专利摘要

本实用新型公开了一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，包括DSPIC芯片控制模块、脉冲宽度调制模块、功率器件模块、通信模块、综合检测模块和电源模块，脉冲宽度调制模块、通信模块和综合检测模块分别与DSPIC芯片控制模块连接，功率器件模块与脉冲宽度调制模块连接 。本实用新型集电流检测模块、温度检测模块和电压检测模块于一体，保证了电机运行的安全性，实现对永磁同步电机的闭环控制，提高永磁同步电机控制系统的稳定性和精度。

权利要求

1.一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，其特征在于，包括DSPIC芯片控制模块（1）、脉冲宽度调制模块（2）、功率器件模块（3）、通信模块（4）、综合检测模块（5）和电源模块（6），所述脉冲宽度调制模块（2）、通信模块（4）和综合检测模块（5）分别与所述DSPIC芯片控制模块（1）连接，所述功率器件模块（3）与所述脉冲宽度调制模块（2）连接，所述综合检测模块（5）还与所述功率器件模块（3）连接，用于检测电流、电压和温度，并将检测数据传输给所述DSPIC芯片控制模块（1）；所述DSPIC芯片控制模块（1）通过通信模块（4）与上位机进行数据和指令传输，所述脉冲宽度调制模块（2）接收所述DSPIC芯片控制模块（1）发出的电机控制信号，通过所述功率器件模块（3）控制永磁同步电机的运转，所述电源模块（6）给其它各模块供电。

2.根据权利要求1所述的基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述DSPIC芯片控制模块（1）的型号为DSPIC33EP256MC506。

3.根据权利要求1所述的基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述脉冲宽度调制模块（2）采用型号为74ACT244MTCX芯片。

4.根据权利要求1所述的基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述通信模块（4）包括CAN总线接口与RS232总线接口，所述CAN总线接口与RS232总线接口分别与所述DSPIC芯片控制模块（1）连接。

5.根据权利要求1所述的基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，其特征在于，所述电源模块（6）中包括由C37MC7815CD2T、C37MC7815CDR4、LM3940芯片构成的电源转换电路。

说明书

技术领域

本实用新型涉及永磁同步电机控制技术领域，具体说是一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置。

背景技术

电机技术发展至今已有快200年的历史。作为支撑人们生产和生活的重要技术，其发展与改良备受人们的关注。近十几年来，价格低廉、高磁能积、高矫顽力的钕铁硼永磁材料技术的发展，使得价格低、体积小、性能高的永磁同步电动机问世了。永磁同步电机具有功率密度大、运转效率高、电磁转矩纹波系数小、过载能力强等特点，近年来在工业制造、航空航天、新能源汽车等诸多领域得到了越来越广泛的应用。

在永磁同步电机控制系统中最关键的是需要实时检测转子位置信息，以便给电机提供换相信号。如果转子位置信息不准确，电机的控制性能便会大幅下降，甚至可能造成整个系统的不稳定。常用的转子磁极信息检测需要借助机械传感器等一系列装置，如霍尔位置传感器、旋转变压器或光电编码器等位置检测装置。但这些装置的存在会使电机的尺寸和体积增大，增加了设计、连线、安装的复杂程度，也带来电磁兼容上的问题，降低了系统的可靠性。这便促使工业界和学术界投入大量人力，物力研究如何取消位置传感器，形成了无位置传感器控制技术。因此，无传感器控制己经成为现代永磁同步电机控制的主流热点。根据永磁同步电动机运行时磁极位置速度信息检测方法的适用范围和估算效果，可以把无传感器控制方法分为两种：第一种是利用理想化的电机数学模型，三相电流和电压信号被用作是有用的输入信号，经过特殊的计算方法，最后输出的信号就是位置信息，方法主要有模型参考自适应法、观测器检测法、变结构观测器法、自适应观测器法、半阶或全阶观测器法、卡尔曼滤波器法等。第二种检测方法跟电机的特点有很大关系，主要是利用凸极性来观测位置，主要方法有高频信号注入法、电感法等。这类方法不依赖电机模型的准确性，但是对电流采样电路的精度要求较高，对滤波器的滤波效果要求较高，滤波最后得到的电流信号包含了位置信息的高频信号。

