一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器制造技术

本实用新型专利技术公开了一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器，硬件包括接插件，PCB电路板，PWM驱动模块(A和B两套)，继电器驱动模块(A和B两套)，功率场效应管(A和B两套)，电流检测模块(A和B两套)，微处理器(MCU)，电源模块。MCU运行相应的控制软件。接插件用来连接电机的霍尔信号、电源信号和相线等；PCB电路板承载所有的电子器件；MCU采集霍尔信号，产生控制PWM信号；PWM驱动模块将MCU产生的低电压PWM信号转换为可以直接驱动功率场效应管的高电压信号；电流检测模块用来检测实时电流，如果电流超过允许的范围则输出刹车信号，保护系统不被烧毁；电源模块用来为各个部分的电路提供稳定的电源。其中，PWM驱动模块，继电器驱动模块，功率场效应管，电流检测模块都是双套系统，配合驱动具有双套绕组的无刷直流电机硬件。本实用新型专利技术具有双系统互相备份、双系统协同工作、负载均衡、可靠性强等特点。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及电子领域，更具体地说，本技术涉及应用于一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器。
技术介绍
无刷直流电机(BLDC，Brushless DC Motor)比传统带电刷的直流电机有很多优点，所以近些年来应用越来越广泛，但是，对于这种永磁直流电机来说，功率做大非常不容易，一方面是因为电机的原理、结构特性决定，另一方面，功率大对控制器的要求也会提高，尤其是对功率管的电流要求很高。同时，功率变大后，控制器也面临着发热、过载等严峻的考验。为了解决上面的问题，一种多绕组电机被设计出来，可以把整体功率分散到多个绕组上去，降低每个绕组的功率，同时也降低对每个绕组的驱动电路的功率要求，在不增加单个控制器的功率的情况下，成倍增加电机的驱动能力。这种新型无刷直流电机有很多优点，主要包括：1)负载均衡，降低控制器的设计难度和生产成本；2)绕组互相备份，提高系统的可靠性，预防单点故障。本技术就是针对此类多绕组电机设计的控制器，具体实现是按照双绕组进行，但是并不限于双绕组，可以按照同样的原理扩展到更多绕组。
技术实现思路
本技术的主要目的是实现一种可以驱动双绕组的无刷直流电机的控制器，具有两套驱动电路，分别驱动双绕组电机的两套线圈，两套驱动电路同步驱动，各负担一半驱动功率。任何一套驱动电路都包括信号生成模块、电平转换模块、功率驱动模块、电机转子位置检测电路和限流保护模块。两套驱动电路的驱动信号都是PWM脉宽调制信号，并且是同步的，同步的概念为：所有的PWM信号的周期都相同，且PWM的计数起始时间相同，同时启动、同时关闭。驱动电路的PWM信号都是SPWM，即三相正弦脉宽调制信号。微处理器可以同时产生2套SPWM信号。电机的转子位置检测电路，可以通过线性霍尔器件，也可以通过光电编码器。两套功率驱动模块都具有各自的过流保护电路，当电流超过最大值时，通过硬件强制停止驱动电路的输出，达到保护电路和电机的目的。每套功率驱动模块都具有一个继电器，继电器 通电时，电机的驱动线圈组成星形连接；继电器断电时，电机的三相驱动线圈断开连接，各自独立。MCU可以控制输出信号，来选择任何一个驱动电路单独工作驱动电机转动，也可以选择两套驱动电路协同工作驱动电机转动。控制器的两个通道分别驱动电机的一套绕组，实现双绕组同步驱动，每个控制器各负担一半功率；同时，两个通道同时工作，互相备份，如果有其中一个控制器烧毁，另一个控制可以继续工作保持电机旋转，防止电机的意外停机，最大可能防止因为电机停转产生的故障。为了实现以上目的，本技术提供一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器，硬件包括接插件，PCB电路板，PWM驱动模块，继电器驱动模块，电源模块，功率场效应管，微处理器(MCU)。MCU运行相应的控制软件。所述的接插件包括：电源输入插座、电机霍尔器件插头(u，v，w，2套)、电机相线插头(U，V，W，2套)，速度调节电位器插座。所述的PCB电路板承载了所有的电子器件、接插件和部件。所述的PWM驱动模块是一种电平转换电路，将MCU输出的TTL电平PWM信号转换为可以驱动功率场效应管的信号，该电路可以使用分立器件实现，也可以采用专用IC实现。所述的继电器驱动模块驱动两个继电器，每个继电器通电时，相应的电机的驱动线圈组成星形连接；继电器断电时，电机的三相驱动线圈断开连接，各自独立，这种设计可以保证在两套控制器其中一个出现故障短路时，不会变成负载。所述的电源模块是用来将电池输入的高电压转换为低压直流电，为MCU和其它低压器件供电，输入的电压一般为24V，36V，48V或者72V，输出电压一般为3.3V，5V，12V。所述的功率场效应管一般为N沟道MOSFET。所述的微处理器一般为单片机或者ARM等嵌入式处理器，这些处理器一般都拥有专用的PWM生成模块，或者专用的过流保护硬件。