一种单相电机驱动电路及其装置的制作方法

1.本技术涉及电子技术领域，更具体地，涉及一种单相电机驱动电路及其装置。


背景技术：

2.目前，单相电机驱动器大多数采用全桥电路驱动电机。采用全桥电路驱动时，全桥母线电压是几乎认为恒定不变的，根据电感的电压电流公式当电感上的电压不变时，电感电流变化率是不变的。电机电流控制决定着电机性能，电机电流变化率决定电机变化速度。电机电流变化值决定电机变化精度。由于全桥驱动母线电压几乎认为恒定不变，这样全桥驱动电机时，电机上面电流变化率是恒定不变的。这样很难同时满足电机速度和精度性能。
3.驱动单相电机全桥电路的4个开关管，采用的都是相同开关频率来控制开关管工作。开关管开通和关断时，漏极和源极的电压振荡会产生较大的emi(electromagnetic interference，电磁干扰)传导和辐射。由于目前全桥电路的4个开关管采用相同开关频率控制，4个开关管在开通和关断会产生同频率段的emi传导和辐射值，这样会让此频率段的emi传导和辐射值远超出安全规定认证要求。
4.为了降低超出的emi传导和辐射幅值，就会额外增加较多emi元器件，例如安全规定电容、共模电感等。这样增加了成本，并且增大了系统体积。有时即使采取了额外增加较多安全规定元器件，但是超出的emi传导和辐射幅值还是很大。
5.此外，由于全桥电路两相都是从母线取电流，母线电压就有较大纹波。较大的母线电压纹波会减少母线支撑电容寿命，进一步降低系统寿命。


技术实现要素：

6.本技术实施例所要解决的技术问题是不能同时对电机速度和精度实施高性能控制，同时，相关技术中全桥驱动会产生同频率段很高的emi传导和辐射值，超出安全规定要求，造成成本增加和系统体积增大，以及母线电压纹波会减少母线支撑电容寿命，导致电机驱动器系统寿命减少。
7.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供一种单相电机驱动电路，采用了如下所述的技术方案：
8.第一电源电容、第二电源电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及控制模块；其中，所述第一开关管、所述第二开关管、第三开关管、第四开关管和电机组成h桥电路；
9.所述第一电源电容和第一电源并联连接，所述第二电源电容与第二电源并联连接，所述第一电源的电压大于所述第二电源的电压，用于为所述电机提供电源；
10.所述h桥电路并接于所述第一电源电容两端，其中，所述第一开关管和所述第四开关管串联连接后并接于所述第一电源电容两端，所述第二开关管和所述第三开关管串联连
接后并接于所述第一电源电容两端，所述第三开关管和所述第四开关管分别与所述第二电源电容的一端连接；
11.所述控制模块并联连接于所述电机两端，并设置有第一控制端、第二控制端和第三控制端，所述第一控制端与所述第二电源电容连接，所述第二控制端连接于所述第一开关管和所述第四开关管之间，所述第三控制端连接于所述第二开关管和所述第三开关管之间。
12.进一步的，所述控制模块包括第五开关管、第六开关管、第一开关二极管以及第二开关二极管，所述第五开关管的一端与所述第一开关二极管的阳极连接，所述第六开关管的一端与所述第二开关二极管的阳极连接，所述第一开关二极管的阴极连接于所述第一开关管和所述第四开关管之间，所述第二开关二极管的阴极连接于所述第二开关管和所述第三开关管之间；
13.所述第五开关管的另一端和所述第六开关管的另一端连接的公共连接点与所述第二电源电容的另一端连接。
14.进一步的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管以及所述第六开关管的开关频率为非同一性，所述第一开关管和所述第五开关管开关频率的相差为δf，所述第五开关管开关频率为f-δf和f+δf；
15.在所述电机正驱动时，所述第一开关管的开关频率为f，所述第五开关管的开关频率为f-δf和f+δf交替，所述第四开关管处于开启状态；
16.在所述电机负驱动时，所述第二开关管的开关频率为f，所述第六开关管的开关频率为f-δf和f+δf交替，所述第三开关管处于开启状态。
17.进一步的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管以及所述第六开关管均为mos管，其中：
