無(wú)刷直流電機(jī)控制器以及控制方法

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無(wú)刷直流電機(jī)控制器以及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種無(wú)刷直流電機(jī)控制器，包括CPLD及外圍電路模塊等；CPLD及外圍電路模塊接收人機(jī)接口模塊、PWM波生成電路模塊和保護(hù)電路模塊發(fā)出的控制指令，以及無(wú)刷直流電機(jī)發(fā)出的三相霍爾信號(hào)后，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路模塊接收CPLD及外圍電路模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成控制信號(hào)；三相橋逆變電路模塊接收驅(qū)動(dòng)電路模塊的控制信號(hào)，并控制無(wú)刷直流電機(jī)；保護(hù)電路模塊檢測(cè)三相橋逆變電路模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊，并將檢測(cè)結(jié)果以控制指令的形式反饋到CPLD及外圍電路模塊；供電電源模塊將28V總電壓變換成5V和15V，并將5V或者15V電壓輸送到相應(yīng)的CPLD及外圍電路模塊、三相橋逆變電路模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、保護(hù)電路模塊、人機(jī)接口模塊以及PWM波生成電路模塊中。
【專利說(shuō)明】無(wú)刷直流電機(jī)控制器以及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種無(wú)刷直流電機(jī)的控制器，尤其涉及一種用于驅(qū)動(dòng)帶霍爾傳感器的低壓大電流的無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行的控制器以及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無(wú)刷直流電機(jī)(Brushless Direct Current Motor, BLDC)利用電子換相裝置代替了有刷直流電機(jī)的機(jī)械換相裝置，使其既具有直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速性能好、體積小、重量輕、效率高、無(wú)勵(lì)磁損耗等特點(diǎn)，同時(shí)又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，如醫(yī)療機(jī)械、儀器儀表、化工、紡織以及家用電器和辦公自動(dòng)化等方面都得到了廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明針對(duì)電動(dòng)叉車、電動(dòng)高爾夫車、電動(dòng)旅游車等行業(yè)，設(shè)計(jì)了一種適合該場(chǎng)合驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，具有低壓大電流、響應(yīng)速度快、成本低和可靠性高的特點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的無(wú)刷直流電機(jī)控制器以及控制方法。
[0004]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種無(wú)刷直流電機(jī)控制器，包括無(wú)刷直流電機(jī)、CPLD及外圍電路模塊、三相橋逆變電路模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、保護(hù)電路模塊、供電電源模塊、人機(jī)接口模塊和PWM波生成電路模塊；所述CPLD及外圍電路模塊分別接收人機(jī)接口模
>PWM波生成電路模塊和保護(hù)電路模塊發(fā)出的控制指令，以及無(wú)刷直流電機(jī)發(fā)出的三相霍爾信號(hào)后，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路模塊接收CPLD及外圍電路模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成控制信號(hào)；三相橋逆變電路模塊接收驅(qū)動(dòng)電路模塊的控制信號(hào)，并控制無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)行；保護(hù)電路模塊檢測(cè)三相橋逆變電路模塊和驅(qū)動(dòng)電路模塊，并將檢測(cè)結(jié)果以控制指令的形式反饋到CPLD及外圍電路模塊；所述供電電源模塊將28V總電壓變換成5V和15V，并將5V或者15V電壓輸送到相應(yīng)的CPLD及外圍電路模塊、三相橋逆變電路模塊、驅(qū)動(dòng)電路模塊、保護(hù)電路模塊、人機(jī)接口模塊以及PWM波生成電路模塊中。
[0005]作為對(duì)本發(fā)明所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制器的改進(jìn):所述PWM波生成電路模塊包括555芯片構(gòu)成的施密特觸發(fā)電路，該施密特觸發(fā)電路發(fā)出相應(yīng)的控制指令給CPLD及外圍電路模塊。
[0006]作為對(duì)本發(fā)明所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制器的進(jìn)一步改進(jìn):所述人機(jī)接口模塊包括電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路和系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路，電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制指令給CPLD及外圍電路模塊；所述CPLD及外圍電路模塊反饋相應(yīng)的信號(hào)給系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路。
[0007]作為對(duì)本發(fā)明所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制器的進(jìn)一步改進(jìn):所述CPLD及外圍電路模塊由 CPLD 芯片 U5、5 針接口 PU JTAG 口 P2、有源晶振 U6、電阻 R34、R35、R36、R37、R44、R45、R46以及電容C15、C16、C17組成；所述驅(qū)動(dòng)電路模塊由集成驅(qū)動(dòng)芯片U13、U14、U15，電容 C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35, 二極管 D29、D30、D31、D32、D33、D34組成；所述三相橋逆變電路模塊采用三相全橋結(jié)構(gòu)，由P3接口，N溝道MOS管Q1、Q1、Q1、Q1、Q1、Q6，電阻 R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20,電容 Cl、C2，二極管 Dl、D2、D3、D4、D7、D8、D9、DIO、D13、D14、D15、D16，穩(wěn)壓二極管D5、D6、Dl1、D12、D17、D18組成；所述保護(hù)電路模塊包括MOS管過(guò)流保護(hù)電路和母線電壓過(guò)欠壓保護(hù)電路；所述MOS管過(guò)流保護(hù)電路由光耦U7、U8、U9、UlO、Ul 1、U12，電阻 R47、R48、R49、R50、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R59，電容 C18、C19、C20、C21、C22、C23，三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23、D24、D25、D26、D27、D28組成；所述母線電壓過(guò)欠壓保護(hù)電路由運(yùn)算放大器 U3A、U3B，電阻1?24、1?25、1?26、1?29、1?30、1?31、1?32、1?33 組成；所述 PWM 波生成電路模塊由555芯片Ul，電阻R21、R23，滑動(dòng)變阻器R22，電容C3、C4，二極管D19、D20組成；所述人機(jī)接口模塊包括電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路和系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路；所述電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路由自鎖按鍵Sl-F/R、S2-ST0P，無(wú)極性電容C5、C6、C8、C9、CIO、C11，電阻R27、R28 ;所述系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路包括電阻R38、R39、R40、R41和R42，發(fā)光二極管DS1、DS2、DS3、DS4和DS5組成；供電電源模塊包括+15V輸出端口和+5V輸出端口，由電源芯片U2、U4，極性電容C7、C12、C13、C14，二極管D21、D22，電感L1、L2組成；所述供電電源模塊的連接結(jié)構(gòu)如下:所述電源芯片U2的I端口為總電源端口；電源芯片U2的3、5端口接地；極性電容C7的正極接電源芯片U2的I端口，負(fù)極；功率電感LI 一端接電源芯片U2的2端口，另一端作為+15V輸出端口；極性電容C12的正極接+15V輸出端口，負(fù)極接地；肖特基二極管D21的負(fù)極接電源芯片U2的2端口，正極接地，電源芯片U2的4端口懸空；所述電源芯片U4的I端口為總電源端口；電源芯片U4的3和5端口接地；極性電容C13的正極接電源芯片U4的I端口，負(fù)極接地；功率電感L2 —端接電源芯片U4的端口 2，另一端作為+5V輸出端口；極性電容C14的正極接+5V輸出端口，負(fù)極接地；肖特基二極管D22的負(fù)極接電源芯片U4的2端口，正極接地，電源芯片U4的4端口懸空；所述CPLD及外圍電路模塊的連接結(jié)構(gòu)如下:所述電容C15、C16和C17分別連接到+5V輸出端口的正極和負(fù)極；CPLD芯片U5的16、38端口接+5V輸出端口；CPLD芯片U5的6、17、28、39端口接地；CPLD芯片U5的40、41、42端口分別接5針接口 Pl的2、3、4端口，5針接口 Pl的2、3、4端口分別通過(guò)電阻R44、R45、R46上拉到+5V輸出端口；5針接口 Pl的I端口接+5V輸出端口，5針接口 Pl的5端口接地；CPLD芯片U5的7端口連接到JTAG 口 P2的I端口，CPLD芯片U5的26端口連接到JTAG 口 P2的3端口；CPLD芯片U5的4端口連接到JTAG 口 P2的5端口；CPLD芯片U5的29端口連接到JTAG 口 P2的7端口；所述JTAG 口 P2的1、3、5、7端口分別經(jīng)電阻R34、R35、R36和R37上拉到+5V輸出端口 JTAG 口 P2的6端口接+5V輸出端口，4、8端口接地JTAG 口 P2的其余端口懸空；CPLD芯片U5的5端口接有源晶振U6的3端口，有源晶振U6的4端口接+5V輸出端口，有源晶振U6的2端口接地，有源晶振U6的I端口懸空；
[0008] 所述驅(qū)動(dòng)電路模塊的連接結(jié)構(gòu)如下:集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的I端口標(biāo)記為U_Hin端口，并與CPLD芯片U5的35端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的2端口標(biāo)記為U_Lin端口，并與CPLD芯片U5的34端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)Ol端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6端口標(biāo)記為VSl端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的7端口標(biāo)記為HOl端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的8端口標(biāo)記為V_HB1端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的3端口接地；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的5端口接+15V電源正極；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6和8端口直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C24和C27 ;二極管D29負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6端口，正極接地；二極管D32負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的8端口，正極接+15V電源正極；極性電容C30和無(wú)極性電容C33并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源上；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的I端口標(biāo)記為V_Hin端口，并與CPLD芯片U5的33端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的2端口標(biāo)記為V_Lin端口，并與CPLD芯片U5的32端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)02端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6端口標(biāo)記為VS2端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的7端口標(biāo)記為H02端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的8端口標(biāo)記為V_HB2端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的3端口接地；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的5端口接+15V電源正極；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6和8端口直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C25和C28 ;二極管D30負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6端口，正極接地；二極管D33負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的8端口，正極接+15V電源正極；極性電容C31和無(wú)極性電容C34并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源上；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的I端口標(biāo)記為W_Hin端口，并與CPLD芯片U5的31端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的2端口標(biāo)記為W_Lin端口，并與CPLD芯片U5的30端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)03端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6端口標(biāo)記為VS3端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的7端口標(biāo)記為H03端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的8端口標(biāo)記為V_HB3端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的3端口接地；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的5端口接+15V電源正極；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6和8端口直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C26和C29 ;二極管D31負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6端口，正極接地；二極管D34負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的8端口，正極接+15V電源正極；極性電容C32和無(wú)極性電容C35并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源上；所述三相橋逆變電路模塊的連接結(jié)構(gòu)如下:所述接口 P3的I端口接總電源正極，接口 P3的2端口接總電源負(fù)極；極性電容Cl和C2并聯(lián)后接到總電源上；兩個(gè)電阻Rl和R2串聯(lián)后接到總電源上；MOS管Ql和Q2、Q3和Q4以及Q5和Q6分別構(gòu)成三相全橋的三個(gè)橋臂；MOS管Ql的源極輸出標(biāo)記為VSl端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的VSl端口相連接；MOS管Q3的源極輸出標(biāo)記為VS2端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的VS2端口相連接；MOS管Q5的源極輸出標(biāo)記為VS3端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的VS3端口相連接；兩個(gè)二極管D1、D3同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Ql漏極，正極標(biāo)記為FAULT_1端口；電阻R5 —端接MOS管Ql柵極，另一端標(biāo)記為HOl端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的HOl端口相連接；穩(wěn)壓管D5負(fù)極接MOS管Ql柵極，正極接MOS管Ql源極；電阻R7并聯(lián)在穩(wěn)壓管D5上；三相橋逆變電路模塊的FAULT_1端口與三相橋逆變電路模塊的HOl端口之間用電阻R3連接；兩個(gè)二極管D2、D4同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q2漏極，正極標(biāo)記為FAULT_2端口；電阻R6 —端接MOS管Q2柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)Ol端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的LOl端口相連接；穩(wěn)壓管D6負(fù)極接MOS管Q2柵極，正極接MOS管Q2源極，電阻R8并聯(lián)在穩(wěn)壓管D6上；三相橋逆變電路模塊的FAULT_2端口與三相橋逆變電路模塊的LOl端口之間用電阻R4連接；兩個(gè)二極管D7、D9同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q3漏極，正極標(biāo)記為FAULT_3端口；電阻RlI 一端接MOS管Q3柵極，另一端標(biāo)記為H02端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的H02端口相連接；穩(wěn)壓管Dll負(fù)極接MOS管Q3柵極，正極接MOS管Q3源極，電阻R13并聯(lián)在穩(wěn)壓管Dll上；三相橋逆變電路模塊的FAULT_3端口與三相橋逆變電路模塊的H02端口間用電阻R9連接；兩個(gè)二極管D8、DlO同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q4漏極，正極標(biāo)記為FAULT_4端口；電阻R12 —端接MOS管Q4柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)02端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的L02端口相連接；穩(wěn)壓管D12負(fù)極接MOS管Q4柵極，正極接MOS管Q4源極，電阻R14并聯(lián)在穩(wěn)壓管D12上；三相橋逆變電路模塊的FAULT_4端口與三相橋逆變電路模塊的L02端口間用電阻RlO連接；兩個(gè)二極管D13、D15同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q5漏極，正極標(biāo)記為FAULT_5端口；電阻R17 —端接MOS管Q5柵極，另一端標(biāo)記為H03端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的H03端口相連接；穩(wěn)壓管D17負(fù)極接MOS管Q5柵極，正極接MOS管Q5源極，電阻R19并聯(lián)在穩(wěn)壓管D17上；三相橋逆變電路模塊的FAULT_5端口與三相橋逆變電路模塊的H03端口間用電阻R15連接；兩個(gè)二極管D14、D16同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q6漏極，正極標(biāo)記為FAULT_6端口；電阻R18 —端接MOS管Q6柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)03端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的L03端口相連接；穩(wěn)壓管D18負(fù)極接MOS管Q6柵極，正極接MOS管Q6源極，電阻R20并聯(lián)在穩(wěn)壓管D17上；三相橋逆變電路模塊的FAULT_6端口與三相橋逆變電路模塊的L03端口間用電阻R16連接；所述保護(hù)電路模塊的連接結(jié)構(gòu)如下:電阻R47的一端接光耦U7的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB1端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的V_HB1端口相連接；電阻R48的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_1端口，并與三相橋逆變電路模塊的FAULT_1端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的3端口標(biāo)記為VSl端口，并與三相橋逆變電路模塊的VSl端口相連接；無(wú)極性電容C18并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的I端口連接光耦U7的2端口；電阻R49的一端接光耦U8的I端口，另一端接+15V輸出端口；電阻R50的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_2端口，并與三相橋逆變電路模塊的FAULT_2端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的3端口接地；無(wú)極性電容C19并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的I端口連接光耦U8的2端口；電阻R51的一端接光耦U9的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB2端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的V_HB2端口相連接；電阻R52的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_3端口，并與三相橋逆變電路模塊的FAULT_3端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的3端口標(biāo)記為VS2端口，并與三相橋逆變電路模塊的VS2端口相連接；無(wú)極性電容C20并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的I端口連接光耦U9的2端口；電阻R53的一端接光耦UlO的I端口，另一端接+15V輸出端口；電阻R54的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_4端口，并與三相橋逆變電路模塊的FAULT_4端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的3端口接地；無(wú)極性電容C21并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的I端口連接光耦UlO的2端口；電阻R55的一端接光耦Ull的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB3端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的V_HB3端口相連接；電阻R56的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_5端口，并與三相橋逆變電路模塊的FAULT_5端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的3端口標(biāo)記為VS3端口，并與三相橋逆變電路模塊的VS3端口相連接；無(wú)極性電容C22并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的端口 I連接光耦Ull的2端口；電阻R57的一端接光耦U12的I端口，另一端接+15V輸出端口；電阻R58的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_6端口，并與三相橋逆變電路模塊的FAULT_6端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的端口 3接地；無(wú)極性電容C23并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的I端口連接光耦U12的2端口 ;光耦U7、U8、U9、U10、U11以及U12的3端口都接地；光耦U7、U8、U9、U10、Ull以及U12的端口 4相互連接后，標(biāo)記為端口 Protect ;且光耦U7、U8、U9、U10、Ull以及U12相互連接后的端口 4電平通過(guò)電阻R59上拉到+5V輸出端口；電阻Rl和R2之間設(shè)置VoltageTest端口；電阻R24、R25相互串聯(lián)后構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，并與運(yùn)算放大器U3A的2端口相連接；電阻R24的一端接+5V輸出端口，電阻R25的一端接地；VoltageTest端口經(jīng)電阻R26與運(yùn)算放大器U3A的3端口相連接；運(yùn)算放大器U3A的I端口標(biāo)記為OVER_V端口；電阻R29 —端接運(yùn)算放大器U3A的I端口，另一端接+5V輸出端口；運(yùn)算放大器U3A的8端口接+5V輸出端口，運(yùn)算放大器U3A的4端口接地；電阻R30、R31相互串聯(lián)后構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，并與運(yùn)算放大器U3B的5端口相連接；電阻R30的一端接+5V輸出端口，電阻R31的一端接地；VoltageTest端口經(jīng)電阻R32與運(yùn)算放大器U3B的6端口相連接；運(yùn)算放大器U3B的7端口標(biāo)記為L(zhǎng)ACK_V端口；電阻R33 —端接運(yùn)算放大器U3B的7端口，另一端接+5V輸出端口；運(yùn)算放大器U3B的8端口接+5V輸出端口，運(yùn)算放大器U3B的4端口接地；所述PWM波生成電路模塊的連接結(jié)構(gòu)如下:555芯片Ul的4、8端口接+5V輸出端口，555芯片Ul的I端口接地，555芯片Ul的3端口標(biāo)記為PWM端口；無(wú)極性電容C4 一端接555芯片Ul的5端口，另一端接地；二極管D20的正極接555芯片Ul的7端口，負(fù)極接555芯片Ul的2和6端口；電阻R23的一端接+5V輸出端口，另一端接滑動(dòng)變阻器R22的I端口；滑動(dòng)變阻器R22的2端口接555芯片Ul的7端口；滑動(dòng)變阻器R22的3端口接電阻R21的一端；電阻R21的另一端接二極管D19的負(fù)極；二極管D19的正極接555芯片Ul的2、6端口；無(wú)極性電容C3的一端接二極管D19的正極，另一端接地；所述人機(jī)接口模塊的連接結(jié)構(gòu)如下:無(wú)極性電容C5、C6和C8并聯(lián)后接+5V輸出端口；自鎖按鍵S1-F/R的3端口接+5V輸出端口，自鎖按鍵S1-F/R的2端口接電阻R27的一端，自鎖按鍵S1-F/R的I端口接地；電阻R27的另一端標(biāo)記為F/R端口；無(wú)極性電容C9和Cll并聯(lián)后，一端接地，另一端接人機(jī)接口模塊的F/R端口；自鎖按鍵S2-ST0P的3端口接+5V輸出端口，自鎖按鍵S2-ST0P的2端口接電阻R28的一端，自鎖按鍵S2-ST0P的I端口接地；電阻R28的另一端標(biāo)記為STOP端口；無(wú)極性電容ClO —端接地，另一端接STOP端口；電阻R38的一端標(biāo)記為0VER_C端口，另外一端接發(fā)光二極管DSl的I端口，發(fā)光二極管DSl的2端口接地；電阻R39的一端標(biāo)記為F/R端口，另外一端接發(fā)光二極管DS2的I端口，發(fā)光二極管DS2的2端口接地；電阻R40的一端標(biāo)記為NOMAL端口，另外一端接發(fā)光二極管DS3的I端口，發(fā)光二極管DS3的2端口接地；電阻R41的一端標(biāo)記為0VER_V端口，另外一端接發(fā)光二極管DS4的I端口，發(fā)光二極管DS4的2端口接地；電阻R42的一端標(biāo)記為L(zhǎng)ACK_V0UT端口，另外一端接發(fā)光二極管DS5的I端口，發(fā)光二極管DS5的2端口接地；CPLD芯片U5的3端口接Protect端口；CPLD芯片U5的2端口接PWM端口；CPLD芯片U5的1、44、25、37、36端口分別接接人機(jī)接口模塊的兩個(gè)F/R、STOP、LACK_V0UT、0VER_C、NOMAL 端口；CPLD 芯片 U5 的 43、8 端口分別接 0VER_V、LAVK_V 端口；CPLD 芯片 U5 的 35、34、33、32、31、30 端口分別接 U_Hin、U_Lin、V_Hin、V_Lin、W_Hin、W_Lin端口；CPLD芯片U5的其余端口懸空。
[0009]一種無(wú)刷直流電機(jī)控制器的實(shí)現(xiàn)方法:包括轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)輸出霍爾信號(hào)判斷、輸入PWM波判斷、正反轉(zhuǎn)判斷及MOS管邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理、故障和制動(dòng)信號(hào)判斷以及根據(jù)加載信號(hào)的邏輯輸出PWM信號(hào)等步驟。
[0010]作為對(duì)本發(fā)明所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制器的實(shí)現(xiàn)方法的改進(jìn):所述的步驟如下:第一步:開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)先初始化，刷新LED顯示狀態(tài)；第二步:無(wú)刷直流電機(jī)的霍爾傳感器給出轉(zhuǎn)子位置的三相霍爾信號(hào)，以及PWM波生成電路模塊給出的PWM波輸入到CPLD芯片U5 ；CPLD芯片U5做出相應(yīng)判斷，并根據(jù)人機(jī)接口模塊I中的正反轉(zhuǎn)指令對(duì)MOS管邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理；并對(duì)輸入的故障信號(hào)和制動(dòng)信號(hào)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果生成驅(qū)動(dòng)MOS管的PWM信號(hào)，使得MOS管邏輯導(dǎo)通，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)按指令運(yùn)行；第三步:當(dāng)判斷MOS管過(guò)電流，LED會(huì)點(diǎn)亮警示，并關(guān)斷相對(duì)應(yīng)的MOS管以防止燒壞；當(dāng)母線過(guò)電壓、欠電壓故障和制動(dòng)信號(hào)輸入時(shí)，相應(yīng)的LED會(huì)點(diǎn)亮警示，并關(guān)斷PWM信號(hào)輸出，使得所有MOS管關(guān)斷。
[0011]本發(fā)明具有的有益效果如下:
[0012]1.本發(fā)明設(shè)計(jì)的無(wú)刷直流電機(jī)控制器具有低壓大電流、開(kāi)環(huán)調(diào)速和成本較低的特點(diǎn)，適合于蓄電池供電、低壓大電流驅(qū)動(dòng)和對(duì)速度穩(wěn)態(tài)精度不是很高的場(chǎng)合應(yīng)用。
[0013]2由于采用基于CPLD芯片的控制器設(shè)計(jì)方案，其相比于基于DSP芯片的控制器性價(jià)比更高，而相比于基于專有集成電路(ASIC)的控制器設(shè)計(jì)靈活性更高。
[0014]3.控制器的過(guò)流保護(hù)電路采用逆變電路MOS管內(nèi)阻進(jìn)行設(shè)計(jì)，節(jié)省了一般控制器的高精密采樣電阻，不僅成本更低，而且配合三端穩(wěn)壓器和二極管進(jìn)行設(shè)計(jì)靈活性更高、過(guò)流保護(hù)響應(yīng)更快，可有效防止MOS管因某種原因而過(guò)流燒毀。
[0015]4.控制器中采用555芯片及外圍電路構(gòu)造的PWM波生成電路，其通過(guò)調(diào)節(jié)電位器獲得與目標(biāo)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)占空比的PWM波，使得沒(méi)有AD接口的CPLD芯片能夠識(shí)別目標(biāo)轉(zhuǎn)速這個(gè)模擬量。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)框圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的CPLD及其外圍電路模塊5的電路原理圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的二相橋逆變電路模塊7的電路原理圖；
[0020]圖4是本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)電路模塊6的電路原理圖；
[0021 ]圖5和圖6是本發(fā)明的保護(hù)電路模塊4的電路原理圖；
[0022]圖7是本發(fā)明的供電電源單元模塊2的電路原理圖；
[0023]圖8是本發(fā)明的PWM波生成電路模塊3的電路原理圖；
[0024]圖9是本發(fā)明的人機(jī)接口模塊I的電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路的電路原理圖；
[0025]圖10是本發(fā)明的人機(jī)接口模塊I的系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路的電路原理圖；
[0026]圖11是本發(fā)明軟件實(shí)現(xiàn)流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]實(shí)施例1、圖1?圖10給出了一種無(wú)刷直流電機(jī)控制器，包括與無(wú)刷直流電機(jī)8、CPLD及外圍電路模塊5、三相橋逆變電路模塊7、驅(qū)動(dòng)電路模塊6、保護(hù)電路模塊4、供電電源模塊2、人機(jī)接口模塊I和PWM波生成電路模塊3。
[0028]CPLD及外圍電路模塊5與無(wú)刷直流電機(jī)8相互連接，由無(wú)刷直流電機(jī)8輸出三相霍爾信號(hào)到CPLD及外圍電路模塊5，三相霍爾信號(hào)結(jié)合控制指令生成驅(qū)動(dòng)信號(hào)，CPLD及外圍電路模塊5將驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出到驅(qū)動(dòng)電路模塊6，由驅(qū)動(dòng)電路模塊6將驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成實(shí)際有效的控制信號(hào)，并再將該控制信號(hào)輸出到三相橋逆變電路模塊7，由三相橋逆變電路模塊7控制無(wú)刷直流電機(jī)8的運(yùn)行。
[0029]以上所述的控制指令是指CPLD及外圍電路模塊5從PWM波生成電路模塊3、人機(jī)接口模塊I和保護(hù)電路模塊4獲得的控制信號(hào)。保護(hù)電路模塊4檢測(cè)三相橋逆變電路模塊7和驅(qū)動(dòng)電路模塊6，當(dāng)三相橋逆變電路模塊7或者驅(qū)動(dòng)電路模塊6的電流或者電壓出現(xiàn)異常時(shí)，就會(huì)發(fā)相應(yīng)的控制信號(hào)給CPLD及外圍電路模塊5。PWM波生成電路模塊3主要包括555芯片構(gòu)成的施密特觸發(fā)電路，施密特觸發(fā)電路發(fā)相應(yīng)的控制信號(hào)給CPLD及外圍電路模塊5。人機(jī)接口模塊I包括電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路和系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路，由電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路發(fā)相應(yīng)的控制信號(hào)給CPLD及外圍電路模塊5，并由CPLD及外圍電路模塊5反饋相應(yīng)的信號(hào)給系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路。供電電源模塊2將28V的總電壓變換成5V和15V，并將5V或者15V電壓輸送到相應(yīng)的CPLD及外圍電路模塊5、三相橋逆變電路模塊7、驅(qū)動(dòng)電路模塊6、保護(hù)電路模塊4、人機(jī)接口模塊I和PWM波生成電路模塊3中。
[0030]下面結(jié)合各模塊的電路原理圖來(lái)詳細(xì)介紹控制器構(gòu)成。
[0031]如圖2所示，CPLD及外圍電路模塊5由一片CPLD芯片U5，5針接口 Pl，JTAG 口P2，有源晶振U6和電阻R34、R35、R36、R37、R44、R45和R46以及電容C15、C16和C17組成。以上所述的CPLD芯片U5可以采用例如Lattice公司的M4A5-32/32-10VC芯片，但不限于此。
[0032]電容C15、C16和C17為+5V電源的濾波電容，分別連接到+5V電源的正極和負(fù)極。CPLD芯片U5的16、38端口接+5V電源(+5V電源正極)；CPLD芯片U5的6、17、28、39端口接地。CPLD芯片U5的40、41、42端口(作為目標(biāo)電機(jī)，即無(wú)刷直流電機(jī)8的三相霍爾信號(hào)輸出的接入端口 )分別接5針接口 Pl的2、3、4端口，且這3個(gè)端口分別通過(guò)電阻R44、R45、R46上拉到+5V電源(+5V電源正極)；5針接口 Pl的I端口接+5V電源(+5V電源正極)，5針接口 Pl的5端口接地。CPLD芯片U5的TCK端口連接到JTAG 口 P2的I端口；CPLD芯片U5的TMS端口連接到JTAG 口 P2的3端口；CPLD芯片U5的TDI端口連接到JTAG 口 P2的5端口；CPLD芯片U5的TDO端口連接到JTAG 口 P2的7端口；其中JTAG 口 P2的1、3、
