專利名稱：一種直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)通過控制直流無刷電機(jī)的有效電壓，對(duì)直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)有的直流無刷電機(jī)采用的是穩(wěn)定輸出的直流電源供電，然后通過控制直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的三相逆變電橋的占空比，實(shí)現(xiàn)加到直流無刷電機(jī)上的有效電壓發(fā)生變化， 進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。現(xiàn)有技術(shù)的直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在閉環(huán)條件下，三相逆變電橋既需對(duì)直流無刷電機(jī)的有效電壓進(jìn)行控制，同時(shí)又需要將單項(xiàng)直流電轉(zhuǎn)變?yōu)槿嘟涣麟?，這種調(diào)節(jié)的脈寬調(diào)制信號(hào)會(huì)在電機(jī)線上形成干擾雜波，導(dǎo)致直流無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，噪音較大，閉環(huán)調(diào)速范圍窄，穩(wěn)定性差。
發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的直流無刷電機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定性差，閉環(huán)調(diào)速范圍窄，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，噪音較大的缺陷，本發(fā)明提供一種直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本發(fā)明的直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)如下，其包括順序連接的操控面板、控制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、直流無刷電機(jī)和監(jiān)測(cè)模塊；所述監(jiān)測(cè)模塊還與控制模塊相連，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊還與外電源相連；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括三相逆變電橋、BUCK型開關(guān)電源和BUCK型開關(guān)電源控制電路；所述BUCK型開關(guān)電源的輸入端與外電源相連，輸出端與三相逆變電橋的輸入端相連；所述三相逆變電橋的受控端與控制模塊相連，輸出端與直流無刷電機(jī)相連；所述BUCK型開關(guān)電源控制電路的輸入端與控制模塊相連，輸出端與BUCK型開關(guān)電源的受控端相連；所述BUCK型開關(guān)電源的受控端為一場(chǎng)效應(yīng)管。優(yōu)選的，所述BUCK型開關(guān)電源控制電路由電阻Rl I、R21、R22、R31、R32，三極管Ql、Q2、Q3和穩(wěn)壓二極管D7構(gòu)成；所述控制模塊的信號(hào)輸出端接所述電阻R11，所述電阻Rll的另一端接所述三極管Ql的基極，所述三極管Ql的射極通過電阻R21接地，所述三極管Ql的集電極通過電阻R22接BUCK型開關(guān)電源的輸入端，所述三極管Ql的集電極同時(shí)接到所述三極管Q2和所述三極管Q3的基極；所述三極管Q2的集電極接地，射極通過所述電阻R32接到所述BUCK型開關(guān)電源場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極；所述三極管Q3的集電極接到BUCK型開關(guān)電源的輸入端，射極通過所述電阻R31接到所述BUCK型開關(guān)電源場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極；所述穩(wěn)壓二極管D7的兩端分別與所述場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極和源極相接。優(yōu)選的，所述三極管Ql為NPN型，所述三極管Q2為PNP型，所述三極管Q3為NPN型。優(yōu)選的，所述場(chǎng)效應(yīng)管Q4A為P型功率M0SFET。優(yōu)選的，所述Rll阻值為1.6 2. 4ΚΩ，所述R21阻值為4. 48 6. 72KΩ，所述R22阻值為24 36K Ω，所述R31阻值為80 120Κ Ω，所述R32阻值為I. 2 I. 8Κ Ω。優(yōu)選的，所述操控面板包括顯示單元和指令輸入單元，所述顯示單元和指令輸入單元分別與控制模塊相連。優(yōu)選的,所述指令輸入單元包括啟動(dòng)或停止按鍵、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)按鍵、檔位按鍵和轉(zhuǎn)速旋鈕。