專利名稱：一種直流無刷電動機控制驅動電路及具備該電路的直流無刷電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及直流無刷電動機，特別涉及用于高壓場合的直流無刷電動機的控 制及驅動電路。
背景技術：
直流無刷電動機是隨著電力電子器件及新型材料發(fā)展而迅速成熟起來的一種新 型機電一體化電機，它既具有交流電機的結構簡單，運行可靠，維護方便等優(yōu)點，又具備直 流電機那樣良好的調速特性而無由于機械式換向器帶來的問題，還具有運行轉速穩(wěn)定、效 率高、相對成本低等優(yōu)點。目前，用于控制直流無刷電動機的專用集成芯片應用越來越廣泛。MC33035是 Motorola公司的第二代直流無刷電機控制器專用集成電路系列。MC33039是Motorola公司 為直流無刷電機閉環(huán)速度控制專門設計的集成電路。如圖1所示為基于MC33035和MC33039 的三相全波六步無刷直流電動機閉環(huán)速度控制電路。所述電路包括順序連接的電機、位置 傳感器、測速電路MC33039、主控電路和三相橋式逆變電路，其中主控電路還與位置傳感器 和測速電路連接，三相橋式逆變電路與電機連接，其中上部功率開關晶體管為P溝道場效 應晶體管，下部的功率開關晶體管為N溝道場效應晶體管。這些集成電路本身具有許多保 護功能，如過流保護、過熱保護和過壓保護等，這樣提高了控制電路的可靠性，適用于一些 要求單一、功能相對固定和實時性要求較高的直流無刷電機控制系統(tǒng)。但由于直流無刷電 動機仍受到其為直流電機的限制，其供電電壓多為低壓等級的直流電，通常需要獨立的的 電源模塊對其供電，并且用作三相橋式逆變電路上部功率開關晶體管的P溝道場效應晶體 管制作工藝復雜，成本較高，因此在應用中受到了較大的限制。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種適用于高壓場合的直流無刷電動機的控制及驅 動并且成本較低結構簡單的電路和具備該電路的直流無刷電機。一方面，本實用新型提供了 一種直流無刷電動機控制驅動電路，該控制驅動電路 包括順序連接的整流濾波電路、功率轉換電路、位置傳感器、電機、控制電路和驅動電路，所 述驅動電路還與功率轉換電路相連接，其中所述功率轉化電路為三相橋式逆變電路，所述 驅動電路由反相器和3個功率變換驅動器件組成，反相器連接所述控制電路的頂端驅動輸 出端和所述功率變換驅動器件的上橋臂驅動輸入端，所述控制電路的底端驅動輸出端和所 述功率變換驅動器件的下橋臂驅動輸入端連接。在本實用新型的優(yōu)選實施方式中，所述控制電路由主控電路MC33035和測速電路 MC33039構成，所述功率驅動器件為IR2110，所述測速器為CD40106BC。另一方面，本實用新型提供了一種直流無刷電機，該電機具備上述控制驅動電路。實施本實用新型的技術方案，與現(xiàn)有技術相比具有如下有益效果本實用新型的直流無刷電機控制驅動電路可使具備該電路的直流無刷電機應用于高壓場合，并且成本較 低結構簡單。
圖1是現(xiàn)有技術中直流無刷電機的電路框圖；圖2是本實用新型直流無刷電機控制驅動電路具體實施方式
的電路框圖；圖3是本實用新型直流無刷電機控制驅動電路具體實施方式
