专利名称：带霍尔容错功能的五相无刷直流电机控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流电机控制器的控制器，具体来说涉及一种带霍尔容错功能的 五相无刷直流电机控制器。
背景技术：
五相无刷直流电机与现有的三相无刷直流电机相比，五相无刷直流电机可以使电 机的绕组利用率由66. 7%提高到80%，电机的功率密度大大提高，低速运转时的转矩提高 了 20%以上，换相时的最大转矩脉动减少为额定转矩的25%。同时，在输出同样功率的情 况下，每相绕组的电流减少了一半，产品的可靠性得到进一步提高。现有五相无刷直流电机与控制器连接的拓扑结构如附图1所示，包括五相霍尔信 号检测回路14、单片机10、驱动回路11、五相全桥开关回路12、过流检测回路18、电压检测 回路16、速度输入检测回路17等。五相霍尔检测回路14检测霍尔信号状态，输入到单片 机，单片机根据表1中的对应关系，输出控制信号到驱动回路11，驱动回路11输出信号控制 五相全桥开关回路12，开关各上下桥臂MOS管，控制五相无刷直流电机13绕组换相，实现 电机运转。速度输入检测回路17检测速度输入信号并输入单片机10，单片机10根据输入 信号的大小控制MOS管的开关，控制无刷直流电机13按一定速度运转。过流检测回路18 检测电流信号，并输入到单片机10，如果达到过流保护的条件，单片机10输出信号关断MOS 管，五相无刷直流电机13停止工作。过压检测回路16检测电压信号，并输入到单片机10， 如达到欠压保护条件，关断MOS管，五相无刷直流电机13停止工作。五相无刷直流电机13中的五相绕组采用星形连接，每相绕组的一端与控制器的 输出相连接，另一端全部连接在一起。电机的五个霍尔信号线与控制器连接，控制器全桥开 关回路的导通和关断受电机霍尔信号的控制，霍尔信号共有十种状态，对应连接电机各相 绕组的开关回路的上下桥臂的导通和关断也有十种状态；在同一时刻，有两个上桥臂和另 外两个下桥臂的开关开通，剩下一个桥臂的开关都关断，这样，电机的四相绕组通电，一相 绕组断电；当霍尔状态发生变化时，导通的四个桥臂的一个上桥(下桥)开关关断，先前未 导通桥臂上桥(下桥)开关开通，这样，导通的绕组关断一相，非导通一相绕组开通，完成绕 组切换；在360°周期内，每相绕组的上桥臂在180°内导通144°、关断36°，下桥臂在另 外180°内导通144°、关断36°，合计每相绕组导通观8°、关断72°。下表1是霍尔完全 正常时的导通逻辑，其中的霍尔信号可以是其他信号形式，十种状态的位置信号真值可以 有不同，但一定是十种状态，开通和关断各个桥臂顺序可以不同，但一定是十种开通和关断 状态。状 态霍尔信号〗输出上桥臂于F关下桥臂于F关HAHBHcHDHEA上B上C上D上E上A下B下C下D下E下10110010001011002011101000100110300110110000011040011111000000115000110110000011610011011001000171000100110100018110010011011000911000000111100010111000001101100表 1根据目前市场反映的情况，电动车用三相无刷直流电机因为霍尔损坏造成电机故 障，年内返修率是1%。由于五相无刷直流电机工作需要五个霍尔，与三相无刷直流电机 相比，霍尔增加了两个，由于五个霍尔只要损坏一个，该电机就出现故障无法使用，电机由 于霍尔故障带来的电机故障的年内返修率达到1. 67%，影响了五相无刷直流电机的推广应 用。因此急需解决五相无刷直流电机霍尔增加带来的电机故障率上升的问题。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种带霍尔容错功能的五相无刷直流电机控制器，该 控制器可以保证五相无刷直流电机在一个或两个霍尔损坏的情况下也能让电机继续正常 运行，降低电机因为霍尔损坏带来的返修率。本实用新型的目的可通过以下的技术措施来实现一种带霍尔容错功能的五相无 刷直流电机控制器，包括连接于五相无刷直流电机的五相霍尔信号检测回路、单片机、驱动 回路、五相全桥开关回路，其特征在于增设了五相霍尔故障处理单元，该五相霍尔故障处 理单元连接于五相霍尔信号检测回路与单片机之间，五相霍尔信号检测回路将检测到的霍 尔的状况信息输送到五相霍尔故障处理单元，五相霍尔故障处理单元根据输入的各种不同 状况的霍尔损坏信息作出相应处理并输送到单片机，单片机根据输入的霍尔损坏状况切换 到相应的容错处理模式，再通过驱动回路控制五相全桥开关回路按相应的容错处理模式工 作。所述五相霍尔故障处理单元包含用于处理其中一个霍尔损坏状况的缺一个霍尔 处理模块；用于处理相邻的两个霍尔损坏状况的缺两个相邻霍尔处理模块；用于处理不相 邻的两个霍尔损坏状况的缺两个不相邻霍尔处理模块；用于处理三个及三个以上霍尔损坏 状况的缺三个以上霍尔处理模块。有益效果1、本实用新型能够通过霍尔损坏的判断过程准确判断损坏的霍尔，进而为后续的 更换或者维修该霍尔提供方便；2、本实用新型能够根据不同的霍尔损坏状况进行相应的容错处理，使五相无刷直流电机在缺一个或两个霍尔的情况下正常运行，将五相无刷直流电机因为霍尔损坏带来电 机返修率降低到百万分之0. 374，基本解决了保修期内因霍尔损坏引起的五相无刷直流电 机的返修问题。
