CN213342060U - 一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，电源模块将输入的电源经过降压转换成合适的电压供给中央处理模块、控制信号接收模块、逆变模块；控制信号接收模块连接控制信号，将信号输入到中央处理模块；反电动势检测模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机三相输入线，检测待驱动电机的三相反电动势；中央处理模块根据接收到外部的控制信号和反电动势进行计算，得出指令，将指令输送到逆变模块执行；逆变模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机，逆变模块根据中央处理模块传送来的指令对无霍尔传感器的直流无刷电机执行驱动操作。本实用新型具有成本低、噪音低、稳定性高等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及无刷电机驱动技术领域，尤其是一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置。
背景技术
无刷电机的特点是转子为永磁磁钢，连同外壳一起和输出轴相连，定子是绕组线圈，无刷直流电机是采用半导体开关器件来实现电子换相，即用电子开关器件代替传统的接触式电刷，故称之为无刷电机。它具有可靠性高、无换相火花、机械噪声低等优点，应用广泛。
直流无刷电机可分为有霍尔传感器直流无刷电机和无霍尔传感器直流无刷电机，有霍尔直流无刷电机需要霍尔传感器，用来反馈定子和转子间的位置关系，进而确定电子换相的时间。
无霍尔传感器的直流无刷电机不安装霍尔传感器，采用的是检测定子电压、电流等方式来估算转子的位置。常用的方式有反电动势法，通过检测电机的反电动势来获取转子的位置信息。而反电动势信号在无刷电机转速较低时信号较弱，很难被检测用来换相，因此目前无霍尔传感器的无刷电机不能低速稳定运行，或者在可正常运行的速度范围内低速运行带负载能力不强。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种增加现有无霍尔传感器的直流无刷电机的带负载能力无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本实用新型包括电源模块、控制信号接收模块、反电动势检测模块、中央处理模块以及逆变模块；所述电源模块连接外部的输入电源，电源模块将输入的电源经过降压转换成合适的电压供给中央处理模块、控制信号接收模块、逆变模块；
所述控制信号接收模块连接外部的控制信号，接收外部的控制信号并将信号输入到中央处理模块；
所述反电动势检测模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机三相输入线，检测待驱动电机的三相反电动势，将数值传输到中央控制单元；
所述中央处理模块根据接收到外部的控制信号和反电动势进行计算，得出具体的操作指令，将指令输送到逆变模块执行；
所述的逆变模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机，逆变模块根据中央处理模块传送来的指令对无霍尔传感器的直流无刷电机执行驱动操作。
进一步的，所述中央处理模块根据速度反馈判断电机转速是否在控制命令指定的速度区域，若未在控制命令指定的速度区域内，中央处理模块调节逆变模块输出的大小，对驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机进行调速。
进一步的，所述中央处理模块根据反电动势的频率计算出电机的转速，从而获得速度的反馈。
进一步的，所述电源模块连接外部的12VDC-50VDC的直流电源，电源模块由TI公司的DRV8301集成驱动芯片和HT7333低压差线性稳压器来实现。
进一步的，所述逆变模块由功率管驱动电路和三相桥式电路组成，三相桥式电路采由6个型号为KAI3510A的N-MOSFET组成。
进一步的，所述中央处理模块为STM32F103C8单片机，以及能使STM32F103C8单片机正常工作的相应辅助电路。
进一步的，所述控制信号接收模块可以是AD数模转换电路，可以接收外部的模拟量信号；控制信号接收模块也可以是光耦差分隔离输入电路，可以接收外部的开关量信号和脉冲信号；控制信号接收模块也可以是RS485，CAN等串行总线，可以接收外部的总线命令。
进一步的，所述反电动势检测模块由分压电阻和滤波电容实现。
与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1、采用反电动势法检测直流无刷电机的转子位置，直流无刷电机不需要安装安霍尔传感器等位置传感元件，降低了对直流无刷电机的要求；
