一种三相无刷直流电机的驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相无刷直流电机的驱动电路，包括三相驱动模块，一相驱动模块包括分压单元、稳压管、第一开关单元、稳压电源、波形整形电路、第二开关单元和第三开关单元；分压单元的第一端与第一开关单元的第一端连接；稳压管的阴极连接至分压单元的第二端，阳极连接至分压单元的第三端；稳压电源的输入端连接至分压单元的第二端；波形整形电路的第一输入端连接至稳压电源的输出端正极，第二输入端连接至分压单元的第三端，接地端通过电阻接地；第二开关单元的第一端连接至稳压电源的输出端正极；第三开关单元的第一端连接第二开关单元的第二端后作为驱动电路的输出端。本发明提供的驱动电路的工作电压范围可达28V-90V，电路简单，易于实现。
【专利说明】一种三相无刷直流电机的驱动电路
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于三相无刷直流电机领域，更具体地，涉及一种三相无刷直流电机的驱动电路。
【背景技术】
[0003]针对现有的三相无刷直流电机驱动电路，通常三相桥电路的工作电压范围是28V-36V，如果需要三相桥的上桥臂MOS管长时间工作，那么必须外加独立的隔离电压给上桥臂驱动MOS管的驱动电路供电，那么这样就造成电路复杂，元器件多，体积大，同时可靠性下降。大多采用自举电容供电方式，自己电容容量有限，而且充放电需要工作在开关状态，所以必须工作在开关状态，上桥的MOS管不适应长时间导通工作。电机不能低速选择，三相桥电路上桥MOS管不能长时间导通。还有一种方式是采用电荷泵供电，其电荷泵供电电路也相当复杂，电路体积大，可靠降低。
[0004]由于三相无刷直流电机可能出现低速转动或者停转，所以三相桥输的上桥臂应具备长时间开通状态。现有的三相无刷直流电机驱动电路工作电压范围窄，电机不能低速转动，而损坏驱动电路。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种三相无刷直流电机的驱动电路，其目的在于使得三相桥电路工作电压范围宽，由此解决现有的三相桥电路的工作电压范围窄，电机不能低速转动导致损坏驱动电路的技术问题。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种三相无刷直流电机的驱动电路，包括三相驱动模块，其中一相驱动模块包括:分压单元、稳压管D1、第一开关单元、稳压电源、波形整形电路U1A、第二开关单元和第三开关单元；第一开关单元的控制端用于连接高电平输入端SAH ;分压单元的第一端与所述第一开关单元的第一端连接；稳压管Dl的阴极连接至所述分压单元的第二端，阳极连接至所述分压单元的第三端；稳压电源的输入端连接至分压单元的第二端；波形整形电路UlA的第一输入端连接至稳压电源的输出端正极，波形整形电路UlA的第二输入端连接至分压单元的第三端，波形整形电路UlA的接地端通过电阻R12接地；第二开关单元的控制端连接至UlA的输出端，第二开关单元的第一端连接至稳压电源的输出端正极；稳压电源的输出端负极连接至所述波形整形电路UlA的接地端；第三开关单元的控制端用于连接低电平输入端SAL，第三开关单元的第一端连接所述第二开关单元的第二端后作为驱动电路的输出端U，第三开关单元的第二端接地。
[0007]更进一步地，所述分压单元包括依次串联连接的电阻R4和电阻R5，电阻R4和电阻R5的串联连接端作为分压单元的第三端，电阻R5的非串联连接端作为分压单元的第一端，电阻R4的非串联连接端作为分压单元的第二端；所述电阻R4的阻值与所述电阻R5的阻值相等。
[0008]更进一步地，第一开关单元包括:M0S管Ql和电阻Rl ;所述MOS管Ql的栅极作为第一开关单元的控制端，MOS管Ql的漏极作为第一开关单元的第一端，源极作为第一开关单元的第二端，电阻Rl连接在栅极和源极之间。
[0009]更进一步地，所述稳压电源包括:依次串联连接的电阻RlO和电阻R11，稳压元件D4以及并联在所述稳压元件D4的第一端与第二端之间的电容Cl ;所述稳压元件D4的第一端与分压单元的输出端连接，所述稳压元件D4的第二端与所述波形整形电路UlA的接地端连接，所述稳压元件D4的第三端与所述电阻RlO和所述电阻Rll的串联连接端连接。