18.所述第一开关管的漏极与所述第一电源电容的一端连接，所述第一开关管的源极与所述电机连接；
19.所述第二开关管的漏极与所述第一电源电容的一端连接，所述第二开关管的源极与所述电机连接；
20.所述第三开关管的漏极与所述电机连接，所述第三开关管的源极分别与所述第一电源电容的另一端以及所述第二电源电容的一端连接；
21.所述第四开关管的漏极与所述电机连接，所述第四开关管的源极分别与所述第一电源电容的另一端以及所述第二电源电容的一端连接；
22.所述第五开关管的漏极分别与所述第二电源电容的另一端以及所述第六开关管的漏极连接，所述第五开关管的源极与所述第一开关二极管的阳极连接；
23.所述第六开关管的漏极与所述第二电源电容的另一端连接，所述第六开关管的源极与所述第二开关二极管的阳极连接。
24.进一步的，所述第一开关管、所述第二开关管、所述第三开关管、所述第四开关管、所述第五开关管以及所述第六开关管均设置有对应的续流二极管，包括第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管以及第六二极管，其中：
25.所述第一二极管与所述第一开关管并联连接，所述第二二极管与所述第二开关管并联连接，所述第三二极管与所述第三开关管并联连接，所述第四二极管与所述第四开关
管并联连接，所述第五二极管与所述第五开关管并联连接，所述第六二极管与所述第六开关管并联连接。
26.进一步的，所述第一二极管的阴极连接于所述第一开关管的漏极，所述第一二极管的阳极连接于所述第一开关管的源极；
27.所述第二二极管的阴极连接于所述第二开关管的漏极，所述第二二极管的阳极连接于所述第二开关管的源极；
28.所述第三二极管的阴极连接于所述第三开关管的漏极，所述第三二极管的阳极连接于所述第三开关管的源极；
29.所述第四二极管的阴极连接于所述第四开关管的漏极，所述第四二极管的阳极连接于所述第四开关管的源极；
30.所述第五二极管的阴极连接于所述第五开关管的漏极，所述第五二极管的阳极连接于所述第五开关管的源极；
31.所述第六二极管的阴极连接于所述第六开关管的漏极，所述第六二极管的阳极连接于所述第六开关管的源极。
32.为了解决上述技术问题，本技术实施例还提供一种单相电机驱动装置，采用了如下所述的技术方案：
33.该装置包括如上所述的单相电机驱动电路。
34.与现有技术相比，本技术实施例主要有以下有益效果：
35.本技术通过提供的单相电机驱动电路，包括第一电源电容、第二电源电容、第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管以及控制模块，其中，第一开关管、第二开关管、第三开关管、第四开关管和电机组成h桥电路；第一电源电容和第一电源并联连接，第二电源电容与第二电源并联连接，第一电源的电压大于第二电源的电压，用于为电机提供电源；h桥电路并接于第一电源电容两端，其中，第一开关管和第四开关管串联连接后并接于第一电源电容两端，第二开关管和第三开关管串联连接后并接于第一电源电容两端，第三开关管和第四开关管分别与第二电源电容的一端连接；控制模块并联连接于电机两端，并设置有第一控制端、第二控制端和第三控制端，第一控制端与第二电源电容连接，第二控制端连接于第一开关管和第四开关管之间，第三控制端连接于第二开关管和第三开关管之间；本技术通过提供不同电压的第一电源电容和第二电源电容，对电机实行不同电流变化率控制，可以让电机同时满足高速度和高精度性能，同时，可以降低emi传导和辐射值，提高电机驱动系统的寿命。
附图说明
36.为了更清楚地说明本技术的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
37.图1是本技术实施例提供的单相电机驱动电路的结构示意图；
38.图2是本技术实施例中开关管的开关时序图；
39.图3是本技术实施例开关管采用同一开关频率和非同一性开关频率产生的振荡和emi值。
具体实施方式
40.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术；本技术的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本技术的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
