电机组件、集成电路和应用设备的制作方法

本实用新型涉及电机驱动技术领域，具体涉及一种电机组件、集成电路和包括该电机组件的应用设备。

背景技术：

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。具体应用时，需要电机驱动电路为其提供驱动信号。有的厂商希望将电机驱动电路的电子器件尽量集成在专用集成电路中，以降低电路复杂度和成本。有的电机驱动电路中需要设置降压电阻。然而，能够产生较大压降的降压电阻通常无法集成到专用集成电路中。

技术实现要素：

一种电机组件，包括电机及电机驱动电路，所述电机驱动电路包括降压电路，所述降压电路具有选择性导通的第一电流支路和第二电流支路。

优选的，所述第一电流支路和第二电流支路为单向电流支路，被配置为允许方向相反的电流通过。

优选的，所述第一电流支路包括功率晶体管，所述第一电流支路导通时所述功率晶体管工作于放大模式。

优选的，所述降压电路具有第一端和第二端，

所述第一电流支路包括：第一开关管和第一电阻，其中，所述第一开关管的电流输入端与所述第一端电连接，电流输出端与所述第二端电连接，控制端与所述第一电阻的一端电连接，所述第一电阻的另一端与所述电流输入端电连接；

所述第二电流支路包括：第二开关管和第二电阻，其中，所述第二开关管的电流输入端与所述第二端电连接，电流输出端与所述第一端电连接，控制端与所述第二电阻的一端电连接，所述第二电阻的另一端与所述第二开关管的电流输入端电连接。

优选的，所述第一开关管的电流输入端和电流输出端之间的压降与第二开关管的电流输入端和电流输出端之间的压降相等。

优选的，所述电机与所述降压电路串联。

优选的，所述电机驱动电路还包括与所述电机串联的双向交流开关和开关控制电路，所述开关控制电路的控制输出端与所述双向交流开关的控制端电连接。

优选的，所述电机驱动电路还包括磁场检测电路，用于检测所述电机的转子磁场并向所述开关控制电路输出相应的磁场检测信息。

优选的，所述开关控制电路被配置为至少基于所述磁场检测信息，在自所述开关控制电路的控制输出端向所述双向交流开关的控制端流出驱动电流的第一状态和自所述双向交流开关的控制端向所述开关控制电路的控制输出端流入驱动电流的第二状态间切换。

优选的，所述电机和所述双向交流开关串联于一外部交流电源之间，所述开关控制电路被配置为基于所述交流电源的极性变化和所述磁场检测信息在所述第一状态和所述第二状态间切换。

优选的，所述开关控制电路包括第一开关和第二开关，所述第一开关与所述控制输出端连接在第一电流通路中，所述第二开关与所述控制输出端连接在与所述第一电流通路中电流方向相反的第二电流通路中，所述第一开关和第二开关在所述磁场检测信息的控制下选择性地导通。

优选的，所述开关控制电路具有自所述控制输出端向外流出电流的第一电流通路、自所述控制输出端向内流入电流的第二电流通路、以及连接在所述第一电流通路和第二电流通路其中一个通路中的开关，所述开关由所述磁场检测信息控制，使得第一电流通路和第二电流通路选择性导通。

优选的，所述第一电流通路和第二电流通路其中另一个通路中不设开关。

优选的，所述开关控制电路被配置为在所述交流电源为正半周期且所述磁场检测电路检测所述转子磁场为第一极性、或者所述交流电源为负半周期且所述磁场检测电路检测所述转子磁场为与所述第一极性相反的第二极性时，使所述控制输出端流过驱动电流，当所述交流电源为正半周期且转子磁场为第二极性，或者所述交流电源为负半周期且转子磁场为第一极性时,使所述控制输出端无驱动电流流过。

优选的，所述电机驱动电路还包括：与所述降压电路串联的整流电路。

一种集成电路，包括：

壳体、设于壳体内的半导体基片、自所述壳体伸出的输入端口和输出端口以及设于半导体基片上的电子线路，其中，所述电子线路包括降压电路，所述降压电路具有选择性导通的第一电流支路和第二电流支路。

优选的，所述降压电路具有上述任一项电机组件中所述降压电路的特征。

优选的，所述电子线路还包括磁场检测电路、开关控制电路、双向交流开关、整流电路中的部分或全部。

优选的，所述壳体上固定有散热板。

一种具有上述任一项所述电机组件的应用设备。

优选的，所述应用设备为泵、风扇、家用电器或车辆。

优选的，所述电机组件中的电机为单相永磁无刷电机。

本实用新型实施例允许降压电路集成在专用集成电路中，降低电路的复杂度和成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一个实施例提供的电机组件的结构示意图；

