無刷直流電機控制裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種無刷直流電機控制裝置，其特征在于，包括：ECU控制器、直流無刷電機，所述ECU控制器連接直流無刷電機。本發(fā)明通過將無刷直流電機位置傳感器從傳統(tǒng)的內(nèi)置在電機內(nèi)部的霍爾傳感器去掉，在控制器ECU電路板上適當(dāng)位置固定安裝位置采樣檢測電路以實現(xiàn)BLDC電機的位置信號采集。大大降低了直流無刷電機的成本并提高了可靠性和穩(wěn)定性，也十分便于BLDC無刷直流電機同控制器的整體集成。
【專利說明】
無刷直流電機控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種控制裝置，具體涉及一種無刷直流電機(英文簡稱BLDC，Brushless DC Motor)控制裝置。本發(fā)明屬于電機設(shè)計領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷直流電機控制現(xiàn)有技術(shù)方案通常有以下兩種。
[0003]第一種:采用帶霍爾位置傳感器的直流無刷電機，控制器讀取霍爾位置信號實現(xiàn)換相和電機調(diào)速控制。
[0004]這種方案中，霍爾傳感器內(nèi)置在電機內(nèi)部，使得電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本增加，對電機生產(chǎn)要求比較高，同時由于電機長期工作內(nèi)部溫度比較高時會造成霍爾傳感器不穩(wěn)定，可靠性下降，影響電機控制。而且這種方案增加了導(dǎo)線和連接器同傳感器相連。
[0005]第二種:采用不帶霍爾位置傳感器的直流無刷電機，控制器軟件算法實現(xiàn)換相和電機調(diào)速控制。
[0006]這種方案中，雖然電機結(jié)構(gòu)簡單成本降低，但是利用控制器軟件算法進行換相控制難度大、啟動過程復(fù)雜實現(xiàn)困難，而且會降低電機的調(diào)速范圍和動態(tài)響應(yīng)性能。此外，增加了控制器軟件的成本，目前許多諸如起動和換相控制算法也并純熟，用在汽車電子上安全性和可靠性無法保障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種無刷直流電機控制裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)難以可靠性低、電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)或者軟件的成本高等技術(shù)問題。
[0008]為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
無刷直流電機控制裝置，其特征在于，包括:ECU控制器、直流無刷電機，所述ECU控制器連接直流無刷電機。
[0009]前述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，還包括直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)壓電源分別連接E⑶控制器、直流無刷電機。
[0010]前述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，所述ECU控制器包括直流母線、三相驅(qū)動橋、功率管驅(qū)動模塊、位置與電流反饋電路模塊、微處理器，微處理器分別連接功率管驅(qū)動模塊、位置與電流反饋電路模塊，功率管驅(qū)動模塊連接，直流穩(wěn)壓電源連接直流母線，直流母線連接三相驅(qū)動功率電橋三相驅(qū)動橋連接直流無刷電機。
[0011 ]前述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，所述ECU控制器包括支撐電容，支撐電容并聯(lián)在直流母線上。
[0012]前述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，所述三相驅(qū)動橋由三對相同的高頻功率開關(guān)管組成，輸入為直流母線直流電壓，輸出為UVW三相，直接接入直流無刷電機的三相線圈。
[0013]前述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，E⑶控制器設(shè)置在E⑶控制器PCB板上，直流無刷電機與三相驅(qū)動橋同直流母線、功率驅(qū)動模塊、直流無刷電機均直接在電路板上實現(xiàn)連接。
[0014]前述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，微處理器與功率驅(qū)動模塊、位置與電流反饋電路之間均各自在ECU電路板上實現(xiàn)連接。
[0015]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明通過將無刷直流電機位置傳感器從傳統(tǒng)的內(nèi)置在電機內(nèi)部的霍爾傳感器去掉，在控制器ECU電路板上適當(dāng)位置固定安裝位置采樣檢測電路以實現(xiàn)BLDC電機的位置信號采集。大大降低了直流無刷電機的成本并提高了可靠性和穩(wěn)定性，也十分便于BLDC無刷直流電機同控制器的整體集成。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明無刷直流電機控制裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明無刷直流電機控制裝置中ECU控制器PCB板示意圖；