本技术的优点在于：1)两套驱动电路，分别驱动双绕组电机的两套线圈，两套驱动电路同步驱动，各负担一半驱动功率；2)两套控制器任何一个出故障，都可以靠另一套控制器保持工作，提高整个系统的可靠性；3)每套电路都具有一个继电器，继电器通电时，电机的驱动线圈组成星形连接；继电器断电时，电机的三相驱动线圈断开连接。附图说明图1是现有技术的一种简单设计。图2是本技术的设计。图3是本技术的PWM驱动模块的设计。图4是本技术的继电器驱动模块的一种实现。图5是本技术的电源模块的一种实现。图6是本技术电流检测电路的一种实现。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本技术做详细描述。如图2所示，本技术驱动的电机为双绕组电机，即在同一个电机的定子铁芯上同时绕上两套互相独立的绕组，即绕组11(MA)和绕组10(MB)。两套绕组分别由继电器JA和继电器JB导通组成星形连接，继电器未上电时，MA和MB的三相线圈是断开的，即没有组成星形连接；继电器吸合时，MA和MB分别组成星形连接。作为转子位置传感器的霍尔器件H1-H6输出相应的数字或者模拟信号，为计算转子位置提供依据。其中H1-H3为绕组MA提供信号，H4-H6为绕组MB提供信号，保证最大程度的冗余和备份，避免单点故障对整体系统的影响。霍尔器件H1-H3输出的信号分别为：uA，vA，wA，三路信号输入到霍尔接口A即模块1，霍尔器件H4-H6输出的信号分别为：uB，vB，wB，三路信号输入到霍尔接口B即模块6，1和6对霍尔信号进行修整后输入微处理器MCU即模块5进行计算，获得转子的位置信息。继电器驱动模块JA即模块2和JB即模块9，为继电器的线圈提供驱动电压和电流，在电机工作时，将11和10组成星形连接，保证电机正常工作。在电路出现异常时，比如功率管烧毁或者电机损毁情况下，继电器断开，保证出故障的绕组不会影响整体系统的运转。系统的微处理器MCU即模块5根据H1-H6输入的霍尔器件信号计算无刷电机的转子位置， 然后再根据转子位置计算驱动信号的值，根据驱动信号的值计算U、V、W三路PWM信号的大小并输出给PWM驱动模块即模块3和模块7。3和7再输出信号给各自的电机驱动输出模块，即模块4和6，4输出驱动信号UA，VA，WA给11，驱动第一套绕组；6输出驱动信号UB，VB，WB给10，驱动第二套绕组，信号互相同步，保证两套绕组协同工作。电流检测模块12检测第一套绕组MA的电流，如果电流超过预设的最大值，则进入保护状态，停止PWM信号，同时停止继电器JA，释放MA的三个线圈。电流检测模块13检测第二套绕组MB的电流，如果电流超过预设的最大值，则进入保护状态，停止PWM信号，同时停止继电器JB，释放MB的三个线圈。PWM驱动电路的一种实现如图3所示。PWMIN和PWMIN_N分别为PWM信号正端和负端输入信号，其中U103是PWM电平转换电路，将输入的低电压TTL信号转换为可以驱动功率场效应管的高电平电路。其中，Q105和Q106是N沟道功率场效应管，R1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器，硬件部分包括PCB电路板，接插件，电源模块，微处理器MCU，两套驱动电路；其中，PCB电路板是所有其它部分的承载部件，即：接插件、驱动模块、电源模块和功率场效应管和微处理器都是焊接在PCB电路板上的；接插件用来连接电池、电机到电路板；MCU产生驱动信号，并输出到两套驱动电路；两套驱动电路通过接插件连接电机；电源模块为电路各个部分提供稳定的电源。

【技术特征摘要】
1.一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器，硬件部分包括PCB电路板，接插件，电源模块，微处理器MCU，两套驱动电路；其中，PCB电路板是所有其它部分的承载部件，即：接插件、驱动模块、电源模块和功率场效应管和微处理器都是焊接在PCB电路板上的；接插件用来连接电池、电机到电路板；MCU产生驱动信号，并输出到两套驱动电路；两套驱动电路通过接插件连接电机；电源模块为电路各个部分提供稳定的电源。
2.根据权利要求1所述的一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器，其特征在于具有两套驱动电路，分别驱动双绕组电机的两套线圈，两套驱动电路同步驱动，各负担一半驱动功率。
3.根据权利要求1所述的一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器，其特征在于任何一套驱动电路都包括信号生成模块、电平转换模块、功率驱动模块、电机转子位置检测电路和限流保护模块。
4.根据权利要求1所述的一种驱动双绕组无刷直流电机的控制器，其特征在于两套驱动电路的驱动信号都是PWM脉宽调制信号，并且是同步的，同步的概念为：所有的PWM信号的周期都相同，且PWM的计数起始时间相同，同时启动、同时关闭。
5.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宇宁，于婷，
申请(专利权)人：宋宇宁，于婷，
类型：新型
国别省市：北京;11