本實(shí)用新型屬于電機(jī)控制領(lǐng)域,尤其涉及一種直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)。
背景技術(shù):
直流無(wú)刷電機(jī)由電機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)電路組成,是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。直流無(wú)刷電機(jī)以電子換向器取代了機(jī)械換向器,既具有直流電機(jī)良好的調(diào)速性能等特點(diǎn),又具有交流電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無(wú)換向火花、運(yùn)行可靠和易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。直流無(wú)刷電機(jī)的外特性好,能夠在低速下輸出大轉(zhuǎn)矩,使得它可以提供大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩;它的速度范圍寬,任何速度下都可以全功率運(yùn)行;除此以外,直流無(wú)刷電機(jī)的效率高、過(guò)載能力強(qiáng),使得它在拖動(dòng)系統(tǒng)中有出色的表現(xiàn)并且直流無(wú)刷電機(jī)的再生制動(dòng)效果好,由于它的轉(zhuǎn)子是永磁材料,制動(dòng)時(shí)電機(jī)可以進(jìn)入發(fā)電機(jī)狀態(tài)。直流無(wú)刷電機(jī)已在軍事、航空、計(jì)算機(jī)、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人和電動(dòng)自行車等多個(gè)領(lǐng)域取得日益廣泛的應(yīng)用,產(chǎn)量巨大。
但是,在現(xiàn)有的直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)中的驅(qū)動(dòng)電路中,其電路結(jié)構(gòu)過(guò)于簡(jiǎn)單,上下MOS管容易出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的情況,導(dǎo)致過(guò)量發(fā)熱,增加損耗,甚至燒毀上下MOS管及相關(guān)的電子元器件。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本實(shí)用新型提供一種直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,旨在解決現(xiàn)有的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路其上下MOS管容易出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的情況,導(dǎo)致過(guò)量發(fā)熱,增加損耗,甚至燒毀上下MOS管及相關(guān)的電子元器件的問(wèn)題。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的,一種直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括三個(gè)分支電路,每個(gè)分支電路包括第一分支電路以及第二分支電路,第一分支電路以及第二分支電路可通過(guò)分別連接的上位控制信號(hào)輸入端以及下位控制信號(hào)輸入端接收直流無(wú)刷電機(jī)控制器發(fā)送的上位控制信號(hào)以及下位控制信號(hào),并于單相驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端配合以輸出直流無(wú)刷電機(jī)的單相驅(qū)動(dòng)信號(hào),上位控制信號(hào)輸入端以及下位控制信號(hào)輸入端之間設(shè)有二極管D1,二極管D1的正極連接上位控制信號(hào)輸入端,負(fù)極連接下位控制信號(hào)輸入端。
進(jìn)一步的,第一分支電路具體包括MOS管Q1,三極管VT1、三極管VT2、電阻R1、電阻R2、電阻R3以及電阻R4;三極管VT1的B1極通過(guò)電阻R1連接上位控制信號(hào)輸入端,E1極通過(guò)電阻R2接地,C1極連接三極管VT2的B2極;三極管VT2的B2極與E2極之間通過(guò)電阻R3連接,C2極通過(guò)電阻R4連接MOS管Q1的G1極;MOS管Q1的D1極連接正電勢(shì)E1,S1極連接單相驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。
進(jìn)一步的,第二分支電路具體包括MOS管Q2、三極管VT3、三極管VT4、電阻R5、電阻R6、電阻R7以及電阻R8;三極管VT3的E3極通過(guò)電阻R5連接下位控制信號(hào)輸入端,B3極連接正電勢(shì)E2,C3極連接三極管VT4的B4極;三極管VT4的E4極連接正電勢(shì)E3,C4極通過(guò)電阻R7連接MOS管Q2的G2極,E4極還通過(guò)電阻R6與正電勢(shì)E3連接;MOS管Q2的S2極通過(guò)電阻R8接地,D2極連接單相驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。
