CN103412598B

CN103412598B - 一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路

Info

Publication number: CN103412598B
Application number: CN201310311623.6A
Authority: CN
Inventors: 张庆超; 马瑞卿; 章学良; 相里康
Original assignee: Northwestern Polytechnical University
Current assignee: Northwestern Polytechnical University
Priority date: 2013-07-23
Filing date: 2013-07-23
Publication date: 2015-09-30
Anticipated expiration: 2033-07-23
Also published as: CN103412598A

Abstract

本发明公开了一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路，包括两个电源模块、霍尔信号前级处理模块、电压电流信号转换模块、信号隔离输出模块，霍尔信号通过前级处理模块进行处理，电压电流信号转换模块的输入为霍尔信号前级处理模块的输出，信号隔离输出模块的输入为电压电流信号转换模块的输出，隔离信号输出信号即为输出电压信号，可直接接入控制芯片输入接口进行信号处理；霍尔位置信号传输电路在进行霍尔信号长距离传输时，霍尔信号不会被干扰，保证了无刷电机的正常运行，避免了现有技术的霍尔接口电路在远距离传输霍尔信号时常常因干扰作用易导致电机无法正常运转的缺陷，实现了信号传输的准确性，强抗干扰性。

Description

一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路

技术领域

本发明涉及一种电流型传输电路，特别是涉及一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路。

背景技术

目前无刷电机在工业传动上的应用越来越广泛。无刷电机一般均安装有霍尔位置传感器，霍尔位置传感器可以检测永磁体转子相对于定子电枢绕组的位置，从而确定驱动电路中各个功率管的导通顺序和导通角，从而控制定子电枢电流，也就控制了电枢磁场的磁状态，实现电子换向，保证了无刷电机的正常运行。霍尔输出信号一般都是TTL信号，信号幅值不大于15V。而现今的工业环境强电信号比较多，环境比较恶劣，再加上天气环境例如雷电等，这些强电信号会很容易对弱电信号产生干扰，霍尔信号也很容易被干扰；霍尔信号一旦被干扰，就会给控制器送入错误信号，导致电机的误动作或无法运行。一般短距离传输霍尔信号时干扰现象并不明显，但是一旦需要长距离传输霍尔信号时，干扰现象就比较明显，例如工业上有些场合需要将无刷电机和驱动器分开安装，这就需要比较长的霍尔信号线，驱动器要得到可靠的霍尔信号，就必须考虑干扰的影响，避免软件的误换向，从而保证无刷电机的正常运行。

发明内容

为克服现有技术存在的霍尔信号长距离传输时易受干扰导致电机运转不正常的缺陷，本发明提出一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路。该传输电路长距离传输时不受强电干扰，避免了传输时受外界干扰导致电机不能正常运转的缺陷，且具有低功耗，稳定性高，电路结构简单，可靠性强的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括用于给霍尔元件和运算放大器供电的电源模块1，用于将霍尔元件输出的霍尔信号进行处理的信号前级处理模块，用于将信号前级处理模块的电压输出信号进行变换的电压电流信号转换模块，用于将电压电流信号转换模块输出的电流信号转换为电压信号并实现信号隔离的信号隔离输出模块；用于给信号隔离输出模块输出端供电的电源模块2；所述霍尔元件输出电压Vi通过串接电阻R1、电阻R2接至电源模块1的地；所述电阻R2的分压Ui接至运算放大器A1和运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端通过串接电阻R3接至电源模块1的地；运算放大器A1的反相输入端通过串接电阻R4接至运算放大器A1的输出端，运算放大器A1的输出端通过串接电阻Rx接至三极管T的发射极，运算放大器A2的反相输入端直接接至三极管T的发射极，运算放大器A2的输出端通过串接电阻R5接至三极管T的基极，三极管的集电极输出信号即为变换后的输出电流信号；