图2为本实用新型另一个实施例提供的电机组件的结构示意图；

图3为本实用新型又一个实施例提供的电机组件的结构示意图；

图4为本实用新型一个实施例提供的电机组件中电机的结构示意图；

图5为本实用新型再一个实施例提供的电机组件的结构示意图；

图6为本实用新型又一个实施例提供的电机组件的结构示意图；

图7为本实用新型一实施例提供的电机组件中开关控制电路的结构示意图；

图8为本实用新型另一实施例提供的电机组件中开关控制电路的结构示意图；

图9为本实用新型又一实施例提供的电机组件中开关控制电路的结构示意图；

图10为本实用新型再一实施例的电机组件中开关控制电路的结构示意图；

图11为本实用新型再一个实施例提供的电机组件的结构示意图；

图12为本实用新型一个实施例提供的电机组件中，整流电路的结构示意图；

图13为本实用新型另一个实施例提供的电机组件中，整流电路的结构示意图；

图14为本实用新型实施例提供的一种电机组件的具体电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，为本实用新型实施例提供的一种电机组件的结构示意图，该电机组件包括电机100及电机驱动电路200，具体的，所述电机驱动电路200包括降压电路10，所述降压电路10具有选择性导通的第一电流支路101和第二电流支路102。

较佳的，本实用新型实施例提供的第一电流支路101和第二电流支路102均为单向电流支路，被配置为允许方向相反的电流通过，如图2中箭头指向，第一电流支路101的电流为从左至右的方向流过，第二电流支路102为从右至左的方向流过，当然，也可以是第一电流支路101的电流为从右至左的方向流过，此时，要求第二电流支路102的电流为从左至右的方向流过，即第一电流支路101与第二电流支路102的电流走向相反即可。

在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，所述第一电流支路101和第二电流支路102产生的压降相等，但本实用新型并不限于此，具体视情况而定。

优选的，所述第一电流支路101包括功率晶体管，第一电流支路101导通时，其电流沿一方向通过功率晶体管，可使所述功率晶体管工作于放大模式以使第二电流支路产生所需的压降。第二电流支路也可以包括功率晶体管，第二电流支路102导通时，其电流沿另一方向通过该功率晶体管，也可使其功率晶体管工作于放大模式以使第二电流支路产生所需的压降。而且，该第二电流支路102中的功率晶体管的电流流向与第一电流支路101中功率晶体管的中电流的流向相反。

本实用新型实施例中，当第一电流支路或第二电流支路导通时，其功率晶体管部分导通，工作在放大模式下，基极电流很小，集电极和发射极之间的等效电阻很大，因此在集电极和发射极之间会产生很大的压降，从而实现降压。

图3示出本实用新型实施例提供的一种降压电路10的具体实现方式。所述降压电路10具有第一端A和第二端B。第一电流支路101包括：第一开关管Q1和第一电阻Ra，其中，所述第一开关管Q1的电流输入端(即第一开关管Q1的集电极)与所述第一端A电连接，电流输出端(即第一开关管Q1的发射极)与所述第二端B电连接，控制端(即第一开关管Q1的基极)与所述第一电阻Ra的一端电连接，所述第一电阻Ra的另一端与所述电流输入端(即降压电路10的第一端A)电连接。

所述第二电流支路102包括：第二开关管Q2和第二电阻Rb，其中，所述第二开关管Q2的电流输入端(即第二开关管Q2的集电极)与所述第二端B电连接，电流输出端(即第二开关管Q2的发射极)与所述第一端A电连接，控制端(即第二开关管Q2的基极)与所述第二电阻Rb的一端电连接，所述第二电阻Rb的另一端与所述第二开关管的电流输入端(即降压电路10的第二端B)电连接。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，优选的设置第一开关管的电流输入端和电流输出端之间的压降与第二开关管的电流输入端和电流输出端之间的压降相等，当然，也可以根据实际的电路需要，设定第一电流支路和第二电流支路的压降不同，本实用新型对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述任一实施例中，可选的，所述电机100与所述降压电路10为串联关系，参考图1。在本实用新型的一个具体应用实例中，所述电机100为同步电机，可以理解，本实用新型的电机驱动电路200中的降压电路不仅适用于同步电机，也适用于其他类型的永磁交流电机。所述同步电机包括定子和可相对定子旋转的转子。定子具有定子铁心及绕设于定子铁心上的定子绕组。定子铁心可由纯铁、铸铁、铸钢、电工钢、硅钢等软磁材料制成。转子具有永磁铁，定子绕组与交流电源串联时，转子在稳态阶段以60f/p圈/分钟的转速恒速运行，其中f是所述交流电源的频率，p是转子的极对数。

