一种三相电机驱动电路的制作方法

本发明涉及三相电机驱动技术领域，特别涉及一种三相电机驱动电路。

背景技术：

随着现在电力电子技术的发展，人们处在一个信息时代；电力电子技术的应用越来越广泛；步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，它在速度、位置等控制领域被广泛地应用；但步进电机必须由环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可正常使用；直流无刷电机由于体积小、重量轻、可靠性高、稳定性好、噪音低、寿命长等特点，被广泛应用于汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等领域。

无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品，电动机的定子绕组多做成三相对称星形接法；驱动器采用三相逆变器，由六个开关管构成；为了控制三相逆变器，一般需要单独对这个六个开关管进行调节，根据不同的转速要求，提供不同pwm电压。

现有技术一般采用分离的元件分别对逆变器六个开关管进行控制；由于在实际工程应用中，电机工作电压往往高于开关管的驱动电压，因此，控制电路需要采用自举的方式对每个开关管的控制端进行电压抬升，这种方式加大了设计的复杂程度；另外，在电机工作期间，需要控制上下桥臂的导通时间，防止上下桥臂导通，引起串洪，从而导致电机烧毁；多路控制需要增加前级供电功率，因此需要较大的变压器，这种方式使得产品的pcba面积加大，不利于产品的小型化。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提供一种三相电机驱动电路，以实现对电机驱动电路的简化，从而达到节省pcba面积，改善电机控制方式，提高产品的可靠性的目的。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种三相电机驱动电路，包括三相桥式驱动电路、自举供电电路、逆变桥电路、mcu接口电路和三相电机接口电路，所述自举供电电路分别与三相桥式驱动电路和逆变桥电路电连接，所述三相桥式驱动电路分别与逆变桥电路和mcu接口电路电连接，所述三相电机接口电路与逆变桥电路电连接，所述三相电机接口电路与外设的三相电机电连接，所述mcu接口电路与外设的mcu主板电连接。

本发明的有益效果在于：

通过设置自举供电电路和三相桥式驱动电路，用以保证逆变桥电路中场效应管能够稳定的开通和闭合，通过三相桥式驱动电路、自举供电电路、逆变桥电路、mcu接口电路和三相电机接口电路之间的配合，能够简化电路复杂程度，实现对逆变桥电路中场效应管的精确控制，同时三相桥式驱动电路的设置，能够实现对三相电机的电流的保护，防止过流；自举供电电路的设置可以避免在开关管导通时，开关管的控制端电压变低而使开关管重新关断的现象，使其能够更好的驱动mos管。

附图说明

图1为根据本发明的一种三相电机驱动电路的电路连接框图；

图2为根据本发明的一种三相电机驱动电路的三相桥式驱动电路、自举供电电路和逆变桥电路的电路原理图；

图3为根据本发明的一种三相电机驱动电路的三相电机接口电路的电路原理图；

图4为根据本发明的一种三相电机驱动电路的mcu接口电路的电路原理图；

图5为根据本发明的一种三相电机驱动电路的芯片u1的内部框图；

标号说明：

1、三相桥式驱动电路；2、自举供电电路；3、逆变桥电路；4、mcu接口电路；5、三相电机接口电路。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1，本发明提供的技术方案：

一种三相电机驱动电路，包括三相桥式驱动电路、自举供电电路、逆变桥电路、mcu接口电路和三相电机接口电路，所述自举供电电路分别与三相桥式驱动电路和逆变桥电路电连接，所述三相桥式驱动电路分别与逆变桥电路和mcu接口电路电连接，所述三相电机接口电路与逆变桥电路电连接，所述三相电机接口电路与外设的三相电机电连接，所述mcu接口电路与外设的mcu主板电连接。

从上述描述可知，本发明的有益效果在于：

通过设置自举供电电路和三相桥式驱动电路，用以保证逆变桥电路中场效应管能够稳定的开通和闭合；通过设置mcu接口电路能够实现三相桥式驱动电路与主板mcu通信的作用；三相电机接口电路是整个系统的输出部分，用于匹配电机负载；通过三相桥式驱动电路、自举供电电路、逆变桥电路、mcu接口电路和三相电机接口电路之间的配合，能够简化电路复杂程度，实现对逆变桥电路中场效应管的精确控制，同时三相桥式驱动电路的设置，能够实现对三相电机的电流的保护，防止过流；自举供电电路的设置可以避免在开关管导通时，开关管的控制端电压变低而使开关管重新关断的现象，使其能够更好的驱动mos管。

