无刷直流电机驱动器制造技术

本发明专利技术公开了一种无刷直流电机驱动器，其包括DSP芯片，DSP芯片分别与位置估算电路、驱动芯片、差分电流采样电路、电压采集放大电路连接，驱动芯片与桥式电路连接，位置估算电路、桥式电路、差分电流采样电路、电压采样放大电路与电机连接；桥式电路为三相半桥电路，由6个场效应管组成，每两个为一个半桥，每个半桥的中点与电机的一相连接；在DSP芯片内进行空间矢量脉宽调制，将方波信号转换为正弦波信号进行输出；经过空间矢量脉宽调制输出的PWM信号通过所述驱动芯片作用于所述三相半桥电路，并最终作为6个场效应管的开关信号，从而使得输出的电流为正弦波电流。本发明专利技术换相过程平稳，噪声小，以及转矩脉动小。

【技术实现步骤摘要】
无刷直流电机驱动器
本专利技术属于无刷直流驱动
，具体涉及一种无刷直流电机驱动器。
技术介绍
现有的无刷直流电机驱动器的无刷直流控制通常采用方波控制方式，通过机械传感器获取转子的位置，在特定的位置进行强制换相，从而造成换相过程不平稳、转矩脉动大、噪声分贝高等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种无刷直流电机驱动器，该无刷直流电机驱动器的换相过程平稳，噪声小，以及转矩脉动小。本专利技术所采用的技术方案是：一种无刷直流电机驱动器，其包括DSP芯片，所述DSP芯片分别与位置估算电路、空间矢量脉宽调制器、差分电流采样电路、电压采集放大电路连接，所述空间矢量脉宽调制器、驱动芯片、桥式电路依次连接，所述位置估算电路、桥式电路、差分电流采样电路、电压采样放大电路与电机连接；所述桥式电路为三相半桥电路，由6个场效应管组成，每两个为一个半桥，每个半桥的中点与电机的一相连接；在DSP芯片内进行空间矢量脉宽调制，将方波信号转换为正弦波信号进行输出；经过空间矢量脉宽调制输出的PWM信号通过所述驱动芯片作用于所述三相半桥电路，并最终作为所述6个场效应管的开关信号，从而使得输出的电流为正弦波电流。所述空间矢量脉宽调制(SVPWM)为电机控制电压调节的手段，通过该方式生成6路PWM波用于所述三相半桥电路的6个MOS管的开关信号，从而将方波控制电压转换为正弦波控制电压，实现电机的正弦波控制。按上述方案，所述差分电流采样放大电路包括运算放大器U1，运算放大器U1的正输入端通过电阻R8与电压采集放大电路的IL_A连接，运算放大器U1的正输入端通过电阻R10与VCC_REF连接，运算放大器U1的负输入端通过电阻R9与电压采集放大电路的IH_A连接，运算放大器U1的负输入端通过电阻R11与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的输出端通过电阻R12与dsp芯片的IFB_A管脚连接，作为电压采集的输入端；运算放大器U1的信号漂移端通过电容C5与dsp芯片的IFB_A管脚连接，运算放大器U1的信号漂移端接地；运算放大器U1的电源端通过电容C4接地，运算放大器U1的电源端接VDD电源。按上述方案，所述电压采样放大电路包括运算放大器U2，运算放大器U2的电源端接VDD电源，运算放大器U2的电源端通过电容C7接地；电容C7的一端接地，另一端接VDD，起滤波作用；运算放大器U2的正输入端通过电阻R14与运算放大器U2的电源端连接；运算放大器U2的正输入端通过电阻R13接地；运算放大器U2的正输入端通过电容C6接地；运算放大器U2的负输入端分别与VCC_REF、测试端TP0连接，运算放大器U2的信号漂移端接地,运算放大器U2的信号漂移端通过电容C8与VCC_REF连接，运算放大器U2的输出端通过电阻R15与VCC_REF连接。按上述方案，所述位置估算电路包括霍尔传感器，霍尔传感器用于估算转子的位置，其输出端HALL_A通过电阻R18与DSP芯片的ICO端连接，其输出端HALL_A还通过电阻R17与VDD连接，DSP芯片的ICO端通过电容C9接地，电容C9用于过滤不必要的交流信号。按上述方案，所述驱动芯片的OUTH_A管脚通过电阻R1与半桥的第一个场效应管的栅极连接，第一个场效应管的漏极与电机的供电电压PVDD的正极相连，第一个场效应管的漏极通过电容C2接地；驱动芯片的OUTL_A管脚通过电阻R2与半桥的第二个场效应管的栅极连接，第二个场效应管的源极与通过电阻R5接地，第二个场效应管的源极、电阻R3、电容C1、电阻R4依次连接后接地，电容C1的两端分别与差分电流采样电路的IH_A端、差分电流采样电路的IL_A端连接；第二个场效应管的漏极与第一个场效应管的源极连接；第一个场效应管的源极与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与电机连接；电阻R6的另一端与电阻R7连接后接地，电阻R6的另一端与电容C3连接后接地，电机与测试端TP0连接。按照上述方案，所述的空间矢量脉宽调制可以将方波的控制电压转换为正弦波的控制电压，该控制算法的实现在DSP的内部完成，具体的实现步骤如下：步骤1：电压矢量建模定义UA(t)、UB(t)、UC(t)为A/B/C相电压，θ0为相电压矢量A的空间位置，Um为相电压有效值无刷直流电机的三相电压之间的相位差互为120°，因此三相电压和相电压有效值的关系为。