专利名称：电机、控制器及其功率驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电机领域，尤其是涉及一种电机控制器、功率驱动电路以及具有这种控制器的电机。
背景技术：
无刷直流电机因其具备连续调速的优点，越来越受到人们的青睐，已经广泛应用在各种电器设备中。无刷直流电机具有定子以及可相对于定子旋转的转子，并且设有一个用于控制电机工作的控制器，控制器的结构框图如图1所示。控制器具有控制模块11，控制模块11通常是单片机、DSP、电机控制专用芯片等能够对外输出控制信号的器件，其接收外部输入的控制信号。控制模块11根据接收的控制信号生成脉冲调制信号，即PWM信号，并将生成的PWM信号输出至功率驱动电路12。功率驱动电路12具有多个可控的场效应管，场效应管可以在PWM信号的控制下通断，并向电机M输出驱动信号，驱动电机工作，并由转子带动转子轴旋转，向外输出动力。控制器还具有一个位置检测模块13，如光电编码器、磁电编码器等，用于检测转子的转动速度，并将检测的信号传输至控制模块11，控制模块11根据位置检测模块13输出的信号判断电机M的转速，并控制输出的PWM波形。现有的一些功率驱动电路12由若干个三极管、二极管、电阻、电容等分立器件组成，并由此驱动场效应管工作。在场效应管管关断时，其栅极可以通过三极管直接放电，三极管能提供很大的放电电流关闭场效应管。但由分立器件组成的功率驱动电路所使用的器件较多，可靠性相对比较差。并且，在实际生产中，如果功率驱动电路出现故障，很难快速判断是那个器件出问题，增加了维修难度。另外，由于分立器件组成的驱动电路所使用的器件过多，不仅成本高，而且占用PCB面积很大，对于要求控制器内置的小功率电机，过多元器件导致PCB板的布板非常困难。因此，现有的一些电机的功率驱动电路12采用由半桥驱动芯片通过限流电阻直接驱动场效应管的方案，该方案由三个半桥驱动电路组成，其一个半桥驱动电路如图2所示。半桥驱动电路具有一个半桥驱动芯片21，半桥驱动芯片21的一个输出端通过限流电阻Rl连接至场效应管Ql的栅极gl，场效应管Ql的漏极dl与直流电源VCC连接，源极si连接至电流输出端，如向U相母线供电。半桥驱动芯片21的另一个输出端通过限流电阻R2连接至场效应管Q2的栅极g2，场效应管Q2的漏极d2连接至电流输出端，源极s2通过电阻R5接地。使用半桥驱动芯片21直接驱动场效应管Ql、Q2，虽然使用的元器件比较少，电路简单清晰，但为了使半桥驱动芯片21与场效应管Q1、Q2阻抗匹配并消除驱动信号的振铃现象，半桥驱动芯片21的输出端一般要通过限流电阻R1、R2与场效应管Q1、Q2的栅极gl、g2连接。这样，在场效应管Q1、Q2关断时，其放电要通过限流电阻Rl、R2进行，所以放电电流相对较小。在上桥臂的场效应管Ql的导通期间，因为米勒效应和导通延迟的缘故，满输入电压并不会立刻出现在同一桥的下臂场效应管Q2的漏极d2上。施加在场效应管Q2漏极d2电压会感应出一个通过其栅极g2与漏极d2间的米勒电容Cgd进行耦合的电流。该感应电流在场效应管Q2的内部栅极阻Rg和外部栅极电阻的两端产生一个压降，该电压将对场效应管Q2的栅极g2上的栅极g2与源极d2间电容Cgs进行充电。场效应管Q2上的感应栅极电压的幅度是dv/dt、电容CgcU电容Cgs和总栅极电阻的一个函数。如果电容Cgd、dv/dt过大，感应栅极电压有可能超过3伏，或因场效应管Q2驱动阻抗不匹配导致控制端信号振荡，导致场效应管Q2导通。如果场效应管Q2由于感应或振荡电压而导通，则会造成场效应管Q1、Q2同时导通，产生很大的冲击电流。如果场效应管Q1、Q2不能承受此穿通电流，场效应管Q1、Q2就会损坏，从而导致电机运行异常。另外，半桥驱动芯片由于要经过场效应管Ql、Q2的栅极电阻放电，所以放电电流相对较小，导致场效应管Ql、Q2的关闭时间过长,开关损耗也相应增加。