永磁同步电机是一个强耦合，复杂的非线性系统。为了能够更好运用先进的无位置传感器控制算法来，设计一个合适的永磁同步电机控制器就显得尤为重要。其中，微处理芯片是整个系统的核心，机型的选择往往直接影响系统的控制功能和效果。适用于永磁同步电机控制系统的微处理芯片通常有单片机MCU和数字信号处理器DSP两种。一般来说，单片机是面向控制的，在片内集成了较多的I/O接口和外围部件，价格便宜但运算速度比较慢；数字信号处理器面向快速信号处理，运算速度比单片机要快1到2个数量级但价格高昂且控制性能不如单片机。

永磁同步电机控制较为复杂，涉及到大量的数据换算与分离控制，为了能够利于系统的扩展及对各部分功能模块进行有效的控制，主控制器不仅需要足够的外设接口对外设控制，而且还得有较强的运算能力及丰富的内部资源。随着控制技术日趋复杂化，越来越多的工业装置及家用设备要求系统能够精确响应、实时控制。这就使现有的大多数永磁同步电机控制系统暴露出许多问题：

（1）以DSP为核心的永磁同步电机控制系统，虽然运算能力强,但价格成本较高、接口资源不够丰富、事务处理能力不强。而以MCU为核心的控制系统，虽然处理器功能比较强，但运算速度慢，难以应用较为复杂的控制算法。

（2）控制系统缺少相应的安全检测和保护电路，当出现过热、过流、欠压或过载时极易发生永磁同步电机电机出现损坏的现象，而且控制系统出现故障时极难检测故障的发生部位。

（3）现有的永磁同步电机控制系统存在功能单一、操作复杂、集成化程度较低的问题，整体不够紧凑。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术中的不足，提供一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，包括DSPIC芯片控制模块、脉冲宽度调制模块、功率器件模块、通信模块、综合检测模块和电源模块，所述脉冲宽度调制模块、通信模块和综合检测模块分别与所述DSPIC芯片控制模块连接，所述功率器件模块与所述脉冲宽度调制模块连接，所述综合检测模块还与所述功率器件模块连接，用于检测电流、电压和温度，并将检测数据传输给所述DSPIC芯片控制模块；所述DSPIC芯片控制模块通过通信模块与上位机进行数据和指令传输，所述脉冲宽度调制模块接收所述DSPIC芯片控制模块发出的电机控制信号，通过所述功率器件模块控制永磁同步电机的运转，所述电源模块给其它各模块供电。

本实用新型进一步的设计方案中，上述DSPIC芯片控制模块的型号为DSPIC33EP256MC506。

本实用新型进一步的设计方案中，上述脉冲宽度调制模块采用型号为74ACT244MTCX芯片。

本实用新型进一步的设计方案中，上述通信模块包括CAN总线接口与RS232总线接口，所述CAN总线接口与RS232总线接口分别与所述DSPIC芯片控制模块连接。

本实用新型进一步的设计方案中，上述电源模块中包括由C37MC7815CD2T、C37MC7815CDR4、LM3940芯片构成的电源转换电路。

本实用新型具有以下突出的有益效果：

（1）将DSPIC芯片运用于永磁同步电机控制，综合了数字信号处理器DSP功能和微控制器MCU功能于一体，并且集成了电机控制系统的外围设备，将DSP的高速运算能力与面向电机的高效控制能力集于一体。可以实现性能优良的永磁同步电机控制算法编写和监控软件编写。

（2）将诸多控制系统常用的硬件资源被集成到DSPIC芯片中，而且针对电机驱动对脉宽调制模块作了专门地优化设计，支持自动死区设置。因此，只需配置少量的外围电路，即可构成完整的电机控制平台，可以很大程度地简化控制硬件平台的设计，控制电路得到极大简化，控制系统可靠性、实用性和可维修性得到明显改善。

（3）控制装置集电流检测模块、温度检测模块和电压检测模块于一体，保证了电机运行的安全性，实现对永磁同步电机的闭环控制，提高永磁同步电机控制系统的稳定性和精度,并且提高了系统对外部负载抗扰动能力，保证永磁同步电机正常持续运转。

