一種無刷直流電機調速裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于自動控制領域，具體涉及一種無刷直流電機(BLDC)調速系統。
【背景技術】
[0002]電氣傳動控制系統是以電動機為控制對象，以微處理器為控制核心，以電力電子功率開關管為執(zhí)行機構，在自動控制理論指導下完成設計的。無刷直流電機具有機械磨損小，能量轉換效率高，運行過程安全等顯著特點。無刷直流電機集直流電機和交流電機的優(yōu)點于一身，在近些年來廣泛應用于家電、汽車、航天技術等領域。因此，設計一種無刷直流電機調速系統是非常必要的?，F有的無刷直流電機調速系統功耗高，響應慢，工作效率低，且缺乏保護功能。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的在于提供一種效率高、能耗低的無刷直流電機調速裝置。
[0004]為達到上述目的，本實用新型采用了以下技術方案:
[0005]包括上位機、主控制板、驅動板、電源模塊以及安裝于無刷直流電機上的用于反饋該無刷直流電機速度的霍爾傳感器，所述主控制板上設置有微處理器，驅動板上設置有逆變電路以及用于將所述微處理器輸出的PWM控制信號放大的驅動電路;所述驅動電路的輸出端與逆變電路的輸入端相連，逆變電路的輸出端與所述無刷直流電機的電源接口相連，上位機的輸出端以及所述霍爾傳感器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，電源模塊分別與所述微處理器以及所述驅動電路相連，所述微處理器采用STM32F103C8T6芯片為控制核心。
[0006]所述STM32F103C8T6芯片上設置有微處理器電源接口、串行接口、SWD接口、USB接口、霍爾信號輸入口、PWM信號輸出接口以及12位的ADC模塊，微處理器電源接口與電源模塊相連，串行接口、SWD接口或USB接口與上位機的輸出端相連，霍爾信號輸入口與所述霍爾傳感器的輸出端相連，PffM信號輸出接口與所述驅動電路的輸入端相連，12位的ADC模塊與逆變電路的輸出端相連。
[0007]所述無刷直流電機具體選用三相無刷直流電機。
[0008]所述逆變電路包括由irfz44功率開關管組成的逆變橋。
[0009]所述驅動電路包括IR2103S芯片。
[0010]所述電源模塊包括相連的電源電路和電源轉換電路，電源電路與所述驅動電路的電源接口相連，電源轉換電路與微處理器電源接口相連。
[0011]所述電源電路包括相連的+15V穩(wěn)壓芯片和穩(wěn)壓器，+ 15V穩(wěn)壓芯片上設置有+24V電壓接口，+15V穩(wěn)壓芯片與所述驅動電路的電源接口相連，穩(wěn)壓器與電源轉換電路相連。
[0012]與現有技術相比，本實用新型的有益效果在于:
[0013]本實用新型的微處理器采用了STM32F103C8T6芯片為控制核心，該芯片穩(wěn)定性好，執(zhí)行速度快，因而可以提高裝置的效率，同時STM32F103C8T6芯片內部有4種超低功耗模式，當芯片處于工作狀態(tài)時，進入活動模式，所有系統時鐘都活動，保證芯片的高效性；當芯片處于非工作狀態(tài)時，根據實際情況會關閉一些不必要的系統時鐘，從而保證系統的低功耗性。
[0014]進一步的，STM32F103C8T6芯片內部集成有12位的ADC模塊，實現對模擬速度輸入的采樣和轉化，實現良好的速度反饋。
[0015]進一步的，本實用新型支持多種上位機與下位機的通訊方式，在STM32F103C8T6芯片調試與開發(fā)方面可選擇采用SWD的接口電路，這種接口與傳統的TAGJ調試接口相比占用了更少的接口資源，且數據傳輸的效率上不遜于傳統的JTAG調試接口。
【附圖說明】

[0016]圖1為本實用新型的總體結構示意圖；
[0017]圖中:I一微處理器，2—驅動電路，3—逆變電路，4一無刷直流電機，5—串行接口，6—SWD接口，7—USB接口，8—微處理器電源接口，9一 12位的ADC模塊，10—電源電路，11 一電源轉換電路，12—PffM信號輸出接口，13—霍爾信號輸入口。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和實施例對本實用新型做詳細說明。
