大功率無刷電機驅動電路及其控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及無刷電機控制技術領域，尤其是設及一種便于升級、價格便宜的大功 率無刷電機驅動電路及其控制方法。
【背景技術】
[0002] 隨著視聽產品"小、輕、薄"化和家電產品的靜音化W及豪華型轎車需求量增多，無 刷直流電動機需要量迅速增加。無刷直流電機用電子換向替代了電刷和換向器，具有高可 靠、高效率、壽命長、調速方便的優點。
[0003] 目前，無刷電機的驅動裝置通常采用純硬件電路實現，例如，驅動裝置采用dsp忍 片，電路無法修改，并且dsp忍片價格昂貴，適用于高端產品，不利于產品升級換代。
[0004] 中國專利授權公開號尤肥036750191]，授權公開日2014年6月25日，公開了一種 無刷電機驅動電路，包括單片機、無刷電機驅動板W及與無刷電機驅動板相連的無刷電機， 還包括與單片機和無刷電機驅動板相連的無刷電機調速控制電路、無刷電機正反轉控制電 路W及無刷電機供電電路，所述的無刷電機調速控制電路是將脈沖寬度調制信號轉化成連 續變化電壓信號的輸出電路；無刷電機正反轉控制電路利用單片機控制電路通斷，實現電 機的正轉和反轉換向功能；無刷電機供電電路利用單片機控制電路通斷，經過=極管和兩 級MOS管推動供電電路的通斷功能。該發明的不足之處是，電路無法修改，不利于產品升級 換代。
【發明內容】
[0005] 本發明的發明目的是為了克服現有技術中的驅動裝置的電路無法修改，價格昂 貴，不利于產品升級換代的不足，提供了一種便于升級、價格便宜的大功率無刷電機驅動電 路及其控制方法。
[0006] 為了實現上述目的，本發明采用W下技術方案：
[0007] 一種大功率無刷電機驅動電路，包括單片機，兩個按鍵，報警器，存儲器，顯示器， 與所述電機連接的=相電路，與=相電路電連接的電流檢測電路和3個驅動電路，與設于 電機轉子上的3個角度間隔依次為120度的霍爾傳感器分別連接的3個位置檢測電路；單 片機、3個驅動電路、=相電路和電機依次電連接，3個位置檢測電路的輸出端和工作電壓 輸入端均與單片機電連接；電流檢測電路的信號輸入端與任一個驅動電路電連接，報警器、 存儲器、顯示器、電流檢測電路的輸出端和2個按鍵均與單片機電連接。
[0008] 本發明將3個霍爾傳感器安裝在電機的轉子上，相互之間間隔120度，3個霍爾傳 感器的名稱分別為化，化，He。霍爾傳感器在電機的轉子轉動的每一個電周期內，轉過一個 轉角，產生與電機邏輯分配狀態對應的狀態邏輯字。電機=相共六個周期，對應到每一個轉 角位0-60,60-120,120-180,180-240, 240-300, 300-360的相位期間，分別對應到狀態邏輯 字為001，000,100,110,111，011，狀態邏輯字中W化，化，化為順序，101和OlO為禁止狀態 邏輯字，即一旦單片機讀取到OlO或101信息，則表明狀態出錯。
[0009] 存儲器中設有波形周期逐漸減小的PWM變加速波和波形周期恒定的PWM穩定波， 電機磁極對數P，電機目標轉速n，與目標轉速相對應的周期to,其中
；存儲器中還 設有換相時序表，換相時序表由6個依次排列的標準位置狀態邏輯字構成，每個標準位置 狀態邏輯字與PWM變加速波及PWM穩定波的相位相對應；存儲器中設有過流闊值Il;
[0010] 電流檢測電路用于電機的電流檢測，位置檢測電路用于霍爾傳感器未知的檢測， 單片機用于控制電機加速、穩定運行及根據檢測的位置狀態邏輯字進行換相控制，過流的 報警，便于操作人員及時進行人工干預。
[0011] 本發明的電路簡潔，可通過修改程序使得電機適應不同的應用場合，便于產品的 升級換代；能夠迅速而穩定的啟動電機，全程監控電機從啟動到停止的整個過程，電機轉速 高，運行穩定，能夠自行檢測和判斷電機運行的故障，自行修復部分非硬件損壞的故障，對 于無法修復的故障能夠及時停機并告知操作人員；保證了電機的可靠控制，延長了電機的 使用壽命，有利于生產商對產品進一步優化。
[0012] 因此，本發明具有電路簡潔、便于升級，可通過修改程序使得電機適應不同的應用 場合；能夠迅速而穩定的啟動電機，能夠自行檢測和判斷電機運行的故障，自行修復非硬件 損壞的故障，對于無法修復的故障能夠及時停機并告知操作人員；保證了電機的可靠控制， 延長了電機的使用壽命的特點。
