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双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统技术方案

技术编号:21898328 阅读:31 留言:0更新日期:2019-08-17 17:08
本实用新型专利技术提供一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统,包括电源模块、单片机控制模块、驱动模块、电流检测电路模块、光耦隔离放大电路模块、霍尔切换模块、三相输出切换电路模块、两个BLDC电机,由所述所有模块构成的一套驱动电路来控制所述两个BLDC电机的四象限运行。该系统利用单驱动电路驱动双BLDC控制系统,可以降低驱动电路成本,简化电路和控制程序,减少对MCU资源的占用,提高可靠性。

PWM Control System for Four Quadrant Operation of Double BLDC Motor

【技术实现步骤摘要】
双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统
本技术属于机电控制领域,具体涉及一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统。
技术介绍
无刷直流电机(BLDC)具有调速性能好、功率密度大、过载能力强、启动转矩大、效率高、性能稳定、结构简单等优点,克服了有刷直流电机的先天性缺陷,以电子换向器取代了机械换向器,在机电控制领域有广泛的发展前景。目前,对于单个BLDC的控制比较成熟,可轻松实现转速闭环和电流闭环控制,但是,对于两个BLDC的控制,多采用两套控制驱动电路,成本较高,单片机占用资源多,电路和控制相对复杂。专利技术专利CN1700585A介绍了带传感器的无刷直流电机双驱动单片机PWM控制装置,虽然可以通过PWM分时控制实现对双驱动无刷电机的换相、转速及启动电流的控制,但是每个BLDC都使用了一套驱动电路,PWM信号和霍尔信号都占用单片机(MCU)I/O口,占用系统资源较多,电路复杂,控制程序相对复杂。
技术实现思路
鉴于现有技术的不足,本技术提出一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统。一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统,包括电源模块、单片机控制模块、驱动模块、电流检测电路模块、光耦隔离放大电路模块、霍尔切换模块、三相输出切换电路模块、两个BLDC电机,其特征在于:由所述所有模块构成的一套驱动电路来控制所述两个BLDC电机的四象限运行。进一步,所述单片机控制模块包括PWM控制模块、AD采样模块、双BLDC电机检测与切换控制、霍尔序列检测、计数器模块、供电电源;所述驱动模块包括PWM信号调理电路、功率管驱动电路和三相桥式逆变电路。进一步,所述PWM控制模块包括6路PWM输出信号,所述AD采样模块为一路AD采样,所述双BLDC电机检测与切换控制包括一路I/O控制口,所述霍尔序列检测包括3个用于霍尔信号检测的I/O口,单片机控制模块通过控制一路I/O口的高低电平对双BLDC进行片选,根据采集的所片选的BLDC的霍尔信号的相序输出6路PWM控制信号,所述控制信号经信号调理后传输到所述功率管驱动电路,通过控制所述功率管驱动电路的6个开关管的导通和关断来实现所述双BLDC的四象限运行。进一步,所述控制6个开关管的导通和关断的方式包括上管调制、下管调制和双管调制。进一步,所述片选包括双BLDC霍尔信号的片选和三相输出的片选,且片选的霍尔信号和三相输出对象必须为同一BLDC。进一步,通过所述AD采样模块采样所述BLDC电机的电流,可实现其电流的闭环控制;通过所述计数器模块可实现BLDC电机的转速闭环控制。进一步,光耦隔离放大电路模块通过所述一路I/O口控制光耦隔离电路和三极管放大电路实现继电器的动作。进一步,三相输出切换电路模块采用大功率继电器实现两个BLDC的切换控制。本技术的系统利用单驱动电路驱动双BLDC控制系统,可以降低驱动电路成本,简化电路和控制程序,减少对MCU资源的占用,提高可靠性。附图说明图1为本技术的双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统结构框图;图2为本技术的双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统的三相桥式逆变电路简图;图3为本技术的双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统的电流检测电路;图4为本技术的双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统的三相输出切换电路;图5为本技术的双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统的霍尔信号切换电路。具体实施方式下面结合附图和实施例,对本技术的具体实施方式作进一步详细描述。本技术提出一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统,图1示出了其结构框图。该系统包括电源模块、单片机控制模块、驱动模块、电流检测电路模块、光耦隔离放大电路模块、霍尔切换模块、三相输出切换电路模块和电机1和电机2。下面分别进行介绍。1.电源模块电源模块主要由DC-DC转换电路、滤波电路和保护电路组成,主要作用是为双BLDC提供驱动电源(12V-84V)以及为其它模块提供辅助电源(3V-36V)。2.单片机控制模块单片机控制模块包括PWM控制模块、AD采样模块、双BLDC电机检测与切换控制、霍尔序列检测、计数器模块、供电电源等。PWM控制模块包括6路PWM输出信号,AD采样模块为一路AD采样,双BLDC电机检测与切换控制包括一路I/O控制口,霍尔序列检测包括3个用于霍尔信号检测的I/O口。根据霍尔信号的位置信息,单片机可通过控制算法对PWM进行控制,可以导通和关断相应开关管,实现BLDC的正转、反转、正转制动和反转制动等功能;一路控制I/O口可实现双BLDC霍尔信号和三相输出的切换;通过AD采样模块采样BLDC电流可以实现电机的电流闭环控制;通过计数器模块可实现BLDC的转速闭环控制。此外,单片机控制模块通过对BLDC电流和霍尔信号的检测,实现保护功能。3.驱动模块驱动模块主要由PWM信号调理电路、功率管驱动电路和三相桥式逆变电路组成。PWM信号经过信号收发器提高了带载能力,同时保护脆弱单片机控制芯片,然后经过驱动芯片输出6路PWM信号,控制6个功率开关管的导通和关断。三相桥式逆变电路简图如图2所示,主要包括6个开关管及其保护电路,UVW为三相电路的输出端。通过对6路PWM的控制,可以实现上桥臂开关管(Q1、Q3、Q5)和下桥臂开关管(Q2、Q4、Q6)的导通,从而控制UVW的输出,也可通过控制上下桥臂实现上管调制、下管调制和双管调制。为了节约成本,两个BLDC共用一套控制驱动电路,通过对三相输出和霍尔信号的控制实现两个BLDC的控制。4.电流检测电路模块电流检测电路如图3所示。电流检测电阻Rs连接在电源的输入端,通过运算放大器对Rs两端的电压进行采集,输入端电压差Vin+减去Vin-等于Rs*Is,它与输出端电压Vo成一定的比例关系,通过单片机对Vo电压进行采样,便可知道电机电流大小。如果出现轻微过流的情况,可通过单片机算法程序调节开关管的PWM占空比,调整电机电流的大小;在开关管发生直通等严重过流情况时,单片机将直接关闭6个开关管,防止驱动板因为过热而烧毁。除了通过单片机算法程序实现过流保护,还增加了硬件保护功能,能够在过流后更快的关闭6个开关管,切断电流回路,只需调整RL电阻大小或者通过电阻分压,将Vo电压反馈到驱动芯片的过流关断引脚即可。5.光耦隔离放大电路模块光耦隔离放大电路模块是通过I/O口控制光耦隔离电路和三极管放大电路实现继电器的动作,如图4所示,同时保证高电压和大电流不会窜入控制模块中。6.三相输出切换电路模块三相输出切换电路如图4所示。为了实现大电流切换的功能,采用大功率继电器实现两个BLDC的切换控制,而且这种控制方法避免了两个BLDC同时导通的可能,保证每次运行只有一个BLDC工作。7.霍尔切换模块双BLDC霍尔信号切换电路如图5所示。模拟开关具有功耗低、速度快、无机械触点、体积小和使用寿命长等优点。采用模拟开关完成信号链路中的信号切换功能,用于接通和断开电流较小的霍尔信号。本技术的系统的控制方法主要是,由电源模块对整个系统进行供电,单片机控制模块通过控制I/O口的高低电平对双BLDC进行片选,包括双BLDC霍尔信号的片选和三相输出的片选(片选的霍尔信号和三相输出对象必须为同一BLDC),然后采集片选B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统,包括电源模块、单片机控制模块、驱动模块、电流检测电路模块、光耦隔离放大电路模块、霍尔切换模块、三相输出切换电路模块、两个BLDC电机,其特征在于:由所述所有模块构成的一套驱动电路来控制所述两个BLDC电机的四象限运行。