進(jìn)一步的,第一分支電路還包括電容C1,電容C1設(shè)于MOS管Q1的G1極與D1極之間。
進(jìn)一步的,第一分支電路還包括二極管D2、三極管VT5以及電阻R9,二極管D2的正極連接三極管VT2的C2極,負(fù)極連接電阻R4;三極管VT5的B5極連接三極管VT2的C2極,E5極連接MOS管Q1的G1極,C5極通過(guò)連接MOS管Q1的D1極,B5極與C5極之間還通過(guò)電阻R9連接。
進(jìn)一步的,第一分支電路還包括電容C2,電容C2一端連接MOS管Q1的D1極與正電勢(shì)E1之間的節(jié)點(diǎn),另一端接地。
進(jìn)一步的,第一分支電路還包括電容C3以及二極管D3,電容C3設(shè)于三極管VT2的E2極與MOS管Q1的S1極之間;二極管D3的正極連接正電勢(shì)E4,負(fù)極連接三極管VT2的E2極。
進(jìn)一步的,第二分支電路還包括電容C4,電容C4設(shè)于MOS管Q2的G2極與D2極之間。
進(jìn)一步的,第二分支電路還包括三極管VT6,三極管VT6的B6極連接下位控制信號(hào)輸入端,C6極連接MOS管Q2的G2極,E6極連接MOS管Q2的S2極。
本實(shí)用新型還提供一種直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng),直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)包括上述的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,還包括直流無(wú)刷電機(jī)控制器以及直流無(wú)刷電機(jī);
直流無(wú)刷電機(jī)控制器根據(jù)設(shè)于直流無(wú)刷電機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器獲取的轉(zhuǎn)子位置信息,向直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出上位控制信號(hào)以及下位控制信號(hào);直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)上位控制信號(hào)以及下位控制信號(hào),向直流無(wú)刷電機(jī)輸出三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)行。
本實(shí)用新型實(shí)施例提供直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng),在直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的分支電路上,通過(guò)在其上位控制信號(hào)輸入端以及下位控制信號(hào)輸入端之間設(shè)置了保護(hù)二極管D1,可有效保證第一分支電路以及第二分支電路分別包含的MOS管不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的狀況,避免了MOS管同時(shí)導(dǎo)通導(dǎo)致的過(guò)量發(fā)熱,增加損耗,甚至燒毀MOS管及相關(guān)的電子元器件的問(wèn)題,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低,且還可減少直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的使用成本,提高直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出功率以及工作穩(wěn)定性。
附圖說(shuō)明
圖1是本實(shí)用新型提供的直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖2是本實(shí)用新型提供的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路其分支電路的結(jié)構(gòu)示意圖;
圖3是本實(shí)用新型提供的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路其分支電路的具體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型,并不用于限定本實(shí)用新型。
本實(shí)用新型實(shí)施例中,在直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的分支電路上,通過(guò)在其上位控制信號(hào)輸入端以及下位控制信號(hào)輸入端之間設(shè)置了保護(hù)二極管,可有效保證第一分支電路以及第二分支電路分別包含的MOS管不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的狀況。
