本实用新型涉及无人机技术领域，尤其涉及一种电子调速器、电机控制系统及无人机。
背景技术：
无人驾驶飞机，简称无人机(UAV)，是一种处在迅速发展中的新概念装备，其具有机动灵活、反应快速、无人驾驶、操作要求低的优点。无人机通过搭载多类传感器或摄像设备，可以实现影像实时传输、高危地区探测功能，是卫星遥感与传统航空遥感的有力补充。
在无人机的动力系统中，包括电机、与电机的输出轴相连的螺旋桨以及与电机的输入端相连的电调。电调全称电子调速器(Electronic Speed Control，ESC)。电子调速器通过输出电机控制信号给电机，从而控制电机的运行。
在实现本发明的过程中，发明人发现传统技术至少存在以下问题：目前的无人机的电调普遍存在体积过大、重量过重的问题，不仅不利于无人机的小型化设计，还制约着无人机结构设计的灵活度。
技术实现要素：
为了克服上述技术问题，本实用新型实施例的一个目的旨在提供一种电调、电机驱动系统及无人机，其解决传统无人机的电调体积过大的技术问题。
在第一方面，本实用新型实施例提供一种电子调速器，用于控制电机的运行，所述电机的数量为至少两个，所述电子调速器包括：控制模块，用于输出至少两组控制信号；至少两路驱动电路，所述至少两路驱动电路皆与所述控制模块连接，所述至少两路驱动电路对所述控制模块输出的至少两组控制信号进行处理，输出对应的电机驱动信号至所述至少两个电机的输入端，以控制所述至少两个电机的运行；其中，每路所述驱动电路包括预驱动电路和功率开关电路，所述预驱动电路的输入端与所述控制模块的输出端连接，所述预驱动电路的输出端与所述功率开关电路的输入端连接，所述功率开关电路的输出端与所述电机连接。
在一些实施例中，所述电子调速器还包括至少两路采样电路，一路所述采样电路与一路所述驱动电路耦合并与所述控制模块连接，用于测量和采集流经一路所述驱动电路的电流并输出第一采样结果给所述控制模块，使得所述控制模块根据所述第一采样结果输出一组控制信号；另一路所述采样电路与另一路所述驱动电路耦合并还与所述控制模块连接，用于测量和采集流经另一路所述驱动电路的电流并输出第二采样结果给所述控制模块，使得所述控制模块根据所述第二采样结果输出另一组控制信号。
在一些实施例中，每路所述驱动电路的预驱动电路根据对应组的控制信号，向对应的功率开关电路输出开关管驱动信号；所述功率开关电路根据所述开关管驱动信号，向对应的电机输出所述电机驱动信号。
在一些实施例，所述预驱动电路与所述功率开关电路集成于同一载体上。
在一些实施例，所述电子调速器还包括电源模块，所述电源模块用于对所述控制模块和所述预驱动电路提供电源。
在一些实施例，所述功率开关电路包括：上桥臂电路与下桥臂电路，所述上桥臂电路与所述下桥臂电路连接。
在一些实施例，开关管驱动信号包括第一开关驱动信号至第六开关驱动信号；所述上桥臂电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一MOS管、第二MOS管及第三MOS管；所述下桥臂电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第四MOS管、第五MOS管及第六MOS管；所述第一电阻的一端用于接收第一开关驱动信号，所述第一电阻的另一端与所述第一MOS管的栅极连接，所述第二电阻的一端用于接收第二开关驱动信号，所述第二电阻的另一端与所述第二MOS管的栅极连接，所述第三电阻的一端用于接收第三开关驱动信号，所述第三电阻的另一端与所述第三MOS管的栅极连接，所述第四电阻的一端用于接收第四开关驱动信号，所述第四电阻的另一端与所述第四MOS管的栅极连接，所述第五电阻的一端用于接收第五开关驱动信号，所述第五电阻的另一端与所述第五MOS管的栅极连接，所述第六电阻的一端用于接收第六开关驱动信号，所述第六电阻的另一端与所述第六MOS管的栅极连接，所述第一MOS管至所述第三MOS管的漏极皆连接至第一节点，所述第一MOS管的源极与所述第四MOS管的漏极连接，所述第二MOS管的源极与所述第五MOS管的漏极连接，所述第三MOS管的源极与所述第六MOS管的漏极连接，所述第四MOS管至所述第六MOS管的源极皆连接至第二节点，所述外部电源加载于所述第一节点与所述第二节点之间。
