CN116231609A - 一种直流无刷电机的斩波器限流方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于直流无刷电机控制技术领域，本发明提供了一种直流无刷电机的斩波器限流方法和装置，其方法包括：采集直流无刷电机的母线电流；对比所述母线电流和预设参考电流；当所述母线电流高于所述预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出，将过流标志位置为1；在PWM更新中断事件中判断所述过流标志位，当所述过流标志位为1时，保持所述PWM输出关闭并清除所述过流标志，当过流标志位为0时，打开PWM输出。本发明提供一种直流无刷电机斩波器限流的方法，以限制在极端条件下保护电池，电机控制器和电机等允许范围内的最大电流，避免器件出现损坏。

Description

一种直流无刷电机的斩波器限流方法和装置
技术领域
本发明涉及直流无刷电机控制技术领域，特别是涉及一种直流无刷电机的斩波器限流方法和装置。
背景技术
限流保护是直流无刷电机里必须存在的保护措施，限流保护能够防止在误操作，在过载以及其他意外的条件下保护电池、控制器和电机等允许范围上的大电流，以免电流过大对电器件造成损坏。
现有的限流保护是通过检测到电机的母线电流超过一定值就减小控制器占空比的输出达到限流的作用，但是这种方法局限于母线采样的采样速率，与ADC采样的时间以及控制环路的频率有关，在极端条件下不一定能保护住电流的过冲。而芯片的刹车功能一般是用来保护硬件过流，设置的比较大，通常情况下触发硬件过流的时候电流会非常大，也会有一定的危险，设置小了容易误触发，造成停机的麻烦。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流无刷电机的斩波器限流方法，能够解决上述问题。
本发明提供的技术方案如下：
在一些实施方式中，本发明提供一种直流无刷电机的斩波器限流装置，包括：
母线采样电阻，采集直流无刷电机的母线电流；
MCU，对比所述母线电流和预设参考电流；基于对比结果对所述直流无刷电机进行限流控制。
在一些实施方式中，所述MCU包括：
内部比较器，对比所述母线电流和所述预设参考电流，输出高电平信号或低电平信号。
在一些实施方式中，
定时器，与所述内部比较器连接，用于接收所述高电平信号，触发刹车中断事件并设定过流标志位为1；在PWM更新中断事件中扫描所述过流标志位，当所述过流标志位为1，关闭PWM输出并清除所述过流标志位，当所述过流标志位为0，则打开PWM输出；
所述定时器，还用于接收所述低电平信号，保持PWM输出。
在一些实施方式中，
所述内部比较器的反相输入端，与所述低通滤波器连接，用于接收所述母线电流；
所述内部比较器的正相输入端，与外部寄存器连接，用于接收预设参考电流；
所述内部比较器的输出端，与所述定时器连接，用于在所述母线电流高于所述预设参考电流时输出高电平信号，以触发所述定时器的刹车中断事件；否则输出低电平信号。
在一些实施方式中，
所述母线采样电阻，通过三相逆变器与直流无刷电机连接；
运算放大器，与所述母线采样电阻连接，用于对所述直流无刷电机的母线电流进行放大；
低通滤波器，与所述运算放大器连接，用于将放大后的所述直流无刷电机的母线电流进行滤波。
在一些实施方式中，本发明提供一种直流无刷电机的斩波器限流方法，包括：
采集直流无刷电机的母线电流；
对比所述母线电流和预设参考电流；
当所述母线电流高于所述预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出，将过流标志位置为1；
在PWM更新中断事件中判断所述过流标志位，当所述过流标志位为1时，保持所述PWM输出关闭并清除所述过流标志位，当过流标志位为0时，打开PWM输出。
在一些实施方式中，所述对比所述母线电流和预设参考电流，包括：
当所述母线电流高于所述预设参考电流时，输出高电平信号；
当所述母线电流小于等于所述预设参考电流时，输出低电平信号。
在一些实施方式中，所述当所述母线电流高于所述预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出，将过流标志位置为1，包括：