发明内容本实用新型的主要目的是提供一种结构简单且避免场效应管损坏的功率驱动电路。本实用新型的另一目的是提供一种有效避免功率驱动电路的场效应管损坏的电机控制器。本实用新型的再一目的是提供一种有效避免运行异常的电机。为实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供的功率驱动电路包括半桥驱动芯片，其第一输出端通过第一限流电阻与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的源极连接至电流输出端，半桥驱动芯片的第二输出端通过第二限流电阻与第二场效应管的栅极连接，第二场效应管的漏极连接至电流输出端，其中，该电路还包括与第一限流电阻并联连接的第一二极管，第一二极管的阳极连接至第一场效应管的栅极，第一二极管的阴极连接至第一输出端。由上述方案可见,在第一限流电阻上并联一个第一二极管，第一场效应管放电时，电流可以通过第一二极管从第一场效应管的栅极流向半桥驱动芯片，确保电流能够快速导走，避免第一场效应管与第二场效应管同时导通，从而避免场效应管的损坏。并且，功率驱动电路使用半桥驱动芯片，所使用的元器件较少，电路结构简单，方便维修。一个优选的方案是，功率驱动电路还包括与第二限流电阻并联连接的第二二极管，第二二极管的阳极连接至第二场效应管的栅极，第二二极管的阴极连接至半桥驱动芯片的第二输出端。由此可见，由于在第二电阻上也并联一个第二二极管，在第二场效应管关闭时，其栅极电流可以通过第二二极管快速流走，从而实现第二场效应管的快速放电，更能有效地保护电机。为实现本实用新型的另一目的，本实用新型提供的电机控制器具有控制模块以及接收控制模块输出信号的功率驱动电路，功率驱动电路具有半桥驱动芯片，其第一输出端通过第一限流电阻与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的源极连接至电流输出端，半桥驱动芯片的第二输出端通过第二限流电阻与第二场效应管的栅极连接，第二场效应管的漏极连接至电流输出端，其中，该电路还包括与第一限流电阻并联连接的第一二极管，第一二极管的阳极连接至第一场效应管的栅极，第一二极管的阴极连接至第一输出端。由上述方案可见，由于在第一限流电阻上并联了一个第一二极管，第一场效应管关闭时可以通过第一二极管进行放电，避免第一场效应管与第二场效应管同时导通，从而避免因电流过大而导致场效应管的损坏，也避免电机运行异常。为实现本实用新型的再一目的，本实用新型提供的电机具有定子以及转子，并设有控制器，控制器具有控制模块以及接收控制模块输出信号的功率驱动电路，功率驱动电路具有半桥驱动芯片，其第一输出端通过第一限流电阻与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的源极连接至电流输出端，半桥驱动芯片的第二输出端通过第二限流电阻与第二场效应管的栅极连接，第二场效应管的漏极连接至电流输出端，其中，该电路还包括与第一限流电阻并联连接的第一二极管，第一二极管的阳极连接至第一场效应管的栅极，第一二极管的阴极连接至第一输出端。由上述方案可见，控制器的功率驱动电路设置了与第一限流电阻并联的第一二极管，第一场效应管关闭时电流可通过第一二极管流向半桥驱动芯片，避免第一场效应管与第二场效应管同时导通，从而避免场效应管的损坏，进而避免电机运行异常。
图1是现有电机控制器的电原理框图。图2是现有功率驱动电路中一个半桥驱动电路的电原理图。图3是本实用新型功率驱动电路实施例中一个半桥驱动电路的电原理图。图4是本实用新型功率驱动电路实施例中一个半桥驱动电路的放电电路的电原理图。图5是本实用新型功率驱动电路实施例的电原理图。
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
具体实施方式