優(yōu)選的，所述操控面板還包括第一單片機(jī)，所述顯示單元和指令輸入單元通過所述第一單片機(jī)與所述控制模塊相連。優(yōu)選的，所述控制模塊包括第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)一端與所述操控面板相連，另一端與所述功率驅(qū)動(dòng)模塊相連。優(yōu)選的，在所述監(jiān)測(cè)模塊與控制模塊之間設(shè)置一放大電路。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用一個(gè)與三相逆變電橋串聯(lián)的BUCK型開關(guān)電源直接控制輸入電壓，使加在直流無刷電機(jī)上的電壓跟隨需要變化，這樣最大限度的減少了逆變橋的開關(guān)變化，使得直流無刷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，噪音小，閉環(huán)調(diào)速范圍寬，穩(wěn)定性好。

圖I是本發(fā)明直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。圖2是發(fā)明直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中BUCK開關(guān)電源控制電路的電路圖。
具體實(shí)施方式
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，
以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。圖I是本發(fā)明直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意框圖。如圖I所示，本發(fā)明的系統(tǒng)包括操控面板1，用于錄入指令信息、并將指令信息向控制模塊2輸出；監(jiān)測(cè)模塊3，一端與直流無刷電機(jī)4相連，另一端與控制模塊2相連，用于監(jiān)測(cè)直流無刷電機(jī)4的工作狀態(tài)、并將監(jiān)測(cè)信息向所控制模塊2輸出；控制模塊2，與操控面板I和監(jiān)測(cè)模塊3連接，用于接收指令信息和監(jiān)控信息，并根據(jù)指令信息和所述監(jiān)測(cè)信息輸出操作指令；功率驅(qū)動(dòng)模塊5，一端與控制模塊2相連，一端與外電源相連，另一端與直流無刷電機(jī)4相連，用于接收控制模塊2輸出的操作指令，并根據(jù)操作指令對(duì)外電源進(jìn)行變壓和逆變處理，驅(qū)動(dòng)直流無刷電機(jī)4運(yùn)轉(zhuǎn)。所述操控面板I具有基本的輸入和顯示功能，對(duì)應(yīng)的其包括指令輸入單元和顯示單元，其中，指令輸入單元可以是話筒、觸摸屏、按鍵或者旋鈕等，本發(fā)明的指令輸入單元為按鍵和旋鈕形式，該指令輸入單元包括啟動(dòng)或停止按鍵、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)按鍵、檔位按鍵和轉(zhuǎn)速旋鈕等；顯示單元一般為屏幕顯示，用于顯示輸入的指令信息和監(jiān)測(cè)模塊3反饋的直流無刷電機(jī)工4作狀態(tài)信息，使客戶能夠及時(shí)了解直流無刷電機(jī)4的工作情況。傳統(tǒng)操控面板所有的指令輸入單元和顯示單元分別與控制模塊2相連，導(dǎo)致接線數(shù)量多，如果操控面板I距離控制模塊2較遠(yuǎn)，將會(huì)導(dǎo)致兩者間接線混亂，成本升高，且由于控制模塊2既要負(fù)擔(dān)直流無刷電機(jī)的控制工作，又要負(fù)擔(dān)指令信息和顯示信息的處理工作，將會(huì)導(dǎo)致控制模塊2實(shí)時(shí)性能降低，故障率提升。為解決這一問題，本發(fā)明在操控面板I上設(shè)置第一單片機(jī)，用于采集指令輸入單元的指令信息并將其轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)后傳送給控制模塊2，同時(shí)接收控制模塊2傳送的監(jiān)控信息并將其傳送至顯示單元，該方案中，操控面板I的指令輸入單元和顯示單元不需要分別與控制模塊2相連，而只要就近連接到第一單片機(jī)即可，通過第一單片機(jī)與控制模塊2之間的通信即可完成指令輸入單元和顯示單元與控制模塊2之間的信號(hào)傳遞。采用該優(yōu)選方案，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)走線，降低了產(chǎn)品成本，且數(shù)字化后的信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，保證了信息傳遞的準(zhǔn)確性；同時(shí)，第一單片機(jī)分擔(dān)了一部分控制模塊2的工作，從而可以使控制模塊2實(shí)時(shí)性能提高，故障率降低，為后續(xù)控制模塊2的功能升級(jí)提供了空間。所述監(jiān)測(cè)模塊3 —般包括用于感應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)子所在位置的反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路，用于監(jiān)測(cè)直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速的速度傳感器，用于監(jiān)測(cè)直流無刷電機(jī)工作電流的電流檢測(cè)電路，用于監(jiān)測(cè)直流無刷電機(jī)工作電壓的電壓檢測(cè)電路。上述監(jiān)測(cè)裝置一端安裝在直流無刷電機(jī)