5、7端口分別經(jīng)電阻R34、R35、R36和R37上拉到+5V電源(+5V電源正極)JTAG 口 P2的6端口接+5V電源(+5V電源正極)，4和8端口接地JTAG 口 P2的其余端口懸空。CPLD芯片U5的3端口接保護(hù)電路4的Protect端口(Protect端口為信號(hào)輸出端)。CPLD芯片U5的2端口接PWM波生成電路模塊3的HVM端口(PWM端口為信號(hào)輸出端)。CPLD芯片U5的I端口接人機(jī)接口模塊I的兩個(gè)F/R端口(兩個(gè)F/R端口包括為人機(jī)接口模塊I的電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路中的F/R端口以及系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路中的F/R端口，而以上所述的兩個(gè)F/R端口也同時(shí)相互連接，通過(guò)按鈕來(lái)控制F/R的電平變化，這個(gè)F/R信號(hào)一方面反饋到CPLD芯片U5中，另一方面反饋給二極管DS2作狀態(tài)顯示；F/R端口為信號(hào)輸出端)；CPLD芯片U5的44端口接人機(jī)接口模塊I的STOP端口(STOP端口為信號(hào)輸出端)；CPLD芯片U5的25端口接人機(jī)接口模塊I的LACK_V0UT端口(LACK_V0UT端口為信號(hào)輸入端)；CPLD芯片U5的37端口接人機(jī)接口模塊I的0VER_C端口(0VER_C端口為信號(hào)輸入端)；CPLD芯片U5的36端口接人機(jī)接口模塊I的NOMAL端口(N0MAL端口為信號(hào)輸入端)。CPLD芯片U5的43端口接供電電源模塊2的0VER_V端口(0VER_V端口為信號(hào)輸出端)；CPLD芯片U5的8端口接供電電源模塊2的LAVK_V端口(LAVK_V端口為信號(hào)輸出端)。CPLD芯片U5的35端口接驅(qū)動(dòng)電路6的U_Hin端口(U_Hin端口為信號(hào)輸出端)；CPLD芯片U5的34端口接驅(qū)動(dòng)電路6的U_Lin端口(U_Lin端口為信號(hào)輸出端)；CPLD芯片U5的33端口接驅(qū)動(dòng)電路6的V_Hin端口(V_Hin端口為信號(hào)輸出端)；CPLD芯片U5的32端口接驅(qū)動(dòng)電路6的V_Lin端口(V_Lin端口為信號(hào)輸出端)；CPLD芯片U5的31端口接驅(qū)動(dòng)電路6的W_Hin端口(W_Hin端口為信號(hào)輸出端)；CPLD芯片U5的30端口接驅(qū)動(dòng)電路6的W_Lin端口(W_Lin端口為信號(hào)輸出端)。CPLD芯片U5的5端口接有源晶振U6的3端口(有源晶振U6的3端口為時(shí)鐘信號(hào)輸出)，有源晶振U6的4端口接+5V電源(+5V電源正極)，有源晶振U6的2端口接地，有源晶振U6的I端口懸空，CPLD芯片U5的其余端口懸空。
[0033]所述的CPLD及外圍電路模塊5的工作過(guò)程如下:
[0034]首先在CPLD芯片U5內(nèi)輸入控制信號(hào)I，控制信號(hào)I包括逆變橋MOS管過(guò)流保護(hù)信號(hào)Protect (Protect端口)、調(diào)整成PWM波的目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)PWM(PWM端口)、電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)F/R (F/R端口)、電機(jī)制動(dòng)信號(hào)STOP (STOP端口)、總電源過(guò)壓信號(hào)0VER_V (0VER_V端口)以及總電源過(guò)流信號(hào)LACK_V (LAVK_V端口)；
[0035]然后在控制信號(hào)I的基礎(chǔ)上，再根據(jù)從目標(biāo)無(wú)刷直流電機(jī)8輸入的三相霍爾信號(hào)(CPLD芯片U5的40、41、42端口 )生成相應(yīng)逆變橋各MOS管的控制信號(hào)II，控制信號(hào)II包括 U_Hin (U_Hin 端口)、U_Lin (U_Lin 端口)、V_Hin (V_Hin 端口)、V_Lin (V_Lin 端口)、W_Hin (ff_Hin 端口)和 W_Lin (ff_Lin 端口)；
[0036]同時(shí)，在上述過(guò)程中，CPLD芯片U5還相應(yīng)生成0VER_C(0VER_C端口)、NOMAL (N0MAL 端口)和 LACK_V0UT (LACK_V0UT 端口 )給人機(jī)接口模塊 I。
[0037]以上所述的JTAG 口 P2用于給CPLD芯片U5下載程序。由源晶振U6提供時(shí)鐘信號(hào)給CPLD芯片U5。
[0038]如圖3所示，三相橋逆變電路模塊7采用了三相全橋結(jié)構(gòu)，其中包括P3接口、N溝道 MOS 管 QU QU QU QU Ql 和 Q6,電阻 RU R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19 和 R20,電容 Cl 和 C2, 二極管 Dl、D2、D3、D4、D7、D8、D9、DIO、D13、D14、D15 和 D16，穩(wěn)壓二極管 D5、D6、Dll、D12、D17 和 D18。所述的 MOS 管采用型號(hào)為IRFP2907，但不限于此。其中P3接口為總電源接口，接口 P3的I端口接電源正極，接口 P3的2端口接電源負(fù)極，電源采用+28V電源，但不限于此。
[0039]兩個(gè)極性電容Cl和C2并聯(lián)后接到總電源上，用于防止電源波動(dòng)；兩個(gè)電阻Rl和R2串聯(lián)后接到總電源上，構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，輸出總電源電壓的采樣信號(hào)VoltageTeSt(標(biāo)記為VoltageTest端口)。MOS管Ql和Q2、Q3和Q4以及Q5和Q6分別構(gòu)成三相全橋的三個(gè)橋臂；M0S管Ql的源極輸出標(biāo)記為VSl端口，MOS管Q3的源極輸出標(biāo)記為VS2端口，MOS管Q5的源極輸出標(biāo)記為VS3端口。
[0040]兩個(gè)二極管D1、D3同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Ql漏極，正極標(biāo)記為FAULT_1端口；電阻R5 —端接MOS管Ql柵極，另一端標(biāo)記為HOl端口；穩(wěn)壓管D5負(fù)極接MOS管Ql柵極，正極接MOS管Ql源極；電阻R7并聯(lián)在穩(wěn)壓管D5上；FAULT_1端口與HOl端口間用電阻R3連接。
[0041]兩個(gè)二極管D2、D4同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q2漏極，正極標(biāo)記為FAULT_2端口；電阻R6 —端接MOS管Q2柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)Ol端口；穩(wěn)壓管D6負(fù)極接MOS管Q2柵極，正極接MOS管Q2源極，電阻R8并聯(lián)在穩(wěn)壓管D6上；FAULT_2端口與LOl端口間用電阻R4連接。
[0042]兩個(gè)二極管D7、D9同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q3漏極，正極標(biāo)記為FAULT_3端口；電阻Rll —端接MOS管Q3柵極，另一端標(biāo)記為H02端口；穩(wěn)壓管Dll負(fù)極接MOS管Q3柵極，正極接MOS管Q3源極，電阻R13并聯(lián)在穩(wěn)壓管Dll上；FAULT_3端口與H02端口間用電阻R9連接。
[0043]兩個(gè)二極管D8、DlO同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q4漏極，正極標(biāo)記為FAULT_4端口；電阻R12 —端接MOS管Q4柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)02端口；穩(wěn)壓管D12負(fù)極接MOS管Q4柵極，正極接MOS管Q4源極，電阻R14并聯(lián)在穩(wěn)壓管D12上；FAULT_4端口與L02端口間用電阻RlO連接。
[0044]兩個(gè)二極管D13、D15同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q5漏極，正極標(biāo)記為FAULT_5端口；電阻R17 —端接MOS管Q5柵極，另一端標(biāo)記為H03端口；穩(wěn)壓管D17負(fù)極接MOS管Q5柵極，正極接MOS管Q5源極，電阻R19并聯(lián)在穩(wěn)壓管D17上；FAULT_5端口與H03端口間用電阻R15連接。
[0045]兩個(gè)二極管D14、D16同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q6漏極，正極標(biāo)記為FAULT_6端口；電阻R18 —端接MOS管Q6柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)03端口；穩(wěn)壓管D18負(fù)極接MOS管Q6柵極，正極接MOS管Q6源極，電阻R20并聯(lián)在穩(wěn)壓管D17上；FAULT_6端口與L03端口間用電阻R16連接。
[0046]所述的三相橋逆變電路模塊7的工作過(guò)程如下:
[0047]當(dāng)由HOl端口輸入一個(gè)電壓為15V左右的驅(qū)動(dòng)信號(hào)時(shí)(驅(qū)動(dòng)電路模塊6的HOl端口輸出)，MOS管Ql的柵極與源極電壓降大約為5V，使得Ql導(dǎo)通，從而VSl端口獲得28V電壓；M0S管Ql的柵源極擊穿電壓Ves = ±20V，由于穩(wěn)壓二極管D5的穩(wěn)壓作用，故可防止由于MOS管Ql的驅(qū)動(dòng)電路故障或環(huán)境靜電而損壞MOS管Ql ;其中二極管Dl，D3和電阻R3組成MOS管Ql的電流采樣電路，Dl和D3 —直處于死區(qū)，產(chǎn)生一個(gè)死區(qū)電壓，MOS管Ql導(dǎo)通時(shí)的內(nèi)阻產(chǎn)生導(dǎo)通壓降，從而一起構(gòu)成FAULT_1電壓信號(hào)；流過(guò)MOS管Ql電流變大時(shí)，F(xiàn)AULT,I電壓值也會(huì)變大，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)，會(huì)觸發(fā)保護(hù)電路來(lái)保護(hù)MOS管Ql。MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5和MOS管Q6的工作原理與MOS管Ql完全一致。
[0048]如圖4所示，驅(qū)動(dòng)電路模塊6包括集成驅(qū)動(dòng)芯片U13、U14和U15，電容C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34 和 C35, 二極管 D29、D30、D31、D32、D33 和 D34。集成驅(qū)動(dòng)芯片U13采用IR1281芯片，但不限于此。
[0049]集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的I端口標(biāo)記為U_Hin端口，集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的2端口標(biāo)記為U_Lin端口，集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)Ol端口(并與三相橋逆變電路模塊7的LOl端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6端口標(biāo)記為VSl端口(并與三相橋逆變電路模塊7的VSl端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的7端口標(biāo)記為HOl端口(并與三相橋逆變電路模塊7的HOl端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的8端口標(biāo)記為V_HB1端口。集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的3端口接地，集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的5端口接+15V電源正極(+15V電源正極)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6和8端口直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C24和C27 ;二極管D29負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6端口，正極接地，二極管D32負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的端口 8，正極接+15V電源正極(+15V電源正極)。極性電容C30和無(wú)極性電容C33并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源(+15V電源正極)上。