41.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
42.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
43.本技术实施例提供一种单相电机驱动电路，参见图1所示，该电路包括第一电源电容c1、第二电源电容c2、第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4以及控制模块10，其中，第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4和电机组成h桥电路。
44.第一电源电容c1和第一电源(图中未示出)并联连接，第二电源电容c2与第二电源(图中未示出)并联连接，用于为电机提供电源。
45.需要说明的是，第一电源的电压和第二电源的电压不同，第一电源的电压远大于第二电源的电压，因此，第一电源电容c1的电压v
dc1
远大于第二电源电容c2的电压v
dc2
。
46.应当理解，电机可以设置于单相电机驱动电路中，也可以独立与单相电机驱动电路之外。
47.在本实施例中，电机具体可以采用电感，如图所示，电机为电感l1。
48.h桥电路并接于第一电源电容c1两端，其中，第一开关管s1和第四开关管s2串联连接后并接于第一电源电容c1两端，第二开关管s2和第三开关管s3串联连接后并接于第一电源电容c1两端，第三开关管s3和第四开关管s4分别与第二电源电容的一端连接。
49.控制模块10并联连接于电机两端，并设置有第一控制端、第二控制端和第三控制端，第一控制端与第二电源电容的正极端连接，第二控制端连接于第一开关管s1和第四开关管s4之间，第三控制端连接于第二开关管s2和第三开关管s3之间。
50.其中，控制模块包括第五开关管s5、第六开关管s6、第一开关二极管d7以及第二开关二极管d8，第五开关管s5的一端与第一开关二极管d7的阳极连接，第六开关管s6的一端与第二开关二极管d8的阳极连接，第一开关二极管d7的阴极连接于第一开关管s1和第四开关管s4之间，第二开关二极管d8的阴极连接于第二开关管s2和第三开关管s3之间；第五开关管s5的另一端和第六开关管s6的另一端连接的公共连接点与第二电源电容的另一端(即正极端)连接。
51.在本实施例中，第一开关二极管d7的阴极还与电机(电感l1)连接，第二开关二极管d8的阴极与电机(电感l1)连接。在本实施例中，第一开关二极管d7和第二开关二极管d8可以作为保护二极管，用于保护对应的第五开关管s5和第六开关管s6，当有较大的反向异
常信号输入，无法通过第五开关管s5和第六开关管s6，保护二级管处于断开状态，避免对开关管的损害。
52.需要说明的是，控制模块10的第一控制端为第五开关管s5的另一端和第六开关管s6的另一端连接的公共连接点，第二控制端为第一开关二极管d7的阴极端，第三控制端为第二开关二极管d8的阴极端。
53.在本实施例中，开关管工作时，开关管的开关频率采用非同一性，开关频率可以采用相差δf，这样，电机不管是在正驱动时，还是在负驱动时，开关管的开关频率有三种，分别为f、f-δf和f+δf。在电机正驱动时，第一开关管s1的开关频率为f，第五开关管s5的开关频率为f-δf和f+δf交替，第四开关管s4处于开启状态；在电机负驱动时，第二开关管s2的开关频率为f，第六开关管s6的开关频率为f-δf和f+δf交替，第三开关管s3处于开启状态。
54.开关管可以采用双极晶体管或者mos管，本实施例以开关管为mos管为具体示例进行进一步说明。
55.参见图1所示，第一开关管s1的漏极与第一电源电容c1的一端(即正极端)连接，第一开关管s1的源极与电机(下文用电感l1表示)连接；第二开关管s2的漏极与第一电源电容c1的一端(即正极端)连接，第二开关管s2的源极与电感l1连接；第三开关管s3的漏极与电感l1连接，第三开关管s3的源极分别与第一电源电容c1的另一端(即负极端)以及第二电源电容c2的一端(即负极端)连接；第四开关管s4的漏极与电感l1连接，第四开关管s4的源极分别与第一电源电容c1的负极端以及第二电源电容c2的负极端连接；第五开关管s5的漏极分别与第二电源电容c2的另一端(即正极端)以及第六开关管s6的漏极连接，第五开关管s5的源极与第一开关二极管d7阳极连接；第六开关管s6的漏极与第二电源电容c2的正极端连接，第六开关管s6的源极与第二开关二极管d8阳极连接。