在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，如图5所示，所述电机驱动电路200还包括与所述电机100串联的双向交流开关20和开关控制电路30，其中，所述开关控制电路30的控制输出端与所述双向交流开关20的控制端电连接，以按照预定方式控制所述双向交流开关20导通或截止。在一个实施例中，开关控制电路30例如可以由微控制器实现。

所述双向交流开关20较佳的为三端双向晶闸管(TRIAC)，其两个阳极分别连接节点A及节点C，其控制极连接所述开关控制电路。可以理解，所述可控双向交流开关可包括由金属氧化物半导体场效应晶体管、可控硅整流器、三端双向晶闸管、绝缘栅双极型晶体管、双极结晶体管、半导体闸流管、光耦元件中的一种或多种组成的能让电流双向流过的电子开关。例如，两个金属氧化物半导体场效应晶体管可组成可控双向交流开关；两个可控硅整流器可组成可控双向交流开关；两个绝缘栅双极型晶体管可组成可控双向交流开关；两个双极结晶体管可组成可控双向交流开关。

在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，所述电机驱动电路200还包括：磁场检测电路40，用于检测所述电机100的转子磁场并向所述开关控制电路30输出相应的磁场检测信息。

具体的，在本实用新型的一个实施例中，所述磁场检测电路40包括：磁场检测元件，用于检测转子磁场并将其转换成电信号；信号处理单元，用于对该电信号进行放大去干扰；以及模数转换单元，用于将经过放大去干扰后的电信号转换为所述磁场检测信息，对于仅需要识别转子磁场的磁场极性的应用而言，所述磁场检测信息可以为开关型数字信号。磁场检测元件较佳的可以是霍尔板。

在上述实施例中，所述开关控制电路30被配置为至少基于所述磁场检测信息，在自所述开关控制电路30的控制输出端向所述双向交流开关20的控制端流出驱动电流的第一状态和自所述双向交流开关20的控制端向所述开关控制电路30的控制输出端流入驱动电流的第二状态至少其中一个状态下运行。在一个较佳的实施例中，所述开关控制电路30被配置为在第一状态和第二状态间切换。值得说明的是，本实用新型实施例中，所述开关控制电路30在第一状态和第二状态间切换运行，并不限于其中一个状态结束后立即切换为另一个状态的情形，还包括其中一个状态结束后间隔一定时间再切换为另一个状态的情形。在一个较佳的应用实例中，两个状态切换的间隔时间内所述开关控制电路30的控制输出端无输出。

在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，所述开关控制电路30包括：第一开关和第二开关，所述第一开关与所述控制输出端连接在第一电流通路中，所述第二开关与所述控制输出端连接在与所述第一电流通路方向相反的第二电流通路，所述第一开关和第二开关在所述磁场检测信息的控制下选择性地导通。较佳的，所述第一开关可以为三极管，所述第二开关可以为三极管或二极管，本实用新型对此并不做限定，视情况而定。

具体的，在本实用新型的一个实施例中，如图7所示，所述第一开关31和第二开关32为一对互补的半导体开关。所述第一开关31为低电平导通，所述第二开关32为高电平导通，其中，所述第一开关31与所述控制输出端Pout连接在第一电流通路中，所述第二开关32与所述控制输出端Pout连接在第二电流通路中，所述第一开关31和所述第二开关32两个开关的控制端均连接磁场检测电路40，第一开关31的电流输入端电连接较高电压(例如直流电源)，电流输出端与第二开关32的电流输入端连接，第二开关32的电流输出端电连接较低电压(例如地)。若所述磁场检测电路40输出的磁场检测信息是低电平，第一开关31导通，第二开关32断开，驱动电流自较高电压经第一开关31和控制输出端Pout向外流出，若所述磁场检测电路40输出的磁场检测信息是高电平，第二开关32导通，第一开关31断开，驱动电流自所述双向交流开关20的控制端流入控制输出端Pout并流过第二开关32。较佳的，在本实用新型的一个实施例中，图7的实例中第一开关31为正通道金属氧化物半导体场效应晶体管(P型MOSFET)，第二开关32为负通道金属氧化物半导体场效应晶体管(N型MOSFET)。可以理解的是，在其他实施例中，第一开关和第二开关也可以是其他类型的半导体开关，例如可以是结型场效应晶体管(JFET)或金属半导体场效应管(MESFET)等其他场效应晶体管，本实用新型对此并不做限定。

