一种磁场定向控制驱动电路的制作方法

本实用新型涉及电机驱动技术领域，特别涉及一种磁场定向控制驱动电路。

背景技术：

磁场定向控制(Field-Oriented Control，简称FOC)，也称矢量变频，是目前无刷直流电机(BLDC)和永磁同步电机(PMSM)高效控制的最佳选择。FOC能够精确地控制磁场大小与方向，使得电机转矩平稳、噪声小、效率高，并且具有高速的动态响应，尤其适合于高速电机控制和制作低噪声电器。

然而，现有的磁场定向控制驱动电路中，或存在电机驱动电压不足的问题，或存在转速受限的问题，因而需要提供一种适用性更强的磁场定向控制驱动电路。

技术实现要素：

鉴于现有技术磁场定向控制驱动电路中存在电机转速或驱动电压不佳的问题，提出了本实用新型的一种磁场定向控制驱动电路，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种磁场定向控制驱动电路，包括：微控制器、驱动器、半桥MOS管电路和电流反馈电路；

微控制器连接驱动器，向驱动器输出控制信号；

驱动器经半桥MOS管电路连接电机，在控制信号的作用下通过半桥MOS管电路驱动电机；

电流反馈电路连接在半桥MOS管电路与微控制器之间，形成磁场定向控制驱动电路的闭环反馈。

可选地，微控制器为微控制器TMS320F28062，驱动器为驱动器MP1907。

可选地，驱动器、半桥MOS管电路和电流反馈电路分别设置有对应的三组，以分别控制电机的三相电流。

可选地，驱动器的浮动驱动器控制信号输入端INH与低侧驱动器控制信号输入端INL分别连接微控制器的两个通用输入输出端口，电流反馈电路的输出端接至微控制器的模数采样端口。

可选地，电流反馈电路包括：采样电阻和反向差分放大电路；

采样电阻串联在半桥MOS管电路与地之间，采样电阻与半桥MOS管电路连接的一端连接至反向差分放大电路的反相输入端，采样电阻接地的一端连接至反向差分放大电路的同相输入端；反向差分放大电路的输出端连接微控制器的模数采样端口。

可选地，反向差分放大电路包括运算放大器和消峰反馈电容；消峰反馈电容连接在运算放大器的反相输入端和输出端之间。

可选地，磁场定向控制驱动电路还包括：偏置电路；

偏置电路包括电压跟随器，电压跟随器的输出端连接至反向差分放大电路的同相输入端，偏置电路通过电压跟随器为电流反馈电路提供偏置电压，偏置电压提高电流反馈信号的反馈精度。

可选地，采样电阻为高精度金属膜采样电阻。

可选地，电流反馈电路还包括：低通滤波电路；低通滤波电路连接在反向差分放大电路的输出端和微控制器的模数采样端口之间。

可选地，低通滤波电路为RC低通滤波电路。

可选地，半桥MOS管电路包括第一N-MOS管和第二N-MOS管，第一N-MOS管的漏极连接电机驱动电源的正极和电机线圈的一端，第一N-MOS管的源极连接驱动器的交换节点SW和电机线圈的另一端，第一N-MOS管的栅极连接驱动器的浮动驱动器输出端DRVH；第二N-MOS管的漏极连接第一N-MOS管的源极，第二N-MOS管的源极接地，第二N-MOS管的栅极连接驱动器的低侧驱动器输出端DRVL。

综上所述，本实用新型的有益效果是：

通过微控制器输出控制信号，使驱动器利用半桥MOS管电路驱动电机转动，并借助电流反馈电路将半桥MOS管电路的电流信息闭环反馈给微控制器，实现对电机高转速和高电压的适配调整。

