基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，包括直流电源，将直流电变换为可调直流电压的Buck变换器，用于无刷直流电机换相的三相逆变桥、硬件换相电路，用于电压电流信号的采集、PWM信号输出、电机的控制算法、人机通讯的DSP控制板，为无刷直流电机提供PWM驱动信号的PWM驱动模块，还包括电压电流检测电路、保护电路、触摸屏。本发明专利技术采用三相逆变桥前加Buck变换器的控制方式，将直流电机的换相与调速功能分开，通过Buck变换器调节，用直流电压代替原有的PWM脉冲电压，有效消除了定子电流的非连续跳变，降低电机铁耗；采用硬件逻辑换相电路代替软件换相程序，减少了DSP程序的复杂性，使DSP专注于电机的控制算法，从而提高了控制效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种电机的控制装置，具体涉及一种基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器。
技术介绍
无刷直流电机具有优秀的机械特性、良好的调速转矩、较高的效率等特点，应用范围十分广泛。目前无刷直流电机大多采用三相逆变桥PWM调制（脉冲宽度调制）的控制方法，不过该方法应用于高速电机时，由于高速电机电枢电感较小，PWM调制产生的高频方波电压，在转子中引起附加铁耗，导致电机升周过程中发热量过大，温度上升过快。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器。本专利技术的技术方案是：一种基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，包括直流电源，直流电源的正端与Buck变换器的1脚连接，负端与Buck变换器的2脚连接，Buck变换器的3脚与三相逆变桥的1脚连接，Buck变换器的4脚通过电流检测电阻与三相逆变桥的2脚连接，三相逆变桥的4脚、5脚、6脚按顺序与无刷直流电机的A、B、C三相绕组对应连接，电流检测电阻与电压电流检测电路相连，三相逆变桥、无刷直流电机均与硬件换相电路相连，Buck变换器与PWM驱动模块相连，所述的电压电流检测电路、PWM驱动模块均与DSP控制板相连，所述的DSP控制板还与保护电路、触摸屏相连。所述的Buck变换器由+50V直流电源、可控硅T1、二极管D1、二极管D2、滤波电感组以及滤波电容组组成，可控硅T1的PWM驱动信号由外部输入，电阻R1、电容C1、二极管D1组成RCD吸收电路，用于吸收可控硅Q11两端的高频信号，以降低可控硅T1的开关损耗。所述的PWM驱动模块中包括PWM信号驱动芯片、光耦，PWM信号驱动芯片的2脚通过并联的电阻R2、电容C2与PWM信号端口连接，PWM信号驱动芯片的3脚、5脚与GND连接，PWM信号驱动芯片的4脚与+15V连接，PWM信号驱动芯片的4脚、5脚间还连接有电容C3，PWM信号驱动芯片的12脚依次与稳压二极管D3、二极管D4、二极管D5、+50V连接，PWM信号驱动芯片的15脚依次与电阻R3、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片的16脚依次与电阻R4、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片的17脚与EPWM端口连接,PWM信号驱动芯片的13脚与光耦的2脚连接，PWM信号驱动芯片的18脚通过电阻R7与光耦的1脚连接，光耦的1脚、2脚之间还连接有电阻R8。所述的电压电流检测电路包括电流检测电路和电压检测电路。所述的电流检测电路中包括Ⅰ号运算放大器，电阻R20连接反馈电流FKDL端口，另一端与电阻R23、电容C15以及运算放大器24的2脚相接，电阻R23、电容C15的另一端则与Ⅰ号运算放大器的1脚连接，电阻R21连接GND端口，另一端与电阻R22、电容C14以及Ⅰ号运算放大器的3脚相接，电阻R22、电容C14的另一端与AGND连接，Ⅰ号运算放大器的4脚、11脚分别与+15VA、-15VA连接，电阻R24与Ⅰ号运算放大器1脚连接，电阻R24的另一端与电容C16、电容C17、二极管D13的阴极、二极管D14的阳极连接，电容C16、电容C17的另一端以及二极管D13的阳极与AGND连接，二极管D14的阴极则与3.3VA连接。所述的电压检测电路中包括Ⅱ号运算放大器，电阻R26连接反馈电压FKDY端口，另一端与电阻R28以及Ⅱ号运算放大器的3脚相接，电阻R28的另一端与AGND连接，电阻R25连接GND端口，另一端与电阻R27以及Ⅱ号运算放大器的2脚相接，电阻R27的另一端与电阻R29以及Ⅱ号运算放大器的1脚连接，电阻R29另一端与电阻R32以及Ⅱ号运算放大器的5脚连接，电阻R32另一端与AGND连接，Ⅱ号运算放大器的4脚、11脚分别与+15VA、-15VA连接，Ⅱ号运算放大器的6脚与电阻R30、电阻R31连接，电阻R30的另一端与AGND连接，电阻R31的另一端则与Ⅱ号运算放大器的7脚、电容C18、电容C19、二极管D15的阴极、二极管D16的阳极连接，电容C18、电容C19的另一端以及二极管D15的阳极与AGND连接，二极管D16的阴极与3.3VA连接。所述的保护电路包括比较器、Ⅴ号与门、Ⅲ号反相器，反馈电压FKDY端口与比较器的6脚连接，反馈电流FKDL端口与比较器的2脚连接，+3.3VA与比较器的5脚、3脚连接，电阻R33与比较器的7脚、Ⅴ号与门的4脚连接，电阻R34与比较器的1脚、Ⅴ号与门的5脚连接，电阻R33、电阻R34的另一端与VCC连接，二极管D18的阴极和Ⅲ号反相器的1脚、Ⅴ号与门的6脚连接，二极管D18的阳极与VCC连接，Ⅲ号反相器的2脚与电阻R35连接，电阻R35的另一端与+3.3V连接。