在一些实施例，每路所述采样电路包括采样电阻，所述采样电阻的一端连接至所述第二节点，所述采样电阻的另一端用于加载所述外部电源。
在一些实施例，每路所述驱动电路还包括自举电路，所述自举电路用于进行自举升压，提供维持所述上桥臂电路处于导通状态时的电压。
在一些实施例，每路所述驱动电路还包括：滤波电路，其与所述功率开关电路连接，用于滤除所述外部电源的谐波分量。
在一些实施例，所述控制模块包括：运放电路，其输入端分别与一路所述采样电路和另一路所述采样电路连接，用于接收所述第一采样结果与所述第二采样结果；微控制器，其与所述运放电路的输出端连接，用于根据所述第一采样结果与所述第二采样结果，输出所述至少两组控制信号。
在第二方面，本实用新型实施例提供一种电机控制系统，所述电机控制系统包括：至少两个电机以及任一项所述的电子调速器，所述电子调速器中的一路驱动电路与所述至少两个电机中的一个电机连接，另一路驱动电路与另一个电机连接。
在第三方面，本实用新型实施例提供一种无人机，所述无人机包括：至少两个螺旋桨；至少两个电机，所述至少两个电机分别与所述至少两个螺旋桨连接，用于驱动所述至少两个螺旋桨旋转，以给所述无人机提供飞行动力；以及任一项所述的电子调速器，所述电子调速器中的一路驱动电路与所述至少两个电机中的一个电机连接，另一路驱动电路与另一个电机连接。
在本实用新型各个实施例中，一方面，两路驱动电路可以接收同一个控制模块输出的控制信号，产生对应的电机驱动信号，以驱动各自电机的转动，因此，其集成度高，并能够避免一个控制模块只能够控制一个电机而造成电子调速器体积过大与重量重的问题出现。另一方面，预驱动电路和功率开关电路集成于同一驱动电路，因此，相对传统技术，其再进一步缩小电子调速器的体积。
附图说明
图1是本实用新型实施例提供一种四旋翼无人机的结构示意图；
图2是本实用新型实施例提供一种电子调速器的电路原理框图；
图3是本实用新型实施例提供一种驱动电路的电路原理框图；
图4是本实用新型实施例提供一种功率开关电路的电路原理框图；
图5是本实用新型另一实施例提供一种电子调速器的电路原理框图；
图6是本实用新型实施例提供一种控制模块的电路原理框图；
图7是本实用新型实施例提供一种功率开关电路的电路结构示意图；
图8是本实用新型实施例提供一种电机驱动系统的原理示意图。
具体实施方式
为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本实用新型。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
为了方便说明并且理解本实用新型实施例的技术方案，以下说明所使用的方位词均以附图所展示的方位为准。
本申请实施例提供的电子调速器和电机控制系统可以应用到各种电机驱动的可移动物体上，包括但不限于无人机(unmanned aerial vehicle，UAV)，轮船，机器人。现以无人机为例进行说明。无人飞行器的结构包括中心壳体、机臂、和动力系统。机臂与中心壳体一体连接或者固定连接，动力系统安装于机臂上。典型的动力系统包括电子调速器、电机和螺旋桨。电子调速器位于机臂或中心壳体所形成的空腔内。电子调速器的一端与油门控制器电连接，电子调速器的另一端与电机电连接。电子调速器与电机构成电机控制系统，电子调速器向所述电机输出电机驱动信号，以控制其运行。进一步地，电机安装在机臂上，电机的转动轴连接螺旋桨。螺旋桨在所述电机的驱动下产生使得所述无人机移动的力，例如，使得无人机移动的升力或者推力。
当用户通过遥控器输入开机指令时，无人机的飞控模块向电子调速器发送一油门信号，电子调速器接收该油门信号，生成并向电机输出用于控制电机运行的电机驱动信号，所述电机驱动信号例如包括控制电机启动的信号、控制电机运行的转速的信号等。