附图说明

图1为实施例中基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置原理框图；

图2为实施例中DC/DC部分电源模块电路图；

图3为实施例中脉冲宽度调制模块电路图；

图4为实施例中功率器件模块电路图；

图5为实施例中CAN总线通信接口电路图；

图6为实施例中RS232通信接口电路图；

图7为实施例中单相电流检测部分电路图；

图8为实施例中母线电压检测部分电路图；

图9为实施例中温度检测部分电路图；

图中，1-DSPIC芯片控制模块，2-脉冲宽度调制模块，3-功率器件模块，4-通信模块，5-综合检测模块，6-电源模块。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

参见图1，本实用新型中的一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置，包括DSPIC芯片控制模块1、脉冲宽度调制模块2、功率器件模块3、通信模块4、综合检测模块5和电源模块6，DSPIC芯片控制模块1的型号为DSPIC33EP256MC506，使用灵活且经济高效，可以通过不同方式进行配置；脉冲宽度调制模块2采用型号为74ACT244MTCX芯片；脉冲宽度调制模块2、通信模块4和综合检测模块5分别与DSPIC芯片控制模块1连接，功率器件模块3与脉冲宽度调制模块2连接，综合检测模块5还与功率器件模块3连接，用于检测电流、电压和温度，并将检测数据传输给DSPIC芯片控制模块1；通信模块4包括CAN总线接口与RS232总线接口，CAN总线接口与RS232总线接口分别与DSPIC芯片控制模块1连接。DSPIC芯片控制模块1通过通信模块4与上位机进行数据和指令传输，脉冲宽度调制模块2接收DSPIC芯片控制模块1发出的电机控制信号，通过功率器件模块3控制永磁同步电机的运转，电源模块6中包括由C37MC7815CD2T、C37MC7815CDR4、LM3940芯片构成的电源转换电路，电源模块6给其它各模块供电。

本实用新型的脉冲宽度调制模块电路图如图3所示，主要由74ACT244MTCX芯片构成，具有3路PWM输出。同时还设计由6路LED，可以显示PWM的实时输出情况。本实施例使用的主控芯片采用的是3.3V供电，其I/O输出的高低电平为3.3V与OV。而功率器件模块3的驱动芯片IR2181的控制端口HIN与LIN需接收标准TTL电平。为确保IR2181能接收到正确的电压信号，需在DSPIC33EP256MC506产生的PWM信号输入至IR2181之前，将其转换为标准的TTL电平。由于需转换的PWM信号频率较高，该电平转换电路需要有较短的响应时间以及一定的带载能力，本实施例选用的是 74ACT244MTCX芯片。74ACT244MTCX是一个三态输出的八路同相总线收发器，可双向传输数据，其与TTL电平兼容，常用于各种单片机MCU系统中。该芯片信号输入输出保持同相，在实际使用过程当中不改变信号相位，操作更加便捷。同时74ACT244MTCX在电路中也可以起到隔离保护的作用，驱动电路由于其高电压，大电流，大功率的特性，如电路设计不合理，长时间工作可会出现驱动能芯片烧毁的情况，此时74ACT244MTCX芯片会封锁PWM信号，起到保护作用。

本实用新型的功率器件模块电路图如图4所示，采用3个IR2181高性能驱动芯片，来驱动功率器件。每片IR2181作为三相永磁同步电机逆变桥式电路中的一路，驱动2个MOSFET。由15V电源供电。电机控制的核心是功率驱动模块电路，由于场效应管MOSFET管具有输入阻抗高、开关频率高的优点，所以本实施例功率驱动模块是由6个场效应管MOSFET及驱动电路组成的。本驱动电路选用型号为FQB55N10的MOS开关管，其为N沟道MOS管，其最大耐压为100V，最大漏极电流为23A。为了使驱动电路具有较大的驱动能力，采用型号为IR2181驱动芯片，该驱动芯片是双通道、栅极驱动、高压高速功率驱动器。又因为通常逻辑电路要求功率器件的控制性能偏高，所以通过增加电平转换技术的集成度来保证达到控制要求。根据上述的电路配置，其中U2, U3, U4为驱动集成芯片，VT1,VT2,VT3,VT4,VT5,VT6为MOS管，其中芯片的4号管脚与7号管脚分别控制一相PWM波的上下臂，在本实施例设计中每一相输出的驱动信号互补且所选用的IR2181芯片拥有电容自举功能，在PWM波无法驱动MOS管的情况下，可以通过对自举电容进行充电，以此来提升MOS管的信号电压，使其具有扩大信号输出的功能，然后PWM波就能有序的控制VT1, VT2,VT3,VT4,VT5,VT6的通断。

