一种直流无刷电机驱动电路以及直流无刷电机系统的制作方法

本实用新型属于电机控制领域，尤其涉及一种直流无刷电机驱动电路以及直流无刷电机系统。

背景技术：

直流无刷电机由电机主体和驱动电路组成，是一种典型的机电一体化产品。直流无刷电机以电子换向器取代了机械换向器，既具有直流电机良好的调速性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点。直流无刷电机的外特性好，能够在低速下输出大转矩，使得它可以提供大的起动转矩；它的速度范围宽，任何速度下都可以全功率运行；除此以外，直流无刷电机的效率高、过载能力强，使得它在拖动系统中有出色的表现并且直流无刷电机的再生制动效果好，由于它的转子是永磁材料，制动时电机可以进入发电机状态。直流无刷电机已在军事、航空、计算机、数控机床、机器人和电动自行车等多个领域取得日益广泛的应用，产量巨大。

但是，在现有的直流无刷电机系统中的驱动电路中，其电路结构过于简单，上下MOS管容易出现同时导通的情况，导致过量发热，增加损耗，甚至烧毁上下MOS管及相关的电子元器件。

技术实现要素：

本实用新型提供一种直流无刷电机驱动电路，旨在解决现有的直流无刷电机驱动电路其上下MOS管容易出现同时导通的情况，导致过量发热，增加损耗，甚至烧毁上下MOS管及相关的电子元器件的问题。

本实用新型是这样实现的，一种直流无刷电机驱动电路，直流无刷电机驱动电路包括三个分支电路，每个分支电路包括第一分支电路以及第二分支电路，第一分支电路以及第二分支电路可通过分别连接的上位控制信号输入端以及下位控制信号输入端接收直流无刷电机控制器发送的上位控制信号以及下位控制信号，并于单相驱动信号输出端配合以输出直流无刷电机的单相驱动信号，上位控制信号输入端以及下位控制信号输入端之间设有二极管D1，二极管D1的正极连接上位控制信号输入端，负极连接下位控制信号输入端。

进一步的，第一分支电路具体包括MOS管Q1，三极管VT1、三极管VT2、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；三极管VT1的B1极通过电阻R1连接上位控制信号输入端，E1极通过电阻R2接地，C1极连接三极管VT2的B2极；三极管VT2的B2极与E2极之间通过电阻R3连接，C2极通过电阻R4连接MOS管Q1的G1极；MOS管Q1的D1极连接正电势E1，S1极连接单相驱动信号输出端。

进一步的，第二分支电路具体包括MOS管Q2、三极管VT3、三极管VT4、电阻R5、电阻R6、电阻R7以及电阻R8；三极管VT3的E3极通过电阻R5连接下位控制信号输入端，B3极连接正电势E2，C3极连接三极管VT4的B4极；三极管VT4的E4极连接正电势E3，C4极通过电阻R7连接MOS管Q2的G2极，E4极还通过电阻R6与正电势E3连接；MOS管Q2的S2极通过电阻R8接地，D2极连接单相驱动信号输出端。

进一步的，第一分支电路还包括电容C1，电容C1设于MOS管Q1的G1极与D1极之间。

进一步的，第一分支电路还包括二极管D2、三极管VT5以及电阻R9，二极管D2的正极连接三极管VT2的C2极，负极连接电阻R4；三极管VT5的B5极连接三极管VT2的C2极，E5极连接MOS管Q1的G1极，C5极通过连接MOS管Q1的D1极，B5极与C5极之间还通过电阻R9连接。

进一步的，第一分支电路还包括电容C2，电容C2一端连接MOS管Q1的D1极与正电势E1之间的节点，另一端接地。

进一步的，第一分支电路还包括电容C3以及二极管D3，电容C3设于三极管VT2的E2极与MOS管Q1的S1极之间；二极管D3的正极连接正电势E4，负极连接三极管VT2的E2极。

进一步的，第二分支电路还包括电容C4，电容C4设于MOS管Q2的G2极与D2极之间。

进一步的，第二分支电路还包括三极管VT6，三极管VT6的B6极连接下位控制信号输入端，C6极连接MOS管Q2的G2极，E6极连接MOS管Q2的S2极。

本实用新型还提供一种直流无刷电机系统，直流无刷电机系统包括上述的直流无刷电机驱动电路，还包括直流无刷电机控制器以及直流无刷电机；

直流无刷电机控制器根据设于直流无刷电机内的霍尔传感器获取的转子位置信息，向直流无刷电机驱动电路输出上位控制信号以及下位控制信号；直流无刷电机驱动电路根据上位控制信号以及下位控制信号，向直流无刷电机输出三相驱动信号以驱动直流无刷电机的运行。

本实用新型实施例提供直流无刷电机驱动电路以及直流无刷电机系统，在直流无刷电机驱动电路的分支电路上，通过在其上位控制信号输入端以及下位控制信号输入端之间设置了保护二极管D1，可有效保证第一分支电路以及第二分支电路分别包含的MOS管不会出现同时导通的状况，避免了MOS管同时导通导致的过量发热，增加损耗，甚至烧毁MOS管及相关的电子元器件的问题，结构简单、成本较低，且还可减少直流无刷电机驱动电路的使用成本，提高直流无刷电机驱动电路的输出功率以及工作稳定性。