所述信号隔离器件P的输入端正极接至三极管T的集电极，信号隔离器件P的输入端负极接至电源模块1的地，信号隔离器件P的输出端正极通过上拉电阻R6接至电源模块2的正端，信号隔离器件P的输出端负极直接接至电源模块2的地，信号隔离器件P的输出端正极引出输出电压信号Vo；

所述电压电流信号转换模块输出的电流信号io与输入电压Vi成正比，电压电流信号转换模块输出的电流信号io与电阻Rx成反比，输出电流io再驱动后级信号隔离器件P实现电压信号的输出。

所述电源模块1与所述电源模块2为两个独立隔离电源，不可共地。

有益效果

本发明提出的一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路，其包括两个电源模块、一个霍尔信号前级处理模块、一个电压电流信号转换模块和一个信号隔离输出模块，其中霍尔信号通过前级处理模块进行处理，电压电流信号转换模块的输入为霍尔信号前级处理模块的输出，信号隔离输出模块的输入为电压电流信号转换模块的输出，隔离信号输出信号即为输出电压信号，可直接接入控制芯片输入接口进行信号处理；长距离传输无刷电机霍尔信号在受到外界强电干扰时，霍尔信号不会被干扰，避免了现有技术的霍尔接口电路在远距离传输霍尔信号时常常因干扰作用易导致电机无法正常运转的缺陷，实现了信号传输的准确性，强抗干扰性；霍尔位置信号电流型传输电路结构简单，且具有功耗低，稳定性高，可靠性强的优点。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路作进一步的详细说明。

图1为本发明无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路模块示意图。

图2为本发明无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路图。

具体实施方式

本实施例是一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路。本实施例只给出了其中一路霍尔位置信号的电路，其它两路与本传输电路相同。

参阅图1，本发明无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路，包括用于给霍尔元件3和运算放大器供电的电源模块1；用于将霍尔元件3输出的霍尔信号进行处理的信号前级处理模块4；用于将信号前级处理模块4的电压输出信号进行变换的电压电流信号转换模块5；用于将电压电流信号转换模块5输出的电流信号转换为电压信号并实现信号隔离的信号隔离输出模块6；用于给信号隔离输出模块6输出端供电的电源模块2；其中，给霍尔元件和运算放大器供电的电源模块1与给信号隔离输出模块输出端供电的电源模块2为两个独立隔离电源，不可共地。

如图2所示，本发明功能实现电路图由运算放大器A1、运算放大器A2、信号隔离器件P、PNP三极管T、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻Rx组成，电路通过如下方式得到:将霍尔元件输出电压Vi通过串接电阻R1和电阻R2接至电源模块1的地，将电阻R2的分压信号Ui接入运算放大器A1和运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端通过串接电阻R3接至电源模块1的地，运算放大器A1的反相输入端通过串接电阻R4接至运算放大器A1的输出端，运算放大器A1的输出端通过串接电阻Rx接至三极管T的发射极，运算放大器A2的反相输入端直接接至三极管T的发射极，运算放大器A2的输出端通过串接电阻R5接至三极管T的基极，三极管的集电极输出信号即为变换后的输出电流信号。电压电流信号转换模块输出的电流信号io与输入电压Vi成正比，电压电流信号转换模块输出的电流信号io与电阻Rx成反比。输出电流io再驱动后级信号隔离器件P实现电压信号的输出。

关系式步骤如下:

令运算放大器A1同相输入端上的电压为U_p1，运算放大器A1反相输入端上的电压为U_n1，运算放大器A2同相输入端上的电压为U_p2，运算放大器A2反相输入端上的电压为U_n2，运算放大器A1输出端上的电压为U1，三极管T发射极上电压为U2，输入的霍尔信号电压为V_i，经R1、R2分压R2上的电压为U_i，Rx上的电流为i，长距离传输电流为io，信号隔离器件输出电压为Vo。输入与输出信号的关系为:

U_{i} = V_{i} \times \frac{R 2}{R 1 + R 2}

U_p1＝U_n1＝U_i

U 1 = U_{1} \times \frac{R 3 + R 4}{R 3}

U_p2＝U_n2＝U2＝U_i

U 1 - U 2 = U_{i} \times \frac{R 3 + R 4}{R 3} - U_{i} = \frac{R 4}{R 3} U_{i}

i = \frac{U 1 - U 2}{Rx} = \frac{R 4}{R 3 Rx} U_{i},

当PNP三极管处于放大工作状态时有：

i_{o} = \frac{β}{1 + β} i \approx i;

∴

i_{o} = \frac{U 1 - U 2}{Rx} = \frac{R 4}{R 3 * Rx} U_{i} = \frac{R 4 R 2}{R 3 * Rx (R 1 + R 2)} \times V_{i}

通过给无刷直流电机、霍尔器件以及传输电路进行供电，当无刷直流电机运转时，直接将无刷直流电机输出的霍尔电压信号经过15V上拉后接至电路的输入端，霍尔电压信号经过前级电路的分压处理，再将处理后的信号送入电压电流转换模块，此时电压信号已经按照推导出的关系转换成为电流信号，再将处理后的的信号进行传输，此时已是电流信号进行传输，由于电流传输的强抗干扰性，从而可实现长距离传输，再将电流信号传输至后级信号隔离模块，经过隔离模块后即输出电压信号，从而可以直接送入控制器进行信号处理。

本实施例的一种器件优选方案:

信号隔离器件选用光耦器件PC817，运放选用LM358，PNP三极管选用2SB449，R1＝4kΩ，R2＝R3＝R4＝1kΩ，Rx＝1.5kΩ，R5＝100Ω，Vi＝15V，电机运转时，15V的霍尔电压信号便可转换为io＝20mA的电流信号进行传输，增强了信号的抗干扰性。同时20mA的电流信号也可以驱动后级光耦器件PC817正常工作，使后级输出电压信号，起到了隔离作用，同时也实现了信号的可靠传输。

结论:输出电流大小与霍尔电压信号V_i大小成正比，输出电流大小与电阻Rx阻值成反比，通过选择电阻R1、R2、R3、R4、Rx的阻值，来控制传输电流的大小，进而可以将电流控制在合理的范围内，实现电流传输，而且信号的延迟很小。

Claims

1.一种无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路，其特征在于:包括霍尔元件、第一电源模块(1)、信号前级处理模块、电压电流信号转换模块、信号隔离输出模块、第二电源模块(2)，所述信号前级处理模块包括电阻R1、电阻R2，所述电压电流信号转换模块包括运算放大器A1、运算放大器A2、电阻R3、电阻R4、电阻Rx、电阻R5、三极管T，所述信号隔离输出模块包括信号隔离器件P、电阻R6，所述霍尔元件输出电压Vi通过串接电阻R1、电阻R2接至第一电源模块(1)的地；所述电阻R2的分电压Ui接至运算放大器A1和运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端通过串接电阻R3接至第一电源模块(1)的地；运算放大器A1的反相输入端通过串接电阻R4接至运算放大器A1的输出端，运算放大器A1的输出端通过串接电阻Rx接至三极管T的发射极，运算放大器A2的反相输入端直接接至三极管T的发射极，运算放大器A2的输出端通过串接电阻R5接至三极管T的基极，三极管T的集电极输出信号即为变换后的输出电流信号io；信号隔离器件P的输入端正极接至三极管T的集电极，信号隔离器件P的输入端负极接至第一电源模块(1)的地，信号隔离器件P的输出端正极通过上拉电阻R6接至第二电源模块(2)的正端，信号隔离器件P的输出端负极直接接至第二电源模块(2)的地，信号隔离器件P的输出端正极引出输出电压信号Vo；所述电压电流信号转换模块输出的电流信号io与所述电阻R2的分电压Ui成正比，电压电流信号转换模块输出的电流信号io与电阻Rx成反比，输出的电流信号io再驱动后级信号隔离器件P实现电压信号Vo的输出。

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机霍尔位置信号电流型传输电路，其特征在于:所述第一电源模块(1)与所述第二电源模块(2)为两个独立隔离电源，不可共地。