[0010]更进一步地，所述第二开关单元包括:M0S管Q4和电阻R13 ;所述MOS管Q4的栅极作为第二开关单元的控制端，MOS管Q4的漏极作为第二开关单元的第二端，源极作为第二开关单元的第一端，电阻R13连接在栅极和源极之间。
[0011]更进一步地，第三开关单元包括:M0S管Q7和电阻R16 ;所述MOS管Q7的栅极作为第三开关单元的控制端，MOS管Q7的漏极作为第三开关单元的第一端，源极作为第三开关单元的第二端，电阻R16连接在栅极和源极之间。
[0012]更进一步地，所述三相驱动模块采用混合厚膜集成电路制造工艺和BeO基板制成。
[0013]本发明提供的驱动电路的工作电压范围可达28V-90V，电路简单，易于实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明实施例提供的三相无刷直流电机的驱动电路中一相的具体电路图； 图2是本发明实施例提供的三相无刷直流电机的驱动电路的具体电路图。
[0015]在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0017]针对现有的三相无刷直流电机驱动电路工作电压范围窄，电机不能低速转动，而损坏驱动电路，本发明实施例提供了一种三相无刷直流电机的驱动电路；通过控制三极管及施密特波形整形电路等元器件实现宽工作电压范围和解决电机低速转动驱动功能。可广泛应用于直流电机驱动，三相无刷直流电机驱动电路及高端PMOS管驱动，控制电路等领域。
[0018]现设计一款工作电压范围为28V-90V的三相无刷直流电机驱动电路(通常我们的电压范围为28V-36V)。指标要求最大传输功率:550W ;最大连续输出电流:15A ;三相桥工作电压:28V-90V ;同时三相桥应具备长时间导通功能；工作温度范围:_55°C?125°C。而这款三相桥电路工作电压范围宽，可达28V-90V，甚至更宽的工作电压范围。
[0019]本发明实施例提供的三相无刷直流电机的驱动电路包括:三相驱动模块，如图1所示，其中一相驱动模块包括:分压单元10、稳压管D1、第一开关单元11、稳压电源12、波形整形电路U1A、第二开关单元13和第三开关单元14 ;第一开关单元11的控制端用于连接A相高电平输入端SAH ;分压单元10的第一端与所述第一开关单元11的第一端连接；稳压管Dl的阴极连接至所述至分压单元10的第二端，阳极连接至所述分压单元10的第三端；稳压电源12的输入端连接至分压单元10的第二端；波形整形电路UlA的第一输入端连接至稳压电源12的输出端正极，波形整形电路UlA的第二输入端连接至分压单元10的第三端，波形整形电路UlA的接地端通过电阻R12接地；第二开关单元13的控制端连接至UlA的输出端，第二开关单元13的第一端连接至稳压电源12的输出端正极，稳压电源12的输出端负极连接至波形整形电路UlA的接地端；第三开关单元14的控制端用于连接A相低电平输入端SAL，第三开关单元14的第一端连接所述第二开关单元13的第二端后作为驱动电路的输出端U，第三开关单元14的第二端接地。
[0020]其中，分压单元10包括依次串联连接的电阻R4和电阻R5，电阻R4和电阻R5的串联连接端作为分压单元10的第三端，电阻R5的非串联连接端作为分压单元10的第一端，电阻R4的非串联连接端作为分压单元10的第二端；所述电阻R4的阻值与所述电阻R5的阻值相等。
[0021]作为本发明的一个实施例，第一开关单元11包括:M0S管Ql和电阻Rl ;所述皿)3管Ql的栅极作为第一开关单元11的控制端，MOS管Ql的漏极作为第一开关单元11的第一端，源极作为第一开关单元11的第二端，电阻Rl连接在栅极和源极之间。
[0022]其中，稳压电源12包括:依次串联连接的电阻RlO和电阻R11，稳压元件D4以及并联在所述稳压元件D4的第一端与第二端之间的电容Cl ;稳压元件D4的第一端与分压单元10的输出端连接，所述稳压元件D4的第二端与所述波形整形电路UlA的接地端连接，所述稳压元件D4的第三端与所述电阻RlO和所述电阻Rll的串联连接端连接。
[0023]作为本发明的一个实施例，第二开关单元13包括:M0S管Q4和电阻R13 ;所述MOS管Q4的栅极作为第二开关单元13的控制端，MOS管Q4的漏极作为第二开关单元13的第二端，源极作为第二开关单元13的第一端，电阻R13连接在栅极和源极之间。
[0024]作为本发明的一个实施例，第三开关单元14包括:M0S管Q7和电阻R16 ;所述MOS管Q7的栅极作为第三开关单元14的控制端，MOS管Q7的漏极作为第三开关单元14的第一端，源极作为第三开关单元14的第二端，电阻R16连接在栅极和源极之间。
