一种开关磁阻电机的控制电路的制作方法

[0001]
本发明涉及电机驱动技术领域，尤其涉及一种开关磁阻电机的控制电路。


背景技术：

[0002]
目前的定子电流大部分都通过pwm方法控制，也就是控制施加在定子线圈上的电压的占空比，来控制定子线圈上的电流。
[0003]
使用电流传感器检测定子线圈中的电流，以及速度传感器的输出信息，控制的mcu根据电流的大小输出不同占空比的pwm驱动脉冲来驱动开关；占空比高，则定子线圈电流大；占空比小，则定子线圈电流小。
[0004]
现有技术的第一个缺点是，为了保证线圈电流控制精度，开关器件需要较高的工作频率，通常都会达到20khz。高频工作时emi干扰大，开关损耗大；第二个缺点是，需要使用具有pwm模块的mcu，成本较高。
[0005]
例如，申请号为cn200810008686.3，申请日为2005年03月02日的中国专利申请公开了一种电机的驱动电路，包括线圈组，其具有多个线圈；永久磁铁，其具有被配置为使多个磁极要素交替地成为异极的结构，所述电机构成为利用所述线圈组和所述永久磁铁之间的磁性吸引和磁性排斥，使所述线圈组和所述永久磁铁相对移动，所述电机还具有霍尔传感器，检测伴随所述线圈组和所述永久磁铁的相对移动的所述永久磁铁的磁性变化，输出对应于该磁性变化的信号，该信号是与产生在所述线圈的反电动势的图形的波形相当的模拟信号，该驱动电路将驱动信号提供给所述线圈组，所述驱动信号将所述多个线圈励磁为交替的异极；所述驱动电路还具有，磁滞控制用的可变电位器，其分别设定用于与来自所述霍尔传感器的输出值进行比较的磁滞电平的上限值、用于与来自所述霍尔传感器的输出值进行比较的磁滞电平的下限值；窗口比较器，其将所述上限值、所述下限值与来自所述霍尔传感器的输出值进行比较，以形成h电平信号和l电平信号；多路调制器，其通过开闭控制将所述h电平信号和l电平信号作为所述线圈组的驱动信号输出。该申请的电机驱动电路需要霍尔传感器采集定子线圈的电流，控制过程依然需要pwm信号进行控制，开关损耗大，成本较高。


