無刷無霍爾電機(jī)驅(qū)動電路及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及無刷電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其是設(shè)及一種結(jié)構(gòu)簡單，控制更精確，加速 更快的無刷無霍爾電機(jī)驅(qū)動電路及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著視聽產(chǎn)品"小、輕、薄"化和家電產(chǎn)品的靜音化W及豪華型轎車需求量增多，無 刷直流電動機(jī)需要量迅速增加。無刷直流電機(jī)用電子換向替代了電刷和換向器，具有高可 靠、高效率、壽命長、調(diào)速方便的優(yōu)點。
[0003] 帶霍爾傳感器的無刷電機(jī)存在霍爾傳感器容易損壞，接線數(shù)量較多，不能適應(yīng)高 溫或潮濕環(huán)境，整機(jī)成本較高的缺點。
[0004] 中國專利授權(quán)公開號尤肥036750191]，授權(quán)公開日2014年6月25日，公開了一種 無刷電機(jī)驅(qū)動電路，包括單片機(jī)、無刷電機(jī)驅(qū)動板W及與無刷電機(jī)驅(qū)動板相連的無刷電機(jī)， 還包括與單片機(jī)和無刷電機(jī)驅(qū)動板相連的無刷電機(jī)調(diào)速控制電路、無刷電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電 路W及無刷電機(jī)供電電路，所述的無刷電機(jī)調(diào)速控制電路是將脈沖寬度調(diào)制信號轉(zhuǎn)化成連 續(xù)變化電壓信號的輸出電路；無刷電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路利用單片機(jī)控制電路通斷，實現(xiàn)電 機(jī)的正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)換向功能；無刷電機(jī)供電電路利用單片機(jī)控制電路通斷，經(jīng)過=極管和兩 級MOS管推動供電電路的通斷功能。該發(fā)明的不足之處是，不能適應(yīng)高溫或潮濕環(huán)境，整機(jī) 成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽0化]本發(fā)明的發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的驅(qū)動裝置的不能適應(yīng)高溫或潮濕環(huán) 境，整機(jī)成本較高的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單，控制更精確，加速更快的無刷無霍爾電機(jī) 驅(qū)動電路及控制方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用W下技術(shù)方案：
[0007] 一種無刷無霍爾電機(jī)驅(qū)動電路，包括單片機(jī)，兩個按鍵，與所述無刷電機(jī)連接的= 相電路，與立相電路電連接的電流檢測電路，與電機(jī)內(nèi)部電路連接的反電動勢檢測電路；單 片機(jī)、S相電路和電機(jī)內(nèi)部電路依次電連接，反電動勢檢測電路的輸出端、電流檢測電路的 輸出端和2個按鍵均與單片機(jī)電連接。
[0008] 存儲器用于存儲預(yù)先設(shè)定的波形周期逐漸減小的PWM變加速波和波形周期恒定 的PWM穩(wěn)定波，電機(jī)磁極對數(shù)P，電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速n，與目標(biāo)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的周期to,換相時序表 和電流闊值Il;
[0009] 電流檢測電路用于電機(jī)的電流檢測，單片機(jī)用于控制電機(jī)加速、穩(wěn)定運行及進(jìn)行 力矩過小報警，提高了電機(jī)的可靠性和穩(wěn)定性。