2、减少了由于霍尔传感器安装误差引起的电机运行噪声；
3、反电动势的检测电路也只由简单的电阻，电容构成，电路结构简单，减少电路的硬件成本；
4、采用集成的MOSFET驱动芯片DRV8301，其包含开关降压功能，MOSFET驱动功能，多种可配置保护功能，高度的集成本实用新型结构更加简化的同时稳定性也有较大提升；
5、采用速度闭环的控制方式，中央处理模块通过反电动势的频率来计算电机运行的速度，结合目标速度调整输出功率，增加了无霍尔传感器的直流无刷电机的带负载能力。
附图说明
图1是本实用新型的三相桥式电路原理图。
图2是本实用新型的反电动势检测模块原理图。
图3是本实用新型的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明：
如图3所示，本实用新型包括电源模块、控制信号接收模块、反电动势检测模块、中央处理模块以及逆变模块；所述电源模块连接外部的输入电源，电源模块将输入的电源经过降压转换成合适的电压供给中央处理模块、控制信号接收模块、逆变模块；
所述控制信号接收模块连接外部的控制信号，接收外部的控制信号并将信号输入到中央处理模块；
所述反电动势检测模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机三相输入线，检测待驱动电机的三相反电动势，将数值传输到中央控制单元；
所述中央处理模块根据接收到外部的控制信号和反电动势进行计算，得出具体的操作指令，将指令输送到逆变模块执行；
所述的逆变模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机，逆变模块根据中央处理模块传送来的指令对无霍尔传感器的直流无刷电机执行驱动操作。
所述中央处理模块根据速度反馈判断电机转速是否在控制命令指定的速度区域，若未在控制命令指定的速度区域内，中央处理模块调节逆变模块输出的大小，对驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机进行调速。所述中央处理模块根据反电动势的频率计算出电机的转速，从而获得速度的反馈。所述电源模块连接外部的12VDC-50VDC的直流电源，电源模块由TI公司的DRV8301集成驱动芯片和HT7333低压差线性稳压器来实现。DRV8301内部集成了开关降压器，配合对应的电感，二极管和电容实现降压功能，将输入电源的电压12VDC-50VDC降到5VDC。再将5V输入到HT7333低压差线性稳压器进一步降压，得到稳定3.3V电压。这个3.3V提供给中央处理模块，控制信号接收模块和逆变模块。
如图1所示，所述逆变模块由功率管驱动电路和三相桥式电路组成，三相桥式电路采由6个型号为KAI3510A的N-MOSFET组成。N-MOSFET T1的漏极连接输入电源的正极VM，N-MOSFET T1的源极连接N-MOSFET T4漏极同时连接直流无刷电机的U相线Phase U，N-MOSFETT4的源极连接输入电源的负极GND。N-MOSFET T1的门极连接电阻R1，R1另一端连接驱动信号GHU。N-MOSFET T4的门极连接电阻R6，R6另一端连接驱动信号GLU。以上称为三相桥式电路的一相或者一桥臂，三相桥式电路有三相或者三个桥臂，其余两相与第一相相同，不再赘述。
所述中央处理模块为STM32F103C8单片机，以及能使STM32F103C8单片机正常工作的相应辅助电路。STM32F103C8单片机除了含能够进行数据处理的中央处理器CPU，随机存储器RAM，Flash存储器，中断***，还包含多个通用输入输出接口GPIO，定时/计数器，AD数模转换器等外设。
本实用新型的一种实施例中，控制信号接收模块连接外部的控制信号，接收外部的控制信号并将信号输入到中央处理模块。控制信号接收模块可以是AD数模转换电路，可以接收外部的模拟量信号。控制信号接收模块也可以是光耦差分隔离输入电路，可以接收外部的开关量信号和脉冲信号。控制信号接收模块也可以是RS485,CAN等串行总线，可以接收外部的总线命令。
本实用新型的一种实施例中，反电动势检测模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机，检测被驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机旋转后产生的三相反电动势，将数值传输到中央控制单元。反电动势检测模块由分压电阻和滤波电容实现。如图2所示。R1，R2，R3连接无霍尔传感器的直流无刷电机的三相电机线U，V，W。U相的反电动势经过R1和R6的分压，C3的滤波得到SENSE U，SENSE U连接二极管D3正极，二极管D3负极连接3.3V电源正极，SENSE U输入到中央处理模块的AD数模转换器中转换成数字信号。V相的反电动势经过R2和R5的分压，C2的滤波得到SENSE V，SENSE V连接二极管D2正极，二极管D2负极连接3.3V电源正极，SENSE V输入到中央处理模块的AD数模转换器中转换成数字信号。W相的反电动势经过R3和R4的分压，C1的滤波得到SENSE W，SENSE W连接二极管D1正极，二极管D1负极连接3.3V电源正极，SENSE W输入到中央处理模块的AD数模转换器中转换成数字信号。