技术实现要素：

[0006]
本发明主要解决现有的技术中电机驱动电路对于开关的损耗大且mcu用的pwm方式较为复杂的问题；提供一种开关磁阻电机的控制电路，成本低、损耗小，工作效率高，能更好的实现电路安全。
[0007]
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种开关磁阻电机的控制电路，包括mcu，用于输出高电平信号作为驱动开关的开启信号以及输出低电平信号作为驱动开关的关断信号；电流采样电路，用于采集电机线圈中的电流信号；比较电路，将电流信号与设定的基准信号进行比较；与电路，用于将mcu的输出信号和比较电路的输出信号进行逻辑与操作并控制驱动开关的开断，分别与mcu和比较电路连接；驱动开关，用于控
制电机的定子线圈的通电的开断。本发明的mcu只需要输出高电平信号或低电平信号即可实现对驱动电路的控制，不需要输出pwm信号，同时，对电机的定子线圈的控制过程采用纯硬件电路控制，不需要mcu对定子线圈的电流进行检测，大幅降低了对mcu的功能要求，减轻mcu的功能负担，降低成本。
[0008]
作为优选，还包括第一驱动电路和第二驱动电路，所述驱动开关包括第一电子开关和第二电子开关，所述第一电子开关的控制端与第一驱动电路的输出端连接，所述第一驱动电路的输入端和与电路连接，所述第一电子开关用于控制电机的定子线圈的通电的开断，所述第二电子开关的控制端与第二驱动电路的输出端连接，所述第二驱动电路的输入端与mcu连接，所述第二电子开关的第一端与电机的定子线圈连接，所述第二电子开关的第二端与电流采样电路连接。通过mcu的输出和比较电路以及与电路的输出控制第一电子开关和第二第二电子开关的开断，实现电机线圈的电流控制。
[0009]
作为优选，还包括运算放大电路，所述电流采样电路为采样电阻，所述采样电阻采集电机的电流信号并将电流信号转换为电压信号，所述采样电阻与驱动开关连接，所述运算放大电路的正相输入端与采样电阻的一端连接，所述运算放大电路的负相输入端与采样电阻的另一端连接，所述运算放大电路的输出端与比较电路连接。对流经采样电阻的电流进行采集，根据采用电阻已知的电阻大小，得到采样电压，方便信号的比较。
[0010]
作为优选，所述的第一电子开关和第二电子开关均为晶体管。利用晶体管作为开关管，方便开关的控制，晶体管包括三极管、mos管和igbt。
[0011]
作为优选，所述的转子位置检测电路，所述转子位置检测电路与mcu连接，所述转子位置检测电路用于检测电机的转子位置。
[0012]
作为优选，所述的运算放大电路包括运算放大器和电阻r2，所述电阻r2的一端与运算放大器的负相输入端连接，所述电阻r2的另一端与运算放大器的输出端连接。
[0013]
作为优选，所述的比较电路包括比较器、电阻r3、电阻r4和电阻r5，所述比较器的负相输入端经电阻r3与运算放大电路连接，所述比较器的正相输入端分别与电阻r4的一端和电阻r5的一端连接，所述电阻r4的另一端输入基准电压信号，所述电阻r5的另一端与比较器的输出端连接。
[0014]
作为优选，所述的与电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三三极管，所述第一分压电阻的一端与mcu连接，所述第一分压电阻的另一端分别与第一驱动电路的输入端以及第三三极管的集电极连接，所述第三三极管的发射极接地，所述第三三极管的基极与比较器的输出端连接。第三三极管也可以为mos管。
[0015]
本发明的有益效果是：（1）本发明不需要mcu输出pwm信号，不需要mcu来检测定子线圈的电流，这样就大幅降低了对mcu的功能要求，可以使用非常廉价的mcu来控制开关磁阻电机；（2）本发明使用纯硬件电路控制定子线圈电流；当mcu受到干扰重启、程序异常时，硬件电路可以把定子线圈电流控制在预设值以下，不会造成电流失控，实现电路安全；（3）本发明采用廉价的采样电阻来检测线圈电流，通过低成本的运放实现电流的放大；相比霍尔电流传感器其成本仅仅为后者的二十分之一，具有明显的降低成本的作用。
附图说明
[0016]
图1是本发明实施例一的驱动电路的电路原理图。
[0017]
图中1.mcu，2.转子位置检测电路，3.与电路，4.比较器，5.运算放大器，6.第一驱动电路，7.第二驱动电路。
具体实施方式
[0018]
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
[0019]