[0050]集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的I端口標(biāo)記為V_Hin端口，集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的2端口標(biāo)記為V_Lin端口，集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)02端口(并與三相橋逆變電路模塊7的L02端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6端口標(biāo)記為VS2端口(并與三相橋逆變電路模塊7的VS2端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的7端口標(biāo)記為H02端口(并與三相橋逆變電路模塊7的H02端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的8端口標(biāo)記為V_HB2端口。集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的3端口接地，集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的5端口接+15V電源正極(+15V電源正極)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6和8端口直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C25和C28 ;二極管D30負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6端口，正極接地；二極管D33負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的8端口，正極接+15V電源正極(+15V電源正極)。極性電容C31和無(wú)極性電容C34并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源(+15V電源正極)上。
[0051]集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的I端口標(biāo)記為W_Hin端口，集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的2端口標(biāo)記為W_Lin端口，集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)03端口(并與三相橋逆變電路模塊7的L03端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6端口標(biāo)記為VS3端口(并與三相橋逆變電路模塊7的VS3端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的7端口標(biāo)記為H03端口(并與三相橋逆變電路模塊7的H03端口相連)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的8端口標(biāo)記為V_HB3端口。集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的3端口接地，集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的5端口接+15V電源正極(+15V電源正極)，集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6和8端口這件直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C26和C29 ;二極管D31負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6端口，正極接地；二極管D34負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的8端口，正極接+15V電源正極(+15V電源正極)。極性電容C32和無(wú)極性電容C35并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源(+15V電源正極)上。
[0052]如圖5和圖6所示，保護(hù)電路模塊4包括MOS管過(guò)流保護(hù)電路和母線電壓過(guò)欠壓保護(hù)電路。
[0053]圖5為MOS管過(guò)流保護(hù)電路(由MOS管導(dǎo)通電流檢測(cè)電路和光耦隔離保護(hù)電路組成)，包括光耦 U7、U8、U9、U10、Ull 和 U12,電阻 R47、R48、R49、R50、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58 和 R59,電容 C18、C19、C20、C21、C22 和 C23，三端可調(diào)穩(wěn)壓管 D23、D24、D25、D26、D27和D28。光耦采用型號(hào)為TLP281，三端可調(diào)穩(wěn)壓管采用型號(hào)為L(zhǎng)M431，但不限于此。
[0054]電阻R47的一端接光耦U7的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB1端口(并與驅(qū)動(dòng)電路模塊6的V_HB1端口相連)；電阻R48的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_1端口(并與三相橋逆變電路模塊7的FAULT_1端口相連);三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的3端口與三相橋逆變電路模塊7的VSl端口相連；無(wú)極性電容C18并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的端口 2、3上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的I端口連接光耦U7的2端口。
[0055]電阻R49的一端接光耦U8的I端口，另一端接+15V電源(+15V電源正極)；電阻R50的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_2端口(并與三相橋逆變電路模塊7的FAULT_2端口相連);三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的3端口接地；無(wú)極性電容C19并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的端口 2、3上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的I端口連接光耦U8的2端口。
[0056]電阻R51的一端接光耦U9的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB2端口(并與驅(qū)動(dòng)電路模塊6的V_HB2端口相連)；電阻R52的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_3端口(并與三相橋逆變電路模塊7的FAULT_3端口相連);三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的3端口與三相橋逆變電路模塊7的VS2端口相連；無(wú)極性電容C20并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的I端口連接光耦U9的2端口。
[0057]電阻R53的一端接光耦UlO的I端口，另一端接+15V電源(+15V電源正極)；電阻R54的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_4端口(并與三相橋逆變電路模塊7的FAULT_4端口相連);三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的3端口接地；無(wú)極性電容C21并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的I端口連接光耦UlO的2端口。
[0058]電阻R55的一端接光耦Ul I的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB3端口(并與驅(qū)動(dòng)電路模塊6的V_HB3端口相連)；電阻R56的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_5端口(并與三相橋逆變電路模塊7的FAULT_5端口相連);三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的3端口與三相橋逆變電路模塊7的VS3端口相連；無(wú)極性電容C22并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的端口 I連接光耦Ull的2端口。
[0059]電阻R57的一端接光耦U12的I端口，另一端接+15V電源；電阻R58的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_6端口(并與三相橋逆變電路模塊7的FAULT_6端口相連);三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的端口 3接地；無(wú)極性電容C23并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的I端口連接光耦U12的2端口。
[0060]*—U7、U8、U9、U10、Ull以及U12的3端口都接地，端口 4都連接在一起，標(biāo)記為端口 Protect，且此端口 4電平通過(guò)電阻R59上拉到+5V。
[0061]如圖6為母線過(guò)電壓和欠電壓保護(hù)電路(母線欠過(guò)壓檢測(cè)子模塊，通過(guò)運(yùn)算放大器來(lái)檢測(cè)總電源電壓是否小于或大于某個(gè)值，而觸發(fā)相應(yīng)的控制信號(hào))；包括運(yùn)算放大器U3 (運(yùn)算放大器 U3 包括 U3A 和 U3B)，電阻 R24、R25、R26、R29、R30、R31、R32 和 R33。所述運(yùn)算放大器采用LM358雙運(yùn)算放大器，但不限于此。
[0062]電阻R24、R25構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，并把獲得的電壓信號(hào)傳遞給運(yùn)算放大器U3A的2端口(電阻R24—端由+5V電源正極獲得電壓信號(hào))；來(lái)自三相橋逆變電路模塊7的VoltageTest信號(hào)(從VoltageTest端口輸出)經(jīng)電阻R26后傳遞給運(yùn)算放大器U3A的3端口。運(yùn)算放大器U3A的I端口作為過(guò)壓控制信號(hào)輸出端標(biāo)記為0VER_V端口。電阻R29一端接運(yùn)算放大器U3A的I端口，另一端接+5V電源(+5V電源正極);運(yùn)算放大器U3A的8端口接+5V電源(+5V電源正極)，運(yùn)算放大器U3A的4端口接地。
[0063]電阻R30、R31構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，并把獲得的電壓信號(hào)傳遞給運(yùn)算放大器U3B的5端口(電阻R30—端由+5V電源正極獲得電壓信號(hào))；來(lái)自三相橋逆變電路模塊7的VoltageTest信號(hào)(從VoltageTest端口輸出)經(jīng)電阻R32后傳遞給運(yùn)算放大器U3B的端口 6。運(yùn)算放大器U3B的端口 7作為欠壓控制信號(hào)輸出端標(biāo)記為L(zhǎng)ACK_V端口。電阻R33 —端接運(yùn)算放大器U3B的7端口，另一端接+5V電源(+5V電源正極);運(yùn)算放大器U3B的8端口接+5V電源(+5V電源正極)，運(yùn)算放大器U3B的4端口接地。
[0064]所述保護(hù)電路模塊4的MOS管過(guò)流保護(hù)電路工作過(guò)程如下:
[0065]MOS管(M0S管Q1-Q6)過(guò)流會(huì)表現(xiàn)在FAULT_N(其中N為1_6，相對(duì)應(yīng)于MOS管Q1-Q6)信號(hào)的電壓上，當(dāng)FAULT_N信號(hào)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，會(huì)觸發(fā)三端可調(diào)穩(wěn)壓管(三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23-D28，對(duì)應(yīng)于MOS管Q1-Q6)導(dǎo)通，從而使得光耦(光耦U7-U12)導(dǎo)通，并產(chǎn)生Protect信號(hào)傳輸給CPLD芯片U5的3端口，最終關(guān)斷MOS管(M0S管Q1-Q6)形成保護(hù)。
[0066]如圖7所示，供電電源模塊2的+5V和+15V電源生成子模塊，分別采用了輸出為+5V和+15V這兩種電壓的集成開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓芯片來(lái)構(gòu)造這兩個(gè)電源子模塊，其包括電源芯片U2、U4，極性電容C7、C12、C13和C14, 二極管D21和D22,電感LI和L2。電源芯片U2、U4可分別采用LM2575-15和LM2575-5.0芯片，但不限于此。
[0067]電源芯片U2的I端口接總電源+28V，電源芯片U2的3和5端口接地；其中極性電容C7的正極接電源芯片U2的I端口，負(fù)極接地；功率電感LI 一端接電源芯片U2的端口 2，另一端作為+15V電源輸出，并標(biāo)記此端口為+15V電源正極。極性電容C12的正極接+15V電源正極，負(fù)極接地；肖特基二極管D21的負(fù)極接電源芯片U2的2端口，正極接地，電源芯片U2的4端口懸空。
[0068]電源芯片U4的I端口接總電源+28V，電源芯片U4的3和5端口接地；其中極性電容C13的正極接電源芯片U4的I端口，負(fù)極接地；功率電感L2 —端接電源芯片U4的端口2，另一端作為+5V電源輸出，并標(biāo)記此端口為+5V電源正極。極性電容C14的正極接+5V電源正極，負(fù)極接地；肖特基二極管D22的負(fù)極接電源芯片U4的2端口，正極接地，電源芯片U4的4端口懸空。
[0069]如圖8所示，PWM波生成電路模塊3包括555芯片Ul，電阻R21、R23，滑動(dòng)變阻器R22,電容C3和C4, 二極管D19和D20。
