无刷直流电机控制器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种无刷直流电机控制器，它解决了电机驱动模式单一等问题，其包括控制器，控制器与驱动器连接，驱动器通过双向准Z逆变器接入直流电机，双向准Z逆变器通过电流检测与过流检测电路连接至控制器，直流电机通过霍尔换相检测电路连接至控制器。本实用新型专利技术具有多种驱动模式，可适应复杂工况等优点。

【技术实现步骤摘要】
无刷直流电机控制器
本技术属于直流电机
，具体涉及一种无刷直流电机控制器。
技术介绍
农用燃油车辆存在功耗大、噪声大、污染严重等缺点，在国家大力提倡绿色能源的背景下，农用电动车辆代替燃油车辆已成为必然趋势。农用车辆工作环境恶劣，工况复杂多变。无刷直流电机以其结构简单、体积小、寿命长、功率密度大、控制方便，运行成本低等优点，可以用于小型农用电动车辆中。采用传统逆变器的无刷直流电机驱动系统的输出电压一般低于直流电源电压，作为电动车辆供电电源的燃料电池、超级电容或蓄电池组又非理想电源，在某些工况下(如泥泞的农田内行驶、爬坡、重载、加速等)，直流电源大电流放电导致输出电压突然降落，限制了电动车辆的动力性能，无法满足多种工况的需求。除此之外，电源供电时，输入电流强度过大，对电路和无刷电机易造成损伤。为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种用于无刷直流电机的保护电路及无刷直流电机[201320567066.X]，其包括：整流滤波装置、分压采样装置、比较装置、放大装置以及执行装置。根据本技术的用于无刷直流电机的保护电路，通过比较装置对采样电压和基准电压的比较判断无刷直流电机是处于正常供电状态还是处于欠压或者过压的状态，对于正常供电状态，放大装置将会导通使执行装置接通对无刷直流电机的供电，而对于欠压和过压状态，放大装置都不会导通，从而使执行装置无法接通对无刷直流电机的供电，进而对无刷直流电机形成欠压或者过压保护，有效降低了无刷直流电机受到损害的风险。上述方案在一定程度上解决了电机和电路保护的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如，驱动模式单一，无法满足多种工况的需求等问题。
技术实现思路
本技术的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，具有多种驱动模式的无刷直流电机控制器。为达到上述目的，本技术采用了下列技术方案：本无刷直流电机控制器，包括控制器，控制器与驱动器连接，驱动器通过双向准Z逆变器接入直流电机，双向准Z逆变器通过电流检测与过流检测电路连接至控制器，直流电机通过霍尔换相检测电路连接至控制器，双向准Z逆变器包括直流电源UDC、准Z源网络和逆变桥，准Z源网络包括串连在直流电源UDC上的第一电容C、全控器件Q7和第一电感L1，全控器件Q7与第二电感L2和第二电容C0组成的串连电路并连，逆变桥包括六个MOS管Q1～Q6，MOS管Q1与MOS管Q4串连为第一逆变桥，MOS管Q3与MOS管Q6串连为第二逆变桥，MOS管Q5与MOS管Q2串连为第三逆变桥，第一逆变桥、第二逆变桥和第三逆变桥并连在第一电容C和第二电感L2上，直流电机的三相分别接在MOS管Q1与MOS管Q4中间、MOS管Q3与MOS管Q6中间以及MOS管Q5与MOS管Q2中间。通过双向准Z逆变器控制电机，使得无刷直流电机具有多种驱动模式，能够根据实际工况平滑切换驱动模式，更好地满足农用电动车复杂多变的工况需求。在上述的无刷直流电机控制器中，控制器包括STM32F103C8T6控制芯片，STM32F103C8T6控制芯片具有输出引脚PA8、PA9、PA10、PB13、PB14、PB15，STM32F103C8T6控制芯片具有相位引脚PA0～PA2，STM32F103C8T6控制芯片具有控制引脚PB0。STM32F103C8T6控制芯片主要完成PWM信号的生成、转子位置的检测、电流检测及保护、电压检测以及驱动模式的选择。在上述的无刷直流电机控制器中，驱动器包括IR2130S驱动芯片，IR2130S驱动芯片具有输进引脚H2N1～H1N3、L1N1～L1N3。IR2130S驱动芯片与STM32F103C8T6控制芯片互相配合，输出控制双向准Z逆变器的逆变桥的PWM信号。在上述的无刷直流电机控制器中，输进引脚H2N1与输出引脚PA8连接，输进引脚H2N2与输出引脚PB15连接，输进引脚H2N3与输出引脚PA9连接，输进引脚L1N1与输出引脚PB13连接，输进引脚L1N2与输出引脚PA10连接，输进引脚L1N3与输出引脚PA14连接。在上述的无刷直流电机控制器中，IR2130S驱动芯片具有高侧输出引脚HO1～HO3和低侧输出引脚LO1～L03，高侧输出引脚HO1与MOS管Q1连接，高侧输出引脚HO2与MOS管Q3连接，高侧输出引脚HO3与MOS管Q5连接，低侧输出引脚LO1与MOS管Q4连接，低侧输出引脚LO2与MOS管Q6连接，低侧输出引脚LO3与MOS管Q2连接。逆变桥的MOS管与IR2130S驱动芯片的高侧输出引脚和低侧输出引脚连接，控制逆变桥的通断，从而调节输出电压。在上述的无刷直流电机控制器中，IR2130S驱动芯片具有故障输出引脚FAULT，故障输出引脚FAULT与指示二极管LD1和电阻R串连，故障输出引脚FAULT与STM32F103C8T6控制芯片的控制引脚PB0连接。故障输出引脚FAULT输出一个低电平驱动过流指示二极管LD1，指示二极管LD1发光表示电机过流并已采取保护措施。在上述的无刷直流电机控制器中，IR2130S驱动芯片的高侧电源引脚VB1～VB3分别通过二极管D1～D3与输进电源连接。二极管D1～D3保证电流单向流入IR2130S驱动芯片，防止电流过大烧坏IR2130S驱动芯片。在上述的无刷直流电机控制器中，IR2130S驱动芯片具有电路比较输进引脚ITRIP，电路比较输进引脚ITRIP与电流检测与过流检测电路连接。逆变桥发生过流时，输出的高电平由电路比较输进引脚ITRIP输入至IR2130S驱动芯片中，使得IR2130S驱动芯片启动过流保护功能，切断PWM信号输出。在上述的无刷直流电机控制器中，电流检测与过流检测电路包括与直流电源UDC输出端连接后接地的采样电阻R2，采样电阻R2并连有分压电路，分压电路包括串连的第一分压电阻R3和第二分压电阻R4，第一分压电阻R3和第二分压电阻R4之间与IR2130S驱动芯片的电路比较输进引脚ITRIP连接，采样电阻R2并连有滤波电阻R1和滤波电容C1组成的RC滤波电路。在上述的无刷直流电机控制器中，霍尔换相检测电路包括设置在霍尔传感器上的接口CON1,接口CON1连接上拉电阻R5～R7和上拉电容C8～C10组成的RC滤波电路后接地，接口CON1连接的相位电阻R8～R10依次与STM32F103C8T6控制芯片的相位引脚PA0～PA2一一对应连通。与现有的技术相比，本技术的优点在于：具有多种驱动模式，可满足农用电动车复杂工况的使用需求；双向准Z逆变器使得电感电流连续，能够解决直流母线电压畸变的问题；电动车制动时的制动能量能够回馈再利用，提高了能量利用率。附图说明图1是本技术的结构原理框图；图2是本技术的双向准Z逆变器的电路原理图；图3是本技术的STM32F103C8T6控制芯片的示意图；图4是本技术的IR2130S驱动芯片的示意图；图5是本技术的电流检测与过流检测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无刷直流电机控制器，包括控制器(1)，其特征在于，所述的控制器(1)与驱动器(2)连接，所述的驱动器(2)通过双向准Z逆变器(3)接入直流电机(4)，所述的双向准Z逆变器(3)通过电流检测与过流检测电路(5)连接至控制器(1)，所述的直流电机(4)通过霍尔换相检测电路(6)连接至控制器(1)，所述的双向准Z逆变器(3)包括直流电源UDC、准Z源网络和逆变桥，所述的准Z源网络包括串连在直流电源UDC上的第一电容C、全控器件Q7和第一电感L1，所述的全控器件Q7与第二电感L2和第二电容C0组成的串连电路并连，所述的逆变桥包括六个MOS管Q1～Q6，所述的MOS管Q1与MOS管Q4串连为第一逆变桥，所述的MOS管Q3与MOS管Q6串连为第二逆变桥，所述的MOS管Q5与MOS管Q2串连为第三逆变桥，所述的第一逆变桥、第二逆变桥和第三逆变桥并连在第一电容C和第二电感L2上，所述的直流电机(4)的三相分别接在MOS管Q1与MOS管Q4中间、MOS管Q3与MOS管Q6中间以及MOS管Q5与MOS管Q2中间。/n