[0019]參見圖1，本實用新型所述無刷直流電機調速裝置包括上位機(例如，以PC機作為上位機)、主控制板、驅動板、安裝于無刷直流電機4上的多個霍爾傳感器以及電源模塊，主控制板上設有微處理器I，驅動板上設有驅動電路2和逆變電路3;霍爾傳感器用于檢測無刷直流電機4的位置，進行電機速度反饋，電源模塊給微處理器I和驅動電路2供電，主控制板和驅動板是通過排線連接。上位機的輸出端與微處理器I的輸入端相連，霍爾傳感器的輸出端與微處理器I的輸入端相連，微處理器I的輸出端與驅動電路2的輸入端相連，驅動電路2的輸出端和逆變電路3的輸入端相連，逆變電路3的輸出端分別連接微處理器I的輸入端和無刷直流電機4的電源接口，無刷直流電機4具體選用三相無刷直流電機。
[0020]微處理器I為ST公司的STM32F103C8T6芯片，驅動電路2上設有IR2103S芯片，逆變電路3設有6個irfz44功率開關管。STM32系列微處理器的最大特點就是穩(wěn)定性好，工作溫度一般在-40到85攝氏度，且執(zhí)行速度快，用STM32系列微處理器來設計無刷直流電機的調速系統可以使控制系統更加穩(wěn)定和高效，并且電機的響應更加快速和準確。本實用新型所采用的STM32F103C8T6芯片的晶振有兩個，能夠產生不同頻率的系統時鐘，這是微處理器I具有超低功耗性的一個重要原因。同時STM32F103C8T6芯片內部有4種超低功耗模式，當芯片處于工作狀態(tài)時，進入活動模式，所有系統時鐘都活動，保證芯片的高效性；當芯片處于非工作狀態(tài)時，根據實際情況會關閉一些不必要的系統時鐘，從而保證系統的低功耗性。[0021 ] STM32F103C8T6芯片上設有微處理器電源接口 8、串行接口 5、SWD接口 6、USB接口 7、霍爾信號輸入口 13、P麗信號輸出接口 12以及12位的ADC模塊9，微處理器電源接口 8與電源模塊相連，上位機通過串行接口 5、SWD接口 6或USB接口 7與微處理器I相連，上位機控制STM32F103C8T6芯片工作。其中，上位機的串口線可以通過串行接口 5，并經過MAX232芯片進行電壓的調整以實現與STM32F103C8T6芯片的通信；SWD接口 7可以通過j-link仿真器與上位機相連。無刷直流電機4上具體裝有三個霍爾傳感器，霍爾傳感器的輸出端與霍爾信號輸入口 13相連，這些霍爾傳感器能夠將檢測到的無刷直流電機4的位置信號通過霍爾信號輸入口 13輸入到STM32F103C8T6芯片的捕獲Zi比較單元進行計算，實現速度反饋，PWM信號輸出接口 12與驅動電路2的輸入端相連(具體為IR2013芯片的輸入管腳與PffM信號輸出接口 12相連接)，STM32F103C8T6芯片產生的控制信號(6路PffM波或PffM信號)通過PCB布線輸入到驅動電路2中。驅動電路2的輸出端與irfz44功率開關管組成的逆變橋相連接(連接在irfz44功率開關管的門極)，STM32F103C8T6芯片的控制信號經驅動電路2的放大后用來驅動irfz44功率開關管實現對無刷直流電機4的轉速控制。
[0022]12位的ADC模塊9實現對模擬速度輸入的采樣和轉化，并與設定的速度參考值比較。根據比較結果，由STM32F103C8T6芯片產生的控制信號輸入到驅動電路2中，來控制逆變電路3的逆變橋中六個irfz44功率開關管的開關，從而產生三相逆變電壓(U、V、W)，此三相逆變電壓互差120°，為無刷直流電機提供三相電壓。同時，逆變電路3會給STM32F103C8T6芯片的12位的ADC模塊9時刻反饋母線電壓信號，當STM32F103C8T6芯片檢測到有異常的信號時(過壓、欠壓信號)，就會封鎖控制驅動逆變橋信號的產生，從而保護了逆變橋中的irfz44功率開關管和無刷直流電機不被燒毀。
[0023]電源模塊包括相連的電源電路10和電源轉換電路11，電源電路10與驅動電路2的電源接口相連，電源轉換電路11與微處理器電源接口 8相連。電源電路10包括相連的+15V穩(wěn)壓芯片和穩(wěn)壓器，+15V穩(wěn)壓芯片上設有+24V電壓接口，+15V穩(wěn)壓芯片與驅動電路2的電源接口相連，穩(wěn)壓器與電源轉換電路11相連，電源轉換電路11具體選擇為穩(wěn)壓器。外界接入+24V電壓經過+15V穩(wěn)壓芯片進行電壓轉換。+24V的電壓作為母線電壓，+ 15電壓作為驅動電路的自舉電壓。同時+15V電壓通過穩(wěn)壓器轉換為+5V電壓，+5V電壓經過另一個穩(wěn)壓器能夠將電壓轉換為+3.3V，然后從微處理器上的微處理器電源接口測試+3.3V電壓是否穩(wěn)定。微處理器電源接口用短路塊連接才能使微處理器及其外圍電路供電，這樣就使微處理器I實現單板調試。
