专利名称：直流无刷电机驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路结构，特别涉及一种直流无刷电机驱动电路。
背景技术：
为了响应节能化的需求，直流无刷变频电机的应用越来越广泛，比如变频空调、变频风扇、变频控制器等。直流无刷变频电机采用电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损、故障率低，寿命比有刷电机提高了数倍，代表了未来的发展方向，主要的优点是效率闻和体积小；直流无刷电机要靠回路进行控制，来实现换向。有些使用MCU(微控制单元)进行控制，也有些使用专用集成电路进行控制。在有些应用领域，使用者认为专用集成电路内部逻辑固定，相对更可靠，而使用MCU可能存在高低温或强干扰条件下的程序跑飞的问题。常规的三相双极型PWM预驱动电路可以实现直流无刷电机的驱动，包括的功能有三相双极驱动，直接PWM驱动，电流保护，欠压保护，故障保护自动恢复等。图1为现有技术中一直流无刷电机驱动电路的电路结构示意图，在现有的技术中，采用传统的直流无刷电机驱动电路驱动直流无刷电机，图2为图1所示的直流无刷电机驱动电路工作过程的波形图。结合图1和图2，直流无刷电机驱动电路的电路结构示意图如图1所示，由于三相双极输出信号端UH/UL/VH/VL/WH/WL均设置有下拉电阻，所以在刚上电的时候，这几个引脚均表现为低电平，经过高压栅极驱动器件(HVIC)，无法驱动三相桥臂单元的MOSFET导通，即使是在霍尔信号出现的任何一个阶段，也只会有一个输入端HIN为高和另一个输入端LIN为高，比如三相双极输出信号端WH为高时则UL也为高，而当UL为高时，可以驱动低侧桥臂单元MUL开启，电源电压端VCC通过自举二极管DU、自举电容CU和低侧桥臂单元MUL这个通路给自举电容⑶充电，而刚上电时三相双极输出信号端WH虽然为高却不会开启高侧桥臂单元MWH，因为，这时候自举电容CW上还未充电，自举电容CW上还没有电压，无法去开启高侧桥臂单元MWH，所以这种情况下直流无刷电机的线圈上无电流通过，直流无刷电机也就不会运转，则如图2中实线所示，各个信号端均无信号，电机处于其他位置上也同样不会运转，因此要让电机在上电启动的时候就运转，除非启动的时候，人工用手转动电机轴，使得轮流给每个自举电容充满电，这样等输入端HIN信号再来的时候，电机才能正常运转，各个信号端才能形成如图2虚线所示的信号，因此传统的直流无刷电机驱动电路在直流无刷电机启动的时候，会产生直流无刷电机无法正常启动的问题。其原因在于，三相桥臂单元的高侧桥臂单元采用NMOS管，这些NMOS管的栅极电压需比漏极电压高阈值电压以上，才能使这些晶体管正常导通，但是传统的直流无刷电机驱动电路没有自举功能或没内置charge-pump(电荷泵)功能，且都为单电源供电。所以无法在电机转动之前先产生一个自举电压，故无法给高侧桥臂单元的NMOS管产生栅源偏置电压。为了解决这个问题，业界把三相桥臂单元中的高侧桥臂单元的功率驱动NMOS管改为了 PMOS管，具体结构如图3所示，在图3中，三相桥臂单元的高侧桥臂单元MUH/MVH/MWH均为PMOS管，PMOS管的输入信号是是经过反向器单元中的NPN管QU1/QV1/QW1的反向后得到的。三相桥臂单元的高侧桥臂单元MUH/MVH/MWH采用PMOS管，则其栅极不需要比源级更高的电压，因此，在电机启动初期就可以正常驱动电机。然而，采用PMOS管进行驱动仍然具有其不可忽视的缺陷1、驱动电源电压端VDC的电压不能过高，如果驱动电源电压端VDC电压过高，且高于高侧桥臂单元MUH/MVH/MWH的PMOS的栅氧耐压时，这3个晶体管就会被击穿损坏，因此其工作电压受到限制；2、PM0S的导通电阻比NMOS的导通电阻大，在相同的规格下PMOS管的导通电阻比NMOS管的要大很多，因此PMOS管的损耗大、温升高、寿命短，则高侧桥臂单元的工作稳定性较差；3、PM0S管的开关时间比NMOS管的开关时间长，且寄生电容亦大，导致PMOS管开关时间过长时易导致开关损耗大、温升高、寿命短，同样导致高侧桥臂单元的工作稳定性较差。因此，由于PMOS管的导通电阻大，寄生的电容大，开关损耗和导通损耗都很大，所以仅仅适合用于低压小功率的直流无刷电机驱动，而不适合高压及较大功率的电机。