[发明专利]一种深海长距离混合传输的大功率直流无刷电机驱动器

摘要

本发明公开了一种深海长距离混合传输的大功率直流无刷电机驱动器，本发明经过输入保护电路，在电压不超过设定值、电流也不超过设定值的情况下，它才传输到输入滤波电路；经过滤波后的300V直流电主要传输到逆变电路，逆变成三相的交变电流驱动直流无刷电机运行。电源转换电路将一部分滤波后的300V直流电转换成控制模块所需的电压。主控电路通过电平转换和检测电路能够检测到直流无刷电机内部的霍尔传感器的输出信号，以此来切换驱动逆变电路的信号波形；本发明体积小，效率高，稳定性强；而且它能减少电机运行产生的谐波对数据耦合器中高频数据信号的干扰。

主权项

一种深海长距离混合传输的大功率直流无刷电机驱动器，主要由输入保护电路、输入滤波电路、电源转换电路、逆变转换电路、电平转换电路、主控电路、串口信号传输电路构成；其特征在于：所述的输入保护电路与输入滤波电路主要包括管状保险丝F1，大功率直插二极管D1，第一贴片二极管D2，继电器J1，共模电感L1，差模电感L2，瓷片电容C0，第一电解电容C1，第一电阻R1，贴片三极管Q1；保险丝F1的一端为电源输入端，与供电电压源正极+DC300V连接，保险丝F1的另一端接大功率直插二极管D1的阳极，大功率直插二极管D1的阴极接继电器J1的常闭端口1；继电器J1的公共端子2接共模电感L1的1端子，继电器J1的常开端口3空置，驱动端4加+15V电压，端口5和贴片三极管Q1的集电极和第一贴片二极管D2的阳极相接，第一贴片二极管D2的阴极接继电器J1的驱动端4；贴片三极管Q1的基极和接第一电阻R1的一端，发射极接地；第一电阻R1的另一端接主控电路U10的输出端PD11；共模电感L1的端口2与瓷片电容C0的一端、差模电感L2的一端连接，端口3接输入电压源负端‑DC300V，差模电感L2的另一端和第一电解电容C1的正极连接，同时此连接点也引出作为整个系统所需电压正极300V的输出端；瓷片电容C0的另一端、第一电解电容C1的另一端和共模电感L1的端口4接地； 电源转换电路包括DC‑DC电源转换器U1，开关稳压芯片U2、U3、U4，低压差电源转换芯片U5、第二电解电容C2、第三电解电容C3、第四电解电容C4、第五电解电容C5、第一胆电容C6、第二胆电容C7、第一贴片电容C8、第二贴片二极管D3、第三贴片二极管D4、第四贴片二极管D5、第五贴片二极管D6、第一磁芯电感L3、第二磁芯电感L4、第三磁芯电感L5、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5；DC‑DC转换器U1的1脚为输入端，连接电路300V电压输出端，2脚、4脚接地，3脚连接第二贴片二极管D3的阳极，第二贴片二极管D3的阴极连接第二电解电容C2的正极，同时此连接点作为系统所需电压24V的输出端，第二电解电容C2的负极接地；三个开关电源稳压芯片U2、U3、U4的1脚均与电源电路的24V电压源连接，3脚、5脚、6脚均接地，第一开关电源稳压芯片U2的2脚连接第三贴片二极管D4的阴极和第一磁芯电感L3的一端，第三贴片二极管D4的阳极接地，第一磁芯电感L3的另一端连接第三电阻R3的一端、第二电阻R2的一端和第三电解电容C3的正极，同时此连接点为整个电路的+15V电压输出端，第三电解电容C3的负极接地，第一开关电源稳压芯片U2的4脚接第二电阻R2的另一端，第三电阻R3的另一端接地；第二开关电源稳压芯片U3的2脚接第四贴片二极管D5的阴极和第二磁芯电感L4的一端，第四贴片二极管D5的阳极接地，第二磁芯电感L4的另一端连接第四电阻R4的一端、第五电阻R5的一端和第四电解电容C4的正极，同时此连接点作为整个电路的+9V电压输出端，第四电解电容C4的负极接地；第二开关电源稳压芯片U3的4脚连接第四电阻R4的另一端，第五电阻R5的另一端接地；第三开关电源稳压芯片U4的2脚连接第五贴片二极管D6的阴极和第三磁芯电感L5的一端，第五贴片二极管D6的阳极接地，第三磁芯电感L5的另一端接电源转换芯片U5的1脚、第五电解电容C5的正极、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端和第一胆电容C6的正极，同时此连接点为系统中的+5V电压输出端；第三开关电源稳压芯片U4的4脚接第六电阻R6的另一端，第七电阻R7的另一端接地，第五电解电容C5的负极和第一胆电容C6的负极均接地；低压差电源芯片U5的输出端2、3引脚均和第二胆电容C7的正极及第一贴片电容C8的一端连接，同时此连接点为整个系统的+3.3V电压输出端；低压差电源芯片U5的4引脚、第二胆电容C7的负极和第一贴片电容C8的另一端均接地；逆变电路包括IPM模块U6，第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