56.在本实施例中，第一开关管s1、第五开关管s5和第三开关管s3组成电机正驱动电路，第二开关管s2、第六开关管s6和第四开关管s4组成电机负驱动电路。
57.结合图2所示的开关管时序图，对电路工作原理进行说明。开关管的开关频率不同，在电机正驱动时，第一开关管s1的开关频率为f，第五开关管s5的开关频率为f-δf和f+δf交替，第三开关管s3一直处于开启状态。电机正驱动的过程中，当第一开关管s1和第三开关管s3打开时，第一电源电容c1的电压v
dc1
加载在电感l1两端，当第五开关管s5和第三开关管s3打开时，第二电源电容c2的电压v
dc2
加载在电感l1两端。
58.在电机负驱动时，第二开关管s2的开关频率为f，第六开关管s5的开关频率为f-δf和f+δf交替，第四开关管s4一直处于开启状态。电机负驱动的过程中，当第二开关管s2和第四开关管s4打开时，第一电源电容c1的电压v
dc1
加载在电感l1两端，当第六开关管s5和第四开关管s4打开时，第二电源电容c2的电压v
dc2
加载在电感l1两端。
59.参见图3所示，图3为开关管采用同一开关频率和非同一性开关频率，开关管开通和关断产生的振荡和emi值。开关管采用非同一性开关频率，可以实现开关频率抖动，开关管开通和关断产生的emi传导和辐射分布在不同频率段，不会在某一频率产生很高的、超出安规emi幅值，并且这种emi幅值比采用同一开关频率产生同频率段的emi传导和辐射值要小很多，符合安规认证要要求，因此，也不需要额外增加较多emi元器件情况，即也减少了成本，缩小系统体积。
60.其次，由于电压v
dc1
和电压v
dc2
不同，通过两种电压控制电机，可以灵活控制电机电流的不同变化率，进一步控制电机速度，实现电机高精度工作。同时，不同电源电容为电路提供电流，可以避免母线电压产生较大波纹，可以提升电源电容的寿命，进一步提高电机驱动系统的寿命。
61.在本实施例中，第一开关管s1、第二开关管s2、第三开关管s3、第四开关管s4、第五开关管s5以及第六开关管s6均有对应的续流二极管，包括第一二极管d1、第二二极管d2、第三二极管d3、第四二极管d4、第五二极管d5以及第六二极管d6，其中，第一二极管d1与第一开关管s1并联连接，第二二极管d2与第二开关管s2并联连接，第三二极管d3与第三开关管s3并联连接，第四二极管d4与第四开关管s4并联连接，第五二极管d5与第五开关管s5并联连接，第六二极管d6与第六开关管s6并联连接。
62.具体的，第一二极管d1的阴极连接于第一开关管s1的漏极，第一二极管d1的阳极连接于第一开关管s1的源极；第二二极管d2的阴极连接于第二开关管s2的漏极，第二二极管d2的阳极连接于第二开关管s2的源极；第三二极管d3的阴极连接于第三开关管s3的漏极，第三二极管d3的阳极连接于第三开关管s3的源极；第四二极管d4的阴极连接于第四开关管s4的漏极，第四二极管d4的阳极连接于第四开关管s4的源极；第五二极管d5的阴极连接于第五开关管s5的漏极，第五二极管d5的阳极连接于第五开关管s5的源极；第六二极管d6的阴极连接于第六开关管s6的漏极，第六二极管d6的阳极连接于第六开关管s6的源极。
63.应当理解，续流二极管并联在开关管的两端，当电路中产生很大的瞬间反向电流时，可以通过续流二极管导出来，不至于击穿mos管，起到保护mos管的作用。
64.本技术通过提供不同电压的第一电源电容和第二电源电容，对电机实行不同电流变化率控制，可以让电机同时满足高速度和高精度性能，提高电机驱动系统的寿命，同时，非同一性开关频率控制电路，可以降低emi传导和辐射值。
65.本技术还提供了一种单相电机驱动装置，该系统包括如上所述的单相电机驱动电路。
66.显然，以上所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本技术的较佳实施例，但并不限制本技术的专利范围。本技术可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本技术的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等效替换。凡是利用本技术说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本技术专利保护范围之内。