6芯片為控制核心，該芯片穩(wěn)定性好，執(zhí)行速度快，因而可以提高裝置的效率，同時(shí)STM32F103C8T6芯片內(nèi)部有4種超低功耗模式，當(dāng)芯片處于工作狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入活動(dòng)模式，所有系統(tǒng)時(shí)鐘都活動(dòng)，保證芯片的高效性；當(dāng)芯片處于非工作狀態(tài)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況會(huì)關(guān)閉一些不必要的系統(tǒng)時(shí)鐘，從而保證系統(tǒng)的低功耗性。
[0014]進(jìn)一步的，STM32F103C8T6芯片內(nèi)部集成有12位的ADC模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬速度輸入的采樣和轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)良好的速度反饋。
[0015]進(jìn)一步的，本實(shí)用新型支持多種上位機(jī)與下位機(jī)的通訊方式，在STM32F103C8T6芯片調(diào)試與開(kāi)發(fā)方面可選擇采用SWD的接口電路，這種接口與傳統(tǒng)的TAGJ調(diào)試接口相比占用了更少的接口資源，且數(shù)據(jù)傳輸?shù)男噬喜贿d于傳統(tǒng)的JTAG調(diào)試接口。
【附圖說(shuō)明】

[0016]圖1為本實(shí)用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖中:I一微處理器，2—驅(qū)動(dòng)電路，3—逆變電路，4一無(wú)刷直流電機(jī)，5—串行接口，6—SWD接口，7—USB接口，8—微處理器電源接口，9一 12位的ADC模塊，10—電源電路，11 一電源轉(zhuǎn)換電路，12—PffM信號(hào)輸出接口，13—霍爾信號(hào)輸入口。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)說(shuō)明。
[0019]參見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型所述無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置包括上位機(jī)(例如，以PC機(jī)作為上位機(jī))、主控制板、驅(qū)動(dòng)板、安裝于無(wú)刷直流電機(jī)4上的多個(gè)霍爾傳感器以及電源模塊，主控制板上設(shè)有微處理器I，驅(qū)動(dòng)板上設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路2和逆變電路3;霍爾傳感器用于檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)4的位置，進(jìn)行電機(jī)速度反饋，電源模塊給微處理器I和驅(qū)動(dòng)電路2供電，主控制板和驅(qū)動(dòng)板是通過(guò)排線連接。上位機(jī)的輸出端與微處理器I的輸入端相連，霍爾傳感器的輸出端與微處理器I的輸入端相連，微處理器I的輸出端與驅(qū)動(dòng)電路2的輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路2的輸出端和逆變電路3的輸入端相連，逆變電路3的輸出端分別連接微處理器I的輸入端和無(wú)刷直流電機(jī)4的電源接口，無(wú)刷直流電機(jī)4具體選用三相無(wú)刷直流電機(jī)。
[0020]微處理器I為ST公司的STM32F103C8T6芯片，驅(qū)動(dòng)電路2上設(shè)有IR2103S芯片，逆變電路3設(shè)有6個(gè)irfz44功率開(kāi)關(guān)管。STM32系列微處理器的最大特點(diǎn)就是穩(wěn)定性好，工作溫度一般在-40到85攝氏度，且執(zhí)行速度快，用STM32系列微處理器來(lái)設(shè)計(jì)無(wú)刷直流電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)可以使控制系統(tǒng)更加穩(wěn)定和高效，并且電機(jī)的響應(yīng)更加快速和準(zhǔn)確。本實(shí)用新型所采用的STM32F103C8T6芯片的晶振有兩個(gè)，能夠產(chǎn)生不同頻率的系統(tǒng)時(shí)鐘，這是微處理器I具有超低功耗性的一個(gè)重要原因。同時(shí)STM32F103C8T6芯片內(nèi)部有4種超低功耗模式，當(dāng)芯片處于工作狀態(tài)時(shí)，進(jìn)入活動(dòng)模式，所有系統(tǒng)時(shí)鐘都活動(dòng)，保證芯片的高效性；當(dāng)芯片處于非工作狀態(tài)時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況會(huì)關(guān)閉一些不必要的系統(tǒng)時(shí)鐘，從而保證系統(tǒng)的低功耗性。[0021 ] STM32F103C8T6芯片上設(shè)有微處理器電源接口 8、串行接口 5、SWD接口 6、USB接口 7、霍爾信號(hào)輸入口 13、P麗信號(hào)輸出接口 12以及12位的ADC模塊9，微處理器電源接口 8與電源模塊相連，上位機(jī)通過(guò)串行接口 5、SWD接口 6或USB接口 7與微處理器I相連，上位機(jī)控制STM32F103C8T6芯片工作。