M0S 管 Q0、M0S 管 Q1、M0S管Q2、M0S管Q3、M0S管Q4及M0S管Q5的基極相連，M0S管Q0的集電極和M0S管Q1的發(fā)射極相連并且和無刷直流電機3的定子線圈L1的輸入端相連，M0S管Q2的集電極和M0S管Q3的發(fā)射極相連并且和定子線圈L2的輸入端相連，M0S管Q4的集電極和M0S管Q5的發(fā)射極相連并且和定子線圈L3的輸入端相連。單片機U還連接有運行/停止按鈕K1、正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)按鈕K2和復位電路。操作運行/停止按鈕K1，可控制無刷直流電機的啟停；操作正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)按鈕K2，可控制無刷直流電機按正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)方式運行。
[0019]工作過程:
[0020]①三個霍爾傳感器4實時檢測無刷直流電機3的轉(zhuǎn)子的位置并輸送給單片機U，單片機U讀取當前霍爾值，此時轉(zhuǎn)子位于第η個霍爾區(qū)間，同時單片機U中的第一定時器開始計時；
[0021]②當霍爾值跳變到下一個霍爾值時，單片機U讀取第一定時器捕獲的轉(zhuǎn)子經(jīng)過第η個霍爾區(qū)間的時間Τη，此時轉(zhuǎn)子進入第η+1個霍爾區(qū)間，然后分成兩個步驟走:a步驟，回到步驟①；b步驟，單片機U中的第二定時器開始計時，轉(zhuǎn)到步驟③；
[0022]③在單片機U中設(shè)定轉(zhuǎn)子提前進入第n+2個霍爾區(qū)間的提前換向時間TO = (1/4)Τη ；
[0023]④當?shù)诙〞r器計時到達(3/4) Τη時，單片機U輸出的PWM信號切換到第n+2個霍爾區(qū)間對應(yīng)的輸出相，再通過M0S管三相橋單元2的處理，分別輸出通電信號給無刷直流電機3的定子線圈L1、定子線圈L2及定子線圈L3，則定子線圈在轉(zhuǎn)子的第n+2個霍爾區(qū)間輸出的相位沒有滯后。
[0024]其中，η以1、2、3、4、5、6再回到1的順序循環(huán)。經(jīng)過各種試驗，m = 4時，解決相位滯后的效果更加理想。當然m也可以是3、4、5、6或7等自然數(shù)，根據(jù)不同情況可以進行改變和設(shè)定。
[0025]為了解釋清楚，下面對原理作出說明。
[0026]如圖3所示，霍爾傳感器反饋回來轉(zhuǎn)子磁極位置的六種信號狀態(tài):001、101、100、110、010、011，每個信號狀態(tài)代表了轉(zhuǎn)子運行的角度區(qū)間，S卩:0?60。、60?120。,120-180。、180 ?240。、240 ?300。、300 ?360。(0。)，A、B、C、D、E、F 分別表示 6 個扇區(qū)交匯點。例如:轉(zhuǎn)子從A點運行到B點需要的時間為T1，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過0?60°區(qū)間的時間。通過觀察反電動勢相位圖，觀察到相位滯后為15°左右，轉(zhuǎn)子運行15°對應(yīng)的時間為T0，單片機內(nèi)部第一定時器捕獲到從霍爾值為001跳變到霍爾值為101的時間為T1，而從觀察到相位滯后為15°左右從而設(shè)定TO = (1/4)T1，由于在兩個相鄰扇區(qū)內(nèi)，無刷直流電機可認為是勻速運轉(zhuǎn)，所以認為從霍爾值為101跳變到霍爾值為100的時間T2 = T1，相應(yīng)此時反電動勢相位滯后也在15°左右，那么在B點讓單片機內(nèi)部第二定時器開始計時，當?shù)诙〞r器計時到(T1-T0)時刻，即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(60° -15° )時，立即切換到和霍爾值為100相對應(yīng)的定子繞組輸出，即提前切換，則100霍爾區(qū)間輸出的相位沒有滯后，達到最佳轉(zhuǎn)矩輸出。為了保證下一個霍爾區(qū)間110也是最佳轉(zhuǎn)矩輸出，則需要第一定時器測量霍爾值為101區(qū)間的時間T2，即從霍爾值為101跳變到霍爾值為100的時間，在100霍爾區(qū)間運行(T2-T0)時刻，立即切換到和霍爾值為110相對應(yīng)的定子繞組輸出，即提前切換，則110霍爾區(qū)間輸出的相位沒有滯后，保證了 110霍爾區(qū)間對應(yīng)相位和轉(zhuǎn)矩的最佳輸出。如此循環(huán)?？梢钥闯?，轉(zhuǎn)子在101區(qū)間運行時提前T0時間切入到了 100區(qū)間對應(yīng)的相位輸出，轉(zhuǎn)子在100區(qū)間運行時提前T0時間切換到110區(qū)間對應(yīng)的相位輸出，所以可以確定100區(qū)間運行了完整的60°，只不過在實際的霍爾位置角度表示時是從105°到165°這個區(qū)間的60°。當然，上述具體說明中，相位滯后15°只是一個例子，其實滯后角度可以是小于60°的任何角度，通過這種方式來進行相位修正。