在本实用新型的另一个实施例中，如图8所示，所述第一开关31为高电平导通的开关管，所述第二开关32为单向导通二极管，第一开关31的控制端和第二开关32的阴极连接磁场检测电路40。第一开关31的电流输入端连接外部交流电源，第一开关31的电流输出端和第二开关32的阳极与控制输出端Pout均连接。其中，所述第一开关31与所述控制输出端Pout连接在第一电流通路中，所述控制输出端Pout、所述第二开关32与所述磁场检测电路40连接在第二电流通路中，若所述磁场检测电路40输出的磁场检测信息是高电平，第一开关31导通，第二开关32断开，驱动电流自外部电源经第一开关31和控制输出端Pout向外流出，若所述磁场检测电路40输出的磁场检测信息是低电平，第二开关32导通，第一开关31断开，驱动电流自双向交流开关20的控制端流入控制输出端Pout并流过第二开关32。可以理解，在本实用新型的其他实施例中，所述第一开关31和所述第二开关32还可以为其他结构，本实用新型对此并不做限定，具体视情况而定。

在本实用新型的又一个实施例中，所述开关控制电路30具有自所述控制输出端Pout向外流出电流的第一电流通路、自所述控制输出端Pout向内流入电流的第二电流通路、以及连接在所述第一电流通路和第二电流通路其中一个通路中的开关，所述第一电流通路和第二电流通路中另一个通路中不设开关，所述开关控制电路30由所述磁场检测电路40输出的磁场检测信息控制，使得第一电流通路和第二电流通路选择性导通。

作为一种具体实现，如图9所示，所述开关控制电路30包括一单向导通开关33，单向导通开关33与控制输出端Pout连接在第一电流通路中,其电流输入端可连接磁场检测电路40的输出端，磁场检测电路40的输出端还可经电阻R1与控制输出端Pout连接在与所述第一电流通路方向相反的第二电流通路中。单向导通开关33在磁场感应信号为高电平时导通，驱动电流经单向导通开关33和控制输出端Pout向外流出，所述磁场感应信号为低电平时，单向导通开关33断开，驱动电流自外部流入控制输出端Pout并流经电阻R1和磁场检测电路40。作为一种替代，所述第二电流通路中的电阻R1也可以替换为与单向导通开关33反向并联的另一单向导通开关。这样，自控制输出端流出的驱动电流和流入的驱动电流较为平衡，但本实用新型对此并不做限定。

在另一种具体实现中，如图10所示，所述开关控制电路30包括反向串联于磁场检测电路40的输出端和控制输出端Pout之间的二极管D1和D2、与串联的二极管D1和D2并联的电阻R1、以及连接于二极管D1和D2的公共端与外部电源Vcc之间的电阻R2，其中，二极管D1的阴极与磁场检测电路40的输出端连接。二极管D1由磁场检测电路40控制。在磁场检测电路40输出高电平时二极管D1截止，驱动电流从电源Vcc流入经电阻R2和二极管D2自控制输出端Pout向外流出，所述磁场检测电路40输出低电平时，驱动电流自外部流入控制输出端Pout并流经电阻R1和磁场检测电路40。

在上述任一实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，如图6所示，所述电机100和所述双向交流开关20串联于一外部交流电源300之间，所述开关控制电路30被配置为基于所述交流电源300的极性变化和所述磁场检测信息在所述第一状态和所述第二状态间切换。

在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，所述开关控制电路30被配置为在所述交流电源300为正半周期且所述磁场检测电路40检测所述转子磁场极性为第一极性时，或者所述交流电源300为负半周期且所述磁场检测电路40检测所述转子磁场极性为与所述第一极性相反的第二极性时，使所述控制输出端流过驱动电流，当所述交流电源300为正半周期且转子磁场极性为第二极性，或者所述交流电源300为负半周期且转子磁场极性为第一极性时,使所述控制输出端无驱动电流流过。值得说明的是，交流电源300为正半周期且转子磁场为第一极性，或者交流电源300为负半周期且转子磁场为第二极性时，所述控制输出端流过驱动电流既包括上述两种情况整个持续时间段内控制输出端都有驱动电流流过的情形，也包括上述两种情况下仅部分时间段内控制输出端有驱动电流流过的情形。