參照?qǐng)D1及圖2,為了便于說(shuō)明,僅示出了與本實(shí)施例相關(guān)的部分。本實(shí)用新型提供的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括三個(gè)分支電路,以分別對(duì)應(yīng)直流無(wú)刷電機(jī)的三相繞組,每個(gè)分支電路包括第一分支電路以及第二分支電路,第一分支電路以及第二分支電路可通過(guò)分別連接的上位控制信號(hào)輸入端以及下位控制信號(hào)輸入端接收直流無(wú)刷電機(jī)控制器發(fā)送的上位控制信號(hào)以及下位控制信號(hào),并于單相驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端配合以輸出直流無(wú)刷電機(jī)的單相驅(qū)動(dòng)信號(hào),上位控制信號(hào)輸入端以及下位控制信號(hào)輸入端之間設(shè)有二極管D1,二極管D1的正極連接上位控制信號(hào)輸入端,負(fù)極連接下位控制信號(hào)輸入端。
具體的,結(jié)合圖3示出的分支電路的具體結(jié)構(gòu)圖,第一分支電路具體包括MOS管Q1,三極管VT1、三極管VT2、電阻R1、電阻R2、電阻R3以及電阻R4;三極管VT1的B1極通過(guò)電阻R1連接上位控制信號(hào)輸入端,E1極通過(guò)電阻R2接地,C1極連接三極管VT2的B2極;三極管VT2的B2極與E2極之間通過(guò)電阻R3連接,C2極通過(guò)電阻R4連接MOS管Q1的G1極;MOS管Q1的D1極連接正電勢(shì)E1,S1極連接單相驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。
第二分支電路具體包括MOS管Q2、三極管VT3、三極管VT4、電阻R5、電阻R6、電阻R7以及電阻R8;三極管VT3的E3極通過(guò)電阻R5連接下位控制信號(hào)輸入端,B3極連接正電勢(shì)E2,C3極連接三極管VT4的B4極;三極管VT4的E4極連接正電勢(shì)E3,C4極通過(guò)電阻R7連接MOS管Q2的G2極,E4極還通過(guò)電阻R6與正電勢(shì)E3連接;MOS管Q2的S2極通過(guò)電阻R8接地,D2極連接單相驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端。
其中,MOS管Q1、Q2均為N溝道型,三極管VT1、VT3為NPN型,三極管VT2、VT4為PNP型,正電勢(shì)E1可以為如24V、48V、60V等的電路外部接入主電源,正電勢(shì)E2可以為如5V的單片機(jī)等器件的內(nèi)部工作電源,正電勢(shì)E3、E4可以為如9V、15V、18V等的MOS驅(qū)動(dòng)電源。
進(jìn)一步的,MOS管Q1、Q2上還設(shè)有寄生二極管,以防止MOS管反向擊穿的情況發(fā)生。
當(dāng)上位控制信號(hào)輸入端接收到直流無(wú)刷電機(jī)控制器輸出的上位控制信號(hào)為高電平時(shí),三極管VT1其UB1E1大于門坎電壓UT,三極管VT1即處于導(dǎo)通狀態(tài),其電壓UC1隨后將三極管VT2導(dǎo)通,其UC2經(jīng)二極管D2穩(wěn)壓、鉗位后,將MOS管Q1打開。
相反的,當(dāng)上位控制信號(hào)輸入端接收到直流無(wú)刷電機(jī)控制器輸出的上位控制信號(hào)為低電平時(shí),UB1E1小于門坎電壓UT時(shí),三極管VT1即處于截止?fàn)顟B(tài),三極管VT2隨之處于截止?fàn)顟B(tài),后續(xù)的,MOS管Q1即關(guān)斷。
當(dāng)下位控制信號(hào)輸入端接收到直流無(wú)刷電機(jī)控制器輸出的下位控制信號(hào)為低電平時(shí),三極管VT3其UB3E3大于門坎電壓UT,三極管VT3即處于導(dǎo)通狀態(tài),其電壓UC3隨后將三極管VT4導(dǎo)通,后續(xù)的,三極管VT4其UC4即將MOS管Q2打開。
對(duì)應(yīng)的,當(dāng)下位控制信號(hào)輸入端接收到直流無(wú)刷電機(jī)控制器輸出的下位控制信號(hào)為低電平時(shí),UB3E3小于門坎電壓UT時(shí),三極管VT3即處于截止?fàn)顟B(tài),三極管VT4隨之處于截止?fàn)顟B(tài),后續(xù)的,MOS管Q2即關(guān)斷。
從上述說(shuō)明可知,若上位控制信號(hào)為高電平,同時(shí)下位控制信號(hào)為低電平,MOS管Q1、Q2則同時(shí)處于打開狀態(tài),此時(shí)正電勢(shì)E1到MOS管Q2的接地端之間會(huì)產(chǎn)生較大的電流,容易直接燒毀MOS管Q1、Q2。