在一种实现方式中，油门控制器可以是无人机的飞行控制模块。飞行控制模块通过各种传感器感知无人飞行器周围的环境，并控制无人飞行器的飞行。飞行控制模块可以是处理模块(processing unit)，专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)或者现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)。
多旋翼无人机一般采用多个电机控制多个与其分别相连的旋翼的转速或方向，从而为多旋翼无人机提供动力，以完成飞行。例如：四旋翼无人机采用四个电机分别控制各自旋翼的转速或方向。其中，多旋翼无人机的每个电机又通过采用电子调速器控制其运行。电子调速器能够根据控制逻辑输出对应的电机驱动信号，以驱动电机转动。
一般地，对于多旋翼无人机，其最小组件单元可以包括至少两个螺旋桨、至少两个电机以及电子调速器。至少两个电机分别与至少两个螺旋桨连接，电子调速器中的一路驱动电路与至少两个电机中的一个电机连接，另一路驱动电路与另一个电机连接。
无人机工作时，电子调速器能够通过对应路的驱动电路向对应电机发送电机驱动信号，电机根据电机驱动信号驱动螺旋桨转动，从而为无人机提供飞行动力。
然而，如前所述，传统多旋翼无人机采用一拖一方式控制电机，亦即：一个电子调速器控制一个电机，因此，当无人机为四旋翼无人机时，其需要四个电子调速器与四个电机的架构，以实现驱动控制。因此，传统多旋翼无人机在驱动控制的架构上，电子调速器的集成化程度不高，导致传统多旋翼无人机在体积上过大，在重量上过重，在成本上过高，从而使得传统多旋翼无人机的飞行效率低下。
基于此，本实用新型实施例提供一种无人机。该无人机为多旋翼无人机，例如：其可以为三旋翼无人机、四旋翼无人机等等。本实施例以无人机为四旋翼无人机作为例子进行介绍，但是可以理解的是，以下所作出关于四旋翼无人机的描述并不用于限制本实用新型实施例提供的无人机的应用范围，本领域技术人员根据本实施例所训导的内容，对无人机作出其它的替换或变形，其应当落入本实用新型的保护范围之内，在此不赘述。
请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供一种四旋翼无人机的结构示意图。如图1所示，该四旋翼无人机100包括第一电机11、第二电机12、第三电机13、第四电机14及电子调速器15，电子调速器15分别与第一电机11、第二电机12、第三电机13、第四电机14连接。
电子调速器15根据控制逻辑分别向第一电机11、第二电机12、第三电机13、第四电机14发送对应的电机驱动信号，从而分别驱动第一电机11、第二电机12、第三电机13、第四电机14进行转动。
在本实施例中，四个电机共用一个电子调速器，其可以构成一个电机控制系统，并且，其还能够极大缩小四旋翼无人机的体积与减轻重量。
在一些实施例中，为了进一步提高控制无人机的可靠性，该四旋翼无人机100还可以增设一个电子调速器，并且，该增设的电子调速器可以与上述四个无人机中任意两个或三个电机连接与控制。例如：一个电子调速器15与第一电机11和第二电机12连接，另一个电子调速器15与第三电机13和第四电机14连接，每组皆可以构成一个电机驱动系统。相对于传统技术，一个电子调速器可以控制两个电机，其可以缩小了无人机的体积，并提高控制无人机的可靠性。
可以理解的是：只要电子调速器15开放足够的、可供于驱动电机的可用接口，电子调速器15可以连接多个电机，在此并不局限上述实施例所示的方式。
进一步地，请一并参阅图2与图3，该电子调速器15包括：控制模块151与两路驱动电路152。