第十九电阻R19、第二十电阻R20、第六贴片二极管D7、第七贴片二极管D8、第八贴片二极管D9，第二贴片电容C9、第三贴片电容C10、第四贴片电容C11、第五贴片电容C12、第六贴片电容C13、第七贴片电容C14、第八贴片电容C15、第九贴片电容C16、第十贴片电容C17、第十一贴片电容C18、第十二贴片电容C19、第十三贴片电容C20、第十四贴片电容C21、第十五贴片电容C22；IPM模块U6的1脚、10脚、14脚、18脚与电源转换电路的+15V电压输出端连接，2脚接地，27脚接入300V直流电；IPM模块U6的10脚分别连接第二贴片电容C9、第三贴片电容C10、第四贴片电容C11、第九电阻R9的一端；第二贴片电容C9、第三贴片电容C10、第四贴片电容C11、第九电阻R9的另一端接地；第九电阻R9的另一端接第六贴片二极管D7、第七贴片二极管D8、第八贴片二极管D9的阳极；第六贴片二极管D7、第七贴片二极管D8、第八贴片二极管D9的阴极分别接IPM模块U6的11引脚、15引脚、19引脚；第五贴片电容C12接在IPM模块U6的11引脚和12引脚之间；第六贴片电容C13接在IPM模块U6的15引脚和16引脚之间；第七贴片电容C14接在IPM模块U6的19引脚和20引脚之间；第十八电阻R18接在IPM模块U6的20引脚和24引脚之间；第十九电阻R19接在IPM模块U6的16引脚和25引脚之间；第二十电阻R20接在IPM模块U6的12引脚和26引脚之间；IPM模块U6的8引脚接第八贴片电容C15和第十七电阻R17的一端，第八贴片电容C15的另一端接地，第十七电阻R17的另一端与第八电阻R8的一端和IPM模块U6的21引脚、22引脚、23引脚连接，同时此连接点为系统电流采样点N；第八电阻R8的另一端接地；IPM模块U6的7引脚接第九贴片电容C16的一端，第九贴片电容C16的另一端接地；IPM模块U6的5引脚接第十电阻R10、第十五贴片电容C22的一端，第十五贴片电容C22的另一端接地，第十电阻R10另一端接主控芯片U10的输出端口PE8；IPM模块U6的17引脚接第十一电阻R11、第十四贴片电容C21的一端，第十四贴片电容C21的另一端接地，第十一电阻R11另一端接主控芯片U10的输出端口PE9；IPM模块U6的4引脚接第十二电阻R12、第十三贴片电容C20的一端，第十三贴片电容C20的另一端接地，第十二电阻R12另一端接主控芯片U10的输出端口PE10；IPM模块U6的13引脚接第十三电阻R13、第十二贴片电容C19的一端，第十二贴片电容C19的另一端接地，第十三电阻R13另一端接主控芯片U10的输出端口PE11；IPM模块U6的3引脚接第十四电阻R14、第十一贴片电容C18的一端，第十一贴片电容C18的另一端接地，第十四电阻R14另一端接主控芯片U10的输出端口PE12；IPM模块U6的9引脚接第十五电阻R15、第十贴片电容C17的一端，第十贴片电容C17的另一端接地，第十五电阻R15另一端接主控芯片U10的输出端口PE13；IPM模块U6的6引脚接十六电阻R16的一端和主控芯片U10的输出端口PE15，第十六电阻R16的另一端接系统供电电源+3.3V；IPM模块U6的24引脚、25引脚、26引脚分别引出外接电机的U、V、W三相端口；电平转换电路包括光耦芯片U7，第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24、第二十五电阻R25、第二十六电阻R26；光耦芯片U7的1引脚、3引脚、5引脚分别连接电源转换电路的+9V电压输出端；光耦芯片U7的7引脚、8引脚、9引脚、10引脚、11引脚、13引脚、15引脚均接地；第二十一电阻R21的一端接光耦芯片U7的2引脚，另一端连接外部霍尔传感器的输出端HU；第二十二电阻R22的一端接光耦芯片U7的4引脚，另一端连接外部霍尔传感器的输出端HV；第二十三电阻R23的一端接光耦芯片U7的6引脚，另一端连接外部霍尔传感器的输出端HW；第二十四电阻R24的一端连接光耦芯片U7的16引脚和主控芯片U10的管脚PA0，另一端接电源转换电路的+3.3V电压输出端；第二十五电阻R25的一端连接光耦芯片U7的14引脚和主控芯片U10的管脚PA1，另一端接电源转换电路的+3.3V电压输出端；第二十六电阻R26的一端连接光耦芯片U7的12引脚和主控芯片U10的管脚PA2，另一端接电源转换电路的+3.3V电压输出端；串口信号传输电路包括第一光耦芯片U8、第二光耦芯片U9，串口接头J2，第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十电阻R30，第十六贴片电容C23和第六电解电容C24，第九贴片二极管D10、第十贴片二极管D11、第十一贴