一种单芯片集成式无刷直流电机驱动控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种单芯片集成式无刷直流电机驱动控制系统，其特征在于，所述无刷直流电机驱动控制系统包括主控制器（1）、芯片内电流采样电路（2）、闭环自适应负载启动单元（3）、调速单元（4）、预驱动器（5）和功率驱动器（6）；所述芯片内电流采样电路（2）用于实现对功率驱动器（6）进行电压采集并计算出相应的电流值；所述闭环自适应负载启动单元（3）产生虚拟加速曲线，无刷直流电机根据所述虚拟加速曲线启动并进入闭环控制状态。启动并进入闭环控制状态。启动并进入闭环控制状态。

【技术实现步骤摘要】
一种单芯片集成式无刷直流电机驱动控制系统


[0001]本技术涉及电机驱动控制
，尤其涉及一种单芯片集成式无刷直流电机驱动控制系统。

技术介绍

[0002]无刷直流电机因其具有静音、高效率、长寿命、免维护等优点而被广泛使用。与有刷直流电机相比，无刷直流电机需要采用复杂的电机控制器来进行换相控制。
[0003]无刷直流电机控制器通常采用方波控制、正弦波控制、空间矢量控制和磁场导向控制（FOC）等多种换相控制方法，让无刷直流电机正确运转。其中，方波控制最为简单，但电机振动和噪音较大；正弦波控制和空间矢量控制部分解决了电机振动和噪音的问题，但动态响应较差；FOC是先进的换相控制方法，性能最好，但需要采用复杂的数字信号处理和自动控制技术，实现最为复杂。无论采用哪种换相控制方法，通常采用霍尔传感器来检测电机转子的位置，以执行换相控制动作。但霍尔传感器存在可靠性差、装配困难等问题。通过检测电机转动时的反电动势，可以检测电机转子的位置区间，或者计算出电机转子的精确位置，从而避免使用霍尔传感器。无需霍尔传感器、采用磁场导向控制来执行换相控制的方法称为无感FOC。
[0004]应用无感FOC方法来控制无刷直流电机时，在电机静止或低速转动的状态下，由于此时电机的反电动势很小，通常难以可靠地检测到电机转子的准确位置，导致控制失败。为此，通常在电机启动过程中采用开环拉动的方法，用较大的电流将电机强行拖动到一个较高的转速，再转换到无感FOC的闭环控制。但开环拖动时，需要根据电机负载的特点精细调整施加的电流序列，容易在电机启动时产生抖动现象或因为电机负载的变化而导致启动失败。
[0005]电机控制器通常由控制器、预驱动器、功率器件、霍尔位置传感器以及电阻、电容等辅助元器件构成，其较高的成本限制了无刷直流电机的推广应用。为简化电机控制器的设计，部分厂商推出了集成化的专用电机控制芯片，在一颗芯片内集成控制器、预驱动器，部分芯片还集成了功率器件，但一般需要在片外使用一个或多个高精度的电流采样电阻，这会增加BOM成本和系统板布线难度，也会增加额外的功耗。由此可见本
中需要一种能够采用单芯片集成式的无刷直流电机驱动控制装置，从而实现对无刷直流电机更为高效、低成本的控制。