而在直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的預(yù)設(shè)工作過(guò)程中,上位控制信號(hào)以及下位控制信號(hào)要么同為高電平或者低電平,要么分別為低電平以及高電平。但在實(shí)際工作過(guò)程中,由于直流無(wú)刷電機(jī)控制器輸出的第一、下位控制信號(hào)的達(dá)到直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的時(shí)間,或者直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路相關(guān)電子元器件的工作狀態(tài)切換時(shí)間時(shí)有時(shí)間上的延遲,很難依照理想狀態(tài)完美實(shí)現(xiàn)相關(guān)電子元器件的切換,則會(huì)導(dǎo)致上位控制信號(hào)為高電平、同時(shí)下位控制信號(hào)為低電平,即MOS管Q1、Q2同時(shí)處于打開狀態(tài)的情況發(fā)生。
此時(shí)通過(guò)在每個(gè)分支電路上的上位控制信號(hào)輸入端以及下位控制信號(hào)輸入端之間設(shè)置的保護(hù)二極管D1,利用二極管的穩(wěn)壓及鉗位效應(yīng),二極管兩端的電勢(shì)差遠(yuǎn)小于上位控制信號(hào)以及下位控制信號(hào)分別為高電平以及低電平時(shí)的電勢(shì)差,即可避免MOS管Q1、Q2同時(shí)處于打開狀態(tài)的情況發(fā)生。
通過(guò)二極管D1,即保障了直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定運(yùn)行,且還具有設(shè)置簡(jiǎn)單、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。
其中,容易理解的是,電阻R1、R4、R5、R7的設(shè)置可起到限流保護(hù)的作用,防止對(duì)應(yīng)線路上的電流過(guò)大從而導(dǎo)致相關(guān)電子元器件的過(guò)熱或者過(guò)載引起的損壞,促進(jìn)直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定工作。
同時(shí),電阻R2、R3、R6、R8的設(shè)置還能起到維持對(duì)應(yīng)三極管的基極電壓處于合理范圍內(nèi)。
作為一個(gè)優(yōu)選方案,第一分支電路還包括電容C1,電容C1設(shè)于MOS管Q1的G1極與D1極之間,通過(guò)電容C1的過(guò)濾,可避免MOS管Q1的G1極尖峰電壓的出現(xiàn),避免過(guò)壓損壞MOS管Q1。
進(jìn)一步的,第一分支電路還包括二極管D2、三極管VT5以及電阻R9,二極管D2的正極連接三極管VT2的C2極,負(fù)極連接電阻R4;三極管VT5的B5極連接三極管VT2的C2極,E5極連接MOS管Q1的G1極,C5極通過(guò)連接MOS管Q1的D1極,B5極與C5極之間還通過(guò)電阻R9連接。
在MOS管Q1關(guān)斷,即上位控制信號(hào)輸入端接收到直流無(wú)刷電機(jī)控制器輸出的上位控制信號(hào)為低電平時(shí),電容C3在短時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生斷電放電效應(yīng)。在本方案中,由于二極管D2在MOS管Q1關(guān)斷時(shí),其兩端會(huì)存在一電勢(shì)差,繼而使三極管VT5導(dǎo)通,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電容C3的快速放電,即可避免電容C3的設(shè)置還會(huì)帶來(lái)MOS管Q1在短時(shí)間內(nèi)不能實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷的影響,減少不必要的損耗,延長(zhǎng)MOS管Q1的使用壽命。
作為另一個(gè)的優(yōu)選方案,第一分支電路還包括電容C2,電容C2一端連接MOS管Q1的D1極與正電勢(shì)E1之間的節(jié)點(diǎn),另一端接地。
可以理解,直流無(wú)刷電機(jī)為感性負(fù)載,會(huì)對(duì)電源,即直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生一定的干擾,為保證直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的穩(wěn)定工作,
由于MOS管Q1其US1在工作過(guò)程中不一定為0V,有可能超過(guò)MOS管Q1的門坎電壓UGST,因此作為又一個(gè)的優(yōu)選方案,第一分支電路還包括電容C3以及二極管D3,電容C3設(shè)于三極管VT2的E2極與MOS管Q1的S1極之間;二極管D3的正極連接正電勢(shì)E4(未圖示),負(fù)極連接三極管VT2的E2極。
通過(guò)電容C3的充放電效應(yīng)以及二極管D3的穩(wěn)壓、鉗位,即可維持MOS管Q1其US1的電壓值。
當(dāng)然,上述提及的正電勢(shì)E3可直接作為本處提及的正電勢(shì)E4使用,進(jìn)一步簡(jiǎn)化電路結(jié)構(gòu),降低對(duì)應(yīng)成本。
