基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统技术方案

本发明专利技术提出基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统结构。该结构包括：主控芯片，所述主控芯片为微控制器；两部分光耦隔离电路，所述光耦隔离电路使用光耦隔离芯片；驱动电路，所述驱动电路可以将脉冲宽度调制信号进行功率放大；逆变电路，所述逆变电路由功率管组成；无刷直流电机，所述无刷直流电机带有霍尔传感器。

【技术实现步骤摘要】
基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统
本专利技术涉及电机控制系统领域，尤其涉及无刷直流电机硬件系统。
技术介绍
无刷直流电机不仅集成了传统电机调速性能好的特色，而且还具有高可靠性、高效率等诸多优越性。无刷直流电机去除了机械电刷，因此解决了有刷电机的电火花问题和大量的能量耗散缺点，所以它的使用范围得到极大增加。最初无刷直流电机主要应用于航空航天等高尖端领域，但是随着制造技术和电力电子技术的发展，以及成本的降低，无刷直流电机在工业和民用领域得到广泛的应用。研究无刷直流电机的控制系统，具有很好的现实意义。无刷直流电机控制系统分为软件系统和硬件系统两部分，硬件系统是电机控制系统得以实现的基础。硬件系统运行稳定、安全是决定无刷直流电机控制系统性能的重要因素。无刷直流电机主要由3部分组成，分别是电机本体、转子位置检测电路以及换相电路。无刷直流电机采用电子换相技术，依靠转子位置依序换相，因此转子位置检测电路不可或缺，常采用霍尔传感器完成对转子位置信息的检测。换相电路是能够使电机动起来的核心组件，它根据转子位置完成对电机上各项电枢绕组的通电时序控制，以便使电机运转起来，换相电路多采用绝缘栅双极型晶体管、功率金属氧化物场效应晶体管、或电力晶体管组成。根据无刷直流电机的组成，目前的无刷直流电机硬件系统由主控芯片、驱动电路、逆变电路、无刷直流电机组成或主控芯片、驱动电路、逆变电路、单光耦隔离电路、无刷直流电机组成。但上述方案存在如下问题：1.主控芯片、驱动电路、逆变电路、无刷直流电机方案没有光耦隔离电路。主控芯片本身的工作电压低，而主控芯片以外的电路部分电压较高，当系统出现异常时，高压会反串到主控芯片，造成芯片烧毁。另外霍尔元件与主控芯片之间会由于电磁干扰产生共模噪声。2.主控芯片、驱动电路、逆变电路、单光耦隔离电路、无刷直流电机方案只有单个光耦隔离电路。当隔离电路置于主控芯片与驱动电路时，可以将高压、低压电路隔离开，防止高压反串，但是无法解决霍尔元件与主控芯片之间的由于电磁干扰产生的共模噪声。当隔离电路置于霍尔传感器与主控芯片之间时无法解决高压反串。
技术实现思路
本专利技术提供基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统，以提高电机运行的安全性与稳定性。本专利技术提出基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统结构。该结构包括：主控芯片，所述主控芯片为微控制器，能够捕捉霍尔信号且同产生脉冲宽度调制信号；两部分光耦隔离电路，所述光耦隔离电路使用光耦隔离芯片。其中一部分隔离电路两端连接主控芯片和驱动电路，输入、输出均为6路脉冲宽度调制信号，另外一部分隔离电路两端连接主控芯片和无刷直流电机上的霍尔传感器，输入、输出均为3路霍尔信号；驱动电路，所述驱动电路位于脉冲宽度调制信号隔离电路与逆变电路之间，驱动电路可以将脉冲宽度调制信号进行功率放大，满足逆变电路的输入电压要求；逆变电路，所述逆变电路位于驱动电路与无刷直流电机之间，由6个功率管组成，经过过驱动电路放大后的6路脉冲宽度调制信号分别控制6个功率管的通断，输出为3相电压；无刷直流电机，所述无刷直流电机位于主控芯片与逆变电路之间，带有霍尔传感器。本专利技术提出的系统结构使用双隔离电路，因此，一方面可以防止高压反串，用来保护系统的安全，另一方面可以有效防止主控芯片与霍尔信号之间的共模干扰，增加系统的稳定性。附图说明图1为本专利技术第一实施例中系统结构框图；图2为本专利技术第一实施例中一路脉冲宽度调制信号光耦隔离电路图；图3为本专利技术第一实施例中驱动电路原理图；图4为本专利技术第一实施例中逆变电路原理图；图5为本专利技术第一实施例中霍尔信号光耦隔离电路图。具体实施方式针对