另外，业界有些驱动方案提出采用MCU(微控制单元)进行控制，在直流无刷电机上电初期造一个自举的启动时间，即先给自举电容充电，这种方案可以解决上电无法启动电机的问题，但是有些工程师担心MCU会在某些情况下产生异常失效，所以通常不敢采用。此外，有些驱动方案使用专用集成电路，但由于集成了复杂的逻辑控制，所以也可以实现上电时的自举启动。其方法是当速度调节信号小于一定电压的时候，打开下臂晶体管在一定的占空比以一定的时间，以给3个自举电容充电并可给上臂晶体管的栅极提供电源。为了选择可靠又便宜简单的方案，部分工程师会选用本发明所指的传统直流无刷电机驱动电路，但是在实际应用的过程中出现了电机上机无法正常启动的问题。使用传统直流无刷电机驱动电路无法正常启动电机是个亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够避免直流无刷电机上电不转动或堵转不转动的情况的直流无刷电机驱动电路。为解决上述技术问题，本发明提供一种直流无刷电机驱动电路，所述直流无刷电机驱动电路用于驱动直流无刷电机，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路包括控制电路、驱动单元、三相桥臂单元以及上电自举电路；所述控制电路包括霍尔放大矩阵、控制器、预驱动电路、推挽输出模块和堵转保护模块；所述霍尔放大矩阵接收所述直流无刷电机的转动信号并输出霍尔信号给所述控制器，所述控制器输出控制信号至所述预驱动电路并输出堵转信号至所述堵转保护模块，所述堵转保护模块输出堵转信号至一旋转监测指示节点，所述预驱动电路驱动所述推挽输出模块通过三相双极输出信号端推挽输出三相双极输出信号至所述驱动单元，所述驱动单元输出三相桥臂信号至所述三相桥臂单元，所述三相桥臂单元输出驱动信号驱动所述直流无刷电机；所述驱动单元与所述三相桥臂单元相连，每一相桥臂单元均包括一上MOS管、一下MOS管、一自举二极管和一自举电容，所述驱动单元接收所述三相双极输出信号并控制所述上MOS管的导通，所述上MOS管在导通时输出所述直流无刷电极的驱动信号，所述自举电容在充电后能够通过所述驱动单元的输出端导通所述上MOS管；
所述驱动单元包括三个低侧输入端、三个高侧输入端、三个低侧输出端、三个高侧输出端以及三对自举电容连接端，其中所述驱动单元的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号、高侧输出端连接于所述上MOS管的控制端、低侧输入端接所述下MOS管的控制端，所述上MOS管和所述下MOS管相连并接于第一电源电压端和地之间，所述自举电容一端连接于所述自举二极管的输出端、另一端连接于所述上MOS管和下MOS管之间、且两端接于所述两自举电容连接端，所述自举二极管的输入端接所述第二电源电压端；所述上电自举电路包括三个用于上电自举效应的自举单元，每一自举单元的控制端均接所述旋转监测指示节点、每一自举单元的一连接端均接第二电源电压端、另一连接端分别接所述驱动单元的一低侧输入端。进一步的，在所述直流无刷电机上电不转动或堵转不转动时，所述堵转保护模块输出堵转信号至所述旋转监测指示节点，所述旋转监测指示节点输出第一电平并导通所述上电自举电路，所述上电自举电路拉高所述驱动单元的低侧输入端的电平，所述驱动单元的低侧输出端控制导通所述下MOS管，使所述自举电容得到充电，充电后使所述驱动单元的高侧输出端处于准备导通所述上MOS管状态，当所述驱动单元接收到一电机转动信号时，所述驱动单元的高侧输出端导通所述上MOS管，以使所述三相桥臂单元输出驱动信号，驱动所述直流无刷电机；在所述直流无刷电机正常转动时，所述旋转监测指示节点输出第二电平，所述上电自举电路关闭。进一步的，在所述上电自举电路中，每一自举单元包括一二极管和一三极管，在每一自举单元中，每一二极管的输入端均接所述旋转监测指示节点、输出端分别接所述三极管的第一极，每一所述三极管的第二极均接所述第二电源电压端、第三极分别接所述驱动单兀的一低侧输入端。进一步的，每一所述三极管为NPN三极管，每一所述三极管的第一极为基极、第二极为集电极、第三极为发射极。进一步的，每一所述三极管的集电极与发射极之间的击穿电压均大于等于电源电压。 进一步的，在所述上电自举电路中，每一自举单元包括一 NMOS管，每一所述NMOS管的栅极均接所述旋转监测指示节点、漏极均接所述第二电源电压端、源极分别接所述驱动单兀的一低侧输入端。