4上，另一端與控制模塊2相連，將在直流無刷電機(jī)4上采集的監(jiān)測(cè)信號(hào)輸出至控制模塊2，具體的監(jiān)測(cè)裝置為本領(lǐng)域的常規(guī)選擇。優(yōu)選的，在監(jiān)測(cè)模塊3與控制模塊2之間設(shè)置有放大電路，用于對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)厄電流值進(jìn)行放大處理，使得監(jiān)測(cè)信號(hào)的抗干擾能力增強(qiáng)，保證反 饋過程的準(zhǔn)確性。所述控制模塊2包括第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)接收操控面板I的指令信號(hào)，并根據(jù)指令信號(hào)控制功率驅(qū)動(dòng)模塊5工作，使直流無刷電機(jī)4在指定的工作狀態(tài)下工作；同時(shí)，第二單片機(jī)接收監(jiān)測(cè)模塊3輸出的監(jiān)測(cè)信息，并將監(jiān)測(cè)信息與指令信息進(jìn)行對(duì)比，判斷監(jiān)測(cè)信息與指令信息是否相符，若判斷結(jié)果為否，則調(diào)整對(duì)功率驅(qū)動(dòng)模塊5的控制，改變功率驅(qū)動(dòng)模塊5的輸出；另外，控制模塊2用于判斷監(jiān)測(cè)信息是否為直流無刷電機(jī)4工作異常值，若監(jiān)測(cè)信息為直流無刷電機(jī)4工作異常值，則控制模塊2將該異常情況輸出至操控面板I的顯示單元，指示客戶系統(tǒng)處于異常狀態(tài)。所述功率驅(qū)動(dòng)模塊5包括依次相連的BUCK型開關(guān)電源53和三相逆變電橋51，第二單片機(jī)對(duì)BUCK型開關(guān)電源53進(jìn)行控制，使BUCK型開關(guān)電源53的輸出電壓幅值符合直流無刷電機(jī)4的轉(zhuǎn)速要求。在這里需要注意，由于BUCK型開關(guān)電源53的輸入電壓較第二單片機(jī)電源電壓高很多，第二單片機(jī)欲控制BUCK型開關(guān)電源53就必須在第二單片機(jī)與BUCK型開關(guān)電源53之間加設(shè)BUCK型開關(guān)電源控制電路52，來控制BUCK型開關(guān)電源的輸出。圖2為BUCK開關(guān)電源控制電路52的電路圖，如圖2所示，電阻Rll —端接控制模塊2的第二單片機(jī)指令信號(hào)的輸出端，另一端接三極管Ql的基極；三極管Ql的射極通過電阻R21接地，三極管Ql的集電極通過電阻R22接BUCK型開關(guān)電源51的輸入端，三極管Ql的集電極同時(shí)接到三極管Q2和三極管Q3的基極，其中，三極管Ql可防止BUCK型開關(guān)電源的高壓對(duì)單片機(jī)I/O接口的損害；三極管Q2的集電極接地，射極通過電阻R32接到BUCK型開關(guān)電源51場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極G ;三極管Q3的集電極接到BUCK型開關(guān)電源51的輸入端，射極通過電阻R31接到BUCK型開關(guān)電源51場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極G ；BUCK型開關(guān)電源
51場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極G和源極S分別接穩(wěn)壓二極管Dl的兩端，同時(shí)，源極S接外電源，其中，穩(wěn)壓二極管Dl用于使場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極G和源極S之間的電壓穩(wěn)定在某一數(shù)值。本發(fā)明中，三極管Ql為NPN型，三極管Q2為PNP型，三極管Q3為NPN型；場(chǎng)效應(yīng)管Q4A為P型功率MOSFET ;所述Rll阻值為I. 6 2. 4K Ω，所述R21阻值為4. 48 6. 72KΩ，所述R22阻值為24 36ΚΩ，所述R31阻值為80 120ΚΩ，所述R32阻值為I. 2 1.8ΚΩ,優(yōu)選的，Rll阻值為2K Ω，所述R21阻值為5. 6K Ω，所述R22阻值為30K Ω，所述R31阻值為IOOK Ω，所述R32阻值為I. 5K Ω。