微功耗电动自行车控制器采用变幅控制的方法，实现了对有刷和无刷直流电机的调速，该微功耗电动自行车控制器最大特点是，只要把输入功率中极小部份进行传统功率变换，就可以得到全部输出功率，即输入功率中绝大部份既不必进行实际的功率变换，也不必通过磁芯变压器或电感传递，直接到达输出端，成为输出功率，变换效率可视为100％；同时主功率器件不采用PWM脉宽调制，不产生EMI干扰，电路简单，因此功耗极小而寿命极长，安全可靠，节能环保，成本、体积、重量、功耗都是传统电动自行车控制器的十分之一。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微功耗永磁无刷直流电机控制器。
技术介绍
图1电路是永磁无刷直流电机控制器，其核心也是PWM脉宽调制，采用控制芯片 MC33035。主处理芯片根据无刷电机电机霍耳信号对上三路和下三路的MOS管驱动电路给出有选择性的打开与关闭，完成电机换向。同时，根据转把霍称的输入电压大小将相应脉冲宽度的载波信号与下三路MOS管导通信号混合，以达到控制电机速度的目的。无刷电机的控制有2个霍尔器件，电机霍尔控制直流电压的换向，转把霍尔控制电机速度。输出脉冲的幅值就是蓄电池单边下降的端电压，正常工作时，MOS管IRF3205在一个换向周期内，输出一串脉冲波，此脉冲波的个数，由工作频决定。蓄电池端电压越低，或速度要求越高时，输出脉冲越宽，占空比越大，这是因为直流电机的转速是由输入直流电压值决定的，电压越高，速度越大，当蓄电池端电压下降到一定值时，或速度提高到一定值时，脉冲宽度，或占空比为100%，即输出的是直流电压，不再是一串脉冲波。传统永磁无刷直流电机一般采用Buck电路拓朴，无论是有刷还是无刷直流电机， 调速的方法都是调节输入直流电压的幅值，在上述两种控制器中，速度的控制，即直流电压幅值的调节，是靠改变调宽脉冲方波的占空比完成的，其工作方法是，首先把输入的一种直流电压全部变成高频率方波，然后用大电容滤波，变成另一种直流电压，这种方法有以下毛病1)采用脉宽调制的方法，高频率、大功率方波的产生过程，也就是强烈EMI干扰产生的过程，直流变换器相当于一个高频功率发射台，可以想见，所产生的干扰何其严重。2)功率变换过程中，输入功率的全部必须进行实际的功率变换，所有变换的功率必须通过磁芯变压器或电感传递才能到达输出端，损耗大，效率低。
技术实现思路
微功耗永磁无刷直流电机控制器首先根据霍尔速度控制转把的位置产生一个稳定的、幅值可变的直流电压，然后将此直流电压直接引入电机。对于有刷直流电机，用一个直流开关即可，对于无刷直流电机，采用三相桥式开关，这里的开关，仅仅只是开关，无任何意义的高频损耗。因为在一个换向周期内，开关管IRF3205输出的永远是直流电压，而非一串脉冲波。这一产生一个稳定的、幅值可变的直流电压的电路就是直流变幅器。图2是直流变幅器原理框图，当输入电压在额定范围(由霍尔速度控制转把的位置决定)之内时，不必进行任何功率变换，输入电压直接到达输出端，成为输出电压。当输入电压大于额定电压时，经过电压切割电路，把大于额定电压的那部份电压切下来，进行传统功率变换，变换成额定输出的直流电压，连同切割剩下来的那部份直流电压并行输出。当输入电压小于额定电压时，经过电压补偿电路，把输入电压中小于额定电压的那部份直流电压补偿起来，即由补偿电路产生一个补偿电压，此电压恰好是额定电压和输入电压之差，叠加在输入电压之上，即输出电压是输入电压和补偿电压之和。上述变幅器输出的直流电压Vo的幅值是根据霍尔速度控制转把的位置决定的， Vo的幅值决定了电机的转速。与采用改变输入电压频率的方法调节交流电机速度的变频器相类似，此处采用改变输入电压幅值的方法调节电机速度，故称变幅器。微功耗永磁无刷直流电机控制器由直流变幅器组成，直流变幅器由场效应管 Q1-Q4及周边元件组成，场效应管Q2、Q3的漏极，和二极管D1、D2的阳极，和电感Ll的异名端都接在一起，二极管Dl的阴极通过场效应管Ql的漏源极接电感Ll的同名端，同时通过电容C2接地，二极管D2的阴极通过电容Cl接电感Ll的同名端，同时通过场效应管Q4的漏源极和电容C3接地，场效应管Q2的源极通过电阻Rl接地，场效应管Q3的源极接地；驱动信号V1-V4分别是场效应管Q1-Q4的栅极驱动信号，输入电压V5接在电感Ll的同名端和地之间。附图说明图1传统永磁无刷直流电机控制器；图2微功耗变幅器框图3直流降压电路；图4直流降压电路各点电压仿真波形；图5直流升压电路；图6直流升压电路各点电压仿真波形；图7变幅器原理电路；图8变幅器实际电路；图9微功耗永磁无刷直流电机控制器；图10蓄电池放电特性曲线；图3电压切割电路，V3是N型M0S管Q2的栅极驱动信号，频率IOOKHz，Ql是P型MOS管，其栅极驱动信号Vl与V3相同，极性相反，V2 = 13. 