进一步的，在所述上电自举电路中，每一自举单元包括一 PMOS管和一三极管，在每一自举单元中，每一三极管的第一极均接所述旋转监测指示节点、第二极分别接所述PMOS管的栅极、第三极接地，每一所述PMOS管的源极均接所述第二电源电压端、漏极分别接所述驱动单元的一低侧输入端。进一步的，每一所述三极管为NPN三极管，每一所述三极管的第一极为基极、第二极为集电极、第三极为发射极。进一步的，每一所述三极管的集电极与发射极之间的击穿电压大于等于电源电压。进一步的，所述驱动单元包括三个高压栅极驱动器件，每一高压栅极驱动器件包括一个低侧输入端、一个高侧输入端、一个低侧输出端、一个高侧输出端以及一对自举电容连接端，每一高压栅极驱动器件的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号的一相双极输出信号，低侧输出端连接于一下MOS管的控制端、高侧输出端接一上MOS管的控制端、以及一对自举电容连接端分别连接于一自举电容的两端。进一步的，所述驱动单元包括一个高压栅极驱动器件，所述高压栅极驱动器件包括三个低侧输入端、三个高侧输入端、三个低侧输出端、三个高侧输出端以及三对自举电容连接端，所述高压栅极驱动器件的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号，低侧输出端分别连接于一下MOS管的控制端、高侧输出端分别连接于一上MOS管的控制端、以及所述三对自举电容连接端分别连接于一自举电容的两端。进一步的，所述控制电路还包括振荡器、速度设置单元和过流保护单元，其中，所述振荡器输出时钟信号，所述堵转保护模块接收所述时钟信号和所述控制器输出的控制信号，产生堵转后的自动关闭和自动恢复信号；所述速度设置单元输出速度设置信号至所述控制器；所述过流保护单元输出过流保护信号至所述控制器。综上所述，本发明所述直流无刷电机驱动电路通过增加上电自举电路，使直流无刷电机在上电不转动或堵转不转动的时候，旋转监测指示节点维持高电平，利用旋转监测指示节点在上电时候的高电平波形导通一上电自举电路，上电自举电路把三相双极输出信号端的低侧输出端拉高一段时间，进而拉高所述驱动单元的低侧输入端的电平，通过驱动单元的驱动，低侧桥臂单元在导通的时间中，自举电容得到了充电。当电机转动信号来的时候，由于自举电容已充满电，则六个桥臂单元就可以随一电机转动信号而开启和关闭，直流无刷电机就可以正常运转；而当正常运转后，旋转监测指示节点变为低电平，上电自举电路关闭，进而不再所述驱动单元的低侧输入端的电平，从而不会影响无刷直流电机的正常工作。
图1为现有技术中一直流无刷电机驱动电路的电路结构示意图。图2为图1所示的直流无刷电机驱动电路工作过程的波形图。图3为现有技术中另一直流无刷电机驱动电路的电路结构示意图。图4a 图4c为本发明几个实施例中直流无刷电机驱动电路的电路结构示意图。图5为本发明一实施例中直流无刷电机驱动电路工作过程中旋转监测指示节点和旋转检测电容节点的波形示意图。图6为本发明一实施例中直流无刷电机驱动电路工作过程的波形图。
具体实施例方式为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。其次，本发明利用示意图进行了详细的表述，在详述本发明实例时，为了便于说明，示意图不依照一般比例局部放大，不应以此作为对本发明的限定。本发明提供一种直流无刷电机驱动电路，所述直流无刷电机驱动电路用于驱动直流无刷电机，所述直流无刷电机驱动电路包括控制电路、驱动单元、三相桥臂单元以及上电自举电路；所述控制电路包括霍尔放大矩阵、控制器、预驱动电路、推挽输出模块和堵转保护模块。