其中功率管驱动电路还是采用TI公司的DRV8301集成驱动芯片实现，DRV8301还集成了三个半桥驱动，每个半桥驱动器能够驱动两个N-MOSFET。DRV8301配合对应的电容输出GH U，GL U，GH V，GL V，GH W，GL W六个驱动信号来驱动三相桥式电路的6个N-MOSFET。
本实用新型的一种实施例中，反电动势的频率和无霍尔传感器的直流无刷电机转速正相关。中央处理模块根据反电动势的频率计算出电机的转速，从而获得速度的反馈。中央处理模块根据速度反馈判断电机转速是否在控制命令指定的速度区域，若未在控制命令指定的速度区域内，中央处理模块调节逆变模块输出的大小，对驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机进行调速。当被驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机的负载增加，首先因负载增加导致转速降低，由于上述的速度反馈机制，驱动装置将增大输出使电机速度回升。
本实用新型的一种实施例中，采用了PID调节器作为速度环的控制器来获得对速度控制良好的响应速度和稳定性。
以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，包括电源模块、控制信号接收模块、反电动势检测模块、中央处理模块以及逆变模块，其特征在于：所述电源模块连接外部的输入电源，电源模块将输入的电源经过降压转换成合适的电压供给中央处理模块、控制信号接收模块、逆变模块；
所述控制信号接收模块连接外部的控制信号，接收外部的控制信号并将信号输入到中央处理模块；
所述反电动势检测模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机三相输入线，检测待驱动电机的三相反电动势，将数值传输到中央控制单元；
所述中央处理模块根据接收到外部的控制信号和反电动势进行计算，得出具体的操作指令，将指令输送到逆变模块执行；
所述的逆变模块连接待驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机，逆变模块根据中央处理模块传送来的指令对无霍尔传感器的直流无刷电机执行驱动操作。
2.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，其特征在于：所述中央处理模块根据速度反馈判断电机转速是否在控制命令指定的速度区域，若未在控制命令指定的速度区域内，中央处理模块调节逆变模块输出的大小，对驱动的无霍尔传感器的直流无刷电机进行调速。
3.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，其特征在于：所述中央处理模块根据反电动势的频率计算出电机的转速，从而获得速度的反馈。
4.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，其特征在于：所述电源模块连接外部的12VDC-50VDC的直流电源，电源模块由TI公司的DRV8301集成驱动芯片和HT7333低压差线性稳压器来实现。
5.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，其特征在于：所述逆变模块由功率管驱动电路和三相桥式电路组成，三相桥式电路采由6个型号为KAI3510A的N-MOSFET组成。
6.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，其特征在于：所述中央处理模块为STM32F103C8单片机，以及能使STM32F103C8单片机正常工作的相应辅助电路。
7.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，其特征在于：所述控制信号接收模块是AD数模转换电路，可以接收外部的模拟量信号；控制信号接收模块或者是光耦差分隔离输入电路，可以接收外部的开关量信号和脉冲信号；控制信号接收模块是RS485、CAN串行总线，可以接收外部的总线命令。
8.根据权利要求1所述的一种无霍尔传感器的直流无刷电机驱动装置，其特征在于：所述反电动势检测模块由分压电阻和滤波电容实现。
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