[0013] 作為優選，所述位置檢測電路包括電阻RU電阻R2、滑動電阻R3、電阻R4、電阻R5、 電阻R6、電阻R7、電阻R8,放大器D1，電容Cl和S極管Tl;所述電阻Rl-端分別與霍爾傳 感器和電阻R2 -端電連接，電阻Rl另一端、霍爾傳感器和滑動電阻R3 -端均接VCC，電阻 R2另一端與放大器Dl的同相輸入端電連接，滑動電阻R3的中間抽頭與放大器Dl的反相輸 入端電連接，滑動電阻R3另一端接地，電阻R4 -端與放大器Dl的輸出端電連接，電阻R4 另一端分別與電阻R5 -端和=極管Tl的基極電連接，=極管Tl的發射極通過電阻R7接 地，=極管Tl的集電極分別與電阻R6 -端、電阻R8 -端電連接，電阻R5和電阻R6另一端 均與單片機電連接，電阻R8另一端分別與單片機和電容Cl一端電連接，電容Cl另一端接 地。
[0014] 作為優選，所述電流檢測電路包括電阻R9、電阻R10、電阻Rll和電阻R12,電容C2 和放大器D2 ;電阻R9 -端與任一個驅動電路電連接，電阻R9另一端分別與放大器D2的同 相輸入端和電容C2 -端電連接，電容C2另一端接地，電阻RlO-端分別與放大器D2的反 相輸入端和電阻Rll-端電連接，電阻RlO另一端接地，電阻Rll另一端分別與放大器D2 的輸出端和電阻R12 -端電連接，電阻R12另一端與單片機電連接。
[0015] 作為優選，還包括電阻R14和放大器D3 ;放大器D2的輸出端與放大器D3的反向 相輸入端電連接，放大器D3的同相輸入端與1.6V電壓連接，放大器D3的輸出端與單片機 電連接。
[0016] 作為優選，所述=相電路包括6個場效應管，電阻R13,電容C4和電容巧；6個場效 應管分別為場效應管Ml、場效應管M2、場效應管M3、場效應管M4、場效應管M5和場效應管 M6 ;6個場效應管均與無刷電機電連接，場效應管M2、場效應管M4和場效應管M6均通過電 阻R13接地，電容C4和電容巧一端均與場效應管Ml、場效應管M3和場效應管M5電連接， 電容C4和電容巧另一端接地。
[0017] 作為優選，每個驅動電路均包括場效應管驅動忍片Jl，電容C6、電容C7和二極管 Pl;場效應管驅動忍片Jl的1管腳分別與電容C6 -端和二極管Pl的正極電連接，電容C6 另一端接地，二極管Pl另一端與場效應管驅動忍片Jl的6管腳電連接，場效應管驅動忍片 Jl的5管腳和7管腳與=相電路電連接，場效應管驅動忍片Jl的2管腳和3管腳均與單片 機電連接，場效應管驅動忍片Jl的6管腳與電流檢測電路的信號輸入端電連接。
[0018] 一種大功率無刷電機驅動電路的控制方法，包括如下步驟：
[0019] 化-1)電機啟動、加速及穩定運行
[0020] 存儲器中設有波形周期逐漸減小的PWM變加速波和波形周期恒定的PWM穩定波， 電機磁極對數P，電機目標轉速n，與目標轉速相對應的周期to,其中
存儲器中還 設有換相時序表，換相時序表由6個依次排列的標準位置狀態邏輯字構成，每個標準位置 狀態邏輯字與PWM變加速波及PWM穩定波的相位相對應；存儲器中設有過流闊值II，力矩 小闊值12 ;兩個按鍵分別為啟動按鍵和關閉按鍵；其中，12 <Il;
[0021] (6-1-1)按下啟動按鍵，單片機向S相電路輸出PWM變加速波，電機逐漸加速，3個 霍爾傳感器檢測位置信息，單片機讀取電流檢測電路檢測的電流Ic,當Ic>II，單片機禁 止PWM變加速波輸出，顯示器顯示電機過流；同時單片機控制報警器報警；
[0022] 當Ic《II，單片機將3個霍爾傳感器的位置信息構成位置狀態邏輯字后存儲到存 儲器中；
[0023] (6-1-2)單片機讀取任一個霍爾傳感器的位置信號，得到該霍爾傳感器的兩次低 電平到高電平跳變的時間差t;
[0024] 設定計時間隔t2 = (t0+t)/2 ;
[0025] 當t2 <to時，每隔時間T，循環計算t及t2 ; 陽0%] 當t2 =to時，單片機停止變加速波的輸出，單片機輸出穩定波，電機穩定運行；
[0027] (6-2)電機加速及穩定運行過程中的換相
[0028] 單片機讀取換相時序表中的當前時刻的標準位置狀態邏輯字，同時讀取檢測的位 置狀態邏輯字，將二者進行比較；
[0029] 如果二者不一致，則將換相時序表中的當前時刻的標準位置狀態邏輯字換為檢測 的位置狀態邏輯字的前一個標準位置狀態邏輯，從而實現換相；
[0030] (6-3)電機加速及穩定運行過程中的力矩檢測
[0031] 單片機W時間間隔T循環讀取電流檢測電路輸出的檢測電流Ic,如果Ic< 12,則 單片機控制報警器報警，顯示器顯示力矩過小的信息；同時單片機停止輸出PWM穩定波，電 機停止運行。
[0032] 本發明對電機的啟動、穩定運行過程中的電流過大的情況進行檢測控制，有效避