專利名稱：中壓高轉速無刷直流電機驅動器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種中壓高轉速無刷直流電機驅動器。
背景技術：
有刷直流電機其具有轉矩大、機械特性硬、效率高等特點，但由于有電刷和換向器的存在其轉速一般不是很高。感應電機的轉速雖然可以達到很高，但這種電機的扭轉力矩一般都比較小。而無刷直流電機由于沒有電刷和換向器的限制，其兼具了有刷直流電機的大扭轉力矩、較硬的機械特性、較高的效率和感應電機的高轉速的特點，因而無刷直流電機 已成為最具有發(fā)展前途的電機產(chǎn)品之一。常見的高轉速電機控制器多數(shù)是通過變頻器改變驅動電壓頻率實現(xiàn)的，這種變頻器具有效率低、控制電機轉速不高等缺點。目前，國內(nèi)對無刷直流電機驅動器的研究主要集中在中低速無刷直流電機驅動器方面，而涉及高轉速無刷直流電機驅動器的研究不多。中壓高轉速無刷直流電機驅動器主要是通過選擇具有較高開關頻率和耐壓值的電力電子器件、較為先進的硬件電路設計和更加合理的控制算法來實現(xiàn)的。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型目的在于提供一種中壓高轉速無刷直流電機驅動器，它采用脈寬調(diào)制技術對無刷直流電機進行控制，其整體結構簡單，控制特性好，工作效率高，提高了驅動器可控制電機的最高轉速。本實用新型提供的技術方案是一種中壓高轉速無刷直流電機驅動器，它包括MCU微處理器、高速光耦電路、門極驅動電路、逆變電路、電機、檢測電路、整流電路，所述MCU微處理器發(fā)出脈寬調(diào)制信號送至高速光耦電路，所述高速光耦電路用于將門極驅動電路與MCU微處理器隔離，所述門極驅動電路根據(jù)所接收到脈寬調(diào)制信號發(fā)出驅動控制信號，所述驅動控制信號送入逆變電路，交流電源經(jīng)過整流電路的整流后輸入逆變電路，逆變電路根據(jù)所接收到的驅動控制信號發(fā)出驅動電壓送入電機用以驅動電機工作，所述檢測電路檢測電機的轉速信號和電機轉子位置信號并將所得信號發(fā)送至MCU微處理器。系統(tǒng)就可以通過檢測電路檢測到電機轉子的位置再由MCU微處理器決定換相時亥IJ、計算出轉子轉速，然后發(fā)出相應的用于控制轉子速度的脈寬調(diào)制信號(PWM調(diào)制信號)，PWM調(diào)制信號經(jīng)過門極驅動電路后即可快速驅動逆變電路中MOSFET器件的導通與關斷，交流電源經(jīng)過整流電路的整流處理后變?yōu)橹绷麟娫矗缓竽孀冸娐犯鶕?jù)門極驅動電路所輸出的PWM調(diào)制信號發(fā)出驅動電壓進而驅動電機工作，保證電機工作在穩(wěn)定的轉速條件下，并且轉速可由MCU微處理器通過控制PWM調(diào)制信號的占空比來精確控制。對于上述技術方案，作為補充，所述逆變電路中電子器件選用的是具有較高驅動電壓的MOSFET器件，所述檢測電路的采樣頻率不小于120KHz，PWM調(diào)制信號的頻率不小于IKHz。[0008]作為補充，所述高速光耦電路包括高速光電耦合器，所述高速光電耦合器的速度不低于10Mbit/s。相比于現(xiàn)有技術中的解決方案，本實用新型優(yōu)點是I.本實用新型通過高頻的PWM調(diào)制信號驅動電機。電機通過檢測電路把采集的到的電機轉子信息傳遞給MCU微處理器，MCU微處理器采用頻率不小于120KHz的采樣信號可以準確地采集到轉子的位置信號，MCU微處理器產(chǎn)生頻率不小于IKHz的PWM占空比調(diào)節(jié)信號，系統(tǒng)可以通過控制PWM調(diào)制信號的占空比來精確控制電機的轉速，實現(xiàn)了對電機轉速的高頻采樣以及低頻控制，為了使逆變電路中的MOSFET器件能夠在高開關頻率下正常工作，在逆變電路前端加入了能夠快速驅動MOSFET導通或關斷的門極驅動電路，這樣功率MOSFET就能夠在高頻的PWM調(diào)制信號的驅動下快速的導通或關斷。