[0070]555芯片Ul的4和8端口接+5V電源正極(由+5V電源正極輸入電源)，555芯片Ul的I端口接地，555芯片Ul的3端口作為PWM波輸出端口，標(biāo)記為PWM端口(與CPLD芯片U5的2端口相接);無(wú)極性電容C4 一端接555芯片Ul的5端口，另一端接地；二極管D20的正極接555芯片Ul的7端口，負(fù)極接555芯片Ul的2和6端口；電阻R23的一端接+5V電源，另一端接滑動(dòng)變阻器R22的I端口；滑動(dòng)變阻器R22的2端口接555芯片Ul的7端口；滑動(dòng)變阻器R22的3端口接電阻R21的一端；電阻R21的另一端接二極管D19的負(fù)極。二極管D19的正極接555芯片Ul的2和6端口。無(wú)極性電容C3的一端接二極管D19的正極，另一端接地。
[0071 ] 所述PWM波生成電路模塊3的工作過(guò)程如下:
[0072]由555芯片的結(jié)構(gòu)可知，其構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器；由施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性知，輸出的PWM波占空比與線性電位器R22(即滑動(dòng)變阻器R22)轉(zhuǎn)過(guò)的角度基本呈正比例關(guān)系變化。由于轉(zhuǎn)速信號(hào)是一個(gè)模擬量，一般需要轉(zhuǎn)化為相對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，并采用AD芯片將信號(hào)傳遞給控制核心；而采用PWM波的形式把目標(biāo)轉(zhuǎn)速信號(hào)轉(zhuǎn)遞給CPLD芯片U5，就可以直接實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)極調(diào)速，避免了控制器采取AD芯片，從而節(jié)約成本。
[0073]如圖9所示，為人機(jī)接口模塊I的電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路；包括自鎖按鍵S1-F/R 和 S2-ST0P，無(wú)極性電容 C5、C6、C8、C9、ClO 和 C11，電阻 R27 和 R28。
[0074]無(wú)極性電容C5、C6和C8并聯(lián)后接在+5V電源(+5V電源正極)上，用于濾除電源噪聲；自鎖按鍵S1-F/R的3端口接+5V電源(+5V電源正極)，自鎖按鍵S1-F/R的2端口接電阻R27的一端，自鎖按鍵S1-F/R的I端口接地；電阻R27的另一端作為正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)輸出端，標(biāo)記為F/R端口；無(wú)極性電容C9和Cl I并聯(lián)后，一端接地，另一端接F/R端口，用于濾除按鍵產(chǎn)生的輸出信號(hào)噪聲；自鎖按鍵S2-ST0P的3端口接+5V電源(+5V電源正極)，自鎖按鍵S2-ST0P的2端口接電阻R28的一端，自鎖按鍵S2-ST0P的I端口接地；電阻R28的另一端作為制動(dòng)控制信號(hào)輸出端，標(biāo)記為STOP端口；無(wú)極性電容ClO —端接地，另一端接STOP端口，用于濾除按鍵產(chǎn)生的輸出信號(hào)噪聲。
[0075]實(shí)現(xiàn)的步驟如下:
[0076]自鎖按鍵S1-F/R的3端口與自鎖按鍵S1-F/R的2端口連接的時(shí)候，輸出F/R信號(hào);
[0077]自鎖按鍵S1-F/R的I端口與自鎖按鍵S1-F/R的2端口連接的時(shí)候，無(wú)輸出信號(hào)；
[0078]自鎖按鍵S2-ST0P的3端口與自鎖按鍵S2-ST0P的2端口連接的時(shí)候，輸出STOP
信號(hào);
[0079]自鎖按鍵S2-ST0P的I端口與自鎖按鍵S2-ST0P的2端口連接的時(shí)候，無(wú)輸出信號(hào)。
[0080]如圖10所示，為人機(jī)接口模塊I的系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路；包括電阻R38、R39、R40、R41和R42，發(fā)光二極管DS1、DS2、DS3、DS4和DS5。電阻R38的一端標(biāo)記為0VER_C端口，另外一端接發(fā)光二極管DSl的I端口，發(fā)光二極管DSl的2端口接地；電阻R39的一端標(biāo)記為F/R端口，另外一端接發(fā)光二極管DS2的I端口，發(fā)光二極管DS2的2端口接地；電阻R40的一端標(biāo)記為NOMAL端口，另外一端接發(fā)光二極管DS3的I端口，發(fā)光二極管DS3的2端口接地；電阻R41的一端標(biāo)記為0VER_V端口，另外一端接發(fā)光二極管DS4的I端口，發(fā)光二極管DS4的2端口接地；電阻R42的一端標(biāo)記為L(zhǎng)ACK_V0UT端口，另外一端接發(fā)光二極管DS5的I端口，發(fā)光二極管DS5的2端口接地；來(lái)自CPLD芯片U5的0VER_C信號(hào)經(jīng)電阻R38 ( S卩，電阻R38 —端的0VER_C端口與CPLD芯片U5的37端口相連接)傳遞給發(fā)光二極管DSl正極，發(fā)光二極管DSl的負(fù)極接地；來(lái)自電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路的F/R信號(hào)經(jīng)電阻R39(即，電阻R39 —端的F/R端口與CPLD芯片U5的I端口相連接)傳遞給發(fā)光二極管DS2正極，發(fā)光二極管DS2的負(fù)極接地。來(lái)自CPLD芯片U5的NOMAL信號(hào)經(jīng)電阻R40 (即，電阻R40 —端的NOMAL端口與CPLD芯片U5的36端口相連接)傳遞給發(fā)光二極管DS3正極，發(fā)光二極管DS3的負(fù)極接地。來(lái)自保護(hù)電路模塊4的0VER_V信號(hào)經(jīng)電阻R41 (即，電阻R41 —端的0VER_V端口與CPLD芯片U5的43端口相連接)傳遞給發(fā)光二極管DS4正極，發(fā)光二極管DS4的負(fù)極接地。來(lái)自CPLD芯片U5的的LACK_V0UT信號(hào)經(jīng)電阻R42 ( S卩，電阻R42 —端的LACK_V0UT端口與CPLD芯片U5的25端口相連接)傳遞給發(fā)光二極管DS5正極，發(fā)光二極管DS5的負(fù)極接地。
[0081]本發(fā)明的實(shí)際工作步驟如圖11所示，包括轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)輸出霍爾信號(hào)判斷、輸入PWM波判斷、正反轉(zhuǎn)判斷及MOS管邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理、故障和制動(dòng)信號(hào)判斷以及根據(jù)加載信號(hào)的邏輯輸出PWM信號(hào)，實(shí)際的步驟如下:
[0082]第一步:開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)先初始化，刷新LED顯示狀態(tài)；
[0083]第二步:無(wú)刷直流電機(jī)8的霍爾傳感器給出轉(zhuǎn)子位置的三相霍爾信號(hào)，以及PWM波生成電路模塊3給出的PWM波輸入到CPLD芯片U5 ；CPLD芯片U5做出相應(yīng)判斷，并根據(jù)人機(jī)接口模塊I中的正反轉(zhuǎn)指令(即，電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制信號(hào)F/R)對(duì)MOS管邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)(此時(shí)的MOS管邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)指的是從CPLD芯片U5的PWM信號(hào)輸入的信號(hào))進(jìn)行處理；并對(duì)輸入的故障信號(hào)(M0S管過(guò)流、母線過(guò)壓或者母線欠壓，即，逆變橋MOS管過(guò)流保護(hù)信號(hào)Protect)和制動(dòng)信號(hào)(STOP端口輸出)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果生成驅(qū)動(dòng)MOS管的PWM信號(hào)(U_Hin、U_Lin、V_Hin、V_Lin、ff_Hin和W_Lin)，使得MOS管邏輯導(dǎo)通，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)按指令運(yùn)行。
[0084]第三步:當(dāng)判斷MOS管過(guò)電流，LED會(huì)點(diǎn)亮警示，并關(guān)斷相對(duì)應(yīng)的MOS管以防止燒壞；當(dāng)母線過(guò)電壓、欠電壓故障和制動(dòng)信號(hào)輸入時(shí)，相應(yīng)的LED會(huì)點(diǎn)亮警示，并關(guān)斷PWM信號(hào)輸出，使得所有MOS管關(guān)斷。[0085]最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例。顯然，本發(fā)明不限于以上實(shí)施例，還可以有許多變形。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能從本發(fā)明公開(kāi)的內(nèi)容直接導(dǎo)出或聯(lián)想到的所有變形，均應(yīng)認(rèn)為是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.無(wú)刷直流電機(jī)控制器，包括無(wú)刷直流電機(jī)(8)、CPLD及外圍電路模塊(5)、三相橋逆變電路模塊(7)、驅(qū)動(dòng)電路模塊(6)、保護(hù)電路模塊(4)、供電電源模塊(2)、人機(jī)接口模塊(I)和PWM波生成電路模塊(3);其特征是:所述CPLD及外圍電路模塊(5)分別接收人機(jī)接口模塊(I)、PWM波生成電路模塊⑶和保護(hù)電路模塊⑷發(fā)出的控制指令，以及無(wú)刷直流電機(jī)(8)發(fā)出的三相霍爾信號(hào)后,產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)；驅(qū)動(dòng)電路模塊(6)接收CPLD及外圍電路模塊(5)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并將驅(qū)動(dòng)信號(hào)生成控制信號(hào); 三相橋逆變電路模塊(7)接收驅(qū)動(dòng)電路模塊(6)的控制信號(hào)，并控制無(wú)刷直流電機(jī)(8)的運(yùn)行；保護(hù)電路模塊(4)檢測(cè)三相橋逆變電路模塊(7)和驅(qū)動(dòng)電路模塊(6)，并將檢測(cè)結(jié)果以控制指令的形式反饋到CPLD及外圍電路模塊(5)；所述供電電源模塊(2)將28V總電壓變換成5V和15V，并將5V或者15V電壓輸送到相應(yīng)的CPLD及外圍電路模塊(5)、三相橋逆變電路模塊(7)、驅(qū)動(dòng)電路模塊(6)、保護(hù)電路模塊(4)、人機(jī)接口模塊⑴以及PWM波生成電路模塊(3)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制器，其特征是:所述PWM波生成電路模塊(3)包括555芯片構(gòu)成的施密特觸發(fā)電路，該施密特觸發(fā)電路發(fā)出相應(yīng)的控制指令給CPLD及外圍電路|旲塊( 5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制器，其特征是:所述人機(jī)接口模塊(I)包括電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路和系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路，電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路發(fā)出相應(yīng)的控制指令給CPLD及外圍電路模塊(5)；所述CPLD及外圍電路模塊(5)反饋相應(yīng)的信號(hào)給系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制器，其特征是:所述CPLD及外圍電路模塊(5)由CPLD 芯片 U5、5 針接口 PU JTAG 口 P2、有源晶振 U6、電阻 R34、R35、R36、R37、R44、R45、R46 以及電容 C15、C16、C17 組成；所述驅(qū)動(dòng)電路模塊(6)由集成驅(qū)動(dòng)芯片U13、U14、U15，電容C24、C25、C26、C27、C28、C29、C30、C31、C32、C33、C34、C35, 二極管 D29、D30、D31、D32、D33、D34 組成；所述三相橋逆變電路模塊(7)采用三相全橋結(jié)構(gòu)，由P3接口，N溝道MOS管Q1、Q1、Ql、Ql、Ql、Q6，電阻 Rl、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、RIO、Rll、R12、R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20，電容 Cl、C2，二極管 Dl、D2、D3、D4、D7、D8、D9、DIO、D13、D14、D15、D16，穩(wěn)壓二極管 D5、D6、D11、D12、D17、D18 組成；所述保護(hù)電路模塊(4)包括MOS管過(guò)流保護(hù)電路和母線電壓過(guò)欠壓保護(hù)電路；所述MOS 管過(guò)流保護(hù)電路由光耦 U7、U8、U9、U10、UlU U12,電阻 