圖3是本發(fā)明無刷直流電機控制裝置運行狀態(tài)示意圖；
圖4是本發(fā)明無刷直流電機控制裝置換相流程圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0018]參照圖1所示，本發(fā)明提供了一種電機位置采樣檢測電路直接固定在無刷直流電機ECU控制器電路板上，通過控制器同電機位置的適當(dāng)安裝，可以實現(xiàn)電機控制換相位置信號的采樣和檢測，其效果同帶霍爾傳感器的無刷直流電機一樣。同時電機同ECU控制器整體集成，實現(xiàn)了無刷直流電機總成的整體結(jié)構(gòu)簡化、無需連接導(dǎo)線和接插件，有利于實現(xiàn)安裝空間緊湊和較高的安全可靠性能的應(yīng)用。
[0019]如圖2是本發(fā)明的ECU控制器電路板與無刷直流電機的集成安裝位置示意圖，圖中控制器電路板預(yù)留U、W、W焊接孔，是無刷直流電機三相電源端子焊接位置，無刷直流電機的三相接線直接焊接在電路板上，這樣電機同控制器就固定成一個整體一電機總成，無需額外通過導(dǎo)線和接插件連接。而圖中A位置區(qū)域是位置信號采樣電流的區(qū)域，此區(qū)域用于固定位置與電流反饋電路模塊(又稱位置采樣電路模塊)，通過電機位置校準(zhǔn)后實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)子位置信號的輸出，由于轉(zhuǎn)子位置信號采樣電路是直接焊接的電路板上的如圖2中A區(qū)域，因此采樣的位置信號可以直接傳輸?shù)诫娐钒迳系奈⑻幚砥髦?，減少了內(nèi)置霍爾傳感器的導(dǎo)線和接插件，同時由于位置采樣檢測電路的外置，電子元器件散熱效果也強于內(nèi)置電機內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。
[0020]圖1是本發(fā)明的硬件原理框圖，由直流穩(wěn)壓電源、直流母線、直流母線上的直流母線支撐電容、三相驅(qū)動橋、直流無刷電機本體、微處理器、功率驅(qū)動模塊和位置與電流反饋電路組成。其中直流穩(wěn)壓電源給直流母線供電，提供穩(wěn)定的直流電源，同時給ECU控制器電子元器件供電。而直流母線及支撐電容、三相驅(qū)動功率電橋(簡稱三相驅(qū)動橋)、功率管驅(qū)動模塊、位置與電流反饋電路模塊和微處理器屬于ECU控制器，實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)動、換相、故障保護處理等控制功能。直流無刷電機BLDC是電機本體，不帶內(nèi)置霍爾傳感器，直接通過UVW三相接線端子焊接到控制器電路板上，無需連接線和接插件連接。
[0021]直流母線支撐電容主要作用是對直流母線進行濾波，保證直流母線電壓的穩(wěn)定，吸收三相電橋和電機的脈動電流，同時防止電壓過沖對功率管的影響。支撐電容并聯(lián)在直流母線上。三相驅(qū)動橋由三對相同的高頻功率開關(guān)管組成，輸入為直流母線直流電壓，輸出為UVW三相，直接接入直流無刷電機三相線圈。三相驅(qū)動橋同直流母線、功率驅(qū)動模塊和電機本體均無導(dǎo)線連接，直接在電路板上實現(xiàn)連接，其工作原理是通過三對6個功率管的不同開關(guān)狀態(tài)使得直流母線電流到UVW三相線圈的電流方向和大小不斷變化以實現(xiàn)對電機的換相和轉(zhuǎn)動速度控制。微處理器是ECU控制器的核心，控制直流無刷電機。微處理器同功率驅(qū)動模塊，特別是位置與電流反饋電路均無需導(dǎo)線或接插件連接，其信號連接直接在ECU電路板上實現(xiàn);功率驅(qū)動模塊將微處理器的控制邏輯放大驅(qū)動三相驅(qū)動電橋功率管開關(guān)，位置與電流反饋電路檢測直流無刷電機的轉(zhuǎn)子位置信號和電流控制反饋。一個無刷直流電機閉環(huán)控制過程為位置與電流反饋電路檢測電機本體當(dāng)前的轉(zhuǎn)子位置和電流大小，并將數(shù)據(jù)送至微處理器，微處理器根據(jù)位置數(shù)據(jù)查表得到當(dāng)前的換相邏輯數(shù)值并發(fā)送到功率驅(qū)動模塊，功率驅(qū)動模塊驅(qū)動三相電橋按照換相邏輯控制改變電機UVW三相電流，這樣就實現(xiàn)了一次換相控制；同時微處理器計算電流的偏差得到當(dāng)前電流值，通過改變PWM占空比實現(xiàn)三相功率管的開關(guān)時間控制，這樣完成一次電機電流控制閉環(huán)。微處理器同功率驅(qū)動模塊之間信號雙向通道，微處理器將換相控制和PWM調(diào)節(jié)信號輸出至功率驅(qū)動模塊，功率驅(qū)動模塊也不斷檢測三相驅(qū)動橋的開關(guān)狀態(tài)和電壓情況，同時輸入到微處理器，微處理器結(jié)合電流反饋信號判斷是否出現(xiàn)故障，一旦某個參數(shù)出現(xiàn)異常故障，微處理器將及時關(guān)閉功率驅(qū)動模塊，保護功率管和電機本體。
[0022]根據(jù)上述的設(shè)置，即可以實現(xiàn)對本發(fā)明無刷直流電機控制裝置的運行。