技术实现思路

[0006]本技术所要达到的技术目的是实现单芯片集成式的无刷直流电机驱动控制，从而实现对无刷直流电机更为高效、低成本的控制。
[0007]根据上述技术目的本技术提供一种单芯片集成式无刷直流电机驱动控制系统，所述无刷直流电机驱动控制系统包括主控制器1、芯片内电流采样电路2、闭环自适应负载启动单元3、调速单元4、预驱动器5和功率驱动器6；所述主控制器1用于实现闭环的无感
FOC控制；所述芯片内电流采样电路2用于完成对功率驱动器6进行电压采集，并根据所采集的电压并结合导通电阻校准电路的结果一并计算出相应的电流值；所述闭环自适应负载启动单元3包括初始速度检测模块31、初始位置检测模块32及虚拟闭环启动模块33；所述虚拟闭环启动模块33利用初始速度检测模块31和初始位置检测模块32的输出结果，产生虚拟加速曲线，无刷直流电机根据所述虚拟加速曲线启动并进入闭环控制状态。
[0008]在一个实施例中，所述主控制器1包括观测器11、速度环路控制器12、电流环路控制器13、坐标变换单元14及SVM调制器15；观测器11根据施加给预驱动器5的电压波形和采集的电流信号，通过反电动势模型计算出转子的位置信息并输出至坐标变换单元14。
[0009]在一个实施例中，所述芯片内电流采样电路2包括驱动管电路21、电压采样电路22、采样电压运算电路23及导通电阻校正电路24。
[0010]在一个实施例中，调速单元4包括调速方式检测模块41、输入指令检测模块42、指令运算模块43及寄存器模块44。
[0011]在一个实施例中，所述预驱动器5将主控制器1输出的数字PWM波形转换为功率元件6的开关信号。
[0012]在一个实施例中，功率元件6根据其输入端的开关状态，输出相应的电压驱动电机运转。
[0013]本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
[0014]附图用来提供对本技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例共同用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中：
[0015]图1 是根据本技术的单芯片集成式的无刷直流电机驱动控制系统的结构示意图；
[0016]图2是根据本技术的单芯片集成式的无刷直流电机驱动控制系统中主控制器的结构示意图；
[0017]图3是根据本技术的单芯片集成式的无刷直流电机驱动控制系统中芯片内电流采样电路的结构示意图；
[0018]图4是根据本技术的单芯片集成式的无刷直流电机驱动控制系统中闭环自适应负载启动单元的结构示意图；
[0019]图5是根据本技术的单芯片集成式的无刷直流电机驱动控制系统中调速单元的结构示意图。
具体实施方式
[0020]为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图1
‑
5对本技术作进一步地详细说明。
[0021]本技术的单芯片集成式无刷直流电机驱动控制系统包括主控制器1、芯片内电流采样电路2、闭环自适应负载启动单元3、调速单元4、预驱动器5和功率驱动器6。
[0022]所述主控制器1用于实现闭环的无感FOC控制。如图2所示，包括：观测器11、速度环路控制器12，电流环路控制器13，坐标变换单元14，SVM调制器15。其中，观测器11根据施加给预驱动器5的电压波形和采集的电流信号，通过反电动势模型计算出转子的位置信息，输出至坐标变换单元14。同时观测器11计算得到转子的速度，送给速度环路控制器12。速度环路控制器12和电流环路控制器13均集成了PID控制单元，通过反馈调节方式使得包括速度和电流在内的电机运行参数达到期望值。坐标变换单元14用于完成电机定子坐标系和转子坐标系参数之间的相互变换。SVM调试器15将坐标变换单元输出的电压指令调制成PWM波形信息，传递给后级的预驱动器5。
[0023]如图3所示，所述芯片内电流采样电路2用于完成对功率驱动器6进行电压采集，并根据所采集的电压并结合导通电阻校准电路的结果一并计算出相应的电流值。所述芯片内电流采样电路2包括驱动管电路21、电压采样电路22、采样电压运算电路23及导通电阻校正电路24。所述电压采样电路22中包含电流镜电路用于获取流经驱动管电路21的电流值，进而计算出驱动管电路21上的电压值。同时所述导通电阻校正电路24中包含标准电流源，所述采样电压运算电路23根据采样电阻21上的电压值及导通电阻校正电路24输出电压值计算出电机驱动电流相对于标准电流的比值，进而完本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单芯片集成式无刷直流电机驱动控制系统，其特征在于，所述无刷直流电机驱动控制系统包括主控制器（1）、芯片内电流采样电路（2）、闭环自适应负载启动单元（3）、调速单元（4）、预驱动器（5）和功率驱动器（6）；所述芯片内电流采样电路（2）用于实现对功率驱动器（6）进行电压采集，并根据所采集的电压并结合芯片内电流采样电路（2）内部的导通电阻校准电路计算出相应的电流值；所述闭环自适应负载启动单元（3）包括初始速度检测模块（31）、初始位置检测模块（32）及虚拟闭环启动模块（33）；所述虚拟闭环启动模块（33）利用初始速度检测模块（31）和初始位置检测模块（32）的输出结果，产生虚拟加速曲线，无刷直流电机根据所述虚拟加速曲线启动并进入闭环控制状态。2.根据权利要求1所述的无刷直流电机驱动控制系统，其特征在于，所述主控制器（1）包括观测器（11）、速度环路控制器（12）、电流环路控制器（13）、坐标变换单元（1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王可睿，齐伟，孔令新，
申请(专利权)人：北京芯格诺微电子有限公司，
类型：新型
国别省市：