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1 概述
本公司研发生产的 BLDC 驱动器是一款高性能,多功能,低成本的带霍尔传感器直流无刷驱动器。 全数字式设计使其拥有灵活多样的输入控制方式,*的调速比,低噪声,完善的软硬件保护功 能,驱动器可通过串口通信接口与计算机相连,实现 PID 参数调整,保护参数,电机参数,加减 速时间 等参数的设置,还可进行 IO 输入状态,模拟量输入,告警状态及母线电压的监视。
1.1 驱动器参数列表
输入电压 | DC18V-50V |
工作电流 | <=10A |
电机霍尔类型 | 60 度,300 度,120 度,240 度 |
工作模式 | 霍尔速度闭环 |
调速方式 | 0-5V 模拟量输入, |
| 0-PWM 输入(PWM 频率范围:1KHz-20KHz) |
| 内部给定, |
| 多段速 1, |
| 多段速 2, |
调速范围 | 0—6000RPM |
保护功能 | l 短路:当异常电流大于 50A 时,产生短路保护 |
| l 过流:当电流超过工作电流设置值并持续一设定时间 |
| 后产生过流保护 |
| l 过压:当电压超过 55V 时产生过电压保护。 |
| l 欠压:当电压低于 18V 时产生欠电压保护。 |
| l 霍尔异常:包括相位异常及值异常. |
工作环境 | 场合:无腐蚀性,易燃,易爆,导电的气体,液体,粉尘 |
| 温度:-10-55 ℃(无冻霜) |
| 湿度:小于 90%RH(不结露) |
| 海拔:小于 1000m |
| 振动:小于 0.5G, 10hz—60hz(非连续运行) |
| 防护等级:IP21 |
散热方式 | 自然风冷 |
尺寸大小 | 120*76*33 单位:mm |
重量 | 250g |
1.2 特点
l 速度 PID 闭环控制,低速转矩大,
l 调速范转宽,0-6000RPM
l 运行加减速时间可由软件设定,实现平滑柔和运行。
l 驱动器自身损耗小,效率高,温升低,因此体积小,易安装
l 多种速度控制方式,由软件设定。
l 使能,方向,刹车输入信号的极性可由软件设定
l 多种完善的保护功能。
l 内置刹车电阻及控制电路(可选),用于消耗再生能量,防止过电压。
2 接口定义与连接图
各端子在面板上的位置
2.1 控制信号输入输出端
2.1.1 引脚列表
引脚排列及相关名称
端子引脚号 | 引脚名 | 定义说明 |
1 | GND | 信号地 |
2 | ALM | 报警输出(开漏)电流应限制在 20mA 内 |
3 | X1 | 多段速输入 1 |
4 | PG | 霍尔信号异或输出(开漏)电流应限制在 20mA 内 |
5 | X2 | 多段速输入 2 |
6 | 5V | 5V 电源输出,输出电流应少于 20Ma (内部为线性电源,过大电流会导致过热) |
7 | X3 | 多段速输入 3 |
8 | SV | 模拟信号输入 |
9 | FR | 方向控制信号 |
10 | GND | 信号地 |
11 | EN | 使能信号,低电平有效 |
12 | BK | 刹车信号,高电平刹车,正常应接 GND |
2.1.2 引脚 X1,X2,X3,EN,BK,FR 对应的内部电路
2.1.3 引脚 PG,ALM 对应的内部电路
2.2 霍尔信号输入端
引脚排列及相关名称
2.3 功率端子
功率端的引脚排列
端子引脚号 | 引脚名 | 定义说明 |
1 | GND | 电源输入负端 |
2 | VDC | 电源输入正端 DC18-50V |
3 | W | 电机相线 W |
4 | V | 电机相线 V |
5 | U | 电机相线 U |
2.4 通信接口
驱动器采用串行通信方式与计算机相连。接口为 RS232 电平。必须通过厂 商提供的电缆才能与计算机相连。物理接口采用 RJ12—6PIN 的网口插座, 其引脚排列如下图,引脚号对应名称在下表中描述。
RJ12 座引脚图
端子引脚号 | 引脚名 | 定义说明 |