的電路連接圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實施例中交流電經過橋式整流電路部分1整流，經電容濾波，得到 向電動機定子繞組供電的直流電壓。電機3內部的位置傳感器提供轉子位置的霍爾信號輸 入給控制電路4，控制電路4內轉子位置譯碼器將電機的轉子位置傳感器信號轉換成六路 驅動輸出信號，三路上側驅動輸出和三路下側驅動輸出提供驅動電路5的驅動信號，經由 功率轉換電路2使得電機3運轉。如圖2所示，本實施例的直流無刷電機控制驅動電路的 驅動電路由反相器和3個功率變換驅動器件IR2110組成，由于IR2110本身采用HVIC和閂 鎖抗干擾CMOS制造工藝，具有獨立的低端和高端輸入通道，懸浮電源采用自舉電路，其高 端工作電壓可達500V，因此可用高壓的MOSFET來驅動無刷直流電機，而從MC33035輸出的 上橋臂驅動信號由于反向后，三相橋式逆變電路中的場效應晶體管也就由P溝道變成N溝 道，所以本實用新型的直流無刷電機控制驅動電路可使具備該電路的直流無刷電機應用于 高壓場合，并且P溝道場效應晶體管由N溝道場效應晶體管代替，最大限度降低了使用成 本。如圖2所示，為基于MC33035和MC33039的閉環(huán)三相無刷直流電機控制電路。Vm為 220V交流電經整流、濾波得到的向電動機定子繞組兩端供電電壓。電機內部的位置傳感器 將轉子磁極位置信號轉換成電信號輸入給MC33035的管腳4，5，6，經MC33035內部的轉子位 置譯碼器將接收到的位置信號進行編碼，以提供頂端驅動(管腳2，1，24)和底部驅動(管 腳19，20，21)輸入的正確時序，該整流時序作為輸入送至對應驅動元件IR2110。管腳3為 正向/反向輸出，通過翻轉定子繞組上的電壓用來改變電機轉向。當管腳3的輸入改變狀 態(tài)，傳感器輸入編碼從原來的高(或低)電平變成低(或高)電平，此時整流時序被反向， 電機改變旋轉方向。本實施例中將該腳懸空，默認為高有效。管腳7為電機的通/斷控制， 由輸出使能來實現(xiàn)，不接，默認為高電平有效。管腳23為制動輸入，當接高電位時，實施制 動，此時頂部驅動輸出全部關斷，底部驅動全部接通，電機短接產生EMF，此腳接地。管腳22 為提供的60° /120°選擇，可使MC33035很方便地控制具有60°，120°，240°或300°的 傳感器相位的電機，本實施例中將該引腳接地。管腳8提供6. 25V參考電壓，提供振蕩器定 時電容的充電電源，同時連接至晶體管Ql的基極，實現(xiàn)對電機內部傳感器供電。管腳10外 接電容Ct到地并且由管腳8通過Rt充電，產生一個頻率可編程的鋸齒波，其振蕩頻率可由 定時元件Rt和Ct選擇的參數值來確定。管腳8同時對速度設置電位器提供參考電壓，誤差 管腳11連接到速度設置電位器上。管腳12通過一個IM的電阻與管腳13相連，同時并聯(lián) 一個0. 1 μ F的電容、閉環(huán)選擇開關管。管腳14為錯誤指示輸出，通過一限流電阻與LED燈 相連。管腳9為電流檢測同向輸入端，它接收來自定子電流通過接入一個對地參考檢測電 阻RS轉換成的電壓，該電阻與三個底部功率場效應管T4，T5，T6串聯(lián)。管腳15為電流檢 測反向輸入端，接地。[0016]對于閉環(huán)速度控制，MC33039由MC33035的6. 25V參考電平(管腳8)供電以產生 所需的反饋電壓。在MC33039的輸出脈沖串波(管腳5)被MC33035的誤差信號放大器反向 輸入(管腳12)積分，以產生一個直流電平，該電平與電機速度成正比。此與速度成正比的 電壓在MC33035電機控制器的管腳13處建立PWM參考電平，并閉合成反饋環(huán)路。MC33039 為高性能閉環(huán)速度控制適配器，專門設計為用于直流無刷電機控制系統(tǒng)，它與MC33035配 合使用，提供了實現(xiàn)直流無刷電機閉環(huán)速度控制的經濟的方法，使得無刷結構的調速準確 性越好。