本實用新型不但結構簡單，而且控制特性好、工作效率聞，使得電機的最聞轉速得到提聞； 2.本實用新型在門極驅動電路與MCU微處理器之間加入了高速光耦電路，高速光 耦電路把MCU微處理器輸出的PWM調(diào)制信號與強電部分隔離開，降低了強電部分對控制信號的干擾，提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。
以下結合附圖
及實施例對本實用新型作進一步描述圖I為本實用新型的結構原理框圖。
具體實施方式
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用于說明本發(fā)明而不限于限制本發(fā)明的范圍。實施例中采用的實施條件可以根據(jù)具體廠家的條件做進一步調(diào)整，未注明的實施條件通常為常規(guī)實驗中的條件。實施例本實施例所描述的中壓高轉速無刷直流電機驅動器，它包括MCU微處理器、高速光耦電路、門極驅動電路、逆變電路、電機、檢測電路、整流電路，所述MCU微處理器發(fā)出脈寬調(diào)制信號送至高速光耦電路，所述高速光耦電路用于將門極驅動電路與MCU微處理器隔離，所述門極驅動電路根據(jù)所接收到脈寬調(diào)制信號發(fā)出驅動控制信號，所述驅動控制信號送入逆變電路，交流電源經(jīng)過整流電路的整流處理后輸入逆變電路，逆變電路根據(jù)所接收到的驅動控制信號發(fā)出驅動電壓送入電機用以驅動電機工作，所述檢測電路檢測電機的轉速信號和電機轉子位置信號并將所得信號發(fā)送至MCU微處理器。所述逆變電路中電子器件選用的是具有較高驅動電壓的MOSFET器件。電機經(jīng)過檢測電路把采集到的電機轉子位置信息傳遞到MCU微處理器。在MCU微處理器采用兩種不同優(yōu)先級的中斷實現(xiàn)采樣頻率中斷(采樣信號)和脈沖占空比調(diào)節(jié)中斷(PWM占空比調(diào)制信號)。較高優(yōu)先級的中斷能夠產(chǎn)生頻率不小于120KHz的采樣信號，通過這種高頻的采樣信號可以準確的采集到轉子的位置信號，不僅能夠達到快速精確的確定電機的換相時刻的目的，還能實現(xiàn)電機轉速的實時采集；較低優(yōu)先級的中斷產(chǎn)生的是頻率不小于IkHz的PWM調(diào)制信號，系統(tǒng)可以通過控制PWM調(diào)制信號的占空比來精確控制電機的轉速。這樣系統(tǒng)就可以通過檢測電路檢測到電機轉子的位置再由MCU微處理器決定換相時亥IJ、計算出轉子轉速，然后發(fā)出相應的速度控制命令，調(diào)節(jié)逆變電路輸出的電機驅動電壓的幅值和頻率，最終達到調(diào)節(jié)電機轉速的目的。由于逆變電路中的MOSFET器件需要較高的驅動電壓且有一定的容性輸入阻抗，因此要利用一個內(nèi)阻小的驅動源對柵極電容進行快速的充放電，以保證柵源極電壓有足夠陡的前后沿，即要在盡量短的時間內(nèi)使柵源極電壓達到閥值以上或降至閥值以下，使其實現(xiàn)快速導通或 關斷的目的。為使MOSFET器件滿足上述條件，在逆變電路前端加入了能夠快速驅動MOSFET器件的門極驅動電路，這樣功率MOSFET就能夠在高頻的PWM斬波信號的驅動下快速的導通或關斷。在門極驅動電路與MCU微處理器之間加入了高速光耦電路，把MCU微處理器輸出的PWM調(diào)制信號與強電部分隔離開，這樣降低了強電部分對控制信號的干擾，提高了系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。