无刷直流电机驱动系统技术方案

一种无刷直流电机驱动系统，它是由电源电路、微控制单元电路、逆变器驱动电路、硬件制动保护电路、振荡倍压电路、检测电路、AVR单片机组成，其特征在于：AVR单片机连接电源电路、微控制单元电路、逆变器驱动电路、硬件制动保护电路、振荡倍压电路、检测电路。该系统具有电路稳定简单、实用安全、低成本等优点。

Brushless DC motor drive system

A brushless DC motor drive system, which is composed of a power supply circuit, micro control unit circuit, inverter drive circuit, hardware protection circuit, brake oscillation voltage doubler circuit, detection circuit, AVR microcontroller, which is characterized in that the AVR chip is connected with the power supply circuit, micro control unit circuit, inverter drive circuit, hardware protection circuit brake oscillation, voltage doubling circuit, detection circuit. The system has the advantages of stable, simple, practical, safe and low cost.

【技术实现步骤摘要】
无刷直流电机驱动系统
本技术涉及一种基于AVR单片机控制的无刷直流电机驱动系统，特别是可以实现堵转、过流和欠压保护，如果系统出错会启动自检功能，同时用户可以在升级空间中二次开发的无刷直流电机驱动系统。
技术介绍
随着中国经济的发展，电动汽车逐渐进入千家万户之中，并逐步替代了自行车成为人们热爱的交通工具之一。电动汽车不仅价格实惠，而且使用电能驱动，符合国家的绿色发展观。但是电动汽车的动力系统是亟待解决的关键问题之一。由于国外的电动汽车驱动控制系统技术研究早已开展，在驱动控制器方面趋于标准化；但是在中国国内数据仍不完善，产品的稳定性、可靠性和通用性等相比之下，仍需改进。
技术实现思路
为了克服上述现有国内技术的空白，本技术提供一种基于AVR单片机的永磁无刷直流电机的控制系统，该系统具有电路简单、性能安全、成本低等优点，有利于纯电动汽车产业化。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是：硬件部分以MEGA48单片机作为控制芯片，逆变器由6个MOSFET管组成。通过微控制单元电路、逆变器驱动电路等电路模块设计，实现电机的智能控制以及欠压保护、过流保护、堵转保护等保护功能，可靠的对电动车电机和电池进行保护，确保电动汽车使用及安全。系统正常工作电压72V，最低工作电压65V，最大工作电流180A，最大输出功率18kW。软件部分以高级语言进行模块化、系统化和结构化编程。本技术的有益效果是：（1）具有电动、自动巡航两种工作模式：在电动模式下，控制系统能够根据电动汽车脚踏板所给电压，正常加电运转；自动巡航模式下，无需踩住踏板，电动汽车能够按照设定速度运行；两种工作模式可通过模式转换按钮切换。（2）当系统出错或者位置传感器、助力传感器出错时能够进入自检模式并显示错误。（3）能够实现系统的欠压保护、过流保护、堵转保护。（4）能够实时显示电动车的状态。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是本技术的硬件系统框图。图2是本技术的MOSFET逆变驱动电路。图3是本技术的电源电路。图4是本技术的振荡倍压电路和纯硬件保护电路。图5是本技术的系统工作流程图。具体实施方式在图1中，是根据上述功能，所设计的系统硬件框图。在图2中，采用了MOSFET组成的逆变器驱动电路。（1）半桥逆变器的控制比较复杂，需要六组控制信号，电机三相绕组的工作也相对独立，必须对三相电流分别控制。而全桥逆变器的控制比较简单，只需三组独立控制信号，且任一时刻导通的两相电流相等，只要对其中一相电流进行控制，另外一相电流也得到了控制。因此本设计采用全桥逆变电路来控制全相位的导通。本设计中逆变器上下桥臂都采用N沟道MOSFET管。P型MOSFET管由于工艺的原因，参数一致性较差，价格较贵，而且其内阻比N沟道MOSFET管大，损耗也大。因此，当前的无刷控制器一般都采用两个N沟道MOSFET管组成逆变器的一相。（2）如图2所示，由于受到匹配电压的限制，顶端驱动电路无法直接与TTL器件匹配，因此在电路中通过LM339用来间接匹配电压，匹配后的LM339输出端（a相2脚、b相1脚、c相14脚）电平分别为12V的有效状态或大于25V的无效状态。