R47、R48、R49、R50、R51、R52、R53、R54、R55、R56、R57、R58、R59,電容 C18、C19、C20、C21、C22、C23，三端可調(diào)穩(wěn)壓管 D23、D24、D25、D26、D27、D28組成；所述母線電壓過(guò)欠壓保護(hù)電路由運(yùn)算放大器U3A、U3B,電阻R24、R25、R26、R29、R30、R31、R32、R33 組成；所述HVM波生成電路模塊(3)由555芯片Ul，電阻R21、R23，滑動(dòng)變阻器R22，電容C3、C4，二極管D19、D20組成；所述人機(jī)接口模塊(I)包括電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路和系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路；所述電機(jī)正反轉(zhuǎn)及制動(dòng)控制電路由自鎖按鍵Sl-F/R、S2-ST0P，無(wú)極性電容C5、C6、C8、C9、C10、Cll,電阻R27、R28 ;所述系統(tǒng)狀態(tài)顯示電路包括電阻R38、R39、R40、R41和R42，發(fā)光二極管DS1、DS2、DS3、DS4 和 DS5 組成；供電電源模塊⑵包括+15V輸出端口和+5V輸出端口，由電源芯片U2、U4，極性電容C7、C12、C13、C14，二極管 D21、D22，電感 L1、L2 組成；所述供電電源模塊(2)的連接結(jié)構(gòu)如下: 所述電源芯片U2的I端口為總電源端口；電源芯片U2的3、5端口接地；極性電容C7的正極接電源芯片U2的I端口，負(fù)極；功率電感LI 一端接電源芯片U2的2端口，另一端作為+15V輸出端口；極性電容C12的正極接+15V輸出端口，負(fù)極接地；肖特基二極管D21的負(fù)極接電源芯片U2的2端口，正極接地，電源芯片U2的4端口懸空；所述電源芯片U4的I端口為總電源端口；電源芯片U4的3和5端口接地；極性電容C13的正極接電源芯片U4的I端口，負(fù)極接地；功率電感L2 —端接電源芯片U4的端口 2，另一端作為+5V輸出端口；極性電容C14的正極接+5V輸出端口，負(fù)極接地；肖特基二極管D22的負(fù)極接電源芯片U4的2端口，正極接地，電源芯片U4的4端口懸空；所述CPLD及外圍電路模塊(5)的連接結(jié)構(gòu)如下: 所述電容C15、C16和C17分別連接到+5V輸出端口的正極和負(fù)極；CPLD芯片U5的16、38端口接+5V輸出端口；CPLD芯片U5的6、17、28、39端口接地；CPLD芯片U5的40、41、42端口分別接5針接口 Pl的2、3、4端口，5針接口 Pl的2、3、4端口分別通過(guò)電阻R44、R45、R46上拉到+5V輸出端口；5針接口 Pl的I端口接+5V輸出端口，5針接口 Pl的5端口接地；CPLD芯片U5的 7端口連接到JTAG 口 P2的I端口，CPLD芯片U5的26端口連接到JTAG口 P2的3端口；CPLD芯片U5的4端口連接到JTAG 口 P2的5端口；CPLD芯片U5的29端口連接到JTAG 口 P2的7端口；所述JTAG 口 P2的1、3、5、7端口分別經(jīng)電阻R34、R35、R36和R37上拉到+5V輸出端口 JTAG 口 P2的6端口接+5V輸出端口，4、8端口接地JTAG 口P2的其余端口懸空；CPLD芯片U5的5端口接有源晶振U6的3端口，有源晶振U6的4端口接+5V輸出端口，有源晶振U6的2端口接地，有源晶振U6的I端口懸空；所述驅(qū)動(dòng)電路模塊(6)的連接結(jié)構(gòu)如下: 集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的I端口標(biāo)記為U_Hin端口，并與CPLD芯片U5的35端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的2端口標(biāo)記為U_Lin端口，并與CPLD芯片U5的34端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)Ol端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6端口標(biāo)記為VSl端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的7端口標(biāo)記為HOl端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的8端口標(biāo)記為V_HB1端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的3端口接地；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的5端口接+15V電源正極；集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6和8端口直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C24和C27 ;二極管D29負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的6端口，正極接地；二極管D32負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的8端口，正極接+15V電源正極；極性電容C30和無(wú)極性電容C33并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源上；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的I端口標(biāo)記為V_Hin端口，并與CPLD芯片U5的33端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的2端口標(biāo)記為V_Lin端口，并與CPLD芯片U5的32端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)02端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6端口標(biāo)記為VS2端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的7端口標(biāo)記為H02端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的8端口標(biāo)記為V_HB2端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的3端口接地；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的5端口接+15V電源正極；集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6和8端口直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C25和C28 ;二極管D30負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的6端口，正極接地；二極管D33負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的8端口，正極接+15V電源正極；極性電容C31和無(wú)極性電容C34并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源上；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的I端口標(biāo)記為W_Hin端口，并與CPLD芯片U5的31端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的2端口標(biāo)記為W_Lin端口，并與CPLD芯片U5的30端口相連接；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的4端口標(biāo)記為L(zhǎng)03端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6端口標(biāo)記為VS3端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的7端口標(biāo)記為H03端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的8端口標(biāo)記為V_HB3端口；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的3端口接地；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的5端口接+15V電源正極；集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6和8端口直接并聯(lián)兩個(gè)無(wú)極性電容C26和C29 ;二極管D31負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的6端口，正極接地；二極管D34負(fù)極接集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的8端口，正極接+15V電源正極；極性電容C32和無(wú)極性電容C35并聯(lián)后串聯(lián)在+15V電源上；所述三相橋逆變電路模塊(7)的連接結(jié)構(gòu)如下: 所述接口 P3的I端口接總電源正極，接口 P3的2端口接總電源負(fù)極；極性電容Cl和C2并聯(lián)后接到總電源上；兩個(gè)電阻Rl和R2串聯(lián)后接到總電源上；MOS管Ql和Q2、Q3和Q4以及Q5和Q6分別構(gòu)成三相全橋的三個(gè)橋臂；MOS管Ql的源極輸出標(biāo)記為VSl端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的VSl端口相連接；MOS管Q3的源極輸出標(biāo)記為VS2端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的VS2端口相連接；MOS管Q5的源極輸出標(biāo)記為VS3端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的VS3端口相連接；兩個(gè)二極管D1、D3同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Ql漏極，正極標(biāo)記為FAULT_1端口；電阻R5 一端接MOS管Ql柵極，另一端標(biāo)記為HOl端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的HOl端口相連接；穩(wěn)壓管D5負(fù)極接MOS管Ql柵極，正極接MOS管Ql源極；電阻R7并聯(lián)在穩(wěn)壓管D5上；三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_1端口與三相橋逆變電路模塊(7)的HOl端口之間用電阻R3連接；兩個(gè)二極管D2、D4同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q2漏極，正極標(biāo)記為FAULT_2端口；電阻R6 一端接MOS管Q2柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)Ol端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的LOl端口相連接；穩(wěn)壓管D6負(fù)極接MOS管Q2柵極，正極接MOS管Q2源極，電阻R8并聯(lián)在穩(wěn)壓管D6上；三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_2端口與三相橋逆變電路模塊(7)的LOl端口之間用電阻R4連接；兩個(gè)二極管D7、D9同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q3漏極，正極標(biāo)記為FAULT_3端口；電阻Rll —端接MOS管Q3柵極，另一端標(biāo)記為H02端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的H02端口相連接；穩(wěn)壓管Dll負(fù)極接MOS管Q3柵極，正極接MOS管Q3源極，電阻R13并聯(lián)在穩(wěn)壓管Dll上；三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_3端口與三相橋逆變電路模塊(7)的H02端口間用電阻R9連接；兩個(gè)二極管D8、DlO同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q4漏極，正極標(biāo)記為FAULT_4端口；電阻R12 —端接MOS管Q4柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)02端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的L02端口相連接；穩(wěn)壓管D12負(fù)極接MOS管Q4柵極，正極接MOS管Q4源極，電阻R14并聯(lián)在穩(wěn)壓管D12上；三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_4端口與三相橋逆變電路模塊(7)的L02端口間用電阻RlO連接；兩個(gè)二極管D13、D15同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q5漏極，正極標(biāo)記為FAULT_5端口；電阻R17 —端接MOS管Q5柵極，另一端標(biāo)記為H03端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的H03端口相連接；穩(wěn)壓管D17負(fù)極接MOS管Q5柵極，正極接MOS管Q5源極，電阻R19并聯(lián)在穩(wěn)壓管D17上；三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_5端口與三相橋逆變電路模塊(7)的H03端口間用電阻R15連接；兩個(gè)二極管D14、D16同向串聯(lián)后，負(fù)極接MOS管Q6漏極，正極標(biāo)記為FAULT_6端口；電阻R18 —端接MOS管Q6柵極，另一端標(biāo)記為L(zhǎng)03端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的L03端口相連接；穩(wěn)壓管D18負(fù)極接MOS管Q6柵極，正極接MOS管Q6源極，電阻R20并聯(lián)在穩(wěn)壓管D17上；三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_6端口與三相橋逆變電路模塊(7)的L03端口間用電阻R16連接；所述保護(hù)電路模塊(4)的連接結(jié)構(gòu)如下: 電阻R47的一端接光耦U7的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB1端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U13的V_HB1端口相連接；電阻R48的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_1端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_1端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的3端口標(biāo)記為VSl端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的VSl端口相連接；無(wú)極性電容C18并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D23的I端口連接光耦U7的2端口；電阻R49的一端接光耦U8的I端口，另一端接+15V輸出端口；電阻R50的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_2端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_2端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的3端口接地；無(wú)極性電容C19并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D24的I端口連接光耦U8的2端口；電阻R51的一端接光耦U9的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB2端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U14的V_HB2端口相連接；電阻R52的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_3端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_3端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的3端口標(biāo)記為VS2端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的VS2端口相連接；無(wú)極性電容C20并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D25的I端口連接光耦U9的2端口；電阻R53的一端接光耦UlO的I端口，另一端接+15V輸出端口；電阻R54的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_4端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_4端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的3端口接地；無(wú)極性電容C21并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D26的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的I端口連接光耦UlO的2端口；電阻R55的一端接光耦Ull的I端口，另一端標(biāo)記為V_HB3端口，并與集成驅(qū)動(dòng)芯片U15的V_HB3端口相連接；電阻R56的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_5端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_5端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的3端口標(biāo)記為 VS3端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的VS3端口相連接；無(wú)極性電容C22并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D27的端口 I連接光耦Ull的2端口；電阻R57的一端接光耦U12的I端口，另一端接+15V輸出端口；電阻R58的一端接三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的2端口，另一端標(biāo)記為FAULT_6端口，并與三相橋逆變電路模塊(7)的FAULT_6端口相連接；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的端口 3接地；無(wú)極性電容C23并聯(lián)在三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的2、3端口上；三端可調(diào)穩(wěn)壓管D28的I端口連接光耦U12的2端口；光耦 U7、U8、U9、U10、U11 以及 U12 的 3 端口都接地;光耦 U7、U8、U9、U10、U11 以及 U12的端口 4相互連接后，標(biāo)記為端口 Protect ;且光耦U7、U8、U9、U10、U11以及U12相互連接后的端口 4電平通過(guò)電阻R59上拉到+5V輸出端口；電阻Rl和R2之間設(shè)置VoltageTest端口；電阻R24、R25相互串聯(lián)后構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，并與運(yùn)算放大器U3A的2端口相連接；電阻R24的一端接+5V輸出端口，電阻R25的一端接地；VoltageTest端口經(jīng)電阻R26與運(yùn)算放大器U3A的3端口相連接；運(yùn)算放大器U3A的I端口標(biāo)記為0VER_V端口；電阻R29 —端接運(yùn)算放大器U3A的I端口，另一端接+5V輸出端口；運(yùn)算放大器U3A的8端口接+5V輸出端口，運(yùn)算放大器U3A的4端口接地；電阻R30、R31相互串聯(lián)后構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，并與運(yùn)算放大器U3B的5端口相連接；電阻R30的一端接+5V輸出端口，電阻R31的一端接地；VoltageTest端口經(jīng)電阻R32與運(yùn)算放大器U3B的6端口相連接；運(yùn)算放大器U3B的7端口標(biāo)記為L(zhǎng)ACK_V端口；電阻R33 —端接運(yùn)算放大器U3B的7端口，另一端接+5V輸出端口；運(yùn)算放大器U3B的8端口接+5V輸出端口，運(yùn)算放大器U3B的4端口接地；所述PWM波生成電路模塊(3)的連接結(jié)構(gòu)如下: .555芯片Ul的4、8端口接+5V輸出端口，555芯片Ul的I端口接地，555芯片Ul的3端口標(biāo)記為PWM端口；無(wú)極性電容C4 一端接555芯片Ul的5端口，另一端接地；二極管D20的正極接555芯片Ul的7端口，負(fù)極接555芯片Ul的2和6端口；電阻R23的一端接+5V輸出端口，另一端接滑動(dòng)變阻器R22的I端口；滑動(dòng)變阻器R22的2端口接555芯片Ul的7端口；滑動(dòng)變阻器R22的3端口接電阻R21的一端；電阻R21的另一端接二極管D19的負(fù)極；二極管D19的正極接555芯片Ul的2、6端口；無(wú)極性電容C3的一端接二極管D19的正極，另一端接地；所述人機(jī)接口模塊(I)的連接結(jié)構(gòu)如下: 無(wú)極性電容C5、C6和C8并聯(lián)后接+5V輸出端口；自鎖按鍵S1-F/R的3端口接+5V輸出端口，自鎖按鍵S1-F/R的2端口接電阻R27的一端，自鎖按鍵S1-F/R的I端口接地；電阻R27的另一端標(biāo)記為F/R端口；無(wú)極性電容C9和Cll并聯(lián)后，一端接地，另一端接人機(jī)接口模塊(I)的F/R端口；自鎖按鍵S2-ST0P的3端口接+5V輸出端口，自鎖按鍵S2-ST0P的2端口接電阻R28的一端，自鎖按鍵S2-ST0P的I端口接地；電阻R28的另一端標(biāo)記為STOP端口；無(wú)極性電容ClO —端接地，另一端接STOP端口；電阻R38的一端標(biāo)記為0VER_C端口，另外一端接發(fā)光二極管DSl的I端口，發(fā)光二極管DSl的2端口接地；電阻R39的一端標(biāo)記為F/R端口，另外一端接發(fā)光二極管DS2的I端口，發(fā)光二極管DS2的2端口接地；電阻R40的一端標(biāo)記為NOMAL端口，另外一端接發(fā)光二極管DS3的I端口，發(fā)光二極管DS3的2端口接地；電阻R41的一端標(biāo)記為0VER_V端口，另外一端接發(fā)光二極管DS4的I端口，發(fā)光二極管DS4的2端口接地；電阻R42的一端標(biāo)記為L(zhǎng)ACK_V0UT端口，另外一端接發(fā)光二極管DS5的I端口，發(fā)光二極管DS5的2端口接地； CPLD芯片U5的3端口接Protect端口；CPLD芯片U5的2端口接PWM端口；CPLD芯片U5 的 1、44、25、37、36 端口分別接接人機(jī)接口模塊(I)的兩個(gè) F/R、STOP、LACK_V0UT、0VER_C,NOMAL 端口；CPLD 芯片 U5 的 43、8 端口分別接 0VER_V、LAVK_V 端口；CPLD 芯片 U5 的 35、.34、33、32、31、30 端口分別接 U_Hin、U_Lin、V_Hin、V_Lin、W_Hin、W_Lin 端口；CPLD 芯片 U5的其余端口懸空。
5.無(wú)刷直流電機(jī)控制器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是:包括轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)輸出霍爾信號(hào)判斷、輸入PWM波判斷、正反轉(zhuǎn)判斷及MOS管邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理、故障和制動(dòng)信號(hào)判斷以及根據(jù)加載信號(hào)的邏輯輸出PWM信號(hào)等步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無(wú)刷直流電機(jī)控制器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征是:所述的步驟如下: 第一步:開(kāi)機(jī)后系統(tǒng)先初始化，刷新LED顯示狀態(tài)；第二步:無(wú)刷直流電機(jī)(8)的霍爾傳感器給出轉(zhuǎn)子位置的三相霍爾信號(hào)，以及PWM波生成電路模塊⑶給出的PWM波輸入到CPLD芯片U5 ；CPLD芯片U5做出相應(yīng)判斷，并根據(jù)人機(jī)接口模塊I中的正反轉(zhuǎn)指令對(duì)MOS管邏輯驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理；并對(duì)輸入的故障信號(hào)和制動(dòng)信號(hào)進(jìn)行判斷，根據(jù)判斷結(jié)果生成驅(qū)動(dòng)MOS管的PWM信號(hào)，使得MOS管邏輯導(dǎo)通，最終實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)按指令運(yùn)行；第三步:當(dāng)判斷MOS管過(guò)電流，LED會(huì)點(diǎn)亮警示，并關(guān)斷相對(duì)應(yīng)的MOS管以防止燒壞；當(dāng)母線過(guò)電壓、欠電壓故障和制動(dòng)信號(hào)輸入時(shí)，相應(yīng)的LED會(huì)點(diǎn)亮警示，并關(guān)斷PWM信號(hào)輸出，使得所有MOS管關(guān)斷。
【文檔編號(hào)】H02P6/08GK104009682SQ201410253909
【公開(kāi)日】2014年8月27日申請(qǐng)日期:2014年6月9日優(yōu)先權(quán)日:2014年6月9日
【發(fā)明者】魯文其, 王瑋, 史偉民, 胡旭東申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)

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