其中，所述霍尔放大矩阵接收所述直流无刷电机的转动信号并输出霍尔信号给所述控制器，所述控制器输出控制信号至所述预驱动电路并输出堵转信号至所述堵转保护模块，所述堵转保护模块输出堵转信号至一旋转监测指示节点，所述预驱动电路驱动所述推挽输出模块通过三相双极输出信号端推挽输出三相双极输出信号至所述驱动单元，所述驱动单元输出三相桥臂信号至所述三相桥臂单元，所述三相桥臂单元输出驱动信号驱动所述直流无刷电机；所述驱动单元与所述三相桥臂单元相连，每一相桥臂单元均包括一上MOS管、一下MOS管、一自举二极管和一自举电容，所述驱动单元接收所述三相双极输出信号并控制所述上MOS管的导通，所述上MOS管在导通时输出所述直流无刷电极的驱动信号，所述自举电容在充电后能够通过所述驱动单元的输出端导通所述上MOS管；所述驱动单元包括三个低侧输入端、三个高侧输入端、三个低侧输出端、三个高侧输出端以及三对自举电容连接端，其中所述驱动单元的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号、高侧输出端连接于所述上MOS管的控制端、低侧输入端接所述下MOS管的控制端，所述上MOS管和所述下MOS管相连并接于第一电源电压端和地之间，所述自举电容一端连接于所述自举二极管的输出端、另一端连接于所述上MOS管和下MOS管之间、且两端接于所述两自举电容连接端，所述自举二极管的输入端接所述第二电源电压端；所述上电自举电路包括三个用于上电自举效应的自举单元，每一自举单元的控制端均接所述旋转监测指示节点、每一自举单元的一连接端均接第二电源电压端、另一连接端分别接所述驱动单元的一低侧输入端。进一步的，在所述直流无刷电机上电不转动或堵转不转动时，所述堵转保护模块输出堵转信号至所述旋转监测指示节点，所述旋转监测指示节点输出第一电平并导通所述上电自举电路，所述上电自举电路拉高所述驱动单元的低侧输入端的电平，所述驱动单元的低侧输出端控制导通所述下MOS管，使所述自举电容得到充电，充电后使所述驱动单元的高侧输出端处于准备导通所述上MOS管状态，当所述驱动单元接收到一电机转动信号时，所述驱动单元的高侧输出端导通所述上MOS管，以使所述三相桥臂单元输出驱动信号，驱动所述直流无刷电机；在所述直流无刷电机正常转动时，所述旋转监测指示节点输出第二电平，所述上电自举电路关闭。图4a为本发明一实施例中直流无刷电机驱动电路的电路结构示意图。详细说明所述无刷直流电机驱动电路的电路结构及工作过程，以及上电自举电路的工作过程。如图4a所示，本发明提供一种直流无刷电机驱动电路，所述直流无刷电机驱动电路用于驱动直流无刷电机，所述直流无刷电机驱动电路包括控制电路100、驱动单元200、三相桥臂单元300以及上电自举电路400 ;所述控制电路100包括霍尔放大矩阵、控制器、预驱动电路、推挽输出模块和堵转保护模块。所述直流无刷电机驱动电路包括六个输入端口 IN1H/IN1L/IN2H/IN2L/IN3H/IN3L，其中所述直流无刷电机驱动电路的六个输入端口 IN1H/IN1L/IN2H/IN2L/IN3H/IN3L用于接收来自三个所述直流无刷电机驱动电路通过三个霍尔元件，六个输入端口 INlH/IN1L/1N2H/IN2L/IN3H/IN3L接收所述直流无刷电机的转动信号并输出霍尔信号，直流无刷电机的转动信号经过集成在所述直流无刷电机驱动电路内部的霍尔放大矩阵进行信号放大和位置信号处理后，输出霍尔信号到控制器，给控制器以当前直流无刷电机的转子的位置信号及转动情况，接着所述控制器输出控制信号至所述预驱动电路并输出堵转信号至所述堵转保护模块，所述预驱动电路驱动所述推挽输出模块通过三相双极输出信号端推挽输出三相双极输出信号UH/UL/VH/VL/WH/WL至所述驱动单元，其中所述推挽输出模块包括NPN三极管和PNP三极管组成的6路推挽输出，所述三相双极输出信号包括三个高侧输出信号UH/VH/WH和三个低侧输出信号UL/VL/WL，所述驱动单元输出三相桥臂信号至所述三相桥臂单元300，所述三相桥臂单元300输出驱动信号驱动所述直流无刷电机；此外，所述控制器还控制所述堵转保护模块输出堵转信号至一旋转监测指示节点RD。所述驱动单元200与所述三相桥臂单元300相连，每一相桥臂单元300均包括一上MOS管、一下MOS管、一自举二极管和一自举电容，即第一相桥臂单元均包括上MOS管MUH、一下MOS管MUL、一自举二极管DU和一自举电容⑶，第二相桥臂单元均包括上MOS管MVH、一下MOS管MVL、一自举二极管DV和一自举电容CV，第三相桥臂单元均包括上MOS管MWH、一下MOS管MWL、一自举二极管DW和一自举电容CW，所述驱动单元200接收所述三相双极输出信号UH/UL/VH/VL/WH/WL并控制所述上MOS管的导通，所述上MOS管MUH/MVH/MWH在导通时输出所述直流无刷电极的驱动信号A1/A2/A3，所述自举电容CU在充电后能够通过所述驱动单元200的输出端导通所述上MOS管MUH/MVH/MWH。