接收所述高电平信号，触发刹车中断事件并设定所述过流标志位为1。
在一些实施方式中，还包括：接收所述低电平信号，保持所述PWM输出。
在一些实施方式中，在所述对比所述母线电流和预设参考电流之前，还包括：
对所述直流无刷电机的母线电流进行放大；
将放大后的所述直流无刷电机的母线电流进行滤波。
本发明提供的一种直流无刷电机的斩波器限流方法和装置至少具有以下有益效果：
1、本发明是将芯片的刹车管脚与软件相结合，不仅能快速的限流，还能防止误触发造成停机的麻烦。
2、通过芯片自带的内部比较器的输出直接接入定时器的刹车引脚，该功能是***里响应最快的管脚，从触发到关闭PWM的输出只要2μs，在每一个PWM周期中去判断，对电流实现斩波的效果。
3、能够在极端条件下，比如电机相线短路和突然堵转的情况下，关闭PWM的输出，进而关断功率开关管（逆变器部分是由6个功率管组成），达到快速限流的作用。
附图说明
下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对一种直流无刷电机的斩波器限流方法和装置的上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
图1是本发明中一种直流无刷电机的斩波器限流方法第一个实施例的示意图；
图2是本发明中控制器占空比输出经过斩波器限流后的实际占空比输出示意图；
图3是本发明一种直流无刷电机的斩波器限流装置的一个实施例的示意图；
图4是本发明中一种直流无刷电机的斩波器限流方法的第二个实施例的示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。
在一个实施例中，本发明提供一种直流无刷电机的斩波器限流装置，包括：
母线采样电阻，采集直流无刷电机的母线电流；
MCU，对比所述母线电流和预设参考电流；基于对比结果对所述直流无刷电机进行限流控制。
具体的，当所述母线电流高于所述预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出；判断所述过流标志位，当过所述流标志位为1时清除所述过流标志位。
在本实施例中，如图3所示，MCU芯片中定时器发波驱动三相逆变桥从而驱动直流无刷电机。
通过母线电阻采样母线电流经过运算放大器，再经过低通滤波器，进入MCU的内部比较器的负端，与内部比较器的正端CRV比较。
如图4所示程序框图：当内部比较器的负端电压比CRV 要高时，内部比较器会输出高电平给定时器的BRAKE（刹车功能），触发刹车中断，将过流标志位置为1，然后在PWM更新中断事件中判断过流标志位，当过流标志位为1就关闭MCU中PWM端的输出并清除过流标志位，当过流标志位为0则打开PWM输出。
本发明目的在于提供一种直流无刷电机斩波器限流的方法，以解决在极端条件下保护电池，电机控制器和电机等允许范围内的最大电流，避免器件出现损坏。
在一个实施例中，所述MCU包括：
内部比较器，对比所述母线电流和所述预设参考电流，输出高电平信号或低电平信号。
在一个实施例中，定时器，与所述内部比较器连接，用于接收所述高电平信号，触发刹车中断事件并设定所述过流标志位为1；在PWM更新中断事件中扫描过流标志位，当过流标志位为1关闭PWM输出并清除过流标志位，当过流标志位为0则打开PWM输出；
所述定时器，还用于接收所述低电平信号，保持PWM输出。
在一个实施例中，所述内部比较器的反相输入端，与所述低通滤波器连接，用于接收所述母线电流；
所述内部比较器的正相输入端，与外部寄存器连接，用于接收预设参考电流；
所述内部比较器的输出端，与所述定时器连接，用于在所述母线电流高于所述预设参考电流时输出高电平信号，以触发所述定时器的刹车中断事件；否则输出低电平信号。
在一个实施例中，所述母线采样电阻，通过三相逆变器与直流无刷电机连接；
运算放大器，与所述母线采样电阻连接，用于对所述直流无刷电机的母线电流进行放大；
低通滤波器，与所述运算放大器连接，用于将放大后的所述直流无刷电机的母线电流进行滤波。
在一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种直流无刷电机的斩波器限流方法，包括：