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机控制器，包括控制器(1)，其特征在于，所述的控制器(1)与驱动器(2)连接，所述的驱动器(2)通过双向准Z逆变器(3)接入直流电机(4)，所述的双向准Z逆变器(3)通过电流检测与过流检测电路(5)连接至控制器(1)，所述的直流电机(4)通过霍尔换相检测电路(6)连接至控制器(1)，所述的双向准Z逆变器(3)包括直流电源UDC、准Z源网络和逆变桥，所述的准Z源网络包括串连在直流电源UDC上的第一电容C、全控器件Q7和第一电感L1，所述的全控器件Q7与第二电感L2和第二电容C0组成的串连电路并连，所述的逆变桥包括六个MOS管Q1～Q6，所述的MOS管Q1与MOS管Q4串连为第一逆变桥，所述的MOS管Q3与MOS管Q6串连为第二逆变桥，所述的MOS管Q5与MOS管Q2串连为第三逆变桥，所述的第一逆变桥、第二逆变桥和第三逆变桥并连在第一电容C和第二电感L2上，所述的直流电机(4)的三相分别接在MOS管Q1与MOS管Q4中间、MOS管Q3与MOS管Q6中间以及MOS管Q5与MOS管Q2中间。


2.根据权利要求1所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述的控制器(1)包括STM32F103C8T6控制芯片(11)，所述的STM32F103C8T6控制芯片(11)具有输出引脚PA8、PA9、PA10、PB13、PB14、PB15，所述的STM32F103C8T6控制芯片(11)具有相位引脚PA0～PA2，STM32F103C8T6控制芯片(11)具有控制引脚PB0。


3.根据权利要求2所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述的驱动器(2)包括IR2130S驱动芯片(21)，所述的IR2130S驱动芯片(21)具有输进引脚H2N1～H1N3、L1N1～L1N3。


4.根据权利要求3所述的无刷直流电机控制器，其特征在于，所述的输进引脚H2N1与输出引脚PA8连接，所述的输进引脚H2N2与输出引脚PB15连接，所述的输进引脚H2N3与输出引脚PA9连接，所述的输进引脚L1N1与输出引脚PB13连接，所述的输进引脚L1N2与输出引脚PA10连接，所述的输进引脚L1N3与输出引脚PA14连接。


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【专利技术属性】
技术研发人员：孙莉莉，彭浩，冯文静，雷永锋，
申请(专利权)人：成都理工大学工程技术学院，
类型：新型
国别省市：四川;51