该两路驱动电路152皆与控制模块151连接。控制模块151向一路驱动电152路传输第一组控制信号，以及，向另一路驱动电路152传输第二组控制信号。其中，第一组控制信号或第二组控制信号可以为PWM信号(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)或PFM信号(Pulse Frequency Modulation，脉冲频率调制)。
在一些实施例中，只要控制模块151开放足够的、可供于驱动电机的可用接口，控制模块151还可以连接多路驱动电路，以分别驱动多个电机，在此并不局限上述实施例所示的方式。
两路驱动电路152对控制模块151输出的至少两组控制信号进行处理，输出对应的电机驱动信号至至少两个电机的输入端，以控制至少两个电机的运行。所述电机驱动信号例如包括控制电机启动的信号、驱动电机运行的转速的信号等。此处，假设一路驱动电路152连接第一电机11、另一路驱动电路152连接第二电机12，第一电机驱动信号能够驱动第一电机11转动，第二电机驱动信号能够驱动第二电机12转动。
每路驱动电路152包括：自举电路1521、预驱动电路1522、功率开关电路1523、滤波电路1524及电源模块1525。
预驱动电路1522包括多个输入端，一输入端与控制模块151的输出端连接，另一输入端与自举电路1521连接。功率开关电路1523的输入端与预驱动电路1522的输出端连接，功率开关电路1523的输出端与电机连接。滤波电路1524的输入端与外部电源Vdc连接，滤波电路1524的输出端与与功率开关电路1523的输入端连接。电源模块1525的输入端与外部电源Vdc连接，电源模块1525的输出端分别与控制模块151的输入端和预驱动电路1522的输入端连接。
自举电路1521响应于外部电源Vdc的输入，进行自举升压。由于控制模块151输出的控制信号比较弱，尚未足以驱动功率开关电路1523的各个开关管，因此，自举电路1521能够将外部电源进行自举升压，以驱动功率开关电路1523的对应开关管。
进一步地，预驱动电路1522根据对应组的控制信号，向对应的功率开关电路1523输出开关管驱动信号，功率开关电路1523根据开关管驱动信号，向对应的电机输出电机驱动信号。其中，对应组的控制信号包括至少与功率开关电路1523中开关管数量相等的若干个PWM信号，若干个PWM信号用于指示预驱动电路1522选通输出对应的开关管驱动信号，并将该开关管驱动信号加载在功率开关电路1523中对应的开关管上，因此，开关管驱动信号的数量与PWM信号相等。例如：如图4所示，功率开关电路1523包括上桥臂电路15231与下桥臂电路15232，上桥臂电路15231与下桥臂电路15232连接，每一桥臂电路皆包括三个开关管，其中，自举电路1521能够提供维持上桥臂电路中各个开关管处于导通状态时的电压。选通后的开关管驱动信号可以加载在对应开关管上，使该开关管工作在导通状态。例如：六个PWM信号分别为“10000”时，上桥臂电路15231的第一个开关管工作在导通状态，其它的开关管全部工作在截止状态，待第一个开关管导通180度后，再按照导通逻辑依次导通其它开关管。
在一些实施例中，预驱动电路1522与功率开关电路1523集成于同一载体上，其中，该载体可以为晶圆或芯片，亦可以为其它形式电路板。通过将预驱动电路1522与功率开关电路1523集成一体化，其能够进一步降低无人机的体积。
当外部电源Vdc加载在功率开关电路1523时，滤波电路1524能够滤除外部电源Vdc的谐波分量，使得功率开关电路1523能够更加可靠地工作。
电源模块1525能够将外部电源Vdc转换成第一电压与第二电压，其中，第一电压供给控制模块151，其可以为3.3V或5V。第二电压供给预驱动电路1522，其可以为15V等等。
与上述各个实施例的不同点在于，在一些实施例中，如图5所示，该电子调速器15还包括两路采样电路153。
一路采样电路153与一路驱动电路152耦合并且还与控制模块151连接。该一路采样电路153采样流经一路驱动电路152的电流并向控制模块151输出第一采样结果，控制模块151根据第一采样结果输出该第一组控制信号。