S101采集直流无刷电机的母线电流；
S102对比所述母线电流和预设参考电流；
S103当所述母线电流高于所述预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出，将过流标志位置为1；
S104在PWM更新中断事件中判断所述过流标志位，当所述过流标志位为1时，保持所述PWM输出关闭并清除所述过流标志位，当过流标志位为0时，打开PWM输出。
示例性的，当母线电流高于预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出，将过流标志位置为1。在此PWM周期内触发PWM更新中断事件并判断所述过流标志位，当过流标志位判断结果为1时，保持所述PWM输出关闭并清除所述过流标志位，直到进入下一个PWM周期判断所述过流标志位为0时，打开PWM输出。
如图2所示，设定CRV，当电机电流超过CRV时，在每个PWM周期关掉PWM输出，然后在下一个PWM周期并且电流小于CRV时打开。MCU预设的占空比，经过比较之后变成实际的占空比，即比较后就关闭的PWM的输出后就没有占空比输出，就成为了实际占空比，从而达到限流的功能。
在一个实施例中，所述对比所述母线电流和预设参考电流，包括：
当所述母线电流高于所述预设参考电流时，输出高电平信号；
当所述母线电流小于等于所述预设参考电流时，输出低电平信号。
在一个实施例中，所述当所述母线电流高于所述预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出，将过流标志位置为1，包括：
接收所述高电平信号，触发刹车中断事件并设定所述过流标志位为1。
在一个实施例中，还包括：接收所述低电平信号，保持所述PWM输出。
在一个实施例中，所述判断所述过流标志位，当过所述流标志位为1时清除所述过流标志位，包括：
在PWM更新中断事件中扫描所述过流标志位；
当在PWM更新中断事件中判断所述过流标志位为1时，保持所述PWM输出关闭并清除所述过流标志位；
当所述过流标志位为0时，则打开PWM输出。
其中，刹车中断比PWM更新中断事件的响应更快，刹车中断的优先级最高，PWM更新中断事件响应较慢，优先级次之。
在一个实施例中，在所述对比所述母线电流和预设参考电流之前，还包括：
对所述直流无刷电机的母线电流进行放大；
将放大后的所述直流无刷电机的母线电流进行滤波。
在一个实施例中，如图3、4所示，本发明提出了一种通过斩波器对直流无刷电机的限流方法包括如下几个步骤：
步骤1：如图3所示，首先选用有内部比较器和能生成6路PWM以及带有刹车功能的高级定时器的芯片，搭建硬件电路通过母线电阻采集电机的母线电流，该硬件电路包括MCU、三相逆变器、母线采样电阻、运算放大器、低通滤波电路。
步骤2：通过程序配置内部比较器正端的电流值，与经过运放和低通滤波电路的电流ISUM进行比较，当电流值大于设定值时，内部比较器会产生一个上升沿或者下降沿的脉冲，给到高级定时器的刹车管脚，自动触发硬件保护功能关闭MCU的PWM端的输出，并设定过流标志位。
其中，设定值为程序配置的内部比较器正端的电流值。
自动触发硬件保护功能是指定时器里有刹车功能，此刹车功能是通过硬件进行触发，MCU芯片内置有内部比较器，此内部比较器直接连接刹车管脚，当电流值大于设定值时，内部比较器就会输出一个高电平信号给刹车管脚，以触发限流保护。
其中，设定过流标志位是指在软件里设定过流标志位。
步骤3：在程序中一个PWM周期中扫描过流标志位做一次判断，当电流值大于CRV值时，继续关闭PWM的输出，并清除过流标志位。如果当电流值小于CRV值时，打开PWM输出。
具体的，本实施例中的 PWM周期可以进度设定，PWM周期越短频率越高则控制的速度越快，但是PWM受限功率的原因，本实施例使用的是25KHZ。
本发明是将芯片的刹车管脚与软件相结合，不仅能快速的限流，还能防止误触发造成停机的麻烦。
通过芯片自带的内部比较器的输出直接接入定时器的刹车引脚，该功能是***里响应最快的管脚，从触发到关闭PWM的输出只要2μs，在每一个PWM周期中去判断，对电流实现斩波的效果。