【技术特征摘要】
1.一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统,包括电源模块、单片机控制模块、驱动模块、电流检测电路模块、光耦隔离放大电路模块、霍尔切换模块、三相输出切换电路模块、两个BLDC电机,其特征在于:由所述所有模块构成的一套驱动电路来控制所述两个BLDC电机的四象限运行。2.根据权利要求1所述的一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统,其特征在于:所述单片机控制模块包括PWM控制模块、AD采样模块、双BLDC电机检测与切换控制、霍尔序列检测、计数器模块、供电电源;所述驱动模块包括PWM信号调理电路、功率管驱动电路和三相桥式逆变电路。3.根据权利要求2所述的一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统,其特征在于:所述PWM控制模块包括6路PWM输出信号,所述AD采样模块为一路AD采样,所述双BLDC电机检测与切换控制包括一路I/O控制口,所述霍尔序列检测包括3个用于霍尔信号检测的I/O口,单片机控制模块通过控制一路I/O口的高低电平对双BLDC进行片选,根据采集的所片选的BLDC的霍尔信号的相序输出6路PWM控制信号,所述控制信号经信号调理后传输到所述功...

【专利技术属性】
技术研发人员:田丰陈红旭王立军卢紫旺任鑫田光宇
申请(专利权)人:清华大学
类型:新型
国别省市:北京,11

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