永磁无刷直流电机驱动器制造技术

永磁无刷直流电机驱动器，属于变频电机驱动领域。包括开关电源电路、电平转换电路、功率模块、ＰＭＳＭ电动机、母线电压检测电路、ＰＷＭ转换电路、光电编码器、中央处理单元和上位机，开关电源电路一端与功率模块相连，一端通过电平转换与中央处理单元相连，中央处理单元通过ＰＷＭ转换电路与功率模块相连，ＤＣ３１０Ｖ输入与功率模块相连，功率模块三相输出与ＰＭＳＭ电动机相连，ＰＭＳＭ电动机与光电编码器相连，光电编码器与中央处理单元相连，功率模块三相输出同时与中央处理单元相连，ＤＣ３１０Ｖ输入与母线电压检测电路相连，母线电压检测电路与中央处理单元相连。利用中央处理单元的优良特性，采用光电编码器实现电机转子位置的精确闭环检测，提高了电机驱动的可靠性和稳定性，达到更低的成本实现电动机的驱动控制。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

永磁无刷直流电机驱动器，属于变频电机驱动领域。
技术介绍
在电动机应用中，交流电动机一直被广泛的应用于各行业领域内，但随着工业制 造技术要求的提高，及在环境问题和能量损耗受到日益重视的今天，交流电动机因其性能 在调速的无极化和精细化上达不到客观要求，加之效率偏低，能量浪费严重，近年来在越来 越多的地方被直流电机所取代。在空调领域中，由于用户对舒适度和节能性要求的提高，空 调制造商不得不致力于电机效率的调高和无极调速的方向，以使空调工作于恰好满足用户 要求的程度。基于此点，直流无刷电机在空调的风机和压缩机中使用的比重日益加重。从电机位置检测角度来说，在现有的直流无刷电机驱动技术中，以120度直流无 刷电机(BLDC)的应用较为广泛，在BLDC驱动中，电机的转速和位置检测有两种方式，霍尔 传感器和反电动势过零检测，霍尔传感器通常需要内置在电机的定子和转子之间，采用这 种方式增加了电机制造工艺的复杂性，一旦传感器损坏，电机也随之不能使用。反电势过零 检测不需要传感器，这使得它在最近几年广受欢迎，但反电势过零检测仍然有不可忽视的 缺点随着转速在大范围内的急速变化，会给检测电路中的滤波电路带来一定的相移，另外 功率模块中的续流二极管，也会带来一定的相移变化，导致过零检测出现偏差。而且这种 检测方式要求被检测相不能导通，不适用于180度直流电机(PMSM)的转速位置检测。在 180度直流电机(PMSM)驱动中，通常采用位置估算的方法进行位置检测，但此种方法依赖 于精确的数学模型，是一种开环的方法，一旦电机内部出现意外的扰动变化，就会导致电机 失步。从中央处理单元的角度来讲，现有的180度直流正弦波驱动通常采用DSP芯片来 驱动，因为传统的51单片机片上资源不够丰富，使得传统的单片机不能够胜任正弦波直流 电机驱动的信号和数学模型处理，而DSP芯片的资源对PMSM来说并不能得到最大的利用，存在一定程度的浪费。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题是克服现有技术及其实际应用中的不足，提供一 种低功耗，高普适性和低成本的替代性永磁直流无刷电机驱动器。本技术解决其技术问题所采用的技术方案是该永磁无刷直流电机驱动器， 其特征在于包括开关电源电路、电平转换电路、功率模块、PMSM电动机、母线电压检测电 路、PWM转换电路、光电编码器、中央处理单元和上位机，开关电源电路一端与功率模块相 连，一端通过电平转换与中央处理单元相连，中央处理单元通过PWM转换电路与功率模块 相连，DC310V输入与功率模块相连，功率模块三相输出与PMSM电动机相连，PMSM电动机与 光电编码器相连，光电编码器与中央处理单元相连，功率模块三相输出同时与中央处理单 元相连，DC310V输入与母线电压检测电路相连，母线电压检测电路与中央处理单元相连。4所述中央处理单元采用16位超低功耗混合信号处理器MSP430，中央处理单元集 成了许多的数字，模拟电路。与16位微处理器集在一起而形成高性能的处理机，具有强大 的处理能力和运行速度，功耗超低，应用方便等优点。所述开关电源电路与电平转换电路连接通过电平转换电路的转换作用为中央处 理单元提供工作电源，开关电源电路与功率模块连接，为其直接提供工作电压；所述PWM转换电路分别与中央处理单元的PWM信号输出端、功率模块连接，中央处 理单元输出的PWM信号端经PWM转换电路实现PWM信号的变换，变换后的PWM信号进入功 率模块，实现电机的停转，PWM转换电路采用PWM变换芯片GAL16VB。