[0010] 本發(fā)明采用反電動勢檢測電路測量反電動勢，結(jié)構(gòu)簡單，計算方便，節(jié)約了硬件成 本，采用過零即換相的方法控制電機(jī)加速及穩(wěn)定運行，不需要等待30度角再換相，使得電 機(jī)運行控制更精確，加速更快，在換相計算中采用了迭代優(yōu)化算法，降低了反電動勢誤差， 提高了換相的角度精度，保證了換相的精確和穩(wěn)定性。
[0011] 本發(fā)明的電路簡潔，可通過修改程序使得電機(jī)適應(yīng)不同的應(yīng)用場合，便于產(chǎn)品的 升級換代；能夠自行檢測和判斷電機(jī)運行的故障，自行修復(fù)部分非硬件損壞的故障，對于無 法修復(fù)的故障能夠及時停機(jī)并告知操作人員；保證了電機(jī)的可靠控制，延長了電機(jī)的使用 壽命，有利于生產(chǎn)商對產(chǎn)品進(jìn)一步優(yōu)化。
[0012] 因此，本發(fā)明具有電路簡潔、便于升級，能夠迅速而穩(wěn)定的啟動電機(jī)，全程監(jiān)控電 機(jī)從啟動到停止的整個過程，電機(jī)轉(zhuǎn)速高，運行穩(wěn)定，能夠自行檢測和判斷電機(jī)運行的故 障，自行修復(fù)部分非硬件損壞的故障，對于無法修復(fù)的故障能夠及時停機(jī)并告知操作人員； 保證了電機(jī)的可靠控制，延長了電機(jī)的使用壽命的特點。
[0013] 作為優(yōu)選，所述反電動勢檢測電路包括6個電阻化和3個用于濾除高頻分量的電 容化；其中，3個電阻化一端分別與電機(jī)內(nèi)部電路的A、B和C相電連接，另一端均與單片機(jī) 的一個引腳電連接；另外3個電阻化一端分別與電機(jī)內(nèi)部電路的A、B和C相電連接，另一 端分別與單片機(jī)的3個引腳電連接；3個電容化一端均與電機(jī)內(nèi)部電路的A、B和C相電連 接，3個電容化另一端均接地。
[0014] 作為優(yōu)選，所述電流檢測電路包括電阻R9、電阻R10、電阻Rll和電阻R12,電容C2 和電容C3,放大器D2 ;電阻R9 -端與=相電路電連接，電阻R9另一端分別與放大器D2的 同相輸入端、電阻Rll-端、電容C2 -端、電阻R12 -端和電容C3 -端電連接，電阻RlO- 端接3V電壓，電阻RlO另一端與放大器D2的反相輸入端電連接，電阻Rll另一端和電容C2 另一端均接0. 3V電壓，電阻R12另一端和電容C3另一端均與放大器D2的輸出端電連接， 放大器D2的輸出端與單片機(jī)電連接。
[0015] 作為優(yōu)選，還包括電阻R14和放大器D3 ;放大器D2的輸出端與放大器D3的反向 相輸入端電連接，放大器D3的同相輸入端與1.6V電壓連接，放大器D3的輸出端與單片機(jī) 電連接。
[0016] 單片機(jī)讀取放大器D3輸出的電平值，當(dāng)放大器D3輸出的電平值為0時，單片機(jī)禁 止PWM變加速波及PWM穩(wěn)定波輸出，顯示器顯示電機(jī)過流；同時單片機(jī)控制報警器報警；
[0017] 當(dāng)放大器D3輸出的電平值為1時，表明電機(jī)電流正常。
[0018] 作為優(yōu)選，所述=相電路包括6個場效應(yīng)管，電阻R13,電容C4和電容巧；6個場效 應(yīng)管分別為場效應(yīng)管Ml、場效應(yīng)管M2、場效應(yīng)管M3、場效應(yīng)管M4、場效應(yīng)管M5和場效應(yīng)管 M6 ;6個場效應(yīng)管均與無刷電機(jī)電連接，場效應(yīng)管M2、場效應(yīng)管M4和場效應(yīng)管M6均通過電 阻R13接地，電容C4和電容巧一端均與場效應(yīng)管Ml、場效應(yīng)管M3和場效應(yīng)管M5電連接， 電容C4和電容巧另一端接地。
[0019] 作為優(yōu)選，單片機(jī)的型號為89巧2。
[0020] 一種無刷無霍爾電機(jī)驅(qū)動電路的控制方法，包括如下步驟：
[0021] 化-1)電機(jī)啟動
[0022] 存儲器中設(shè)有波形周期逐漸減小的PWM變加速波和波形周期恒定的PWM穩(wěn)定波， 電機(jī)磁極對數(shù)P，電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速n，與目標(biāo)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的周期to,其中