1 | NC | 空 |
2 | TXD | MCU 数据发送端 |
3 | VCC | 5V 电源 |
4 | RXD | MCU 数据接收端 |
5 | GND | 地 |
6 | NC | 空 |
2.5 典型接线图
3 控制端口功能说明
3.1 模拟量/PWM 输入端子 SV
SV 用于模拟量输入或者 PWM 输入端,当在 BLDC_2 软件的输入设置为“模拟输入”或者 “PWM 输入”方式时,该端口输入的量作为速度的给定值,下面是接线图及说明。
3.1.1 可调电阻调节模拟输入
可调电阻接线图
图中可调电阻的阻值应在 5K-10K 之前,在接分压电阻时应先确认好电阻的两 端及中间抽头再连接,错误的接法有可能使 5V 电源短路导致驱动器损坏。若连接后, 或在调节分压电阻时,驱动器电源 LED 指示灯变暗或者灭掉,应立即断开驱动器电源, 重新认确电阻引脚后再接。
3.1.2 外部 0-10V 模拟量输入
外部 0-10V 模拟接线图
当 SV 连接外部模拟量输入时,应注意输入的模拟电压应小于 5V,否则有可能损伤 内部电路,高于 5V 时应采用分压电阻分压,以保证分压后的电压大值小于 5V。
3.1.3 SV 用作 PWM 输入端
PWM 输入接线图
驱动器中的 SV 用于 PWM 输入时,其输入量是开关量,应满 5V 电平要求。该 PWM 是真正的 PWM 输入,并非是 PWM 滤波后转为模拟量输入。该 PWM 输入信号的占空比可 为 0 到 任意值, PWM 频率应在 1KHz-20KHz 之间,频率偏向低则 PWM 精度高。建议 PWM 频率设定在 2KHz
3.2 FR 正反转方向控制端子
FR 端子用于控制电机转动方向。FR 端子不同电平切换时会根据加减速时间设 定值,先减速到 0,然后切换方向再从 0 速加度到给定值。如果电机拖动的负载惯量
大,应适当加大加减速时间,否在方向切换时有过流或者电压过高的情况。
3.3 EN 电机使能端子
EN 脚与 GND 的接通与断开可控制电机的运行与停止,只有在 EN 脚与 GND 连 接时其它的操作才能被允许,若断开则电机处于自由状态,其它的操作被禁能。 当电机出现故障时,可以先断开 EN 引脚,然后再接通来清除故障。
3.4 BK 刹车控制端子
当 BK 脚与 GND 脚的断开时, 驱动器将三根相线短路,电机处于制动状态。当 BK 脚与 GND 脚的接通时,电机脱离制动状态。如果电机处于高速或者负载惯量 比较大时,刹车对电气和机械装置产生冲击,损害大。除安全紧急制动外,应避 免此类制动行为。为了减小动作时间,尽量把速度减少到比较安全范围再进行刹 车。
3.5 X1,X2,X3 多段速控制端子 在配置软件中可设置多段速输入模式
多段速模式有两种,分别为模式 1 及模式 2,模式 1 为译码方式,模式 2 为位选 方式。
3.5.1 多段速模式 1
X1,X2,X3 与 GND 的断开或导通可以组合成 8 种不同的状态对应 8 段不同的 速度。通过不同状态的切换实现不同的转速,不同转速过渡按设定的加减速时间 进行。
X1--GND | X2--GND | X3--GND | 速度段 | 值 |
闭合 | 闭合 | 闭合 | 速度段 0 | 用户可设 |
闭合 | 闭合 | 断开 | 速度段 1 | 用户可设 |
闭合 | 断开 | 闭合 | 速度段 2 | 用户可设 |
闭合 | 断开 | 断开 | 速度段 3 | 用户可设 |
断开 | 闭合 | 断开 | 速度段 4 | 用户可设 |
断开 | 闭合 | 断开 | 速度段 5 | 用户可设 |
断开 | 断开 | 闭合 | 速度段 6 | 用户可设 |
断开 | 断开 | 断开 | 速度段 7 | 用户可设 |
多段速模式 1,X1,X2,X3 状态对应不同的速度段
3.5.1 多段速模式 2
多段速模式 2 为位选模式,即 X1,X2,X3 各对应一个速度, 当 X1 闭合时,运行速度段 0 设定的转速,