參照上述電容C1的設(shè)置,作為又一個(gè)的優(yōu)選方案,第二分支電路還包括電容C4,電容C4設(shè)于MOS管Q2的G2極與D2極之間,通過(guò)電容C4的過(guò)濾,可避免MOS管Q2的G2極尖峰電壓的出現(xiàn),避免過(guò)壓損壞MOS管Q2。
同時(shí),參考第一分支電路三極管VT5的方案,在第二分支電路還可包括三極管VT6,三極管VT6的B6極連接下位控制信號(hào)輸入端,C6極連接MOS管Q2的G2極,E6極連接MOS管Q2的S2極,可以理解,其對(duì)應(yīng)原理在此無(wú)需重復(fù)說(shuō)明。
本實(shí)用新型中還提供了一種直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng),可參照?qǐng)D1,直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng)包括上述的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,還包括直流無(wú)刷電機(jī)控制器以及直流無(wú)刷電機(jī)。
可以理解,本實(shí)施例提及的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可參照上述實(shí)施例所提供的直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路,為了便于說(shuō)明,再次不再一一進(jìn)行闡述。
直流無(wú)刷電機(jī)控制器根據(jù)設(shè)于直流無(wú)刷電機(jī)內(nèi)的霍爾傳感器獲取的轉(zhuǎn)子位置信息,向直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路輸出上位控制信號(hào)以及下位控制信號(hào);直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)上位控制信號(hào)以及下位控制信號(hào),向直流無(wú)刷電機(jī)輸出三相驅(qū)動(dòng)信號(hào)以驅(qū)動(dòng)直流無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)行。
在本實(shí)施例中,直流無(wú)刷電機(jī)控制器通常為MCU控制芯片,直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通常設(shè)于電路板上,直流無(wú)刷電機(jī)控制器與直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路可一同設(shè)于如電機(jī)驅(qū)動(dòng)器內(nèi)?;魻栃盘?hào)與直流無(wú)刷電機(jī)在工作狀態(tài)下其轉(zhuǎn)子的位置相對(duì)應(yīng),其隨著霍爾傳感器在直流無(wú)刷電機(jī)內(nèi)的不同設(shè)置方式而不同變化,通常為3個(gè)或者6個(gè)均勻環(huán)形設(shè)置?;魻栃盘?hào)為6組,采用二進(jìn)制方式,依次對(duì)應(yīng)著直流無(wú)刷電機(jī)正常運(yùn)行所需的6種不同的通電狀態(tài),即直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的6種通斷狀態(tài)。
綜上所述,本實(shí)用新型實(shí)施例提供直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路以及直流無(wú)刷電機(jī)系統(tǒng),在直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的分支電路上,通過(guò)在其上位控制信號(hào)輸入端以及下位控制信號(hào)輸入端之間設(shè)置了保護(hù)二極管D1,可有效保證第一分支電路以及第二分支電路分別包含的MOS管不會(huì)出現(xiàn)同時(shí)導(dǎo)通的狀況,避免了MOS管同時(shí)導(dǎo)通導(dǎo)致的過(guò)量發(fā)熱,增加損耗,甚至燒毀MOS管及相關(guān)的電子元器件的問(wèn)題,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低,且還可減少直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的使用成本,提高直流無(wú)刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出功率以及工作穩(wěn)定性。
以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已,并不用以限制本實(shí)用新型,凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等,均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。