当某相顶端驱动电路有效时，场效应器件VF1（或VF3，VF5）的栅极电压不低于46V，才能保证场效应管的充分导通，导通后，X1（或X2，X3电压与电池电压相同）。由于MOSFET管的栅极绝缘栅易被击穿破坏，因此栅源间电压不得超过正负20V。栅源间并联电阻或齐纳二极管，以防止栅源间电压过大。本设计中，顶端驱动电路中的15V稳压二极管DZ2、DZ4和DZ6为保护二极管。漏源间也要加保护电路以防止开关过程中因电压的突变而产生漏极尖峰电压损坏管子，可用齐纳二极管籍位。当电机意外突然停转时，电机绕组产生瞬间的反向高压可能会损坏功率管，所以在直流母线上并联一只耐高压电容，意外停机时，母线上产生的瞬间高压会由于电容两端电压不能突变而得到抑制。底端电压驱动电路采用NE555内部推挽电路，利用单片机产生的PWM信号调制底端驱动信号，调制后的信号通过电阻耦合至底端驱动场效应管栅极，控制场效应管导通状态。因为底端驱动电路中NE555功耗较大，因此需要为U8，U9和U10配上霍尔电容C37，C39和C45.底端电压驱动电路中R22，R30，R38为串联栅电阻，是场效应管底端驱动保护电路，可消去由MOSFET电容和栅一源电路在任何串联绕组感应而生的高频振荡。（3）以A相为例，顶端驱动，当LM339的2口输出为低时，12脚正端接地，使得Q1基极电压22V>Q1开通，电流流过R19，电流方向为左正右负（从而保证Q1开通时Q2关断），VF1栅极电压为50V左右，源极电压为36V左右，VF1开通；当LM339的2口输出为高时，Q1关断，这时VF1截止。Q2与R18，R19，C26组成有源滤波器。底端驱动，当经过逻辑保护的A相底端控制信号ABTM输入为1时，经过底端驱动电路产生12V有效信号，使得VF2导通。同时，单片机输出的PWM信号送到NE555的RST端，对底端控制信号进行调制。在图3中，驱动电路的电源部分包含两部分电路：一部分是将电池电源36V，通过三端稳压器LM7915产生相对电源电压的-15V电压，即36V-15V=21V，用于倍压电路产生高驱动电压；另一部分是通过三端稳压器LM7812产生的+12V电压，用于顶端驱动匹配和底端驱动电路。如图3所示，电源电路中，根据各个部分的电流，合理的选择分流电阻R14和R45的阻值和功率，减少直接流过三端稳压器件的电流，降低其发热量，提高电路稳定性。在图4中，（1）为了增加控制系统的可靠性和安全性，设计了纯硬件制动保护电路。制动电路通过控制振荡电路的RST端的电平状态，间接控制顶端驱动电路导通所需电压源。通过LM339的保护功能，当系统正常工作时，测试点1处的电压通过上拉电阻，电平为12V，经过22V稳压二极管，测试点2处的电平在34V左右，振荡电路正常工作；当系统过流时，纯硬件的保护电路U5反向输入端的电压将高于正向输入端参考电压，U5内部的三极管导通，测试点1处电平约0.7V，测试点2处电压为21V左右，RST有效，振荡电路停止振荡，顶端驱动电路将不再输出驱动电压，从而实现硬件制动稳定性。R47和C36组成电流波形尖峰抑制器，可抑制电流波形的前导峰缘，增强系统。（2）NE555的电源接+36V电压，地端接+21V电压。NE555和外围电路组成振荡电路，振荡电路产生的振荡频率约为4-5kHz，振荡信号从NE555的3脚输出后，通过陶瓷电容C23和C24、二极管D3和D4构成的倍压电路，将输出电压提升到50V左右，送到MOS管的栅极。NE555的RST脚能够控制振荡电路的起停。倍压电路的工作原理是：当NE555的3脚为GND电压（+21V）时，电源36V通过二极管D4给电容C24充电，如果时间常数合适，C24上的电压近似等于36V-21V=15V，方向为左负右正；当NE555的3脚为高时，电容C24左侧为36V，右侧为36V+15V=51V，因为二极管D4反偏截止，产生的51V电压就通过二极管D3给C23，C25充电，这样经过若干周期的反复充电，电容C25上的电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机驱动系统，它是由电源电路、微控制单元电路、逆变器驱动电路、硬件制动保护电路、振荡倍压电路、检测电路、AVR单片机组成，其特征在于：AVR单片机连接电源电路、微控制单元电路、逆变器驱动电路、硬件制动保护电路、振荡倍压电路、检测电路。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机驱动系统，它是由电源电路、微控制单元电路、逆变器驱动电路、硬件制动保护电路、振荡倍压电路、检测电路、AV...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏金鑫，俞红，叶良，邱苏苏，夏文君，范志坤，陶红，
申请(专利权)人：夏金鑫，
类型：新型
国别省市：安徽,34