附图说明

图1是本实用新型提供的直流无刷电机系统的结构示意图；

图2是本实用新型提供的直流无刷电机驱动电路其分支电路的结构示意图；

图3是本实用新型提供的直流无刷电机驱动电路其分支电路的具体结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型实施例中，在直流无刷电机驱动电路的分支电路上，通过在其上位控制信号输入端以及下位控制信号输入端之间设置了保护二极管，可有效保证第一分支电路以及第二分支电路分别包含的MOS管不会出现同时导通的状况。

参照图1及图2，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。本实用新型提供的直流无刷电机驱动电路包括三个分支电路，以分别对应直流无刷电机的三相绕组，每个分支电路包括第一分支电路以及第二分支电路，第一分支电路以及第二分支电路可通过分别连接的上位控制信号输入端以及下位控制信号输入端接收直流无刷电机控制器发送的上位控制信号以及下位控制信号，并于单相驱动信号输出端配合以输出直流无刷电机的单相驱动信号，上位控制信号输入端以及下位控制信号输入端之间设有二极管D1，二极管D1的正极连接上位控制信号输入端，负极连接下位控制信号输入端。

具体的，结合图3示出的分支电路的具体结构图，第一分支电路具体包括MOS管Q1，三极管VT1、三极管VT2、电阻R1、电阻R2、电阻R3以及电阻R4；三极管VT1的B1极通过电阻R1连接上位控制信号输入端，E1极通过电阻R2接地，C1极连接三极管VT2的B2极；三极管VT2的B2极与E2极之间通过电阻R3连接，C2极通过电阻R4连接MOS管Q1的G1极；MOS管Q1的D1极连接正电势E1，S1极连接单相驱动信号输出端。

第二分支电路具体包括MOS管Q2、三极管VT3、三极管VT4、电阻R5、电阻R6、电阻R7以及电阻R8；三极管VT3的E3极通过电阻R5连接下位控制信号输入端，B3极连接正电势E2，C3极连接三极管VT4的B4极；三极管VT4的E4极连接正电势E3，C4极通过电阻R7连接MOS管Q2的G2极，E4极还通过电阻R6与正电势E3连接；MOS管Q2的S2极通过电阻R8接地，D2极连接单相驱动信号输出端。

其中，MOS管Q1、Q2均为N沟道型，三极管VT1、VT3为NPN型，三极管VT2、VT4为PNP型，正电势E1可以为如24V、48V、60V等的电路外部接入主电源，正电势E2可以为如5V的单片机等器件的内部工作电源，正电势E3、E4可以为如9V、15V、18V等的MOS驱动电源。

进一步的，MOS管Q1、Q2上还设有寄生二极管，以防止MOS管反向击穿的情况发生。

当上位控制信号输入端接收到直流无刷电机控制器输出的上位控制信号为高电平时，三极管VT1其U_B1E1大于门坎电压U_T，三极管VT1即处于导通状态，其电压U_C1随后将三极管VT2导通，其U_C2经二极管D2稳压、钳位后，将MOS管Q1打开。

相反的，当上位控制信号输入端接收到直流无刷电机控制器输出的上位控制信号为低电平时，U_B1E1小于门坎电压U_T时，三极管VT1即处于截止状态，三极管VT2随之处于截止状态，后续的，MOS管Q1即关断。

当下位控制信号输入端接收到直流无刷电机控制器输出的下位控制信号为低电平时，三极管VT3其U_B3E3大于门坎电压U_T，三极管VT3即处于导通状态，其电压U_C3随后将三极管VT4导通，后续的，三极管VT4其U_C4即将MOS管Q2打开。

对应的，当下位控制信号输入端接收到直流无刷电机控制器输出的下位控制信号为低电平时，U_B3E3小于门坎电压U_T时，三极管VT3即处于截止状态，三极管VT4随之处于截止状态，后续的，MOS管Q2即关断。

从上述说明可知，若上位控制信号为高电平，同时下位控制信号为低电平，MOS管Q1、Q2则同时处于打开状态，此时正电势E1到MOS管Q2的接地端之间会产生较大的电流，容易直接烧毁MOS管Q1、Q2。

而在直流无刷电机驱动电路的预设工作过程中，上位控制信号以及下位控制信号要么同为高电平或者低电平，要么分别为低电平以及高电平。但在实际工作过程中，由于直流无刷电机控制器输出的第一、下位控制信号的达到直流无刷电机驱动电路的时间，或者直流无刷电机驱动电路相关电子元器件的工作状态切换时间时有时间上的延迟，很难依照理想状态完美实现相关电子元器件的切换，则会导致上位控制信号为高电平、同时下位控制信号为低电平，即MOS管Q1、Q2同时处于打开状态的情况发生。

此时通过在每个分支电路上的上位控制信号输入端以及下位控制信号输入端之间设置的保护二极管D1，利用二极管的稳压及钳位效应，二极管两端的电势差远小于上位控制信号以及下位控制信号分别为高电平以及低电平时的电势差，即可避免MOS管Q1、Q2同时处于打开状态的情况发生。