在本申请的优选实施例中，采用微控制器TMS320F28062和驱动器MP1907，实现高达200kr/min的转速和高达100V的电机驱动电压。

附图说明

图1为本实用新型磁场定向控制驱动电路一个实施例的原理结构示意图；

图2为本实用新型磁场定向控制驱动电路一个实施例的微控制器连接示意图；

图3为本实用新型磁场定向控制驱动电路一个实施例的三组驱动器连接示意图；

图4-6为本实用新型磁场定向控制驱动电路一个实施例三组半桥MOS管电路的连接示意图；

图7为本实用新型磁场定向控制驱动电路一个实施例的三组反向差分放大电路的连接示意图；

图8为本实用新型磁场定向控制驱动电路一个实施例的偏置电路的连接示意图；

图9为本实用新型磁场定向控制驱动电路一个实施例的低通滤波电路的连接示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型的技术构思是：通过微控制器输出控制信号，使驱动器利用半桥MOS管电路驱动电机转动，并借助电流反馈电路将半桥MOS管电路的电流信息闭环反馈给微控制器，实现对电机高转速和高电压的适配调整。

图1为本申请磁场定向控制驱动电路一个实施例的原理结构示意图。如图1所示，一种磁场定向控制驱动电路，包括：微控制器、驱动器、半桥MOS管电路和电流反馈电路。

微控制器连接驱动器，向驱动器输出控制信号，以控制驱动器驱动电机转动。

本实施例的驱动器采用半桥拓扑结构，经半桥MOS管电路连接电机，在控制信号的作用下，通过半桥MOS管电路驱动电机，即：驱动器通过控制半桥MOS管的MOS管启闭，控制流过电机线圈的电流大小和方向，以控制电机转动。

电流反馈电路连接在半桥MOS管电路与微控制器之间，形成磁场定向控制驱动电路的闭环反馈，从而向微控制器反馈电流信息，使微控制器根据电流信息进行适配调整，满足对电机转速和驱动电压的要求。例如，在电机驱动电压升高时，半桥MOS管电路中的MOS管达到开启电压的时间变长，此时，微控制器根据反馈的电流信息，提高输出给驱动器的控制信号(如脉宽调制信号PWM)的脉冲宽度，以满足在高驱动电压下MOS管要达到开启电压的所需的时间要求。

图2-8示出了本申请磁场定向控制驱动电路的一个实施例的具体电路连接结构，参考图2-图8所示，在本申请的实施例中，微控制器为微控制器TMS320F28062(见图2中U13)，驱动器为驱动器MP1907(见图3中U9、U3、U14)。TMS320F28062是一种高速微控制器，可控制电机转速达到200kr/min，MP1907是一种宽电压驱动器，可以适用于高达100V的电机驱动电源，从而，达到对电机的高转速高压磁场定向控制驱动。本实施例中，微控制器TMS320F28062和电机驱动电源采用不同的电压工作范围，微控制器TMS320F28062采用3.3V供电，电机驱动电源采用宽电压输入，输入电压范围为16-100V。

在本实施例中，驱动器、半桥MOS管电路和电流反馈电路分别设置有对应的三组，以分别控制电机的三相电流，本实施例采用三相电流反馈，使反馈信息更完整，高速工作更稳定，便于软件处理。其中，图3示出了三组驱动器连接示意图，图4-6示出了三组半桥MOS管电路的连接示意图，图7示出了电流反馈电路的三组反向差分放大电路的连接示意图。

在每组驱动电路中，驱动器的浮动驱动器控制信号输入端INH与低侧驱动器控制信号输入端INL分别连接微控制器的两个通用输入输出端口，电流反馈电路的输出端接至微控制器的模数采样端口。以图3所示驱动器1907(U9)为例，其INH和INL端分别连接微控制器TMS320F28062(见图2中的U13)的87和86通用输入端口。

在本实施例中，电流反馈电路包括：采样电阻和反向差分放大电路。采样电阻串联在半桥MOS管电路与地之间，采样电阻与半桥MOS管电路连接的一端连接至反向差分放大电路的反相输入端，采样电阻接地的一端连接至反向差分放大电路的同相输入端；反向差分放大电路的输出端连接微控制器的模数采样端口。

本实施例的电流反馈电路采用电流反向放大技术，即：电流采样信号的近MOS端(SN信号)接反向差分放大电路(采用运算放大器构成)的反相输入端，采样信号的接地端(SP信号)接运算放大器的同相输入端。从而运算放大器的输出信号小于预设值(如1.65V)表示为正向电流，大于预设值表示为反向电流。