[0025]在本发明实施例中，波形整形电路UlA可以采用施密特波形整形电路。所有的开关单元还可以为其它能够实现开关功能的元器件。
[0026]在本发明实施例中，本电压范围宽的三相桥高端PMOS管驱动电路是基于CD40106为核心的一款驱动高端PMOS管的驱动电路。在制造工艺上是采用BeO基板、混合厚膜集成电路工艺制成。
[0027]为了更进一步的说明本发明实施例，现结合图1详述其单路工作原理如下:电路主要是驱动上桥臂的PMOS管。两路输入，SAH端是一路高端PMOS管输入控制，SAL端是一路低端NMOS管输入控制，V+端是工作电源端，工作电压范围(28V-90V)。PGND端是对的电源地。通过前级信号输入，控制桥路的两个MOS管开通或关断，失效对电机的控制。
[0028]当V+端和PGND端加28V电压时，当SAH输入端接高电平时，Ql管导通，电源V+经过R4、R5、Ql到PGND形成回路。由于Ql导通后压降很小，可忽略不计。R4和R5阻值一样构成分压。Dl为15V的稳压管(暂时不工作)，是用于限制R4的电压。R4两端的电压输给U1A，U1A输出低电平，使Q4的G极和S极为负15V电压，Q4导通。UlA为一个反向的施密特波形整形电路，其电源端接V+，地端接电阻R12。D4为一个稳压器件，是通过RlO和Rll分压稳定在15V，Cl为15V的滤波电容，D4、R10、R11、C1构成一个稳压电源，为UlA芯片供电。R12为一个功率电阻，接到地线上。R12上所承受的电压为:V+减去UlA的供电电压15V。当V+升高时，UlA和R4两端电压始终保持在15V。改变的是R12和R5两端的电压。这样就实现了高端PMOS管驱动的开通功能。Rl为Ql的放电回路电阻，R13为Q4的放电回路电阻，R16为Q7的放电回路电阻。
[0029]当V+端和PGND端加28V电压时，当SAH输入端接低电平时，Ql管关断，电源V+经过R4、R5、Ql到PGND形成不回路。R4两端的电压输给U1A，UlA输出高电平，使Q4的G极和S极为OV电压，Q4关断。UlA为一个反向的施密特波形整形电路，其电源端接V+，地端接电阻R12。D4为一个稳压器件，是通过RlO和Rll分压稳定在15V，Cl为15V的滤波电容，D4、RIO、R11、Cl构成一个稳压电源，为UlA芯片供电。R12为一个功率电阻，接到地线上。R12上所承受的电压为:V+减去UlA的供电电压15V。这样就实现了高端PMOS管驱动的关断功能。
[0030]当V+端和PGND端加36V电压时，当SAH输入端接高电平时，Ql管导通，电源V+经过R4、R5、Q1到PGND形成回路。由于Ql导通后压降很小，可忽略不计。R4和R5阻值一样构成分压。Dl将R4两端的电压限制在15V。R4两端的电压输给U1A，UlA输出低电平，使Q4的G极和S极为负15V电压，Q4导通。UlA为一个反向的施密特波形整形电路，其电源端接V+，地端接电阻R12。D4为一个稳压器件，是通过RlO和Rll分压稳定在15V，C1为15V的滤波电容，D4、R10、R11、C1构成一个稳压电源，为UlA芯片供电。R12为一个功率电阻，接到地线上。R12上所承受的电压为:V+减去UlA的供电电压15V。当V+升高时，UlA和R4两端电压始终保持在15V。改变的是R12和R5两端的电压。这样就实现了高端PMOS管驱动的开通功能。
[0031]当V+端和PGND端加36V电压时，当SAH输入端接低电平时，Ql管关断，电源V+经过R4、R5、Ql到PGND形成不回路。R4两端的电压输给U1A，UlA输出高电平，使Q4的G极和S极为OV电压，Q4关断。UlA为一个反向的施密特波形整形电路，其电源端接V+，地端接电阻R12。D4为一个稳压器件，是通过RlO和Rll分压稳定在15V，Cl为15V的滤波电容，D4、RIO、R11、Cl构成一个稳压电源，为UlA芯片供电。R12为一个功率电阻，接到地线上。R12上所承受的电压为:V+减去UlA的供电电压15V。这样就实现了高端PMOS管驱动的关断功能。
[0032]当V+电压加到90V时，和36V时同样的工作原理可实现。说明该电路可工作宽电压范围。
[0033]图2示出了本发明实施例提供的三相无刷直流电机的驱动电路的具体电路图；本领域的普通技术人员在实现了单相电路的基础上结合图2所示的电路结构很容易实现三相电路，因此不再详述。