实施例一：一种开关磁阻电机的控制电路，如图1所示，包括mcu1、转子位置检测电路2、与电路3、三级管q1、三级管q2、运算放大器5、比较器4、采样电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、第一驱动电路6和第二驱动电路7，转子位置检测电路2用于检测电机的转子位置，转子位置检测电路2与mcu1连接，mcu1输出高电平信号或低电平给与电路3的第一输入端和第二驱动电路7的输入端，第二驱动电路7的输出端与三极管q2的基极连接，三级管q2的集电极与电机的定子线圈连接，晶体管q2的发射极与采样电阻r1的一端连接，采样电阻r1的另一端接地，运算放大器5的正相输入端与采样电阻r1的一端连接，运算放大器5的负相输入端与采样电阻r1的另一端连接，用于采集采样电阻r1的电流大小，并根据采样电阻r1已知的阻值将电流转换为电压信号，电阻r2的一端与运算放大器5的负相输入端连接，电阻r2的另一端与运算放大器5的输出端连接，运算放大器5的输出端与电阻r3的一端连接，电阻r3的另一端与比较器4的负相输入端连接，比较器4的正相输入端分别与电阻r4的一端以及电阻r5的一端连接，电阻r4的另一端输入基准电压信号vref，电阻r5的另一端与比较器4的输出端连接，比较器4的输出端和与电路3的第二输入端连接，与电路3的输出端与第一驱动电路6的输入端连接，第一驱动电路6的输出端与三极管q1的基极连接，三极管q1的集电极与电源连接，三极管q1的发射极与定子线圈连接。
[0020]
采样电阻r1串联在三极管q2的下端，将流经三级管q2和采样电阻r1的电流转换为电压v1，运算放大器5将采样电阻r1上的电压v1放大，得到对应三极管q2电流的电压信号v2，使用比较器4将电压信号v2和预设定的基准电压信号vref进行比较，如果电压信号v2大于基准电压信号vref则输出低电平，反之输出高电平。
[0021]
本发明的与电路包括第一分压电阻、第二分压电阻和第三三极管，第一分压电阻的一端与mcu连接，第一分压电阻的另一端分别与第一驱动电路的输入端以及第三三极管的集电极连接，第三三极管的发射极接地，第三三极管的基极与比较器的输出端连接。当mcu和比较器的输出均为高电平信号时，第三三极管导通，将第一驱动电路6侧的信号拉低，使得与电路输出高电平，当比较器输出高电平而mcu输出低电平时，第三三极管导通，第一驱动电路6侧的信号虽然被拉低，但是mcu输出低电平经第一分压电阻分压后，信号进一步被拉低，导致与电路输出低电平，当比较器和mcu均输出低电平时，第三三极管不导通，mcu的低电平信号经第一分压电阻分压后使得与电路输出低电平信号。
[0022]
比较器4的输出和mcu1的控制输出进行“逻辑与”操作，与之后的信号去驱动三极管q1的开通和关断，mcu1只需要输出电流开通和关断的时间点，不需要输出pwm信号，不需要控制电流。
[0023]
当定子电流小于预设值时，比较器4输出高电平，这时三极管q1的控制由mcu1决定；mcu1输出高电平时，三极管q1和三极管q2都开通；三极管q1和三极管q2都开通以后，定子线圈电流逐渐增大；当电流超过预设电流以后，比较器4输出低电平，与电路3输出低电平使三极管q1关闭；
三极管q1关闭以后，三极管q2继续导通，定子线圈中的电流缓慢降低；当电流降低低于预设值（比较器4u2设置一定的回差）一定幅度以后，比较器4输出高电平，通过与电路3使三极管q1又导通，使定子线圈电流增加。
[0024]
如果mcu1输出低电平，则三极管q1和三极管 q2全部关断；这时比较器4的输出不影响q1的驱动状态，驱动电路关断。
[0025]
实施例二，一种开关磁阻电机的控制电路，本发明与实施例一相比，区别在于，本实施例的电流采样电路采用霍尔传感器进行电机线圈的电流采集，当电流采样电路为霍尔传感器时，霍尔传感器与比较电路的输入端连接，不再需要运算放大电路进行信号的放大。
[0026]
实施例三，一种开关磁阻电机的控制电路，本发明与实施例一相比，区别在于，本实施例的与电路为现有的与门芯片。
[0027]
实施例四，一种开关磁阻电机的控制电路，本发明与实施例一相比，区别在于，本实施例的与电路包括电源、上拉电阻、第三二极管和第四二极管，第三二极管的阴极与mcu的输出端连接，第三二极管的阳极经上拉电阻与电源连接，第三二极管的阳极还与分别与第一驱动电路的输入端以及第四二极管的阳极连接，第四二极管的阴极与比较器4的输出端连接。
[0028]
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。