本实施例的电机具有一个壳体，在壳体内安装有定子以及转子，在电机上还设有用于控制电机工作的控制器，控制器具有控制模块、功率驱动电路以及位置检测模块，控制模块为单片机、DSP或电机控制专用芯片等器件，功率驱动电路具有多个场效应管，在控制模块输出的信号控制下导通或截止，位置检测模块用于检测转子的转速，并将检测的信号反馈至控制模块。本实施例的功率驱动电路是由半桥驱动芯片驱动场效应管的电路，其具有三个半桥驱动电路，其中一个半桥驱动电路如图3所示。本实施例中，半桥驱动电路具有两个场效应管Q11、Q12，半桥驱动芯片22的一个输出端通过限流电阻Rll连接到场效应管Qll的栅极gll，场效应管Qll的漏极dll连接至直流电源VCC，源极sll连接至电流输出端，如向电机的U相母线供电。从图3可以看出，场效应管Qll是上桥臂的场效应管。二极管Dll与限流电阻Rll并联连接，二极管Dll的阳极连接至场效应管Qll的栅极gll，阴极连接至半桥驱动芯片22。由于半桥驱动芯片22具有吸收电流大的特点，因此在场效应管Qll放电时，电流可以快速地通过二极管Dll流向半桥驱动芯片22。此外，场效应管Qll的栅极gll与电源输出端之间连接有电容C11，电容Cll能够使场效应管Qll的开关速度稍微变慢，从而减少场效应管Qll开启与关闭时的电流变化速度与电压变化速度，还滤除了场效应管Ql I的高频振荡电压。半桥驱动芯片22的另一个输出端通过限流电阻R12连接至场效应管Q12的栅极gl2，场效应管Q12是下桥臂的场效应管，其漏极dl2连接至电流输出端，源极sl2通过电阻Rl5接地。限流电阻Rl2与二极管D12并联连接，二极管D12的阳极连接至场效应管Ql2的栅极gl2，阴极连接至半桥驱动芯片22。此外，场效应管Q12的栅极gl2与源极sl2之间连接有电容C12，用于减小感应电压的幅值，并且减小场效应管Q12的门极电压的高频振荡。半桥驱动电流的放电电路如图4所示，场效应管Qll关闭时，栅极gll的电流经过二极管Dll流向半桥驱动芯片22，由于半桥驱动芯片22具有较强的电流吸收能力，因此场效应管Qll能快速地放电。此外，由于电容Cll的存在，能够使场效应管Q12的感应电压变化更为缓慢，从而避免发生场效应管Qll与场效应管Q12同时导通的情况，进而避免产生很大的冲击电流，防止场效应管Qll、Q12的损坏，也避免电机运行异常。场效应管Q12可以通过二极管D12进行放电，也就可以实现场效应管Q12的快速放电。并且，由于电容C12的存在，场效应管Q12的感应电压变化较为缓慢，米勒平台的振荡减小，场效应管Q12在米勒平台期间的损耗也相应减小，使电机的运行更为安全。参见图5，功率驱动电路具有三组的半桥驱动电路，每一组半桥驱动电路向电机M输出一相母线的电流信号，并且每一组半桥驱动电路均设有一个半桥驱动芯片以及由半桥驱动芯片所驱动的两个场效应管，每一个半桥驱动芯片的两个输出端分别通过限流电阻连接到场效应管的栅极。此外，在每一个限流电阻上并联一个二极管，每一个二极管的阳极均连接至场效应管的栅极，且每一个二极管的阴极均连接至半桥驱动芯片的输出端，从而实现场效应管的快速放电。并且，在上桥臂的场效应管的栅极与电流输出端之间连接一个电容，在下桥臂的场效应管的栅极与源极之间连接另一个电容，这样能够确保两个场效应管的感应电压变化较为缓慢，更为有效地避免同一个半桥驱动电路上的两个场效应管同时导通的情况发生，确保电机的正常运行。此外，由于本实施例使用半桥驱动芯片来驱动场效应管，因此控制器使用的元器件较少，有利于PCB板的紧密排布，同时也方便控制器的维修，在控制器出现故障时，能够快速的找到故障点，减少维修的时间。最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如场效应管类型的改变、电容的电容值改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。
权利要求1.电机控制器的功率驱动电路，包括 半桥驱动芯片，所述半桥驱动芯片的第一输出端通过第一限流电阻与第一场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的源极连接至电流输出端，所述半桥驱动芯片的第二输出端通过第二限流电阻与第二场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极连接至所述电流输出端； 其特征在于 还包括与所述第一限流电阻并联连接的第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述第一场效应管的栅极，所述第一二极管的阴极连接至所述第一输出端。