图1是五相无刷直流电机与控制器连接的拓扑结构；图2是本实用新型五相无刷直流电机与控制器连接的拓扑结构。
具体实施方式
图2示出了本实用新型的带霍尔容错功能的五相无刷直流电机控制器拓扑结构 图。在现有五相无刷直流电机控制器的基础上，增设了五相霍尔故障处理单元15，该五相霍 尔故障处理单元连接于五相霍尔信号检测回路14与单片机10之间，五相霍尔信号检测回 路将检测到的霍尔的状况信息输送到五相霍尔故障处理单元，五相霍尔故障处理单元根 据输入的各种不同状况的霍尔损坏信息作出相应处理并输送到单片机，单片机根据输入的 霍尔损坏状况切换到相应的容错处理模式，再通过驱动回路控制五相全桥开关回路按相应 的容错处理模式工作。上述五相霍尔故障处理单元包含用于处理其中一个霍尔损坏状况 的缺一个霍尔处理模块151 ；用于处理相邻的两个霍尔损坏状况的缺两个相邻霍尔处理模 块152 ；用于处理不相邻的两个霍尔损坏状况的缺两个不相邻霍尔处理模块153 ；用于处理 三个及三个以上霍尔损坏状况的缺三个以上霍尔处理模块154。具体的处理过程包括以下内容一、检测霍尔的好坏霍尔的好坏是由五相霍尔故障处理单元15通过检测五相霍尔信号检测回路14的 输出霍尔信号的电平变化时间来确定的，当五相无刷直流电机13以大于100转/分的速度 运行时霍尔信号电平持续IOOms仍无变化，则可以断定该霍尔损坏。二、区分霍尔损坏时的不同具体情况组合在损坏一个霍尔时，有5种组合，在损坏两个霍尔时有十种组合。五相无刷直流电机13有5个霍尔。如表1所示，霍尔正常时，在一个360°电周期
内，有10种霍尔状态与10种MOS管开关状态相对应，并按照状态1，2，3......8,9,10,1,2,
3，......方式循环。在损坏一个霍尔时，如表2所示，霍尔Ha损坏时，状态1和10的霍尔值相同，状态 5和6的霍尔值相同，状态1和10所对应的霍尔信号值01100称为特殊霍尔信号状态，同样 的状态5和6的霍尔信号值00011也称为特殊霍尔信号状态，与表1对比得知，每个特殊霍 尔信号状态依次对应电机霍尔正常时的两种霍尔状态信号，其余六种状态的霍尔信号状态 对应电机霍尔正常时的唯一一种霍尔状态信号；每个特殊霍尔信号状态依次对应电机霍尔 正常时的两种霍尔状态信号A2和B2，例如特殊霍尔信号值01100对应着电机霍尔正常时 状态1的霍尔状态信号01100为B2，以及对应着电机霍尔正常时状态10的霍尔状态信号 11100 为 A2。在霍尔Hb、H。、Hd、He单独损坏时，以此类推，分别都有两种特殊霍尔信号状态。
权利要求1.一种带霍尔容错功能的五相无刷直流电机控制器，包括连接于五相无刷直流电机的 五相霍尔信号检测回路、单片机、用于驱动开关回路的驱动回路、五相全桥开关回路，其特 征在于增设了五相霍尔故障处理单元，该五相霍尔故障处理单元连接于五相霍尔信号检 测回路与单片机之间，五相霍尔信号检测回路将检测到的霍尔的状况信息输送到五相霍尔 故障处理单元，五相霍尔故障处理单元根据输入的各种不同状况的霍尔损坏信息作出相应 处理并输送到单片机，单片机根据输入的霍尔损坏状况切换到相应的容错处理模式，再通 过驱动回路控制五相全桥开关回路按相应的容错处理模式工作。
2.根据权利要求1所述的一种带霍尔容错功能的五相无刷直流电机控制器，所述五相 霍尔故障处理单元包含用于处理其中一个霍尔损坏状况的缺一个霍尔处理模块；用于处 理相邻的两个霍尔损坏状况的缺两个相邻霍尔处理模块；用于处理不相邻的两个霍尔损坏 状况的缺两个不相邻霍尔处理模块；用于处理三个及三个以上霍尔损坏状况的缺三个以上 霍尔处理模块。
专利摘要本实用新型公开了一种带霍尔容错功能的五相无刷直流电机控制器，包括连接于五相无刷直流电机的五相霍尔信号检测回路、单片机、驱动回路、五相全桥开关回路，还增设了五相霍尔故障处理单元，该五相霍尔故障处理单元连接于五相霍尔信号检测回路与单片机之间，五相霍尔信号检测回路将检测到的霍尔的状况信息输送到五相霍尔故障处理单元，五相霍尔故障处理单元根据输入的各种不同状况的霍尔损坏信息作出相应处理并输送到单片机，单片机根据输入的霍尔损坏状况切换到相应的容错处理模式，再通过驱动回路控制五相全桥开关回路按相应的容错处理模式工作。该控制器可以保证五相无刷直流电机在一个或两个霍尔损坏的情况下也能继续正常运行，降低电机因为霍尔损坏带来的返修率。
文档编号H02P6/00GK201904748SQ20102062874
公开日2011年7月20日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者屈晓峰, 李宇, 陈黎明 申请人:中国电器科学研究院, 广州擎天实业有限公司