同理，另一路采样电路153与另一路驱动电路152耦合并且还与控制模块151连接。另一路采样电路153采样流经该另一路驱动电路152的电流并向控制模块151输出第二采样结果，控制模块151根据第二采样结果输出该第二组控制信号。
其中，一路采样电路153采样的电流与一路驱动电路152驱动第一电机11的电流，或者，另一路采样电路153采样的电流与另一路驱动电路152驱动第二电机12的电流存在函数关系，一路采样电路153采样的电流能够评价一路驱动电路152驱动第一电机11的电流，或者，另一路采样电路153采样的电流能够评价另一路驱动电路152驱动第二电机12的电流，因此，一路采样电路153或另一路采样电路153的采样位置可以根据设计需要来确定。
值得说明的是：上述的“耦合”可以理解的是各路采样电路与各路驱动电路之间的连接可以是间接连接或电气连接，例如：一路采样电路153包括霍尔传感器，其能够采样流经一路驱动电路152的电流。还可以理解的是各路采样电路与各路驱动电路之间的连接可以是电性连接，例如：一路采样电路153引出采样电阻，并将采样电阻设置在一路驱动电路152内，通过采样电阻反馈的采样电流或采样电压，以完成采样结果的收集。
驱动电路与采样电路的数量并不局限于上述的实施方式，在一些实施例中，控制模块151还可以连接三路以上的驱动电路，相应的，其配置三路以上的采样电路。控制模块151向各路驱动电路输出对应组的控制信号，使得各路驱动电路输出对应的电机驱动信号。同理，各路采样电路可以采样对应的驱动电路，以便向控制模块151反馈对应的采样结果。
在一些实施例中，如图6所示，该控制模块151包括：运放电路1511与控制器1512。
运放电路1511输入端分别与一路采样电路153和另一路采样电路153连接，用于接收第一采样结果与第二采样结果。由于各路采样电路153采样的信号比较弱，为了方便控制器1512能够更加可靠地处理，其可以将采样的信号进行放大，方便后续处理。
微控制器1512与运放电路1511的输出端连接，用于根据第一采样结果与第二采样结果，输出至少两组控制信号。例如，微控制器1512输出的第一组控制信号分别为PWM1_1至PWM1_6，第二组控制信号分别为PWM2_1至PWM2_6。
该微控制器1512可以为以下任意一种电学装置：专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理装置(DSPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器、执行这些功能的其他电子单元。
综上，一方面，两路驱动电路可以接收同一个控制模块151输出的控制信号，产生对应的电机驱动信号，以驱动各自电机的转动，因此，其集成度高，并能够避免一个控制模块151只能够控制一个电机而造成电子调速器体积过大与重量重的问题出现。另一方面，两路采样电路能够向控制模块反馈对应驱动电路驱动电机转动的电流，使得控制模块151能够做出可靠的控制逻辑，因此，其能够提高电子调速器的可靠性。再另一方面，预驱动电路和功率开关电路集成于同一驱动电路，因此，相对传统技术，其再进一步缩小电子调速器的体积。
为了详细阐述本实用新型实施例提供的电子调速器，下面，本实用新型实施例结合图7，对该电子调速器再作出进一步的阐述，应当理解，此处所作的阐述并不用于限制该电子调速器的具体结构，其只是用于对电子调速器作出进一步详细的阐述。
如图7所示，上桥臂电路15231包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一MOS管PQ1、第二MOS管PQ2及第三MOS管PQ3。下桥臂电路15232包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第四MOS管PQ4、第五MOS管PQ5及第六MOS管PQ6。每组开关驱动信号包括第一开关驱动信号PWM11、第二开关驱动信号PWM12、第三开关驱动信号PWM13、第四开关驱动信号PWM14、第五开关驱动信号PWM15及第六开关驱动信号PWM16。