本专利技术采用三相逆变桥前加Buck变换器的控制方式，将直流电机的换相与调速功能分开，并通过触摸屏显示、调节电机参数，实现了对电机实时控制；通过Buck变换器调节，用平稳的直流电压代替原有的PWM脉冲电压，有效消除了定子电流的非连续跳变，降低电机铁耗；采用硬件逻辑换相电路代替软件换相程序，减少了DSP程序的复杂性，使DSP专注于电机的控制算法，从而提高了控制效率。附图说明图1是本专利技术无刷直流电机控制系统结构框图；图2是本专利技术中Buck变换器电路图；图3是本专利技术中PWM信号驱动模块电路图；图4是本专利技术中三相逆变桥内部结构图；图5是本专利技术中三相逆变桥IPM模块的电路图；图6是本专利技术中霍尔信号值与三相逆变桥开关管导通对应图；图7是本专利技术中硬件换相的电路图；图8是本专利技术中电流检测电路的电路图；图9是本专利技术中电压检测电路的电路图；图10是本专利技术中控制器保护电路的电路图；其中：1直流电源2Buck变换器3三相逆变桥4无刷直流电机5电压电流检测电路6DSP控制板7硬件换相电路8保护电路9触摸屏10PWM驱动模块11电流检测电阻12滤波电感组13滤波电容组14PWM信号驱动芯片15光耦16三相逆变桥IPM模块17输出电压端子18Ⅰ号反相器19Ⅰ号与门20Ⅱ号反相器21Ⅱ号与门22Ⅲ号与门23Ⅳ号与门24Ⅰ号运算放大器25Ⅱ号运算放大器26比较器27Ⅴ号与门28Ⅲ号反相器。具体实施方式以下，参照附图和实施例对本专利技术进行详细说明：如图1所示，一种基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，包括直流电源1，直流电源1的正端与Buck变换器2的1脚连接，负端与Buck变换器2的2脚连接，Buck变换器2的3脚与三相逆变桥3的1脚连接，Buck变换器2的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，包括直流电源（1），其特征在于：直流电源（1）的正端与Buck变换器（2）的1脚连接，负端与Buck变换器（2）的2脚连接， Buck变换器（2）的3脚与三相逆变桥（3）的1脚连接，Buck变换器（2）的4脚通过电流检测电阻（11）与三相逆变桥（3）的2脚连接，三相逆变桥（3）的4脚、5脚、6脚按顺序与无刷直流电机（4）的A、B、C三相绕组对应连接，电流检测电阻（11）与电压电流检测电路（5）相连，三相逆变桥（3）、无刷直流电机（4）均与硬件换相电路（7）相连，Buck变换器（2）与PWM驱动模块（10）相连，所述的电压电流检测电路（5）、PWM驱动模块（10）均与DSP控制板（6）相连，所述的DSP控制板（6）还与保护电路（8）、触摸屏（9）相连。

【技术特征摘要】
1.一种基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，包括直流电源（1），其特征在于：
直流电源（1）的正端与Buck变换器（2）的1脚连接，负端与Buck变换器（2）的2脚连接，Buck
变换器（2）的3脚与三相逆变桥（3）的1脚连接，Buck变换器（2）的4脚通过电流检测电阻（11）
与三相逆变桥（3）的2脚连接，三相逆变桥（3）的4脚、5脚、6脚按顺序与无刷直流电机（4）的
A、B、C三相绕组对应连接，电流检测电阻（11）与电压电流检测电路（5）相连，三相逆变桥
（3）、无刷直流电机（4）均与硬件换相电路（7）相连，Buck变换器（2）与PWM驱动模块（10）相
连，所述的电压电流检测电路（5）、PWM驱动模块（10）均与DSP控制板（6）相连，所述的DSP控
制板（6）还与保护电路（8）、触摸屏（9）相连。
2.根据权利要求1所述的基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，其特征在于：所
述的Buck变换器（2）由+50V直流电源、可控硅T1、二极管D1、二极管D2、滤波电感组（12）以及
滤波电容组（13）组成，可控硅T1的PWM驱动信号由外部输入，电阻R1、电容C1、二极管D1组成
RCD吸收电路，用于吸收可控硅Q11两端的高频信号，以降低可控硅T1的开关损耗。
3.根据权利要求1所述的基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，其特征在于：所
述的PWM驱动模块（10）中包括PWM信号驱动芯片（14）、光耦（15），PWM信号驱动芯片（14）的2
脚通过并联的电阻R2、电容C2与PWM信号端口连接，PWM信号驱动芯片（14）的3脚、5脚与GND
连接，PWM信号驱动芯片（14）的4脚与+15V连接，PWM信号驱动芯片（14）的4脚、5脚间还连接
有电容C3，PWM信号驱动芯片（14）的12脚依次与稳压二极管D3、二极管D4、二极管D5、+50V连
接，PWM信号驱动芯片（14）的15脚依次与电阻R3、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片（14）的
16脚依次与电阻R4、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片（14）的17脚与EPWM端口连接,PWM信
号驱动芯片（14）的13脚与光耦（15）的2脚连接，PWM信号驱动芯片（14）的18脚通过电阻R7与
光耦（15）的1脚连接，光耦（15）的1脚、2脚之间还连接有电阻R8。
4.根据权利要求1所述的基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，其特征在于：所
述的电压电流检测电路（7）包括电流检测电路和电压检测电路。
5.根据权利要求4所述的基于BUCK变换器的高速无刷直流电机控制器，其特征在于：所
述的电流检测电路中包括Ⅰ...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏振，傅隽，赵武玲，彭树文，王伟强，
申请(专利权)人：核工业理化工程研究院，
类型：发明
国别省市：天津;12