所述驱动单元200包括三个低侧输入端LIN、三个高侧输入端HIN、三个低侧输出端L0、三个高侧输出端HO以及三对自举电容连接端VS/VB，其中所述驱动单元200的低侧输入端LIN接所述三相双极输出信号的低侧输出信号UL/VL/WL、所述驱动单元200的高侧输入端HO接三相双极输出信号的低侧输入信号UH/VH/WH，所述高侧输出端LO连接于所述上MOS管MUH/MVH/MWH的控制端、低侧输入端LO接所述下MOS管MUL/MVL/MWL的控制端，所述上MOS管MUH/MVH/MWH和所述下MOS管MUL/MVL/MWL相连并接于第一电源电压端VDC和地之间，所述自举电容CU/CV/CW —端连接于所述自举二极管DU/DV/DW的输出端、另一端连接于所述上MOS管MUH/MVH/MWH和下MOS管MUL/MVL/MWL之间、且两端接于所述两自举电容⑶/CV/CW连接端，所述自举二极管DU/DV/DW的输入端接所述第一电源电压端VDC。此外在所述下MOS管MUL/MVL/MWL和地之间还包括一保护电阻。在较佳的实施例中，所述驱动单元200包括三个高压栅极驱动器件，每一高压栅极驱动器件包括一个低侧输入端LIN、一个高侧输入端HIN、一个低侧输出端L0、一个高侧输出端HO以及一对自举电容连接端VB/VS，每一高压栅极驱动器件的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号的一相双极输出信号，低侧输出端LO连接于一下MOS管MUL/MVL/MWL的控制端、高侧输出端HO接一上MOS管MUH/MVH/MWH的控制端、以及一对自举电容VB/VS连接端分别连接于一自举电容⑶/CV/CW的两端。所述上电自举电路400包括三个用于上电自举效应的自举单元，每一自举单元的控制端均接所述旋转监测指示节点RD、每一自举单元的一连接端均接第二电源电压端VCC、另一连接端分别接所述驱动单元200的一低侧输入端LIN。所述上电自举电路400可以有多种实施例如图4a所示,在所述上电自举电路400中，每一自举单元包括一二极管和一三极管，即第一自举单元包括二极管Da和三极管Qa、第二自举单元包括二极管Db和三极管Qb、第三自举单元包括二极管Dc和三极管Qc，在每一自举单元中，每一二极管Da/Db/Dc的输入端均接所述旋转监测指示节点RD、输出端分别接所述三极管Qa/Qb/Qc的第一极，每一所述三极管Qa/Qb/Qc的第二极均接所述第二电源电压端VCC、第三极分别接所述驱动单元200的一低侧输入端LIN。在本实施例中，每一所述三极管Qa/Qb/Qc为NPN三极管，每一所述三极管Qa/Qb/Qc的第一极为基极、第二极为集电极、第三极为发射极。在较佳的实施例，每一所述三极管Qa/Qb/Qc的集电极与发射极之间的击穿电压和每一所述二极管Da/Db/Dc的反向击穿电压大于等于电源电压，以保护上电自举电路400的稳定工作，其中增加的二极管Da/Db/Dc,能够防止三相双极输出信号的低侧输出信号UL/VL/WL经过三极管Qa/Qb/Qc的发射极-基极结，分别串到其他通路形成互相干扰。如图4b所示，在另一实施例的所述上电自举电路400中，每一自举单元包括一NMOS管Ma/Mb/Mc，每一所述NMOS管Ma/Mb/Mc的栅极均接所述旋转监测指示节点RD、漏极均接所述第二电源电压端VCC、源极分别接所述驱动单元200的一低侧输入端LIN。如图4c所示，在又一实施例的所述上电自举电路400中，每一自举单元包括一PMOS管MaI/MbI/McI和一三极管Qa/Qb/Qc，在每一自举单元中，每一三极管Qa/Qb/Qc的第一极均接所述旋转监测指示节点RD、第二极分别接所述PMOS管Mal/Mbl/Mcl的栅极、第三极接地，每一所述PMOS管Mal/Mbl/Mcl的源极均接所述第二电源电压端VCC、漏极分别接所述驱动单元200的一低侧输入端LIN，每一所述三极管Qa/Qb/Qc为NPN三极管，每一所述三极管Qa/Qb/Qc的第一极为基极、第二极为集电极、第三极为发射极。每一所述三极管Qa/Qb/Qc的集电极与发射极之间的击穿电压大于等于电源电压。具体地，图5为本发明一实施例中直流无刷电机驱动电路工作过程中旋转监测指示节点和旋转检测电容节点的波形示意图。图6为本发明一实施例中直流无刷电机驱动电路工作过程的波形图。