[发明专利]一种小型数字化直流无刷电机驱动电路及控制方法

权利要求书

1.一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：包括主控制芯片、电源模块、电机信号驱动模块、信号控制模块、信号检测模块、数据传输模块以及数据存储模块，其中：所述的电源模块、信号控制模块、信号检测模块的输出端分别与所述主控制芯片电连接，所述数据传输模块、数据存储模块的输出端和输入端分别与所述主控制芯片电连接，所述的电机信号驱动模块输入端与所述主控制芯片电连接，所述的电机信号驱动模块输出端与直流无刷电机电连接。

2.根据权利要求1所述一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：所述的主控制芯片为FPGA主控制芯片（1）。

3.根据权利要求1或2所述一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：所述的电源模块为二次电源模块（2），所述的二次电源模块（2）为所述FPGA主控制芯片（1）提供+3.3V、+1.5V电压。

4.根据权利要求1所述一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：所述的电机信号驱动模块包括自举升压电路（3）和三相全桥驱动电路（4），所述的自举升压电路（3）的输入端与所述的主控制芯片电连接，所述的自举升压电路（3）的输出端与所述的三相全桥驱动电路（4）的输入端电连接，所述的三相全桥驱动电路（4）的输出端与直流无刷电机电连接。

5.根据权利要求1所述一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：所述的数据存储模块为FLASH数据存储模块（5）。

6.根据权利要求1所述一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：所述的信号检测模块包括霍尔信号检测模块（6）和限位信号检测模块（7），所述的霍尔信号检测模块（6）和限位信号检测模块（7）的输出端分别与所述的主控制芯片电连接。

7.根据权利要求1所述一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：所述的信号控制模块包括调速码控制模块（8）和转向控制模块（9），所述的调速码控制模块（8）和转向控制模块（9）的输出端分别与所述的主控制芯片电连接。

8.根据权利要求1所述一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：所述的数据传输模块包括串口数据读取模块（10）和CAN接收模块（11），所述的串口数据读取模块（10）输入端和CAN接收模块（11）的输出端分别与所述的主控制芯片电连接。

9.根据权利要求1或2所述一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：所述的自举升压电路（3）为IR2110S自举升压电路，所述的FLASH存储器（5）为SPANSION公司生产的存储芯片S29GL512P11TFI01，所述的转向控制模块（9）包括TI公司生产的运算放大器LM2904D、NEC公司生产的光耦PS2801，所述的FPGA主控制芯片（1）为Actel公司ProASIC3系列的A3P600-2PQG208I芯片，所述的A3P600-2PQG208I芯片共设有66个I/O端口，所述的A3P600-2PQG208I芯片的2个I/O端口用作所述CAN接收模块（11）的接收端口，9个I/O端口用作所述霍尔信号检测模块（6）的接收端口，6个I/O端口用作所述限位信号检测模块（7）的接收端口，6个I/O端口作所述转向控制模块（9）的接收端口，25个I/O端口用作FLASH数据存储模块（5）的地址线，16个I/O端口用作FLASH数据存储模块（5）的数据线，2个I/O端口用作串口数据读取模块（10）的串行数据读取接口。

10.一种小型数字化直流无刷电机驱动电路的控制方法，使用权利要求1-9所述的任意一种小型数字化直流无刷电机驱动电路，其特征在于：包括以下步骤：

S1：电路上电后，首先进行初始化，初始化过程包含：IO端口初始化、CAN端口初始化、串口初始化及驱动模块初始化；

S2：完成初始化后，主控制芯片接收控制系统发出的操舵命令，并对霍尔信号、限位信号、转向信号调理后进行采样；

S3：根据转向和限位信号判断电机是否需要转动，只有在正转不限位或者反转不限位的情况下，主控制芯片才会对PWM波进行调制，即将PWM波与电机正转或反转的六个MOS管开关状态相与，将结果输出到相应控制端口；反之，在正转正限位和反转反限位的情况下，电机停转；

S4：首先根据主控制芯片接收操舵信号进行判断，当操舵信号有效时，根据调速码查找表；由于上位机发送的调速码的占空比为非线性的，为了简化算法，将非线性的调速码与0～255做了一个对应表，当FPGA主控制芯片接收到非线性的调速码后先查找表，找到对应的线性数值，利用该数值运算产生PWM波；当该信号为无效时，无需查表直接输出固定值0Xcc，主控制芯片输出固定的PWM波；

S5：FPGA主控制芯片根据当前霍尔状态判断三相全桥驱动电路中哪一相被接通，根据电机的正反转时序表得到六路MOS管的下一时刻的开关状态，将下一时刻电机运转时MOS打开与关闭的开关状态与PWM进行与运算，对PWM波进行调制，然后从6个I/O口输出给IR2110S的PWM波输入端口，器件输出端口信号直接送至三相全桥驱动电路，通过改变PWM波的占空比从而达到控制电机按设定的转速转动的目的；FPGA主控制芯片的I/O口没有驱动能力，IR2110S将I/O口输出的信号进行放大使PWM波信号能够驱动三相全桥驱动电路的MOS管；三相全桥驱动电路的三路输出与无刷电机的三相绕组A、B、C连接，三个霍尔信号与FPGA主控制芯片连接，实时将霍尔信号反馈给FPGA主控制芯片进行分析处理。