所述功率模块连接PMSM电动机，功率模块采用PS21869智能功率模块，内部有 IGBT驱动电路、故障保护电路以及电流检测电路。PWM变换后的PWM信号进入功率模块，功 率模块内部的IGBT逆变桥根据PWM信号通断，对DC310V的直流电进行逆变，从而输出电流 接近正弦波的三相交流电，为PMSM的定子提供电源；故障保护电路用于检测系统故障，如 果检测到相应的故障，信号通过功率模块的报警输出端口输出保护报警信号到中央处理单 元，中央处理单元接到报警信号后控制PWM信号驱动功率模块停机，并将故障内容发送给 上位机；电流检测电路用于检测电动机不同的速度偏差对应的电流值，提供给中央处理单兀。所述光电编码器，连接于PMSM电动机与中央处理单元之间，光电编码器与电机的 电机轴组合安装，用于对电动机的转速及其转角位置进行编码，编码后输入到中央处理单 元，中央处理单元解码获得电动机的转速及其转角位置信息，信息发送给上位机，同时将此 转速作为PWM调速运算的参考值。该永磁无刷直流电机驱动器控制方法是1. 1系统初始化运行；包括中央处理单元及电路中其它芯片的上电初始化；1. 2系统对功率模块的直流母线电压进行采集，多次采集取平均值后，送入逻辑运 算单元进行比较；1. 3系统对采集电压进行过压判断，如果电压过高，则系统控制发出中断信号使电 机停转；如果电压正常，系统采集光电编码信号；1.4光电编码信号经过系统内部的处理和计算，得到转子的位置和实际转速；1.5系统计算得到的实际转速与上位机命令给出的目标值取偏差，获取目标电压 值；1.6目标电压值经过坐标系转换得到动态矢量空间的电压值，经过PWM转换电路 计算得到PWM输出信号，如果功率模块没有报警，则PWM信号输出，回到系统电压采集，重复 进行，如果功率模块报警，则系统发出故障中断信号，电机停转。与现有技术相比，本技术的永磁无刷直流电机控制方法及驱动器所具有的优 点是利用中央处理单元的优良特性，采用光电编码器实现电机转子位置的精确闭环检测， 改进了现有技术中电机位置检测和中央处理单元处理的问题。同时由于中央处理单元的低 功耗特性，使它能够在资源闲置的时候工作处于低功耗状态，进一步提高了电机驱动的可 靠性和稳定性，达到更低的成本实现电动机的驱动控制，提高了产品在工业应用上的普适 性和稳定性。附图说明图1本技术驱动电路结构框图；图2本技术开关电源电路电路原理图；图3本技术电平转换电路电路原理图；图4本技术功率模块电路原理图；图5本技术母线电压检测电路原理图；图6本技术PWM变换芯片管脚定义电路原理图；图7本技术中央处理单元与上位机串口通讯电路原理图。图1-7是本技术永磁无刷直流电机控制方法及驱动器的最佳实施例。其中开关电源电路电平转换电路功率模块 PMSM电动机母线电压检 测 PWM转换电路光电编码器上位机 R1-R28电阻 C1-C19电容 Dl-D 二极管 ZD1-ZD5稳压二极管El-El电解电容Q1、Q2、Q4光电耦合器Q3、Q5三极管ICl电流跟 随器 VIPER22A IC2 三端稳压器 L7812CV IC3、IC4 三端稳压器 MC7805CT IC53. 3V-5V 电 平转换芯片SN74LVC4245 IC6功率模块(IPM)PS21869 IC76路反相器74HC04 IC8PWM变 换芯片GAL16V8 IC9中央处理单元(MCU)MSP430 IC10RS-485总线通信芯片SN65HVD12。具体实施方式以下结合附图1-7本技术的永磁无刷直流电机驱动器控制方法做进一步说 明如附图1示，该永磁无刷直流电机驱动器包括开关电源本文档来自技高网...

【技术保护点】
永磁无刷直流电机驱动器，其特征在于：包括开关电源电路、电平转换电路、功率模块、ＰＭＳＭ电动机、母线电压检测电路、ＰＷＭ转换电路、光电编码器、中央处理单元和上位机，开关电源电路一端与功率模块相连，一端通过电平转换与中央处理单元相连，中央处理单元通过ＰＷＭ转换电路与功率模块相连，ＤＣ３１０Ｖ输入与功率模块相连，功率模块三相输出与ＰＭＳＭ电动机相连，ＰＭＳＭ电动机与光电编码器相连，光电编码器与中央处理单元相连，功率模块三相输出同时与中央处理单元相连，ＤＣ３１０Ｖ输入与母线电压检测电路相连，母线电压检测电路与中央处理单元相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓兰，徐强，尹德样，孙慧琳，
申请(专利权)人：山东欧锴空调科技有限公司，
类型：实用新型
国别省市：37[中国|山东]