结合如5和图6，堵转保护模块根据振荡器提供的时钟信号和控制器提供的控制信号，产生堵转后的自动关闭和自动恢复功能。当直流无刷电机发生堵转时，系统检测到电机无法转动时，旋转检测电容节点CRD外接的电容Cl被一个固定电流充电到大约3V的电平，接着被另一个较小的固定电流放电到大约IV的电平。这个过程会重复，从而产生锯齿波。堵转保护电路重复打开和关闭直流无刷电机也是基于此锯齿波(UH/VH/WH的输出将被打开和关断)。当旋转检测电容节点CRD的外接电容Cl被充电从IV上升到3V这个过程，直流无刷电机驱动是打开的，当旋转检测电容节点CRD的外接电容Cl被放电从3V下降到IV的这个过程，直流无刷电机驱动是关闭的。当电机被堵转后，直流无刷电机驱动电路和直流无刷电机被保护得反复开关。当电机正常运转的时候，由霍尔信号产生的放电脉冲信号(每个霍尔输入周期产生一次)，给旋转检测电容节点CRD的外接电容Cl放电。由于旋转检测电容节点CRD的外接电容Cl被放电，旋转检测电容节点CRD的电压不上升，所以堵转保护电路不起作用。当电机堵转不转动或上电不转动时，霍尔信号没有充电，所以放电脉冲没产生，所以旋转检测电容节点CRD外接电容Cl被固定电流充电到大概3V，堵转保护电路起作用。当直流无刷电机堵转释放，堵转保护的功能也就释放了。当直流无刷电机进入堵转保护状态，经过一段堵转保护时间后，三个高侧输出信号UH/VH/WH重新启动。若在重启时间内，直流无刷电机仍然无法转动，则重新进入堵转状态；堵转保护时间和重启时间通过连接在CRD端的电容Cl设置。在直流无刷电机刚刚上电启动阶段的情况与堵转阶段的情况类似。如图5所示，在to时刻上电，在上电的初始阶段，由于电机未开始运转，直流无刷电机驱动电路内部给旋转检测电容节点CRD节点外接电容Cl充电，旋转检测电容节点CRD节点的电压慢慢上升，等经过Ta时间上升到IV左右，堵转保护模块使得旋转监测指示节点(RD)节点由低变高。在tl到t2的时间内，由于电机还没有开始转动，所以旋转监测指示节点RD —直维持为高，直到电机转动，旋转检测电容节点CRD节点放电完成为止，即到t2时刻，旋转监测指示节点RD的电压值变低，直流无刷电机开始正常运转，正常运转后输入端口 IN1/IN2/IN3、三相双极输出信号UH/VH/WH/UL/VL/WL的信号，则如图6所示。在所述直流无刷电机上电不转动或堵转不转动时，利用上电后直流无刷电机未转时，所述堵转保护模块输出堵转信号至所述旋转监测指示节点RD，所述旋转监测指示节点RD输出第一电平，即旋转监测指示节点RD维持高电平的，旋转监测指示节点RD维持高电平能够导通所述上电自举电路400，所述上电自举电路400拉高所述驱动单元200的低侧输入端LIN的电平，所述驱动单元200的低侧输出端LO控制先导通所述下MOS管MUL/MVL/MWL，使所述自举电容CU/CV/CW得到充电，充电后使所述驱动单元200的高侧输出端HO处于准备导通所述上MOS管MUH/MVH/MWH状态，当所述驱动单元200接收到一电机转动信号时，所述驱动单元200的高侧输出端HO导通所述上MOS管MUH/MVH/MWH，以使所述三相桥臂单元300输出驱动信号A1/A2/A3，驱动所述直流无刷电机；在所述直流无刷电机正常转动时,所述旋转监测指示节点RD输出第二电平，即旋转监测指示节点RD维持低电平，所述上电自举电路400处于截止状态。因此，在直流无刷电机正常工作时，增加的上电自举电路不影响正常工作。旋转监测指示节点RD为高的特点，增加自举功能，使得上电启动时候，3个下MOS管MUL/MVL/MWL先导通，自举电容率先完成充电，直流无刷电机就可以按照正常时序顺畅启动了 ；为了完成自举功能，利用旋转监测指示节点在上电启动或堵转时的功能和波形进行，在旋转监测指示节点的引脚接二极管和三极管，使得3个下管MUL/MVL/MWL的栅极先接高一段时间，这样3个下管同时先导通一段时间，先给三个自举电容⑶、CV和CW上面充满电；直流无刷电机正常运转的时候，旋转监测指示节点引脚电位为低电平，增加的二极管和三极管均处于截止状态。此外，所述上电自举电路可以放到集成电路内部,也可以放到集成电路外部,本发明所述自举电路只需用简单双极器件，即可实现原先复杂逻辑才能实现的功能，可以驱动较大功率和较高电压的直流无刷电机。