在上述任一实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，如图11所示，所述电机驱动电路还包括：与所述降压电路10串联的整流电路60，整流电路60用于将所述交流电源300输出的交流信号转换为直流信号。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，所述整流电路60的输入端可以包括连接交流电源300的第一输入端和第二输入端。本实用新型中，输入端连接交流电源300既包括输入端与交流电源300两端直接连接的情形，也包括输入端与电机串接于交流电源300两端的情形，本实用新型对此并不做限定，具体视情况而定。只要保证所述整流电路60可以将所述交流电源300输出的交流信号转换为直流信号即可。

在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个具体实施例中，如图12所示，所述整流电路60包括：全波整流桥61以及与所述全波整流桥61的输出连接的稳压单元62，其中，所述全波整流桥61用于将所述交流电源300输出的交流电转换成直流电，所述稳压单元62用于将所述全波整流桥61输出的直流信号稳定在预设值范围内。

图13示出整流电路60的一种具体电路，其中，稳压单元62包括连接于全波整流桥61的两个输出端之间的稳压二极管621，所述全波整流桥61包括：串联的第一二极管611和第二二极管612以及串联的第三二极管613和第四二极管614；所述第一二极管611和所述第二二极管612的公共端与所述第一输入端VAC+电连接；所述第三二极管613和所述第四二极管614的公共端与所述第二输入端VAC-电连接。

其中，所述第一二极管611的输入端与所述第三二极管613的输入端电连接形成全波整流桥的接地输出端，所述第二二极管612的输出端与所述第四二极管614的输出端电连接形成全波整流桥的电压输出端VDD，稳压二极管621连接于所述第二二极管612和第四二极管614的公共端与所述第一二极管611和所述第三二极管613的公共端之间。需要说明的是，在本实用新型实施例中，所述开关控制电路30的电源端子可与全波整流桥61的电压输出端电连接。

相应的，本实用新型实施例还提供了一种具有上述任一实施例所提供的电机组件的应用设备。优选的，该应用设备为泵、风扇、家用电器或车辆，本实用新型对此并不做限定，具体视情况而定。

在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，所述电机组件中的电机为单相永磁无刷电机。但本实用新型对此并不做限定，具体视情况而定。综上所述，本实用新型实施例的电机组件对现有电机驱动电路的功能进行扩展，可以降低整体电路成本，提高电路可靠性。

此外，本实用新型实施例还提供了一种集成电路，包括：壳体、设于壳体内的半导体基片、自所述壳体伸出的输入端口和输出端口以及设于半导体基片上的电子线路，其中，如图14所示，所述电子线路包括降压电路10，所述降压电路具有选择性导通的第一电流支路和第二电流支路。需要说明的是，在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，所述降压电路具有上述任一实施例所提供的电机组件中所述降压电路的特征。

本实用新型实施例的降压电路可集成到集成电路中，集成电路的壳体上可固定散热板，降压电路可通过散热板散热，以避免集成电路内部电路温度过高而被损坏。

在上述实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，请参阅图14，所述电子线路还包括磁场检测电路40、开关控制电路30、所述双向交流开关20、整流电路(图中由D2、D3、D4以及D5组成的电路部分)中的部分或全部。其中，所述磁场检测电路、开关控制电路、所述双向交流开关、整流电路的结构和功能参照上述任一实施例所提供的电机组件中所述磁场检测电路、开关控制电路、所述双向交流开关、整流电路的结构和功能，本实用新型对此不再一一赘述。

在上述任一实施例的基础上，在本实用新型的一个实施例中，所述壳体上固定有散热板，用于将所述电子线路产生的热量散发到外界环境中，以免所述电子线路温度过高，对所述电子线路造成损坏。

在另一个实施例中，电机可以与双向导通开关串联在节点A和节点C之间，节点A和节点C可分别连接交流电源的两端。

综上所述，本申请提供了一种电机组件、集成电路和包括该电机组件的应用设备，其中，所述电机组件包括电机及电机驱动电路，所述电机驱动电路包括降压电路，所述降压电路具有选择性导通的第一电流支路和第二电流支路。本实用新型实施例的电机组件将降压电路集成在专用集成电路中，降低电路的复杂度和成本。

为了描述的方便，描述以上系统时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。