片二极管D12；第一光耦芯片U8的1脚连接第二十七电阻R27的一端、第十六贴片电容C23的一端和主控芯片U10的69管脚；第二十七电阻R27的另一端与电源转换电路的+3.3V电压输出端连接，第十六贴片电容C23的另一端接地；第一光耦芯片U8的2引脚接地，3引脚接PC机的公共端；第一光耦芯片U8的4脚接第二十八电阻R28的一端，第二十八电阻R28的另一端接第九贴片二极管D10的阴极，第九贴片二极管D10的阳极接串口接头J2的3引脚和第十贴片二极管D11的阴极；第十贴片二极管D11的阳极接第十一二极管D12的阳极、第三十电阻R30的一端和第六电解电容C24的正极，第十一二极管D12的阴极接串口接头J2的4引脚；第二十九电阻R29的一端接第二光耦芯片U9的1引脚，另一端接电源转换电路的+3.3V电压输出端；第二光耦芯片U9的2引脚接主控芯片U10的管脚68(TXD)，3引脚接第三十电阻R30的另一端和串口接头J2的2引脚，4引脚接串口接头J2的7引脚；串口接头J2的5引脚接PC的公共地；主控电路主要包括主控芯片U10，双运算放大器芯片U11，下载器接口J3、第十七贴片电容C25、第十八贴片电容C26、第十九贴片电容C27、第二十贴片电容C28、第二十一贴片电容C29、第二十二贴片电容C30、第二十三贴片电容C31、第二十四贴片电容C32、第二十五贴片电容C33、第十二贴片二极管D13、第十三贴片二极管D14、第三十一电阻R31、第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十六电阻R36、第三十七电阻R37、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39、第四十电阻R40、第四十一电阻R41、第四十二电阻R42、第四十三电阻43、第四十四电阻44、第四十五电阻45、第四十六电阻46、开关S1和晶振X1；主控芯片U10的11脚、21脚、22脚、28脚、50脚、75脚、100脚与电源转换电路的+3.3V电压输出端连接，10脚、19脚、20脚、27脚、49脚、74脚、94脚、99脚接地；主控芯片U10的6脚与第十七贴片电容C25的一端连接，12脚接晶振X1的一端和第十八贴片电容C26的一端，13脚与晶振X1的另一端和第十九贴片电容C27的一端连接，第十七贴片电容C25、第十八贴片电容C26、第十九贴片电容C27的另一端接地；开关S1与第二十贴片电容C28的一端与第三十四电阻R34的一端及主控芯片U10的14脚连接，开关S1的另一端与第二十贴片电容C28的另一端接地，第三十四电阻R34的另一端接电源转换电路的+3.3V电压输出端；主控芯片U10的17脚与双运算放大器芯片U11的1引脚、第三十五电阻R35的一端、第三十七电阻R37的一端连接；第三十五电阻R35的另一端接第十二贴片二极管D13和第二十一贴片电容C29的一端，第二十一贴片电容C29的另一端接地，第十二贴片二极管D13的阴极接电源转换电路的+3.3V电压输出端；第三十七电阻R37的另一端接运算放大器U11的2引脚和第三十六电阻R36的一端，第三十六电阻R36的另一端接地；运算放大器芯片U11的3引脚接第二十二贴片电容C30、第三十八电阻R38、第四十六电阻R46的一端；第三十八电阻R38的另一端接电流采样点N，电阻R46的另一端接运算放大器U11的6引脚、7引脚和第二十三贴片电容C31；运算放大器U11的5引脚接第三十九电阻R39、第二十四贴片电容C32和第四十电阻R40的一端，8引脚和电阻R40的另一端接电源转换电路的+3.3V电压输出端，4引脚、第二十二贴片电容C30、第二十三贴片电容C31、第二十四贴片电容C32和第三十九电阻R39的另一端接地；电阻R41、R42、R43、R44依次串联，第四十一电阻R41的另一端连接300V电压源，第四十四电阻R44的另一端接第四十五电阻R45、第二十五贴片电容C33、第十三贴片二极管D14的阳极和主控芯片U10的26引脚（PA3），第四十五电阻R45和第二十五贴片电容C33另一端接地，第十三贴片二极管D14的阴极接电源转换电路的+3.3V电压输出端；第三十三电阻R33一端接地，另一端接主控芯片U10的37引脚；第三十二电阻R32一端接电源转换电路的+3.3V电压输出端，另一端接主控芯片U10的72引脚和下载器接口J3的4引脚；第三十一电阻R31一端接地，另一端接主控芯片U10的76引脚和下载器接口J3的1引脚；下载器接口J3的2引脚接电源转换电路的+3.3V电压输出端，3引脚接地；主控芯片U10的23引脚、24引脚、25引脚、69引脚为输入端口；主控芯片U10的39引脚、40引脚、41引脚、42引脚、43引脚、44引脚、46引脚、58引脚、68引脚为输出端口；主控芯片U10的其余引脚空置。