因此，本发明所述直流无刷电机驱动电路通过增加上电自举电路，使直流无刷电机在上电不转动或堵转不转动的时候，旋转监测指示节点维持高电平，利用旋转监测指示节点在上电时候的高电平波形导通一上电自举电路，上电自举电路把三相双极输出信号端的低侧输出端UL/VL/WL这3个端口拉高一段时间，进而拉高所述驱动单元200的低侧输入端LIN的电平，通过驱动单元的驱动，低侧桥臂单元MUL/MVL/MWL在导通的时间中，自举电容CU/CV/CW得到了充电。当电机转动信号来的时候，由于自举电容CU/CV/CW已充满电，则三相桥臂单元300MUH/MUL/MVH/MVL/MWH/MWL就可以随一电机转动信号而开启和关闭，直流无刷电机就可以正常运转；而当正常运转后，旋转监测指示节点变为低电平，上电自举电路关闭，进而不再所述驱动单元200的低侧输入端LIN的电平，从而不会影响无刷直流电机的正常工作。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
权利要求
1.一种直流无刷电机驱动电路，所述直流无刷电机驱动电路用于驱动直流无刷电机，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路包括控制电路、驱动单元、三相桥臂单元以及上电自举电路；所述控制电路包括霍尔放大矩阵、控制器、预驱动电路、推挽输出模块和堵转保护模块； 所述霍尔放大矩阵接收所述直流无刷电机的转动信号并输出霍尔信号给所述控制器，所述控制器输出控制信号至所述预驱动电路并输出堵转信号至所述堵转保护模块，所述堵转保护模块输出堵转信号至一旋转监测指示节点，所述预驱动电路驱动所述推挽输出模块通过三相双极输出信号端推挽输出三相双极输出信号至所述驱动单元，所述驱动单元输出三相桥臂信号至所述三相桥臂单元，所述三相桥臂单元输出驱动信号驱动所述直流无刷电机； 所述驱动单元与所述三相桥臂单元相连，每一相桥臂单元均包括一上MOS管、一下MOS管、一自举二极管和一自举电容，所述驱动单元接收所述三相双极输出信号并控制所述上MOS管的导通，所述上MOS管在导通时输出所述直流无刷电极的驱动信号，所述自举电容在充电后能够通过所述驱动单元的输出端导通所述上MOS管； 所述驱动单元包括三个低侧输入端、三个高侧输入端、三个低侧输出端、三个高侧输出端以及三对自举电容连接端，其中所述驱动单元的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号、高侧输出端连接于所述上MOS管的控制端、低侧输入端接所述下MOS管的控制端，所述上MOS管和所述下MOS管相连并接于第一电源电压端和地之间，所述自举电容一端连接于所述自举二极管的输出端、另一端连接于所述上MOS管和下MOS管之间、且两端接于所述两自举电容连接端，所述自举二极管的输入端接所述第二电源电压端； 所述上电自举电路包括三个用于上电自举效应的自举单元，每一自举单元的控制端均接所述旋转监测指示节点、每一自举单元的一连接端均接第二电源电压端、另一连接端分别接所述驱动单元的一低侧输入端。
2.如权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，在所述直流无刷电机上电不转动或堵转不转动时，所述堵转保护模块输出堵转信号至所述旋转监测指示节点，所述旋转监测指示节点输出第一电平并导通所述上电自举电路，所述上电自举电路拉高所述驱动单元的低侧输入端的电平，所述驱动单元的低侧输出端控制导通所述下MOS管，使所述自举电容得到充电，充电后使所述驱动单元的高侧输出端处于准备导通所述上MOS管状态，当所述驱动单元接收到一电机转动信号时，所述驱动单元的高侧输出端导通所述上MOS管，以使所述三相桥臂单元输出驱动信号，驱动所述直流无刷电机；在所述直流无刷电机正常转动时，所述旋转监测指示节点输出第二电平，所述上电自举电路关闭。
3.如权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，在所述上电自举电路中，每一自举单元包括一二极管和一三极管，在每一自举单元中，每一二极管的输入端均接所述旋转监测指示节点、输出端分别接所述三极管的第一极，每一所述三极管的第二极均接所述第二电源电压端、第三极分别接所述驱动单元的一低侧输入端。
4.如权利要求3所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，每一所述三极管为NPN三极管，每一所述三极管的第一极为基极、第二极为集电极、第三极为发射极。