當(dāng)?shù)诙纹瑱C(jī)控制信號(hào)為高電平時(shí)，三極管Ql導(dǎo)通，此時(shí)，三極管Ql的集電極電壓降低，從而三極管Q3的基極電壓低于發(fā)射極電壓，三極管Q3反向偏置不導(dǎo)通，三極管Q2由于基極電壓低于發(fā)射極電壓，三極管Q2正向偏置導(dǎo)通，三極管Q2發(fā)射極電壓降低，場(chǎng)效應(yīng)管Q4A導(dǎo)通，外電源向直流無刷電機(jī)供電。當(dāng)?shù)诙纹瑱C(jī)控制信號(hào)為低電平時(shí)，三極管Ql截止，三極管Q3的基極通過偏置電阻R22接外電源，在集電極與射極之間形成正向壓降，三極管Q7導(dǎo)通，而三極管Q2因?yàn)殡娮鑂22與外電源連接，導(dǎo)致三極管Q2反偏截止；由于三極管Q3導(dǎo)通，場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極G電壓與源極S的電壓接近，從而截止，這時(shí)通過BUCK型開關(guān)電源51中的儲(chǔ)能向直流無刷電機(jī)供電。本發(fā)明的直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的工作原理如下工作時(shí)，首先根據(jù)直流無刷電機(jī)工作需要在操控面板調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速旋鈕錄入直流無刷電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，并用啟動(dòng)或停止按鍵·啟動(dòng)該系統(tǒng)；控制模塊接收操控面板的命令，根據(jù)錄入的直流無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速信息輸出操作指令，控制BUCK型開關(guān)電源控制電路工作，BUCK型開關(guān)電源控制電路控制BUCK型開關(guān)電源的導(dǎo)通和截止時(shí)間；外電源經(jīng)BUCK型開關(guān)電源和三相逆變電橋處理后，驅(qū)動(dòng)直流無刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)直流無刷電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速，并將其反饋至控制模塊；控制模塊接收直流無刷電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速信息并將其與直流無刷電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值進(jìn)行比較，若直流無刷電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于直流無刷電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，則控制BUCK型開關(guān)電源的導(dǎo)通時(shí)間減小，若直流無刷電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速大于直流無刷電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，則控制BUCK型開關(guān)電源的導(dǎo)通時(shí)間增大，若直流無刷電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速等于直流無刷電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值，則控制BUCK型開關(guān)電源的導(dǎo)通時(shí)間不變。本發(fā)明的直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用一個(gè)與三相逆變電橋串聯(lián)的BUCK型開關(guān)電源直接控制輸入電壓，使加在直流無刷電機(jī)上的電壓跟隨需要變化，這樣最大限度的減少了逆變橋的開關(guān)變化，使得直流無刷電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，噪音小，閉環(huán)調(diào)速范圍寬，穩(wěn)定性好。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種直流無刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括順序連接的操控面板、控制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、直流無刷電機(jī)和監(jiān)測(cè)模塊；所述監(jiān)測(cè)模塊還與控制模塊相連，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊還與外電源相連； 其特征在于所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括三相逆變電橋、BUCK型開關(guān)電源和BUCK型開關(guān)電源控制電路；所述BUCK型開關(guān)電源的輸入端與外電源相連，輸出端與三相逆變電橋的輸入端相連；所述三相逆變電橋的受控端與控制模塊相連，輸出端與直流無刷電機(jī)相連；所述BUCK型開關(guān)電源控制電路的輸入端與控制模塊相連，輸出端與BUCK型開關(guān)電源的受控端相連；所述BUCK型開關(guān)電源的受控端為一場(chǎng)效應(yīng)管。