其中，上位機(jī)的串口線可以通過(guò)串行接口 5，并經(jīng)過(guò)MAX232芯片進(jìn)行電壓的調(diào)整以實(shí)現(xiàn)與STM32F103C8T6芯片的通信；SWD接口 7可以通過(guò)j-link仿真器與上位機(jī)相連。無(wú)刷直流電機(jī)4上具體裝有三個(gè)霍爾傳感器，霍爾傳感器的輸出端與霍爾信號(hào)輸入口 13相連，這些霍爾傳感器能夠?qū)z測(cè)到的無(wú)刷直流電機(jī)4的位置信號(hào)通過(guò)霍爾信號(hào)輸入口 13輸入到STM32F103C8T6芯片的捕獲Zi比較單元進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)速度反饋，PWM信號(hào)輸出接口 12與驅(qū)動(dòng)電路2的輸入端相連(具體為IR2013芯片的輸入管腳與PffM信號(hào)輸出接口 12相連接)，STM32F103C8T6芯片產(chǎn)生的控制信號(hào)(6路PffM波或PffM信號(hào))通過(guò)PCB布線輸入到驅(qū)動(dòng)電路2中。驅(qū)動(dòng)電路2的輸出端與irfz44功率開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋相連接(連接在irfz44功率開(kāi)關(guān)管的門(mén)極)，STM32F103C8T6芯片的控制信號(hào)經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路2的放大后用來(lái)驅(qū)動(dòng)irfz44功率開(kāi)關(guān)管實(shí)現(xiàn)對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)4的轉(zhuǎn)速控制。
[0022]12位的ADC模塊9實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬速度輸入的采樣和轉(zhuǎn)化，并與設(shè)定的速度參考值比較。根據(jù)比較結(jié)果，由STM32F103C8T6芯片產(chǎn)生的控制信號(hào)輸入到驅(qū)動(dòng)電路2中，來(lái)控制逆變電路3的逆變橋中六個(gè)irfz44功率開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)，從而產(chǎn)生三相逆變電壓(U、V、W)，此三相逆變電壓互差120°，為無(wú)刷直流電機(jī)提供三相電壓。同時(shí)，逆變電路3會(huì)給STM32F103C8T6芯片的12位的ADC模塊9時(shí)刻反饋母線電壓信號(hào)，當(dāng)STM32F103C8T6芯片檢測(cè)到有異常的信號(hào)時(shí)(過(guò)壓、欠壓信號(hào))，就會(huì)封鎖控制驅(qū)動(dòng)逆變橋信號(hào)的產(chǎn)生，從而保護(hù)了逆變橋中的irfz44功率開(kāi)關(guān)管和無(wú)刷直流電機(jī)不被燒毀。
[0023]電源模塊包括相連的電源電路10和電源轉(zhuǎn)換電路11，電源電路10與驅(qū)動(dòng)電路2的電源接口相連，電源轉(zhuǎn)換電路11與微處理器電源接口 8相連。電源電路10包括相連的+15V穩(wěn)壓芯片和穩(wěn)壓器，+15V穩(wěn)壓芯片上設(shè)有+24V電壓接口，+15V穩(wěn)壓芯片與驅(qū)動(dòng)電路2的電源接口相連，穩(wěn)壓器與電源轉(zhuǎn)換電路11相連，電源轉(zhuǎn)換電路11具體選擇為穩(wěn)壓器。外界接入+24V電壓經(jīng)過(guò)+15V穩(wěn)壓芯片進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。+24V的電壓作為母線電壓，+ 15電壓作為驅(qū)動(dòng)電路的自舉電壓。同時(shí)+15V電壓通過(guò)穩(wěn)壓器轉(zhuǎn)換為+5V電壓，+5V電壓經(jīng)過(guò)另一個(gè)穩(wěn)壓器能夠?qū)㈦妷恨D(zhuǎn)換為+3.3V，然后從微處理器上的微處理器電源接口測(cè)試+3.3V電壓是否穩(wěn)定。微處理器電源接口用短路塊連接才能使微處理器及其外圍電路供電，這樣就使微處理器I實(shí)現(xiàn)單板調(diào)試。
[0024]本實(shí)用新型中，霍爾傳感器用于檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)的位置信號(hào)，而霍爾傳感器與微處理器的輸入端相連，因此微處理器能夠?qū)魻杺鞲衅靼l(fā)出的霍爾信號(hào)進(jìn)行計(jì)算;然后通過(guò)控制相應(yīng)的電子功率開(kāi)關(guān)管使得電機(jī)中的繞組按照預(yù)期的方式輪流導(dǎo)通來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)；同時(shí)，本實(shí)用新型所采用的驅(qū)動(dòng)電路具有保護(hù)功能，驅(qū)動(dòng)電路的輸入端與微處理器的輸出端相連，電源模塊為驅(qū)動(dòng)電路提供電源，因此，驅(qū)動(dòng)電路的保護(hù)功能是當(dāng)微處理器的控制信號(hào)出現(xiàn)異常時(shí)，與驅(qū)動(dòng)電路相連的逆變電路就會(huì)給微處理器反饋異常信號(hào)，使微處理器產(chǎn)生中斷信號(hào)，封鎖驅(qū)動(dòng)電路的輸出。