[0023]本發(fā)明ECU控制器的核心是由初始態(tài)、就緒態(tài)、運行態(tài)和故障態(tài)4個狀態(tài)組成的有限狀態(tài)機結(jié)構(gòu)，如圖3所示。當(dāng)完成各種初始化工作后進入主循環(huán)控制入口，即進入有限狀態(tài)機的輪詢調(diào)度，這是一個無限循環(huán)，只有在斷電的情況下才能強迫退出此循環(huán)。其中初始態(tài)進行電機控制的相關(guān)變量、參數(shù)的初始化，有限狀態(tài)機全程變量傳遞的原始值賦值等工作;就緒態(tài)進行電機控制進入任務(wù)就緒階段，電流、轉(zhuǎn)速PI控制器的參數(shù)、邊界條件賦值，運行狀態(tài)前的故障確認;運行態(tài)完成電機的正常運行控制功能，同時監(jiān)控電機運行的各項邊界條件判斷是否發(fā)生故障并及時處理故障;故障態(tài)將進行關(guān)閉系統(tǒng)功率電源、通過CAN總線向通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)布故障信息，同時根據(jù)不同的故障等級進行相應(yīng)的處理。以上四個狀態(tài)的轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖3所示，初始態(tài)完成即進入就緒態(tài)，就緒態(tài)正常即進入運行態(tài)，出現(xiàn)非正常情況就跳過運行態(tài)直接進入故障態(tài)，運行態(tài)出現(xiàn)故障即終止正常工作進入故障態(tài)，運行態(tài)可以返回初始態(tài)接收新的數(shù)據(jù)信息，同時故障態(tài)得到修復(fù)后也可返回初始態(tài)重新開始以進入運行態(tài)回歸正常工作流程。
[0024]無刷直流電機BLDC控制需要獲取電機轉(zhuǎn)子的位置信號，通過轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置來決定UVW三相線圈的供電邏輯關(guān)系，所以轉(zhuǎn)子位置信號是無刷直流電機BLDC控制的關(guān)鍵。本發(fā)明無刷直流電機的轉(zhuǎn)子位置信號采樣檢測不是通過電機內(nèi)置的霍爾傳感器模塊來獲得的，如圖1所示，轉(zhuǎn)子位置信號采樣電路直接焊接在ECU電路板上。因此微處理可以直接讀取獲得轉(zhuǎn)子位置信號。如圖4所示，采用微處理器GP1(通用輸入/輸出接口)的捕獲功能，實時監(jiān)測位置信號的電平變化，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)過一個60度機械角度時，位置信號即發(fā)生一次變化，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動一周時位置信號發(fā)生6次改變，對應(yīng)位置信號輸出的6個邏輯數(shù)值。因此當(dāng)微處理GP1捕獲到一次上升沿或者下降沿的變化時觸發(fā)一次換相中斷。由于換相是無刷直流電機BLDC控制的關(guān)鍵，因此通過微處理的中斷任務(wù)處理來進行位置檢測和換相控制。進入中斷處理程序后，首先讀取GP1 口的位置信號邏輯數(shù)據(jù)，每個邏輯數(shù)值對應(yīng)了 UVW三相功率管驅(qū)動電路開關(guān)編碼邏輯，通過查表得到當(dāng)前三相驅(qū)動橋功率管的開關(guān)控制狀態(tài)，然后將功率管開關(guān)邏輯數(shù)值送至驅(qū)動電路控制三相橋的電流方向來實現(xiàn)電機的換相控制。
[0025]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.無刷直流電機控制裝置，其特征在于，包括:E⑶控制器、直流無刷電機，所述ECU控制器連接直流無刷電機。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，還包括直流穩(wěn)壓電源，直流穩(wěn)壓電源分別連接E⑶控制器、直流無刷電機。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，所述ECU控制器包括直流母線、三相驅(qū)動橋、功率管驅(qū)動模塊、位置與電流反饋電路模塊、微處理器，微處理器分別連接功率管驅(qū)動模塊、位置與電流反饋電路模塊，功率管驅(qū)動模塊連接，直流穩(wěn)壓電源連接直流母線，直流母線連接三相驅(qū)動功率電橋三相驅(qū)動橋連接直流無刷電機。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，所述ECU控制器包括支撐電容，支撐電容并聯(lián)在直流母線上。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，所述三相驅(qū)動橋由三對相同的高頻功率開關(guān)管組成，輸入為直流母線直流電壓，輸出為UVW三相，直接接入直流無刷電機的三相線圈。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，ECU控制器設(shè)置在ECU控制器PCB板上，直流無刷電機與三相驅(qū)動橋同直流母線、功率驅(qū)動模塊、直流無刷電機均直接在電路板上實現(xiàn)連接。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無刷直流電機控制裝置，其特征在于，微處理器與功率驅(qū)動模塊、位置與電流反饋電路之間均各自在ECU電路板上實現(xiàn)連接。
【文檔編號】H02P6/08GK106067743SQ201610020209
【公開日】2016年11月2日
【申請日】2016年1月13日 公開號201610020209.3, CN 106067743 A, CN 106067743A, CN 201610020209, CN-A-106067743, CN106067743 A, CN106067743A, CN201610020209, CN201610020209.3
【發(fā)明人】邱寶象, 李霖, 張 杰, 黃建根, 周賢勇, 諶文思, 劉長運, 舒?zhèn)ゲ?
【申請人】萬向錢潮股份有限公司, 萬向集團公司