5V是输入电压，要求输出电压Vo =15V。当V3为高电平时，Q2饱和导通，输入直流电压V2经过电阻Rl对电感Ll充电，Ll 上的电流线性增加，同时存贮电能，在此期间，Q2的源极电压，即输出电压Vo被栅极驱动信号钳位，电感Ll上的电压由V2的脉宽决定。当V3为低电平时，Q2截止，输入电压V2和电感Ll上的电压叠加后通过二极管Dl 对电容C2充电，充电终了时，电容C2上的电压高于输入电压V2。当下一个周期到来的时候，电容C2上的电压与输入电压V2经过电阻Rl共同对电感Ll充电，充电过程已于前述。 电容Cl对输出电压Vo起平滑作用，由于Q2的源极电压跟踪栅极电位，所以其栅极驱动信号的幅值应比输出电压Vo高一个栅源电压Vgs。MOS管Q2饱和导通期间，输入电压V2 = 13. 5V，输出电压Vo = 12V，忽略Q2管压降，则电感Ll上的压降应略高于1.5V，MOS管Q2截止期间，Ll上的压降极性反转，与输入电压V2叠加(约15V)，使电容Cl上的电压充至大于输入电压V2，由于Q1、Q2同步，到下一个周期开始时，电容Cl上的电压与输入电压V2同时通过相同的路径对Ll充电，在负载电阻Rl上产生输出电压Vo。由于在周期开始时，电容Cl上的电压高于输入电压V2，电容Cl上的电压一方面通过Li、Q2、Rl放电，另一方面对蓄电池充电。当Cl上的电压放电到低于输入电压V2后，由V2单独对Ll充电。上述过程周而复始，MOS管Q2饱和导通期间，相当于把输入电压13. 5V中的12V切割下来作为输出电压￥0^05管02截止期间，剩下的1. 5V加上输入电压13. 5V共15V存放在电容Cl中，当下一个周期开始时，存放在电容Cl中的15V电压与输入电压一起，在对Ll 充电的同时，还在负载电阻Rl上形成输出电压Vo。在整个过程中，13. 5V输入电压中的12V 直接成为输出功率，这部份功率的变换效率可视为100%，剩余1. 5V被转移到电容Cl中，进行再生或反馈。MOS管Q2栅极驱动信号是高频方波，其源极接有负载电阻Rl和滤波大电容C2，对于高频信号而言，Q2的源极相当于接地，因此实际进行或参与PWM脉宽调制的电压仅仅只有1.5V，而输出电压却是12V，直接印证了 “只要把输入功率中的极小部份进行功率变换， 就可以得到全部输出功率，即输入功率中的绝大部份既不必参与实际的功率变换，也不必通过磁芯变压器或电感传递，直接到达输出端，成为输出功率”。图4是电压切割电路各点电压的仿真波形，从上到下依次是输入电压Vi、输出电压Vo。图5是直流电压补偿电路，设输入电压Vi = 10.5V，要求输出电压Vo= 12V，该电路产生一个补偿电压Vc = 1.5V，叠加在输入电压之上，使得输出电压等于12V。V2是功率 MOS管Q2的栅极驱动信号，是IOOKHz的方波信号，Vl是输入直流电压。电路启动后，Q2饱和导通，电池电压Vl通过Q2的漏源极向电感Ll充电，电感电流线性增加，电感中存贮的能量不断本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种微功耗永磁无刷直流电机控制器，其特征是：微功耗永磁无刷直流电机控制器由直流变幅器组成，直流变幅器由场效应管Ｑ１－Ｑ４及周边元件组成，场效应管Ｑ２、Ｑ３的漏极，和二极管Ｄ１、Ｄ２的阳极，和电感Ｌ１的异名端都接在一起，二极管Ｄ１的阴极通过场效应管Ｑ１的漏源极接电感Ｌ１的同名端，同时通过电容Ｃ２接地，二极管Ｄ２的阴极通过电容Ｃ１接电感Ｌ１的同名端，同时通过场效应管Ｑ４的漏源极和电容Ｃ３接地，场效应管Ｑ２的源极通过电阻Ｒ１接地，场效应管Ｑ３的源极接地；驱动信号Ｖ１－Ｖ４分别是场效应管Ｑ１－Ｑ４的栅极驱动信号，输入电压Ｖ５接在电感Ｌ１的同名端和地之间。
【技术特征摘要】
1. 一种微功耗永磁无刷直流电机控制器，其特征是微功耗永磁无刷直流电机控制器由直流变幅器组成，直流变幅器由场效应管Q1-Q4及周边元件组成，场效应管Q2、Q3的漏极，和二极管Dl、D2的阳极，和电感Ll的异名端都接在一起，二极管Dl的阴极通过场效应管Ql的漏源极接电感Ll的同名...
【专利技术属性】
技术研发人员：郁百超，
申请(专利权)人：郁百超，
类型：发明
国别省市：83
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。