双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统及方法，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。该系统及方法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 and Method for Four Quadrant Operation of Double BLDC Motor

The invention provides a PWM control system and method for four-quadrant operation of double BLDC motors, including power supply module, single chip control module, drive module, current detection circuit module, photocoupler isolation amplifier circuit module, Hall switching module, three-phase output switching circuit module and two BLDC motors. A driving circuit composed of all the modules controls the two BLDC motors. The machine runs in four quadrants. The system and method use single drive circuit to drive double BLDC control system, which can reduce the cost of drive circuit, simplify circuit and control program, reduce the occupation of MCU resources and improve reliability.

【技术实现步骤摘要】
双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统及方法
本专利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控制系统及方法。
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，本专利技术提出一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统及方法。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。一种双BLDC电机四象限运行的PWM控制方法，该方法由前面所述的BLDC电机四象限运行的PWM控制系统实现。本专利技术的系统及方法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为本专利技术的双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统结构框图；图2为本专利技术的双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为本专利技术的双BLDC电机四象限运行的PWM控制系统的电流检测电路；图4为本专利技术的双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为本专利技术的双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，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。本专利技术提出一种双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。本专利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...

【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：发明
国别省市：北京,11