5.如权利要求4所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，每一所述三极管的集电极与发射极之间的击穿电压均大于等于电源电压。
6.如权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，在所述上电自举电路中，每一自举单元包括一 NMOS管，每一所述NMOS管的栅极均接所述旋转监测指示节点、漏极均接所述第二电源电压端、源极分别接所述驱动单元的一低侧输入端。
7.如权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，在所述上电自举电路中，每一自举单元包括一 PMOS管和一三极管，在每一自举单元中，每一三极管的第一极均接所述旋转监测指示节点、第二极分别接所述PMOS管的栅极、第三极接地，每一所述PMOS管的源极均接所述第二电源电压端、漏极分别接所述驱动单元的一低侧输入端。
8.如权利要求7所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，每一所述三极管为NPN三极管，每一所述三极管的第一极为基极、第二极为集电极、第三极为发射极。
9.如权利要求8所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，每一所述三极管的集电极与发射极之间的击穿电压大于等于电源电压。
10.如权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括三个高压栅极驱动器件，每一高压栅极驱动器件包括一个低侧输入端、一个高侧输入端、一个低侧输出端、一个高侧输出端以及一对自举电容连接端，每一高压栅极驱动器件的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号的一相双极输出信号，低侧输出端连接于一下MOS管的控制端、高侧输出端接一上MOS管的控制端、以及一对自举电容连接端分别连接于一自举电容的两端。
11.如权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括一个高压栅极驱动器件，所述高压栅极驱动器件包括三个低侧输入端、三个高侧输入端、三个低侧输出端、三个高侧输出端以及三对自举电容连接端，所述高压栅极驱动器件的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号，低侧输出端分别连接于一下MOS管的控制端、高侧输出端分别连接于一上MOS管的控制端、以及所述三对自举电容连接端分别连接于一自举电容的两端。
12.如权利要求1至11中任意一项所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述控制电路还包括振荡器、速度设置单元和过流保护单元，其中， 所述振荡器输出时钟信号，所述堵转保护模块接收所述时钟信号和所述控制器输出的控制信号，产生堵转后的自动关闭和自动恢复信号； 所述速度设置单元输出速度设置信号至所述控制器； 所述过流保护单元输出过流保护信号至所述控制器。
全文摘要
本发明提供一种直流无刷电机驱动电路，通过增加上电自举电路，使直流无刷电机在上电不转动或堵转不转动的时候，所述堵转保护模块输出堵转信号至所述旋转监测指示节点，所述旋转监测指示节点输出第一电平并导通所述上电自举电路，所述上电自举电路拉高所述驱动单元的低侧输入端的电平，所述驱动单元的低侧输出端控制导通所述下MOS管，使所述自举电容得到充电，充电后使所述驱动单元的高侧输出端处于准备导通所述上MOS管状态，当所述驱动单元接收到一电机转动信号时，所述驱动单元的高侧输出端导通所述上MOS管，以使所述三相桥臂单元输出驱动信号，驱动所述直流无刷电机。
文档编号H02P6/20GK103023394SQ20121058357
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者吴美飞, 吴建兴 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司