PWM變加速 波和PWM穩(wěn)定波的波形均與6個依次排列的相位導(dǎo)通狀態(tài)相對應(yīng)；存儲器中設(shè)有過流闊值Il;兩個按鍵分別為啟動按鍵和關(guān)閉按鍵； 陽02引所述PWM變加速波和PWM穩(wěn)定波的相位導(dǎo)通狀態(tài)依次為AB相導(dǎo)通、AC相導(dǎo)通、BC相導(dǎo)通、BA相導(dǎo)通、CA相導(dǎo)通和CB相導(dǎo)通，AB相導(dǎo)通、AC相導(dǎo)通、BC相導(dǎo)通、BA相導(dǎo)通、CA 相導(dǎo)通和CB相導(dǎo)通分別與電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)角0至60。、60°至120°、120°至180°、180° 至240°、240°至300°、300°至360°依次相對應(yīng)；
[0024] (6-2)過流檢測
[0025] 按下啟動按鍵，單片機(jī)向=相電路輸出PWM變加速波，電機(jī)逐漸加速，單片機(jī)讀取 電流檢測電路檢測的電流Ic;
[0026] 當(dāng)Ic>II，單片機(jī)禁止PWM變加速波輸出，顯示器顯示電機(jī)過流；同時單片機(jī)控 制報警器報警；
[0027] 當(dāng)Ic《II，表明啟動電流在適合運行范圍內(nèi)，單片機(jī)允許PWM變加速波繼續(xù)輸 出；
[0028] (6-3)電機(jī)穩(wěn)定加速
[0029] (6-3-1)單片機(jī)每隔時間Tl循環(huán)讀取反電動勢檢測電路檢測的反電動勢Vy和S 相分電壓UA2、UB2和UC2 ;
[0030] 對于每次讀取的反電動勢Vy和S相分電壓UA2、UB2和UC2均進(jìn)行如下處理：
[0031] 單片機(jī)根據(jù)當(dāng)前的PWM變加速波獲知當(dāng)前導(dǎo)通的相位；
[0032] 當(dāng)AB相或BA相導(dǎo)通時，單片機(jī)利用公式 陽〇3引IAE」=Vy+UA2+UB2-2UC2計算反電動勢差的絕對值IAE」；
[0034] 當(dāng)CB相或BC相導(dǎo)通時，單片機(jī)利用公式 陽0對 IAEaI=Vy+UC2+UB2-2UA2計算反電動勢差的絕對值IAEaI;
[0036] 當(dāng)AC相或CA相導(dǎo)通時，單片機(jī)利用公式IAEbI=Vy+UC2+UA2-2UB2計算反電動 勢差的絕對值IAEbI;
[0037] (6-3-2)單片機(jī)利用公式
計算每個時刻bi的換相角a，當(dāng) aG[Al,A2]時，單片機(jī)控制輸出的PWM變加速波換相；單片機(jī)將每次換相的bi時刻存儲 到存儲器中； 陽03引其中，k為設(shè)定的常數(shù)，CO與bi時刻的PWM變加速波的頻率成正比；IAExI為AEaI、IAEbI或IAE」，Al,A2為設(shè)定的換相角度范圍上、下限值；
[0039] (6-4)電機(jī)的穩(wěn)定運行 W40] 單片機(jī)讀取連續(xù)7次換相的時刻bii，bi2.. .，bi7,利用公式t' =bi7-bii計算當(dāng)前 的周期t'，當(dāng)t'《t。，則單片機(jī)控制輸出PWM穩(wěn)定波；重復(fù)步驟化-3)，利用換相角a控 制電機(jī)穩(wěn)定運行。
[0041] 作為優(yōu)選，所述步驟化-3-2)之前還包括如下步驟：
[0042] 存儲器中存儲有偏移量闊值e，設(shè)定反電動勢差的絕對值為IAExI,其中，IAEx 為IAEj、IAEbI或IAEj,設(shè)定迭代增量為Au(k); 陽0創(chuàng) （7-1)單片機(jī)利用公式IAExI'=IAExI+AU似計算IAExI'，然后使IAEx =IAExI';
[0044] (7-2)返回步驟（7-1)，直至IAExIe，使IAExI=IAExI'。
[0045] 作為優(yōu)選，所述PWM變加速波的周期從200毫秒逐漸變化為to,為了不引起失步 現(xiàn)象，設(shè)定PWM變加速波的周期在200毫秒至100毫秒變化