本实用新型的通信模块包含CAN总线接口与RS232总线接口，分别采用MCP2551与SP3232芯片构成两者的总线处理部分。两信接口均与DSPIC芯片相连，用于数据通讯，唯一不同的是CAN总线接口部分由5V电源供电，而RS232总线接口则由3.3V电源供电。CAN总线通信接口电路图与RS232通信接口电路图分别如图5、图6所示，其中驱动控制系统与上位机通信采用USB转串口形式，低速通信串口RS232方式和高速CAN通信方式。串口RS232通信选用SP3232芯片，完成底层3.3V与5V信号的电平转换。本实施例使用的主控芯片DSPIC33EP256MC506内部自带一个CAN模块，且支持CAN2.OB模式，波特率最高可到1Mbps，CAN总线收发则采用MCP2551芯片，可完成DSPIC端CAN高低电平信号转换为CAN卡可识别的读写信号。

本实用新型的综合检测模块包含电流、电压、温度3部分的检测，其分别与系统的功率器件模块与DSPIC芯片控制模块相连，构成闭环，可检测出故障，并将故障信号送回主控芯片，保护系统的正常运行。

模块的单相电流检测部分电路图与母线电压检测部分电路图分别如图7、图8所示，其主要是为了将检测到的系统自身反馈信号，进行一定的转换，使其变成DSPIC能识别的数字信号。如电流检测，先通过获取相电流采样电阻的两端的电压降，在经过放大后将放大的电压输入到芯片引脚比较器，经A/D转换后送入主控芯片，最后再通过计算转换为电流值。当发生电流故障，该引脚芯片信号发生变化，DSPIC做出相应保护措施。本实施例选用MCP6024芯片， MCP6024为轨对轨的运算放大器，其具有宽带宽，低噪声的特点，供电电压范围为2.5V至5.5V，每块芯片具有4路运算放大器。采用电压跟随器可将电路阻抗进行匹配变换，利用电压跟随器的输入电阻极大，输出阻抗极小的特性，在信号输入至A/D接口之前加上电压跟随器，可有效降低前端电路的输出阻抗，使前端有效驱动的负载能力增大;同样，电压跟随器将降低输出阻抗，使A/D采集到的信号更接近理想值。

本实用新型的温度检测电路电路图如图9所示，为了防止温度过高从而破坏控制器，方案设计时还计入了温度检测电路。系统主要由热敏电阻R71来检测温度，其原理为当温度上升时电阻值变大，当温度下降时电阻值下降，从而造成电压值的改变。热敏电阻的一端接DIPIC芯片的ADC10通道，另一端接AVCC。芯片通过检测引脚的电压值大小，来判断控制器是否过热，进而进行实时过热保护，防止过热对驱动控制装置造成破坏。

本实用新型的DC/DC部分电源模块6电路图如图2所示，本实施例采用DSPIC芯片控制模块DSPIC33EP256MC506与RS232总线接口芯片SP3232的电源输入为3.3V，功率器件模块3的驱动芯片IR2181电源输入为15V，MCP2551芯片与74ACT244MTCX芯片的电源输入则为5V。所以DC/DC电源模块6至少3组进行供电。具体实现过程是：电网电能经过整流、滤波处理后，由两级C37MC7815CD2T芯片将其分别转换为15V与5V。最后经过LM3940芯片，转换为3.3V，用于DSPIC芯片控制模块1的供电。

综上，本实用新型上述方案的一种基于DSPIC的永磁同步电机无位置传感器控制系统结构简单，设计合理。既克服了传统单片机控制永磁同步电机时运算速度慢，难以应用较为复杂的控制算法的缺点，同时又解决了以DSP为核心的永磁同步电机控制系统接口资源不够丰富、事务处理能力不强的问题。最后该方案增加的故障检测电路，系统整体集成度高，价格低廉，市场应用前景较好。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

一种基于DSPIC芯片的永磁同步电机控制装置专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。