通过二极管D1，即保障了直流无刷电机驱动电路的稳定运行，且还具有设置简单、成本较低的优点。

其中，容易理解的是，电阻R1、R4、R5、R7的设置可起到限流保护的作用，防止对应线路上的电流过大从而导致相关电子元器件的过热或者过载引起的损坏，促进直流无刷电机驱动电路的稳定工作。

同时，电阻R2、R3、R6、R8的设置还能起到维持对应三极管的基极电压处于合理范围内。

作为一个优选方案，第一分支电路还包括电容C1，电容C1设于MOS管Q1的G1极与D1极之间，通过电容C1的过滤，可避免MOS管Q1的G1极尖峰电压的出现，避免过压损坏MOS管Q1。

进一步的，第一分支电路还包括二极管D2、三极管VT5以及电阻R9，二极管D2的正极连接三极管VT2的C2极，负极连接电阻R4；三极管VT5的B5极连接三极管VT2的C2极，E5极连接MOS管Q1的G1极，C5极通过连接MOS管Q1的D1极，B5极与C5极之间还通过电阻R9连接。

在MOS管Q1关断，即上位控制信号输入端接收到直流无刷电机控制器输出的上位控制信号为低电平时，电容C3在短时间内会产生断电放电效应。在本方案中，由于二极管D2在MOS管Q1关断时，其两端会存在一电势差，继而使三极管VT5导通，从而实现对电容C3的快速放电，即可避免电容C3的设置还会带来MOS管Q1在短时间内不能实现快速关断的影响，减少不必要的损耗，延长MOS管Q1的使用寿命。

作为另一个的优选方案，第一分支电路还包括电容C2，电容C2一端连接MOS管Q1的D1极与正电势E1之间的节点，另一端接地。

可以理解，直流无刷电机为感性负载，会对电源，即直流无刷电机驱动电路产生一定的干扰，为保证直流无刷电机驱动电路的稳定工作，

由于MOS管Q1其U_S1在工作过程中不一定为0V，有可能超过MOS管Q1的门坎电压U_GST，因此作为又一个的优选方案，第一分支电路还包括电容C3以及二极管D3，电容C3设于三极管VT2的E2极与MOS管Q1的S1极之间；二极管D3的正极连接正电势E4(未图示)，负极连接三极管VT2的E2极。

通过电容C3的充放电效应以及二极管D3的稳压、钳位，即可维持MOS管Q1其U_S1的电压值。

当然，上述提及的正电势E3可直接作为本处提及的正电势E4使用，进一步简化电路结构，降低对应成本。

参照上述电容C1的设置，作为又一个的优选方案，第二分支电路还包括电容C4，电容C4设于MOS管Q2的G2极与D2极之间，通过电容C4的过滤，可避免MOS管Q2的G2极尖峰电压的出现，避免过压损坏MOS管Q2。

同时，参考第一分支电路三极管VT5的方案，在第二分支电路还可包括三极管VT6，三极管VT6的B6极连接下位控制信号输入端，C6极连接MOS管Q2的G2极，E6极连接MOS管Q2的S2极，可以理解，其对应原理在此无需重复说明。

本实用新型中还提供了一种直流无刷电机系统，可参照图1，直流无刷电机系统包括上述的直流无刷电机驱动电路，还包括直流无刷电机控制器以及直流无刷电机。

可以理解，本实施例提及的直流无刷电机驱动电路可参照上述实施例所提供的直流无刷电机驱动电路，为了便于说明，再次不再一一进行阐述。

直流无刷电机控制器根据设于直流无刷电机内的霍尔传感器获取的转子位置信息，向直流无刷电机驱动电路输出上位控制信号以及下位控制信号；直流无刷电机驱动电路根据上位控制信号以及下位控制信号，向直流无刷电机输出三相驱动信号以驱动直流无刷电机的运行。

在本实施例中，直流无刷电机控制器通常为MCU控制芯片，直流无刷电机驱动电路通常设于电路板上，直流无刷电机控制器与直流无刷电机驱动电路可一同设于如电机驱动器内。霍尔信号与直流无刷电机在工作状态下其转子的位置相对应，其随着霍尔传感器在直流无刷电机内的不同设置方式而不同变化，通常为3个或者6个均匀环形设置。霍尔信号为6组，采用二进制方式，依次对应着直流无刷电机正常运行所需的6种不同的通电状态，即直流无刷电机驱动电路的6种通断状态。

综上所述，本实用新型实施例提供直流无刷电机驱动电路以及直流无刷电机系统，在直流无刷电机驱动电路的分支电路上，通过在其上位控制信号输入端以及下位控制信号输入端之间设置了保护二极管D1，可有效保证第一分支电路以及第二分支电路分别包含的MOS管不会出现同时导通的状况，避免了MOS管同时导通导致的过量发热，增加损耗，甚至烧毁MOS管及相关的电子元器件的问题，结构简单、成本较低，且还可减少直流无刷电机驱动电路的使用成本，提高直流无刷电机驱动电路的输出功率以及工作稳定性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。