第一电阻R1的一端用于接收第一开关驱动信号PWM11，第一电阻R1的另一端与第一MOS管PQ1的栅极连接，第二电阻R2的一端用于接收第二开关驱动信号PWM12，第二电阻R2的另一端与第二MOS管PQ2的栅极连接，第三电阻R3的一端用于接收第三开关驱动信号PWM13，第三电阻R3的另一端与第三MOS管PQ3的栅极连接，第四电阻R4的一端用于接收第四开关驱动信号PWM14，第四电阻R4的另一端与第四MOS管PQ4的栅极连接，第五电阻R5的一端用于接收第五开关驱动信号PWM15，第五电阻R5的另一端与第五MOS管PQ5的栅极连接，第六电阻R6的一端用于接收第六开关驱动信号PWM16，第六电阻R6的另一端与第六MOS管PQ6的栅极连接，第一MOS管PQ1至第三MOS管PQ3的漏极皆连接至第一节点61，第一MOS管PQ1的源极与第四MOS管PQ4的漏极连接，第二MOS管PQ2的源极与第五MOS管PQ5的漏极连接，第三MOS管PQ3的源极与第六MOS管PQ6的漏极连接，第四MOS管PQ4至第六MOS管PQ6的源极皆连接至第二节点62，外部电源Vdc加载于第一节点61与第二节点62之间。
自举电路1521包括若干自举电容与二极管。
每路采样电路153包括采样电阻R0，采样电阻R0的一端连接至第二节点62，采样电阻R0的另一端用于加载外部电源Vdc。
滤波电路1524包括滤波电容C1，滤波电容C1的一端连接在第一节点61，另一端与采样电阻R0的另一端连接。
下面，本实用新型实施例提供的电子调速器的工作原理如下，值得说明的是：如图7所示，该电子调速器可以输出两组控制信号控制两个电机，由于两个电机的控制原理相同，为了简便，此处只对其中一个电机的控制原理进行阐述，另外一个电机可以参考该阐述，在此不赘述。
如图7所示，自举电路1521将外部电源Vdc进行升压，以输出自举电压。预驱动电路1522根据控制逻辑，响应于控制模块151发送的对应组控制信号与自举电压，从功率开关电路1523中选通出对应的开关管进行导通。例如：当选通第一MOS管PQ1导通，其它MOS管截止时，输出电压为Vdc。第一MOS管PQ1导通180度后，选通第六MOS管PQ6导通，其它MOS管截止时，输出电压为-Vdc。依次类推，各个MOS管的导通顺序为PQ1-PQ6-PQ2-PQ5-PQ3-PQ4。根据各个MOS管的导通顺序，其能够输出驱动电机转动的电机驱动信号。
进一步地，采样电阻R0能够采样流经电机的驱动电流，并向控制模块151发送采样结果，以便控制模块151能够及时调整控制电机的逻辑。
滤波电容C1能够滤除外部电源Vdc加载在功率开关电路1523的谐波分量，从而使功率开关电路1523能够可靠地工作。
在一些实施例中，第一MOS管至第六MOS管可以选用PMOS管或NMOS管。
综上，本实用新型实施例提供的电子调速器不仅可以应用于无人机上，其还可以应用于遥控战车、无人船等移动装置上。
作为本实用新型实施例的另一方面，本实用新型实施例提供一种电机驱动系统。如图8所示，该电机控制系统800包括电子调速器81与至少两个电机82，其中，该电子调速器81可以为上述各个实施例所述的电子调速器。该电子调速器81中的一路驱动电路与至少两个电机中的一个电机连接，另一路驱动电路与另一个电机连接。
一方面，两路驱动电路可以接收同一个控制模块输出的控制信号，产生对应的电机驱动信号，以驱动各自电机的转动，因此，其集成度高，并能够避免一个控制模块只能够控制一个电机而造成电子调速器体积过大与重量重的问题出现。另一方面，预驱动电路和功率开关电路集成于同一驱动电路，因此，相对传统技术，其再进一步缩小电子调速器的体积。
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。