由MC33035控制線路輸出的6路控制信號(管腳2，1，24，19，20，21)，其中用于驅 動上橋臂MOS管的電壓信號(管腳2，1，24)經過反相器⑶40106BC的三組非門(管腳1，3， 5)后，管腳2，4，6輸出至IR2110的上橋臂驅動輸入引腳(管腳10)，3個功率變換驅動器 件IR2110組成了驅動電路，原本用來驅動P溝道的MOS管的電信號現(xiàn)在可以用來驅動N溝 道的MOS管。IR2110的管腳6與管腳5之間接電容C2,管腳6與管腳3之間接二極管VD2。 C2、VD2分別為自舉電容和二極管，C3為Ncc2的濾波電容。正是IR2110高壓側通過采用上橋 臂懸浮自舉電路，大大減少常規(guī)驅動電路電源的數量，對于三相橋式逆變電路，僅用一路驅 動電源即可。由驅動電路提供給三組由N溝道MOSFET組成的電子開關線路的整流時序，去 驅動電機運轉。以上所揭露的僅為本實用新型一種較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發(fā)明 之權利范圍，因此依本發(fā)明權利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權利要求1.一種直流無刷電動機控制驅動電路，包括順序連接的整流濾波電路、功率轉換電路、 位置傳感器、電機、控制電路和驅動電路，所述驅動電路還與功率轉換電路相連接，其中所 述功率轉化電路為三相橋式逆變電路，其特征在于所述驅動電路由反相器和3個功率變換 驅動器件組成，所述反相器連接所述控制電路的頂端驅動輸出端和所述功率變換驅動器件 的上橋臂驅動輸入端，所述控制電路的底端驅動輸出端和所述功率變換驅動器件的下橋臂 驅動輸入端連接。
2.如權利要求1所述的直流無刷電動機控制驅動電路，其特征在于所述三相橋式逆變 電路是由三組N溝道的場效應晶體管組成的電子開關電路。
3.如權利要求2所述的直流無刷電動機控制驅動電路，其特征在于所述控制電路的三 個集電極開路頂端驅動輸出端的電壓信號經過反相器的三組非門分別輸出至驅動器件的 上橋臂驅動輸入引腳，從上橋臂驅動輸出引腳分別輸出至三相橋式逆變電路的上橋臂功率 開關晶體管，控制電路的三個圖騰柱式底部輸出端的電壓信號經過驅動器件的下橋臂驅動 輸入引腳，從驅動器件的下橋臂驅動輸出引腳輸出至三相橋式逆變電路的下橋臂功率開關 晶體管。
4.如權利要求1、2或3所述的直流無刷電動機控制驅動電路，其特征在于所述控制電 路由主控電路MC33035和測速電路MC33039構成。
5.如權利要求1、2或3所述的直流無刷電動機控制驅動電路，其特征在于所述功率變 換驅動器件為IR2210。
6.如權利要求1、2或3所述的直流無刷電動機控制驅動電路，其特征在于所述反相器 為 CD40106BC。
7.一種直流無刷電機，其特征在于具有如權利要求1-6所述的直流無刷電機控制驅 動電路。
專利摘要本實用新型提供了一種直流無刷電機控制驅動電路，包括順序連接的整流濾波電路、功率轉換電路、位置傳感器、電機、控制電路和驅動電路，所述驅動電路還與功率轉換電路相連接，其中所述功率轉化電路為三相橋式逆變電路，所述驅動電路由反相器和3個功率變換驅動器件組成，所述反相器連接所述控制電路的頂端驅動輸出端和所述功率變換驅動器件的上橋臂驅動輸入端，所述控制電路的底端驅動輸出端和所述功率變換驅動器件的下橋臂驅動輸入端連接。本實用新型還提供了一種具備該電路的直流無刷電機。本實用新型的直流無刷電機控制驅動電路可使具備該電路的直流無刷電機應用于高壓場合，并且成本較低結構簡單。
文檔編號H02P6/16GK201781455SQ20092029145
公開日2011年3月30日 申請日期2009年12月13日 優(yōu)先權日2009年12月13日
發(fā)明者朱文娟, 楊向宇, 紀梁洲, 龔晟 申請人:華南理工大學