2.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述BUCK型開關(guān)電源控制電路由電阻R11、R21、R22、R31、R32，三極管Q1、Q2、Q3和穩(wěn)壓二極管D7構(gòu)成； 所述控制模塊的信號(hào)輸出端接所述電阻R11，所述電阻Rll的另一端接所述三極管Ql的基極，所述三極管Ql的射極通過電阻R21接地，所述三極管Ql的集電極通過電阻R22接BUCK型開關(guān)電源的輸入端，所述三極管Ql的集電極同時(shí)接到所述三極管Q2和所述三極管Q3的基極； 所述三極管Q2的集電極接地，射極通過所述電阻R32接到所述BUCK型開關(guān)電源場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極； 所述三極管Q3的集電極接到BUCK型開關(guān)電源的輸入端，射極通過所述電阻R31接到所述BUCK型開關(guān)電源場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極； 所述穩(wěn)壓二極管D7的兩端分別與所述場(chǎng)效應(yīng)管Q4A的柵極和源極相接。
3.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述三極管Ql為NPN型，所述三極管Q2為PNP型，所述三極管Q3為NPN型。
4.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)管Q4A為P型功率MOSFET。
5.如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于所述Rll阻值為1.6 2.41(0，所述1 21阻值為4. 48 6. 72K Ω，所述R22阻值為24 36K Ω，所述R31阻值為80 120K Ω，所述R32阻值為I. 2 I. 8ΚΩ。
6.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述操控面板包括顯示單元和指令輸入單元，所述顯示單元和指令輸入單元分別與控制模塊相連。
7.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng),其特征在于所述指令輸入單元包括啟動(dòng)或停止按鍵、正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)按鍵、檔位按鍵和轉(zhuǎn)速旋鈕。
8.如權(quán)利要求6所述的系統(tǒng)，其特征在于所述操控面板還包括第一單片機(jī)，所述顯示單元和指令輸入單元通過所述第一單片機(jī)與所述控制模塊相連。
9.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于所述控制模塊包括第二單片機(jī)，所述第二單片機(jī)一端與所述操控面板相連，另一端與所述功率驅(qū)動(dòng)模塊相連。
10.如權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于在所述監(jiān)測(cè)模塊與控制模塊之間設(shè)置一放大電路。
專利摘要本實(shí)用新型提供一種直流無刷電機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其包括順序連接的操控面板、控制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模塊、直流無刷電機(jī)和監(jiān)測(cè)模塊；所述監(jiān)測(cè)模塊還與控制模塊相連，所述功率驅(qū)動(dòng)模塊還與外電源相連；所述功率驅(qū)動(dòng)模塊包括三相逆變電橋、BUCK型開關(guān)電源和BUCK型開關(guān)電源控制電路；所述BUCK型開關(guān)電源的輸入端與外電源相連，輸出端與三相逆變電橋的輸入端相連；所述三相逆變電橋的受控端與控制模塊相連，輸出端與直流無刷電機(jī)相連；所述BUCK型開關(guān)電源控制電路的輸入端與控制模塊相連，輸出端與BUCK型開關(guān)電源的受控端相連；所述BUCK型開關(guān)電源的受控端為一場(chǎng)效應(yīng)管。采用該系統(tǒng)控制直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪音小，穩(wěn)定可靠。
文檔編號(hào)H02P6/10GK202721642SQ201220416008
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者高勇 申請(qǐng)人:高勇