[0027]無刷直流電機反轉(zhuǎn)運行時的情況一樣，只不過扇區(qū)順序由正轉(zhuǎn)時的001、101、100、110、010、011 變?yōu)榉崔D(zhuǎn)時的 001、011、010、110、100、101。
[0028]本實用新型采用MCU微控制器對霍爾反饋信號進行濾波，省去外圍RC濾波電路，適應(yīng)性更強，在對霍爾干擾更強的環(huán)境中，不需要更改硬件電路，直接配置MCU微控制器寄存器即可改變?yōu)V波系數(shù)，保證霍爾信號檢測正確無誤，減少了反饋延遲和控制延遲，有效解決了相位滯后問題，并能兼顧電機的正反轉(zhuǎn)，從而能穩(wěn)定地控制電機高速運行。同時也省去原來需外接的M0S驅(qū)動電路，電路簡單，外部元器件大大減少，提高穩(wěn)定性和生產(chǎn)良率，也降低成本。
【主權(quán)項】
1.一種高速無刷直流電機控制裝置，其特征在于包括MCU微控制器單元(1)、MOS管三相橋單元⑵和設(shè)于無刷直流電機⑶定子中的三個霍爾傳感器(4)，MCU微控制器單元(1)的輸出端和所述的MOS管三相橋單元⑵的輸入端相連，MOS管三相橋單元⑵的輸出端分別和無刷直流電機(3)的定子線圈(5)的輸入端相連，所述的三個霍爾傳感器(4)的輸出端分別和所述的MCU微控制器單元(1)的輸入端相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高速無刷直流電機控制裝置，其特征在于所述的MCU微控制器單元(1)包括內(nèi)置有MOS驅(qū)動電路的單片機U，單片機U有PWMO腳、PWM1腳、PWM2腳、PWM3腳、PWM4腳及PWM5腳六個輸出端，所述的MOS管三相橋單元(2)有六個MOS管，單片機U的PWMO腳、PWM1腳、PWM2腳、PWM3腳、PWM4腳及PWM5腳分別和六個MOS管的基極相連。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高速無刷直流電機控制裝置，其特征在于所述的MOS管三相橋單元⑵包括MOS管QO、MOS管Q1、M0S管Q2、M0S管Q3、M0S管Q4和MOS管Q5，M0S管Ql、MOS管Q3及MOS管Q5的集電極均和電壓DC+相連，MOS管QO、MOS管Q2及MOS管Q4的發(fā)射極均接地，MOS管Q0的集電極和MOS管Q1的發(fā)射極相連并且和所述的無刷直流電機⑶的定子線圈L1的輸入端相連，MOS管Q2的集電極和MOS管Q3的發(fā)射極相連并且和所述的無刷直流電機⑶的定子線圈L2的輸入端相連，MOS管Q4的集電極和MOS管Q5的發(fā)射極相連并且和所述的無刷直流電機(3)的定子線圈L3的輸入端相連。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的一種高速無刷直流電機控制裝置，其特征在于所述的MCU微控制器單元(1)連接有運行/停止按鈕K1和正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)按鈕K2。
【專利摘要】本實用新型涉及一種高速無刷直流電機控制裝置，包括MCU微控制器單元、MOS管三相橋單元和設(shè)于無刷直流電機定子中的三個霍爾傳感器，MCU微控制器單元的輸出端和MOS管三相橋單元的輸入端相連，MOS管三相橋單元的輸出端分別和無刷直流電機的定子線圈的輸入端相連，三個霍爾傳感器的輸出端分別和MCU微控制器單元的輸入端相連。本實用新型省略了RC濾波電路和MOS驅(qū)動電路，減少反饋延遲和控制延遲，有效解決相位滯后問題，并能兼顧電機的正反轉(zhuǎn)，確保電機高速運行，提高穩(wěn)定性和生產(chǎn)良率，降低成本。
【IPC分類】H02P6/06
【公開號】CN204967678
【申請?zhí)枴緾N201520571518
【發(fā)明人】儲祝君, 董曉, 朱小夢, 余榮偉, 王凱, 王鵬, 陳浩, 陳琦煒
【申請人】浙江先芯科技有限公司
【公開日】2016年1月13日
【申請日】2015年7月31日