[0024]本實用新型中，霍爾傳感器用于檢測無刷直流電機的位置信號，而霍爾傳感器與微處理器的輸入端相連，因此微處理器能夠對霍爾傳感器發(fā)出的霍爾信號進行計算;然后通過控制相應的電子功率開關管使得電機中的繞組按照預期的方式輪流導通來驅動電機；同時，本實用新型所采用的驅動電路具有保護功能，驅動電路的輸入端與微處理器的輸出端相連，電源模塊為驅動電路提供電源，因此，驅動電路的保護功能是當微處理器的控制信號出現異常時，與驅動電路相連的逆變電路就會給微處理器反饋異常信號，使微處理器產生中斷信號，封鎖驅動電路的輸出。
[0025]本實用新型針對無刷直流電機的特點，整個調速系統的設計包括調節(jié)電機轉速、母線過壓和欠壓的檢測，從而使整個系統不會因為一些故障而損壞。此外，在設計該系統時，還考慮到電機控制系統的通用性，即該調速裝置不僅可以用于無刷直流電機的控制，還可以用于永磁同步電機的控制。同時，在設計時還預留有一些端口，可以同時控制兩個電機的轉動。
[0026]本實用新型采用的電子元器件均為已知產品。
【主權項】
1.一種無刷直流電機調速裝置，其特征在于:包括上位機、主控制板、驅動板、電源模塊以及安裝于無刷直流電機(4)上的用于反饋該無刷直流電機速度的霍爾傳感器，所述主控制板上設置有微處理器(I)，驅動板上設置有逆變電路(3)以及用于將所述微處理器(I)輸出的PWM控制信號放大的驅動電路(2);所述驅動電路(2)的輸出端與逆變電路(3)的輸入端相連，逆變電路(3)的輸出端與所述無刷直流電機(4)的電源接口相連，上位機的輸出端以及所述霍爾傳感器的輸出端與所述微處理器(I)的輸入端相連，電源模塊分別與所述微處理器(I)以及所述驅動電路(2)相連，所述微處理器(I)采用STM32F103C8T6芯片為控制核心。2.根據權利要求1所述一種無刷直流電機調速裝置，其特征在于:所述STM32F103C8T6芯片上設置有微處理器電源接口( 8)、串行接口( 5)、SWD接口( 6)、USB接口( 7)、霍爾信號輸入口(13)、P麗信號輸出接口(12)以及12位的ADC模塊(9)，微處理器電源接口(8)與電源模塊相連，串行接口(5)、SWD接口(6)或USB接口(7)與上位機的輸出端相連，霍爾信號輸入口(13)與所述霍爾傳感器的輸出端相連，PffM信號輸出接口( 12)與所述驅動電路(2)的輸入端相連，12位的ADC模塊(9)與逆變電路(3)的輸出端相連。3.根據權利要求1所述一種無刷直流電機調速裝置，其特征在于:所述無刷直流電機(4)具體選用三相無刷直流電機。4.根據權利要求1所述一種無刷直流電機調速裝置，其特征在于:所述逆變電路(3)包括由irf z44功率開關管組成的逆變橋。5.根據權利要求1所述一種無刷直流電機調速裝置，其特征在于:所述驅動電路(2)包括IR2103S芯片。6.根據權利要求1所述一種無刷直流電機調速裝置，其特征在于:所述電源模塊包括相連的電源電路(10)和電源轉換電路(11)，電源電路(10)與所述驅動電路(2)的電源接口相連，電源轉換電路(11)與微處理器電源接口(8)相連。7.根據權利要求6所述一種無刷直流電機調速裝置，其特征在于:所述電源電路(10)包括相連的+15V穩(wěn)壓芯片和穩(wěn)壓器，+ 15V穩(wěn)壓芯片上設置有+24V電壓接口，+ 15V穩(wěn)壓芯片與所述驅動電路(2)的電源接口相連，穩(wěn)壓器與電源轉換電路(11)相連。
【專利摘要】本實用新型提供一種無刷直流電機調速裝置：包括上位機、主控制板、驅動板、電源模塊以及安裝于無刷直流電機上的用于反饋該無刷直流電機速度的霍爾傳感器，所述主控制板上設置有微處理器，驅動板上設置有逆變電路以及用于將所述微處理器輸出的PWM控制信號放大的驅動電路；所述驅動電路的輸出端與逆變電路的輸入端相連，逆變電路的輸出端與所述無刷直流電機的電源接口相連，上位機的輸出端以及所述霍爾傳感器的輸出端與所述微處理器的輸入端相連，電源模塊分別與微處理器以及所述驅動電路相連，所述微處理器采用的STM32F103C8T6芯片穩(wěn)定性好，執(zhí)行速度快，因而可以提高裝置的效率，且具有低功耗性。
【IPC分類】H02P6/08
【公開號】CN205385426
【申請?zhí)枴緾N201521070442
【發(fā)明人】林海, 劉照侖, 張澤瑩, 姚盈盈, 楊飛, 石浩然, 周小強
【申請人】長安大學
【公開日】2016年7月13日
【申請日】2015年12月19日