其中f0为电源频率，θ0的计算公式为：θ0＝2πf0(2)定义合成电压矢为U(t)，U(t)的计算公式为：由此可得，合成的空间电压矢量U(t)是一个幅值为相电压1.5倍的旋转的空间矢量，而合成矢量在三相空间的投影为正弦波；步骤2：三相半桥电路MOS管组合形式从步骤1可以得出三相互为120°的正弦波的合成空间矢量是一个旋转的空间矢量，同理，一个旋转的空间矢量可以分解为三相互为120°的正弦波，从而作为电机的三相正弦控制电流，这里我们将通过MOS管的特殊组合来实现旋转的空间矢量；所述三相半桥逆变器总共有6个MOS管，在此定义开关函数为Sx(x＝a,b,c)，对应Sa/Sb/Sc分别为A相/B相/C相的开关标示符，每个半桥上面MOS管打开为1，关闭为0；其中1代表上面的MOS管导通，0代表下面的MOS管导通；令Sa，Sb，Sc的组合下的合成矢量为Ux，x取值0-7，因此Ux的值如表1:表1mos管组合形式这里我们需要注意的是，U0和U7在实际的半桥电路中代表上下MOS管同时被打开或者同时被关闭，这种情况是不被允许的，在这里我们称这两个电压矢量为零电压矢量，剩余的6个电压矢量为非零电压矢量；设定非零矢量为六边形的6个顶点，每个为了使得MOS管切换次数最小，规定相邻的两个非零矢量之间只有一位数值不同；建立一个二维静态αβ坐标系，α的正向与O-U4的的方向相同，β轴超前α轴90°，以α的为起点，因此六个非零矢量的MOS管组合顺序为U4，U6，U2，U3，U1，U5；定义期望的电压矢量为Uref,θ为Uref与α轴的夹角，Uref在αβ轴的分量为Uα和Uβ；不难发现，Uref始终处于两个相邻的非零电压矢量与原点O组成的扇形区域(简称扇区)之间，因此我们可以通过Uref所位于的两个非零开关组合来合成Uref；步骤3：不同的MOS管组合下的电压参数求解从步骤2的不同MOS管的组合可以推断出各个顶点组合下的电压值；例如，当SaSbSc＝100的时候，；Uab/Ubc/Uac为ab/bc/ac的线电压，UaN/UbN/UcN为ab/bc/ac的相电压，Udc为直流总线电压，a,b,c为电机的三相，N为中性点，C为电容，用于过滤直流信号中的交流信号，从而可推导出：由式5可得UaN/UbN/UcN,U1/U2/U3/U4/U5/U6为六边形对应的6个电压分量，同理可以推导出其余电压的表示公式如表2所示：表2不同MOS管组合下的电压值步骤4：PWM的生成原理从步骤3中求得不同开关组合下的电压参数值，我们可以观察到，每个开关组合的线电压最大值为Udc,相电压的最大值为2/3Udc,，这个结果作为生成PWM的最终接线，所有的线电压和相电压不能超过以上的值，在求解得到线电压和相电压的极限值的时候，下面将阐述能够产生正弦电流的PWM波的生成过程：正常情况下处于半桥的上下MOS管不能出现同时导通或者同时关闭的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机驱动器，其特征在于：包括DSP芯片，所述DSP芯片分别与位置估算电路、驱动芯片、差分电流采样电路、电压采集放大电路连接，所述驱动芯片与桥式电路连接，所述位置估算电路、桥式电路、差分电流采样电路、电压采样放大电路与电机连接；所述桥式电路为三相半桥电路，由6个场效应管组成，每两个为一个半桥，每个半桥的中点与电机的一相连接；在DSP芯片内进行空间矢量脉宽调制，将方波信号转换为正弦波信号进行输出；经过空间矢量脉宽调制输出的PWM信号通过所述驱动芯片作用于所述三相半桥电路，并最终作为所述6个场效应管的开关信号，从而使得输出的电流为正弦波电流。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机驱动器，其特征在于：包括DSP芯片，所述DSP芯片分别与位置估算电路、驱动芯片、差分电流采样电路、电压采集放大电路连接，所述驱动芯片与桥式电路连接，所述位置估算电路、桥式电路、差分电流采样电路、电压采样放大电路与电机连接；所述桥式电路为三相半桥电路，由6个场效应管组成，每两个为一个半桥，每个半桥的中点与电机的一相连接；在DSP芯片内进行空间矢量脉宽调制，将方波信号转换为正弦波信号进行输出；经过空间矢量脉宽调制输出的PWM信号通过所述驱动芯片作用于所述三相半桥电路，并最终作为所述6个场效应管的开关信号，从而使得输出的电流为正弦波电流。2.根据权利要求1所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于：所述差分电流采样放大电路包括运算放大器U1，运算放大器U1的正输入端通过电阻R8与电压采集放大电路的IL_A连接，运算放大器U1的正输入端通过电阻R10与VCC_REF连接，运算放大器U1的负输入端通过电阻R9与电压采集放大电路的IH_A连接，运算放大器U1的负输入端通过电阻R11与运算放大器U1的输出端连接，运算放大器U1的输出端通过电阻R12与dsp芯片的IFB_A管脚连接，作为电压采集的输入端；运算放大器U1的信号漂移端通过电容C5与dsp芯片的IFB_A管脚连接，运算放大器U1的信号漂移端接地；运算放大器U1的电源端通过电容C4接地，运算放大器U1的电源端接VDD电源。3.根据权利要求1所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于：所述电压采样放大电路包括运算放大器U2，运算放大...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海涛，梁文勇，王乐希，刘辉，严碧武，冯智慧，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42