当 X2 闭合时,运行速度段 1 设定的转速, 当 X3 闭合时,运行速度段 2 设定的转速,
当 X1,X2,X3 有两个或全部闭合时,优先级由高到低排列为 X1>X2>X3,如 X1, X2 同时闭合,则运行速度段 0。X2,X3 同时闭合时,则运行速度段 1。
当 X1,X2,X3 都断开时,运行速度段 3 设定的转速。 切换后不同转速过渡按设定的加减速时间进行。
X1--GND | X2--GND | X3--GND | 速度段 | 值 |
闭合 | X | X | 速度段 0 | 用户可设 |
断开 | 闭合 | X | 速度段 1 | 用户可设 |
断开 | 断开 | 闭合 | 速度段 2 | 用户可设 |
断开 | 断开 | 断开 | 速度段 3 | 用户可设 |
多段速模式 2,X1,X2,X3 状态对应不同的速度段
3.6 ALM 报警输出端子
ALM 信号输出是三极管开漏输出。当驱动器 发生,短路,过流,霍尔信号错误, 过电压,欠压等异常时,在 ALM 输出低电平。其吸收电流应小于 50mA ,报警输 出电路有如下几种
(1)LED 指示灯输出 (2)数字信号输出 (3) 蜂鸣器输出
3.7 PG 霍尔信号输出端子
PG 信号用于提供电机转速脉冲信号,PG 信号为开漏输出,测试时应在 5V 与 PG
之间加一个 2K-10K 电阻作上拉电阻。 电机一个电周期内将在 PG 信号端输出 3 个脉冲。
机械周期=电周期*极对数
对于两对极的电机旋转一周将产生 6 个脉冲,四对极则为 12 个脉冲。 电机转动时在 PG 端输出的频率与转速关系如下式
电机转速(RPM)=20 x PG 信号频率 / 电机极对数
3.8 PWR/ALM 指示灯
驱动器上有两个 LED 指示灯,分别为红色及绿色,红色为 ALM 错误类型指示灯, 绿色为电源指示灯。上电后正常情况为绿灯常亮,如绿灯灭请确认电源是否正常。 红色指示灯通过不同的闪烁次数可指示出不同的状态。如下表所示
:
LED 灯状态 | 表示 |
一直亮 | 外部或软件禁能 |
隔一秒,闪烁 1 次 | 短路保护 |
隔一秒,连续闪烁 2 次 | 霍尔值异常 |
隔一秒,连续闪烁 3 次 | 霍尔相位异常 |
隔一秒,连续闪烁 4 次 | 过流 |
隔一秒,连续闪烁 5 次 | 母线电压过低 |
隔一秒,连续闪烁 6 次 | 母线电压过高 |
4 使用操作
安全提示:在连接之前应先看懂连接图,在初次使用或者不熟悉本装置时,应 该使电机与负载断开,以避免错误的接线产生振动等原因对电机与负载的损害。
(1) 连接 X3 上的各种控制信号线, 驱动使能信号 EN 是必须的。只有 EN 信号为低时(图 中 EN 信号对的开关闭合时)驱动器才能驱动电机。在计算机软件对驱动器配置之前应 为高电平,即 EN 信号对应的开关断开。
(2) 连接电机的相线及霍尔信号线。连接时应先确认电机的相线及霍尔信号线定义。然后 按照定义与驱动器上的端子对应正确连接。错误的接线可能导致上电调试时电机振动 或飞转,异常报警等。
(3) 用通信电缆将驱动器与计算机连接,尽量避免上电后多次拔插通信电缆,防止地 电位不等或者静电对接口芯片的损坏。
(4) 连接电源。注意电源的正负极方向。接反后,驱动器电源指示灯不亮,应尽快断开电 源,否则对电源本身及驱动器都有一定损害。
(5) 打开计算机,安装并运行配置软件 BLDC_2,通过配置软件对驱动器适配电机的霍尔 时序,极对数进行设置。设置输入方式为内部给定,点击“配置”输入一定的转速, 建议设置为 300RPM,用于试运行,设置完成后点击“保存 EEPROM”。然后将外部使能 控制信号 EN 开关闭合,驱动器处于开始运行状态,电机转动运行到设定值。若出现 异常则断开使能信号,重新检查连接是否正确,异常情况描述请参考“常见问题”
(6) 正确硬件连接与软件配置后,电机应转动平稳,噪声较低,空载运行时在软件上监视 电流小,且变动小。否则请重新确认连接是否正确与配置是否无误。
(7) 通过改变 FR 引脚信号切换电机转动方向