[发明专利]一种无带电流运算放大器FOC电机控制系统及方法

说明书

本发明提供一种无带电流运算放大器FOC电机控制系统和方法，其特征在于：将传统的永磁无刷电机的(模块5)中的四个相电流采集运算放大器电路裁剪，将相电流采样点直接连接到MCU的ADC端口，且在MCU中存储有计算机程序，该程序被处理器执行时包含实现无运算放大器的电机控制系统将采集到三相电流经过处理成能够被FOC矢量控制方法接受的输入值的步骤。采用本发明的控制系统和方法，不但去掉了相电流采样运算放大器和周边电路，使得PCB板面积和成本降低，同时采用特殊的计算机程序算法对电机的相电流进行重构，实现三相电流的检测，并且不需要改变其他的电路，满足了风机、水泵等负载变化不是非常强烈的负载的需求。

技术领域

本发明涉及永磁无刷电机无霍尔传感器FOC控制系统及方法，尤其是涉及一种无带电流运算放大器的FOC电机控制系统及其方法。

背景技术

近年来，在国家节能减排的政策下，无刷直流电机因其效率高，控制精度高，控制平稳性好，逐步在市场上风机水泵等行业获得大幅度的应用，低成本的无刷直流电机控制方案越来越获得客户的青睐。

FOC电机控制没有传感器，需要用采样电阻去采样电机的三相相电流，再利用FOC矢量理论对采样电流进行计算而做矢量控制。所以电机相电流采样特别重要。相电流有正有负，需要用运算放大器将相电流的0值抬升到MCU的ADC采样最大电压(+3.3V)的一半(+1.65V)，当采样到正的相电流值，MCU的ADC采样到的值>+1.65V，当采样到负的相电流值，MCU的ADC采样到的值<+1.65V。

由于增加了三路以上的运算放大器来做电流的采样正负判别及采样值放大功能，还需要运放周边电阻电容电路，导致在布置电路PCB板时需要留出一部分面积来布置运放及周边电路，而在某些客户应用下(例如低压FOC控制，由于低压，布板很紧密，面积小)，客户要求控制板体积往往比较小，并且要求成本低，所以能减少PCB布板面积和元件就显得很有必要。

如图1所示，为传统的采用运算放大器来采集电机的三相电的电流的控制电路图。该控制电路包括整流电路、降压电路(模块1)、Mos驱动电路(模块3)、电机驱动电路(模块2)、MCU(模块4)、电流采集电路(模块5)。所述的整流电路输出端与降压模块(模块1)输入端和电机驱动电路(模块2)的一端相连，降压模块(模块2)输出端分别与MCU(模块4)和Mos驱动电路(模块3)相连，MCU(模块4)的输出端分别通过Mos驱动电路(模块3)与电机驱动电路(模块2)的所有Mos管的栅极相连，电机驱动电路(模块2)的输出端通过电流采集电路(模块5)与MCU(模块4)相连。

其中，220V交流电源直接接入到整流桥中，将正弦信号整流成一个周期为100Hz的正弦正半周信号，再通过滤波电解电容C1和C2直接整流成310V的直流电压，这个电压用来驱动控制电机的模块2的三个MOS(Mos1～Mos3)的漏极。

模块1将直流310V通过电源管理芯片IC1：VIPER22和高频变压线圈及稳压芯片，将电压降压为+15V和+5V及3.3V，供电给模块3和模块5及模块4。

模块2为电机驱动6路MOS，MCU控制输出6路PWM波，通过模块3升压信号电压来控制6路MOS，使电机产生矢量磁场信号，拖动电机，实现精确控制。

模块3将MCU输出6路PWM信号(+3.3V)升压到(+15V)。

模块4的IC2为主控芯片MCU，选择ST半导体的STM32F0XX系列芯片，MCU通过采集电机的三路相电流等其它参数用来做程序运算。MCU的电机控制6路PWM输出信号U,V,W,X,Y,Z的电压级别为+3.3V，通过连接到(模块3)(+15V MOS驱动电路)，将PWM控制信号提高为+15V，来驱动电机控制模块MOS的栅极，通过PWM的开关高低电平来控制6路MOS的开关。