2.根据权利要求1所述的电机控制器的功率驱动电路，其特征在于 还包括与所述第二限流电阻并联连接的第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述第二场效应管的栅极，所述第二二极管的阴极连接至所述第二输出端。
3.根据权利要求1或2所述的电机控制器的功率驱动电路，其特征在于 所述第一场效应管的栅极与所述电流输出端之间连接有第一电容。
4.根据权利要求1或2所述的电机控制器的功率驱动电路，其特征在于 所述第二场效应管的栅极与源极之间连接有第二电容。
5.电机控制器，包括 控制模块以及接收所述控制模块输出信号的功率驱动电路，所述功率驱动电路具有半桥驱动芯片，所述半桥驱动芯片的第一输出端通过第一限流电阻与第一场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的源极连接至电流输出端，所述半桥驱动芯片的第二输出端通过第二限流电阻与第二场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极连接至所述电流输出端; 其特征在于 还包括与所述第一限流电阻并联连接的第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述第一场效应管的栅极，所述第一二极管的阴极连接至所述第一输出端。
6.根据权利要求5所述的电机控制器，其特征在于 所述功率驱动电路还包括与所述第二限流电阻并联连接的第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述第二场效应管的栅极，所述第二二极管的阴极连接至所述第二输出端。
7.根据权利要求5或6所述的电机控制器，其特征在于 所述第一场效应管的栅极与所述电流输出端之间连接有第一电容。
8.电机,包括 定子以及转子，并设有控制器，所述控制器具有 控制模块以及接收所述控制模块输出信号的功率驱动电路，所述功率驱动电路具有半桥驱动芯片，所述半桥驱动芯片的第一输出端通过第一限流电阻与第一场效应管的栅极连接，所述第一场效应管的源极连接至电流输出端，所述半桥驱动芯片的第二输出端通过第二限流电阻与第二场效应管的栅极连接，所述第二场效应管的漏极连接至所述电流输出端; 其特征在于 还包括与所述第一限流电阻并联连接的第一二极管，所述第一二极管的阳极连接至所述第一场效应管的栅极，所述第一二极管的阴极连接至所述第一输出端。
9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于所述功率驱动电路还包括与所述第二限流电阻并联连接的第二二极管，所述第二二极管的阳极连接至所述第二场效应管的栅极，所述第二二极管的阴极连接至所述第二输出端。
10.根据权利要求8或9所述的电机，其特征在于 所述第一场效应管的栅极与所述电流输出端之间连接有第一电容。
专利摘要本实用新型提供一种电机、控制器及其功率驱动电路，该功率驱动电路包括半桥驱动芯片，其第一输出端通过第一限流电阻与第一场效应管的栅极连接，第一场效应管的源极连接至电流输出端，半桥驱动芯片的第二输出端通过第二限流电阻与第二场效应管的栅极连接，第二场效应管的漏极连接至电流输出端，其中，该电路还包括与第一限流电阻并联连接的第一二极管，第一二极管的阳极连接至第一场效应管的栅极，第一二极管的阴极连接至第一输出端。本实用新型能够避免同一半桥驱动电路的两个场效应管同时导通，避免场效应管的损坏，确保电机正常工作。
文档编号H02H9/02GK202840499SQ20122040084
公开日2013年3月27日 申请日期2012年8月13日 优先权日2012年8月13日
发明者吴文贤, 胡安永, 王周叶 申请人:珠海格力电器股份有限公司, 珠海凯邦电机制造有限公司, 合肥凯邦电机有限公司, 重庆凯邦电机有限公司, 河南凯邦电机有限公司