本发明能够在极端条件下，比如电机相线短路和突然堵转的情况下，关闭PWM的输出，进而关断三相逆变器的功率开关管，达到快速限流的作用。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述或记载的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的***，可以通过其他的方式实现。示例性的，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，示例性的，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，示例性的，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性、机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可能集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流无刷电机的斩波器限流装置，其特征在于，包括：
母线采样电阻，采集直流无刷电机的母线电流；
MCU，对比所述母线电流和预设参考电流；基于对比结果对所述直流无刷电机进行限流控制。
2.根据权利要求1所述的一种直流无刷电机的斩波器限流装置，其特征在于，所述MCU包括：
内部比较器，对比所述母线电流和所述预设参考电流，输出高电平信号或低电平信号。
3.根据权利要求2所述的一种直流无刷电机的斩波器限流装置，其特征在于，
定时器，与所述内部比较器连接，用于接收所述高电平信号，触发刹车中断事件并设定过流标志位为1；在PWM更新中断事件中扫描所述过流标志位，当所述过流标志位为1，关闭PWM输出并清除所述过流标志位，当所述过流标志位为0，则打开PWM输出；
所述定时器，还用于接收所述低电平信号，保持PWM输出。
4.根据权利要求3所述的一种直流无刷电机的斩波器限流装置，其特征在于，
所述内部比较器的反相输入端，与低通滤波器连接，用于接收所述母线电流；
所述内部比较器的正相输入端，与外部寄存器连接，用于接收预设参考电流；
所述内部比较器的输出端，与所述定时器连接，用于在所述母线电流高于所述预设参考电流时输出高电平信号，以触发所述定时器的刹车中断事件；否则输出低电平信号。
5.根据权利要求1~4中任一项所述的一种直流无刷电机的斩波器限流装置，其特征在于，
所述母线采样电阻，通过三相逆变器与直流无刷电机连接；
运算放大器，与所述母线采样电阻连接，用于对所述直流无刷电机的母线电流进行放大；
低通滤波器，与所述运算放大器连接，用于将放大后的所述直流无刷电机的母线电流进行滤波。
6.一种直流无刷电机的斩波器限流方法，其特征在于，包括：
采集直流无刷电机的母线电流；
对比所述母线电流和预设参考电流；
当所述母线电流高于所述预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出，将过流标志位置为1；
在PWM更新中断事件中判断所述过流标志位，当所述过流标志位为1时，保持所述PWM输出关闭并清除所述过流标志位，当所述过流标志位为0时，打开PWM输出。
7.根据权利要求6所述的直流无刷电机的斩波器限流方法，其特征在于，所述对比所述母线电流和预设参考电流，包括：
当所述母线电流高于所述预设参考电流时，输出高电平信号；
当所述母线电流小于等于所述预设参考电流时，输出低电平信号。
8.根据权利要求7所述的直流无刷电机的斩波器限流方法，其特征在于，所述当所述母线电流高于所述预设参考电流触发刹车中断事件并关闭PWM输出，将所述过流标志位置为1，包括：
接收所述高电平信号，触发刹车中断事件并设定所述过流标志位为1。
9.根据权利要求7所述的直流无刷电机的斩波器限流方法，其特征在于，还包括：
接收所述低电平信号，保持所述PWM输出。
10.根据权利要求6~9中任一项所述的直流无刷电机的斩波器限流方法，其特征在于，在所述对比所述母线电流和预设参考电流之前，还包括：
对所述直流无刷电机的母线电流进行放大；
将放大后的所述直流无刷电机的母线电流进行滤波。
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