在本实施例中，反向差分放大电路包括运算放大器和消峰反馈电容；消峰反馈电容连接在运算放大器的反相输入端和输出端之间。见图7所示，电流反馈电路还设计了消峰反馈电容C82、C83和C84，从而消除了原放大电路中的阻尼震荡，减少了采样干扰，提高了采样的准确性。如图7所示，消峰反馈电容C82、C83和C84分别连接在运算放大器U19-B、U19-C和U19-D的反相输入端和输出端之间，分别与放大电阻R90、R67和R62形成并联关系。

在本实施例中，优选地，采样电阻为高精度金属膜采样电阻。高精度电阻，就是电阻阻值公差小，阻值稳定的电阻。金属膜电阻器是膜式电阻器(Film Resistors)中的一种，采用高温真空镀膜技术将镍铬或类似的合金紧密附在瓷棒表面形成皮膜，经过切割调试阻值制成，其精度高，性能稳定，结构简单轻巧。本申请采用精度为0.1％的高精度金属膜采样电阻(见图4、5、6中的电阻R17、R27、R46)。

如图4-6所示，半桥MOS管电路包括第一N-MOS管和第二N-MOS管(N-MOS管：N沟道场效应管)，第一N-MOS管的漏极连接电机驱动电源的正极和电机线圈的一端(电机线圈未图示)，第一N-MOS管的源极连接驱动器的交换节点SW和电机线圈的另一端，第一N-MOS管的栅极连接驱动器的浮动驱动器输出端DRVH。第二N-MOS管的漏极连接第一N-MOS管的源极，第二N-MOS管的源极接地，第二N-MOS管的栅极连接驱动器的低侧驱动器输出端DRVL。

以图4所示半桥MOS管电路为例，第一N-MOS管为U11，第二N-MOS管为U12，采样电阻R17串联在U12的源极与地之间，采样电阻R17的两端(SN1和SP1)分别连接至反向差分放大电路(见图7中的U19-B)的反相输入端和同相输入端，以采集电流信息。

在本实施例中，磁场定向控制驱动电路还包括：偏置电路。

偏置电路包括电压跟随器，电压跟随器的输出端连接至反向差分放大电路的同相输入端，偏置电路通过电压跟随器为电流反馈电路提供偏置电压，偏置电压提高电流反馈信号的反馈精度。

反向差分放大电路输出的电流反馈信号与采样电阻两端的电压差相关，当无电流或电流较小时，采样电阻两端的电压差很小，导致电流反馈信号很小。通过增加偏置电路，可以保证电流反馈信号的大小落在一个较高的电压值范围内，而在这一范围内微控制器模数采样端口采样精度较高，从而提高了电流反馈信号的反馈精度。

如图8所示，本实施例的三路电流反馈电路共同使用一路偏置电路，偏置电路通过电压跟随器(见图8中的U19-A)，产生3.3V电压的一半大小的偏置电压(+3V3_HALF)，即约1.6V，使得电流反馈信号始终高于1.6V，而微控制器在采集1.6V以上的反馈信号时精度会高得多，从而提高反馈采样精度。本实施例采用电压跟随器构成偏置电路，产生的偏置电压数值稳定，可以保证电流反馈信号的稳定和高精度。

在本实施例中，电流反馈电路还包括：低通滤波电路；低通滤波电路连接在反向差分放大电路的输出端和微控制器的模数采样端口之间，以滤除高频干扰信号。

如图9所示，低通滤波电路为RC(电阻-电容)低通滤波电路，同样设置有三组。结合图2、图7和图9所示，三组差分放电电路的反馈输出端(ISEN_A、ISEN_B、ISEN_C)分别经三组RC低通滤波电路连接至微控制器(见图2中的U13)的三个模数采样端口(ESC0_ADCINA0_ISEN_A、ESC0_ADCINA0_ISEN_A、ESC0_ADCINA1_ISEN_A)。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，在本实用新型的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本实用新型的目的，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。