由于輸出的PWM信號頻率高達120KHz以上，高頻的PWM信號經(jīng)過光耦電路時其波形會產(chǎn)生一定程度的畸變，當所采用的的光電耦合器的速度越高這種畸變越小，PWM波形畸變越小對系統(tǒng)的影響也相應的越小，因此為使PWM信號波形的畸變對系統(tǒng)的影響最小本實用新型采用的是速度不低于lOMbit/s的高速光電耦合器。綜上，本實施例通過高頻的PWM調(diào)制信號驅動電機。電機通過檢測電路把采集的到的電機轉子信息MCU微處理器，MCU微處理器采用頻率不小于120KHZ的采樣信號可以準確地采集到轉子的位置信號，MCU微處理器產(chǎn)生頻率不小于IKHz的PWM占空比調(diào)節(jié)信號，系統(tǒng)可以通過控制PWM調(diào)制信號的占空比來精確控制電機的轉速，實現(xiàn)了對電機轉速的高頻采樣以及低頻控制，為了為使逆變電路中的MOSFET器件能夠在高開關頻率下正常工作，在逆變電路前端加入了能夠快速驅動MOSFET的門極驅動電路，這樣功率MOSFET就能夠在高頻的PWM調(diào)制信號的驅動下快速的導通或關斷。本實用新型不但結構簡單，而且控制特性好、工作效率高，使得電機的最高轉速得到提高。上述實例只為說明本發(fā)明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求1.一種中壓高轉速無刷直流電機驅動器，其特征在于，它包括MCU微處理器、高速光耦電路、門極驅動電路、逆變電路、電機、檢測電路、整流電路，所述MCU微處理器發(fā)出脈寬調(diào)制信號送至高速光耦電路，所述高速光耦電路用于將門極驅動電路與MCU微處理器隔離，所述門極驅動電路根據(jù)所接收到脈寬調(diào)制信號發(fā)出驅動控制信號，所述驅動控制信號送入逆變電路，交流電源經(jīng)過整流電路的整流處理后輸入逆變電路，逆變電路根據(jù)所接收到的驅動控制信號發(fā)出驅動電壓送入電機用以驅動電機工作，所述檢測電路檢測電機的轉速信號和電機轉子位置信號并將所得信號發(fā)送至MCU微處理器。
2.根據(jù)權利要求I所述的中壓高轉速無刷直流電機驅動器，其特征在于，所述逆變電路中電子器件選用的是具有較高驅動電壓的MOSFET器件。
3.根據(jù)權利要求I所述的中壓高轉速無刷直流電機驅動器，其特征在于，所述檢測電路的采樣頻率不小于120KHz。
4.根據(jù)權利要求I所述的中壓高轉速無刷直流電機驅動器，其特征在于，所述PWM調(diào)制信號的頻率不小于IKHz。
5.根據(jù)權利要求I所述的中壓高轉速無刷直流電機驅動器，其特征在于，所述高速光耦電路包括高速光電耦合器，所述高速光電耦合器的速度不低于lOMbit/s。
專利摘要本實用新型提供了一種中壓高轉速無刷直流電機驅動器，它通過高頻的PWM調(diào)制信號驅動電機的轉動。電機通過檢測電路把采集到的電機轉子信息傳遞給MCU微處理器，MCU微處理器采用頻率不小于120KHz的采樣信號可以準確地采集到轉子的位置信號和頻率不小于1KHz的PWM占空比調(diào)節(jié)信號，系統(tǒng)可以通過控制PWM調(diào)制信號的占空比來精確控制電機的轉速，為了使逆變電路中的MOSFET器件能夠在高開關頻率下正常工作，在逆變電路前端加入了能夠快速驅動MOSFET導通或關斷的門極驅動電路，這樣功率MOSFET就能夠在高頻的PWM調(diào)制信號的驅動下快速的導通或關斷。本實用新型不但結構簡單，而且控制特性好、工作效率高，使得電機的最高轉速得到提高。
文檔編號H02P6/08GK202495903SQ20122013669
公開日2012年10月17日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權日2012年3月31日
發(fā)明者朱英啟, 李小清, 李忠坤, 王仕博, 陸韻 申請人:蘇州大一裝備科技有限公司