[0034]本发明实施例提供的驱动电路的工作电压范围可达28V-90V，电路简单，易于实现；三相桥的上桥臂可长时间导通；改善三相桥的上桥PMOS管的驱动波形，开关管的工作效率。
[0035]本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种三相无刷直流电机的驱动电路，其特征在于，包括三相驱动模块，其中一相驱动模块包括:分压单元(10)、稳压管D1、第一开关单元(11)、稳压电源(12)、波形整形电路U1A、第二开关单元(13)和第三开关单元(14); 第一开关单元(11)的控制端用于连接高电平输入端； 分压单元(10)的第一端与所述第一开关单元(11)的第一端连接； 稳压管Dl的阴极连接至所述分压单元(10)的第二端，阳极连接至所述分压单元(10)的第三端； 稳压电源(12)的输入端连接至分压单元(10)的第二端； 波形整形电路UlA的第一输入端连接至稳压电源(12)的输出端正极，波形整形电路UlA的第二输入端连接至分压单元(10)的第三端，波形整形电路UlA的接地端通过电阻R12接地； 第二开关单元(13)的控制端连接至UlA的输出端，第二开关单元(13)的第一端连接至稳压电源(12)的输出端正极；所述稳压电源(12)的输出端负极连接至所述波形整形电路UlA的接地端； 第三开关单元(14)的控制端用于连接低电平输入端，第三开关单元(14)的第一端连接所述第二开关单元(13)的第二端后作为驱动电路的输出端U，第三开关单元(14)的第二端接地。
2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述分压单元(10)包括依次串联连接的电阻R4和电阻R5，电阻R4.和电阻R5的串联连接端作为分压单元(10)的第三端，电阻R5的非串联连接端作为分压单元(10)的第一端，电阻R4的非串联连接端作为分压单元(10)的第二端；所述电阻R4的阻值与所述电阻R5的阻值相等。
3.如权利要求1或2所述的驱动电路，其特征在于，所述第一开关单元(11)包括:MOS管Ql和电阻Rl ； 所述MOS管Ql的栅极作为所述第一开关单元(11)的控制端，所述MOS管Ql的漏极作为所述第一开关单元(11)的第一端，所述MOS管Ql的源极作为所述第一开关单元(11)的第二端，所述电阻Rl连接在所述MOS管Ql的栅极和源极之间。
4.如权利要求1-3任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述稳压电源(12)包括:依次串联连接的电阻RlO和电阻Rl I，稳压元件D4以及并联在所述稳压元件D4的第一端与第二端之间的电容Cl ； 所述稳压元件D4的第一端与分压单元(10)的输出端连接，所述稳压元件D4的第二端与所述波形整形电路UlA的接地端连接，所述稳压元件D4的第三端与所述电阻RlO和所述电阻Rll的串联连接端连接。
5.如权利要求1-4任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述第二开关单元(13)包括:MOS管Q4和电阻R13 ； 所述MOS管Q4的栅极作为所述第二开关单元(13)的控制端，所述MOS管Q4的漏极作为所述第二开关单元(13)的第二端，所述MOS管Q4的源极作为所述第二开关单元(13)的第一端，所述电阻R13连接在所述MOS管Q4的栅极和源极之间。
6.如权利要求1-5任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述第三开关单元(14)包括:MOS管Q7和电阻R16 ；所述MOS管Q7的栅极作为第三开关单元(14)的控制端，所述MOS管Q7的漏极作为所述第三开关单元(14)的第一端，所述MOS管Q7的源极作为所述第三开关单元(14)的第二端，电阻R16连接在所述MOS管Q7的栅极和源极之间。
7.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述三相驱动模块采用混合厚膜集成电路制造工艺和BeO基板制 成。
【文档编号】H02P6/08GK103441716SQ201310370320
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年8月22日 优先权日:2013年8月22日
【发明者】陈建功, 刘锦富, 韩可, 元金皓, 李迪迦 申请人:深圳市振华微电子有限公司