技术介绍
提及的问题，本申请专利技术人分析得出：如果能够提出一种无刷直流电机硬件系统，使其能够避免高压反串和减弱共模干扰，则会得到一个安全稳定的系统。基于上述想法，本专利技术实施例提出如下基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统结构，该结构包括：主控芯片，所述主控芯片为微控制器；两部分光耦隔离电路，所述光耦隔离电路使用光耦隔离芯片；驱动电路，所述驱动电路可以将脉冲宽度调制信号进行功率放大；逆变电路，所述逆变电路由功率管组成；无刷直流电机，所述无刷直流电机带有霍尔传感器。下面结合说明书附图对上述基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统进行详细阐述。如图1所示，为基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统结构图。电机内部的霍尔传感器实时输出转子位置信号，位置信号经过光耦隔离芯片ISO7230隔离后送至主控芯片TMS320F28035，主控芯片根据位置信号输出相应的6路脉冲宽度调制，然后每路脉冲宽度调制信号均经过光耦隔离芯片6N137隔离后传到驱动芯片IR2130，驱动芯片将脉冲宽度调制信号功率放大后输出给由6个功率管IRF540N组成的功率逆变电路，逆变电路输出三相电压输送到电机。如图2所示，为一路脉冲宽度调制信号光耦隔离电路图，光耦隔离芯片6N137将电信号进行电à光à电的转化，把输入与输出隔离开来，防止系统的高压反串。脉冲宽度调制信号光耦隔离电路共使用6路隔离，每路隔离电路图一致。如图3所示，为驱动电路原理图，驱动芯片IR2130将经过光耦隔离后的脉冲宽度调制信号进行功率放大后输出，用于驱动与之相接的逆变电路。IR2130本身还集成故障保护，配合原理图中的外围电路，当发生过流、欠压是，故障指示灯会亮。如图4所示，为逆变电路原理图。逆变电路由6个IRF540N功率管组成。经过功率驱动电路进行功率放大后的脉冲宽度调制信号接到6个功率管上，控制功率管的通断，输出3相电压给无刷直流电机，驱动电机正常运转。如图5所示，为霍尔信号光耦隔离电路图。霍尔传感器输出的3路霍尔信号经过光耦隔离芯片ISO7230后送给主控芯片。霍尔信号光耦隔离电路主要是用于消去由于电磁干扰产生的霍尔元件与主控芯片之间的共模噪声。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统结构，其特征在于，包括：主控芯片，所述主控芯片为微控制器；两部分光耦隔离电路，所述光耦隔离电路使用光耦隔离芯片；驱动电路，所述驱动电路可以将脉冲宽度调制信号进行功率放大；逆变电路，所述逆变电路由功率管组成；无刷直流电机，所述无刷直流电机带有霍尔传感器。

【技术特征摘要】
1.一种基于隔离技术的无刷直流电机硬件系统结构，其特征在于，包括：主控芯片，所述主控芯片为微控制器；两部分光耦隔离电路，所述光耦隔离电路使用光耦隔离芯片；驱动电路，所述驱动电路可以将脉冲宽度调制信号进行功率放大；逆变电路，所述逆变电路由功率管组成；无刷直流电机，所述无刷直流电机带有霍尔传感器。2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述主控芯片为微控制器，能够捕获霍尔信号并且能产生脉冲宽度调制信号。3.如权利要求1所述的结构，其特征在于，所述光耦隔离电路有两部分，其中两部分隔离电路中，一部分隔离电路位于主控芯片和驱动电路之间，对脉冲宽...

【专利技术属性】
技术研发人员：花银东，陈佳星，程玉华，
申请(专利权)人：上海北京大学微电子研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31