[0025]本實(shí)用新型針對(duì)無(wú)刷直流電機(jī)的特點(diǎn)，整個(gè)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速、母線過(guò)壓和欠壓的檢測(cè)，從而使整個(gè)系統(tǒng)不會(huì)因?yàn)橐恍┕收隙鴵p壞。此外，在設(shè)計(jì)該系統(tǒng)時(shí)，還考慮到電機(jī)控制系統(tǒng)的通用性，即該調(diào)速裝置不僅可以用于無(wú)刷直流電機(jī)的控制，還可以用于永磁同步電機(jī)的控制。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)還預(yù)留有一些端口，可以同時(shí)控制兩個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0026]本實(shí)用新型采用的電子元器件均為已知產(chǎn)品。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于:包括上位機(jī)、主控制板、驅(qū)動(dòng)板、電源模塊以及安裝于無(wú)刷直流電機(jī)(4)上的用于反饋該無(wú)刷直流電機(jī)速度的霍爾傳感器，所述主控制板上設(shè)置有微處理器(I)，驅(qū)動(dòng)板上設(shè)置有逆變電路(3)以及用于將所述微處理器(I)輸出的PWM控制信號(hào)放大的驅(qū)動(dòng)電路(2);所述驅(qū)動(dòng)電路(2)的輸出端與逆變電路(3)的輸入端相連，逆變電路(3)的輸出端與所述無(wú)刷直流電機(jī)(4)的電源接口相連，上位機(jī)的輸出端以及所述霍爾傳感器的輸出端與所述微處理器(I)的輸入端相連，電源模塊分別與所述微處理器(I)以及所述驅(qū)動(dòng)電路(2)相連，所述微處理器(I)采用STM32F103C8T6芯片為控制核心。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于:所述STM32F103C8T6芯片上設(shè)置有微處理器電源接口( 8)、串行接口( 5)、SWD接口( 6)、USB接口( 7)、霍爾信號(hào)輸入口(13)、P麗信號(hào)輸出接口(12)以及12位的ADC模塊(9)，微處理器電源接口(8)與電源模塊相連，串行接口(5)、SWD接口(6)或USB接口(7)與上位機(jī)的輸出端相連，霍爾信號(hào)輸入口(13)與所述霍爾傳感器的輸出端相連，PffM信號(hào)輸出接口( 12)與所述驅(qū)動(dòng)電路(2)的輸入端相連，12位的ADC模塊(9)與逆變電路(3)的輸出端相連。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于:所述無(wú)刷直流電機(jī)(4)具體選用三相無(wú)刷直流電機(jī)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于:所述逆變電路(3)包括由irf z44功率開(kāi)關(guān)管組成的逆變橋。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)電路(2)包括IR2103S芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于:所述電源模塊包括相連的電源電路(10)和電源轉(zhuǎn)換電路(11)，電源電路(10)與所述驅(qū)動(dòng)電路(2)的電源接口相連，電源轉(zhuǎn)換電路(11)與微處理器電源接口(8)相連。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置，其特征在于:所述電源電路(10)包括相連的+15V穩(wěn)壓芯片和穩(wěn)壓器，+ 15V穩(wěn)壓芯片上設(shè)置有+24V電壓接口，+ 15V穩(wěn)壓芯片與所述驅(qū)動(dòng)電路(2)的電源接口相連，穩(wěn)壓器與電源轉(zhuǎn)換電路(11)相連。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型提供一種無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速裝置：包括上位機(jī)、主控制板、驅(qū)動(dòng)板、電源模塊以及安裝于無(wú)刷直流電機(jī)上的用于反饋該無(wú)刷直流電機(jī)速度的霍爾傳感器，所述主控制板上設(shè)置有微處理器，驅(qū)動(dòng)板上設(shè)置有逆變電路以及用于將所述微處理器輸出的PWM控制信號(hào)放大的驅(qū)動(dòng)電路；所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與逆變電路的輸入端相連，逆變電路的輸出端與所述無(wú)刷直流電機(jī)的電源接口相連，上位機(jī)的輸出端以及所述霍爾傳感器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，電源模塊分別與微處理器以及所述驅(qū)動(dòng)電路相連，所述微處理器采用的STM32F103C8T6芯片穩(wěn)定性好，執(zhí)行速度快，因而可以提高裝置的效率，且具有低功耗性。
【IPC分類(lèi)】H02P6/08
【公開(kāi)號(hào)】CN205385426
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521070442
【發(fā)明人】林海, 劉照侖, 張澤瑩, 姚盈盈, 楊飛, 石浩然, 周小強(qiáng)
【申請(qǐng)人】長(zhǎng)安大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年7月13日
【申請(qǐng)日】2015年12月19日