进一步的，所述逆变桥电路包括电阻r7、电阻r9、电阻r10、电阻r12、电阻r13、电阻r15、二极管d4、二极管d5、二极管d6、场效应管q1、场效应管q3和场效应管q5，所述场效应管q1的栅极分别与二极管d4的一端和电阻r7的一端电连接，所述电阻r7的另一端分别与二极管d4的阴极和三相桥式驱动电路电连接，所述场效应管q1的源极分别与电阻r9的一端和三相桥式驱动电路电连接，所述电阻r9的另一端分别与三相桥式驱动电路和自举供电电路电连接，所述场效应管q1的漏极分别与场效应管q3的漏极和场效应管q5的漏极电连接，所述场效应管q3的栅极分别与电阻r10的一端和二极管d5的阳极电连接，所述电阻r10的另一端分别与二极管d5的阴极和三相桥式驱动电路电连接，所述场效应管q3的源极分别与电阻r12的一端和三相桥式驱动电路电连接，场效应管q5的栅极分别与电阻r13的一端和二极管d6的阳极电连接，所述电阻r13的另一端分别与二极管d6的阴极电连接和三相桥式驱动电路电连接。

进一步的，所述三相电机接口电路包括接插件cn2，所述接插件cn2的第三引脚分别与场效应管q1的源极和电阻r9的一端电连接，所述接插件cn2的第二引脚分别与电阻r12的一端和场效应管q3的源极电连接，所述接插件cn2的第一引脚分别与电阻r15的一端和场效应管q5的源极电连接。

进一步的，所述逆变桥电路还包括电阻r8、电阻r11、电阻r14、二极管d7、二极管d8、二极管d9、场效应管q2、场效应管q4和场效应管q6，所述场效应管q2的栅极分别与电阻r8的一端和二极管d7的阳极电连接，所述电阻r8的另一端分别与二极管d7的阴极和三相桥式驱动电路电连接，所述场效应管q2的漏极分别与电阻r9的一端和场效应管q1的源极电连接，所述场效应管q4的栅极分别与电阻r11的一端和二极管d8的阳极电连接，所述电阻r11的另一端分别与二极管d8的阴极和三相桥式驱动电路电连接，所述场效应管q4的漏极分别与电阻r12的一端和场效应管q3的源极电连接，所述场效应管q6的栅极分别与电阻r14的一端和二极管d9的阳极电连接，所述电阻r14的另一端分别与二极管d9的阴极和三相桥式驱动电路电连接，所述场效应管q6的漏极分别与电阻r15的一端和场效应管q5的源极电连接。

由上述描述可知，电阻r7、电阻r8、电阻r10、电阻r11、电阻r13和电阻r14是栅极限流电阻，二极管d4-d9是用于栅极寄生电容上的电荷泄放，能够加快mos管的关闭速度，避免出现上下桥臂同时导通而引起场效应管过流烧毁的现象；u点、v点和w点通过三相电机接口电路直接接三相电机，通过控制场效应管q1-q6的开通顺序，使三相电机正常工作。

进一步的，所述逆变桥电路还包括电阻r1、电阻r2、电阻r6和电阻rs，所述电阻r6的一端分别与场效应管q2的源极、场效应管q4的源极、场效应管q6的源极、电阻r1的一端和电阻rs的一端电连接，所述电阻r6的另一端与三相桥式驱动电路电连接，所述电阻r1的另一端分别与电阻r2的一端和三相桥式驱动电路电连接，所述电阻r2的另一端接地，所述电阻rs的另一端接地。

由上述描述可知，通过电阻r1、电阻r2和电阻rs设置采样电流的大小。

进一步的，所述自举供电电路包括电阻r5、电阻r16、电阻r17、电容c1、电容c4、电容c5、电容c6、电解电容ct1、二极管d1、二极管d2和二极管d3，所述电阻r5的一端与二极管d3的阳极电连接，所述二极管d3的阴极分别与三相桥式驱动电路和电容c4的一端电连接，所述电容c4的另一端分别与三相桥式驱动电路和逆变桥电路电连接，所述电阻r5的另一端分别与三相桥式驱动电路、电阻r16的一端、电阻r17的一端、电容c1的一端和电解电容ct1的一端电连接，所述电解电容ct1的另一端与电容c1的另一端电连接且电解电容ct1的另一端和电容c1的另一端均接地，所述电阻r16的另一端与二极管d2的阳极电连接，所述二极管d2的阴极分别与三相桥式驱动电路和电容c5的一端电连接，所述电容c5的另一端分别与三相桥式驱动电路和逆变桥电路电连接，所述电阻r17的另一端与二极管d1的阳极电连接，所述二极管d1的阴极分别与三相桥式驱动电路和电容c6的一端电连接，所述电容c6的另一端分别与三相桥式驱动电路和逆变桥电路电连接。

从上述描述可知，由电阻r5、电阻r16、电阻r17、电容c1、电容c4、电容c5、电容c6、电解电容ct1、二极管d1、二极管d2和二极管d3构成自举供电电路，用以保证逆变桥电路中场效应管能够正常的开通和闭合。

进一步的，所述三相桥式驱动电路包括电阻r3、电容c3和芯片u1，所述芯片u1的第十一引脚分别与电阻r3的一端和电容c3的一端电连接，所述电容c3的另一端接地，所述电阻r3的另一端接电源，所述芯片u1的第九引脚、第十三引脚、第十四引脚、第十五引脚、第十六引脚、第十八引脚、第十九引脚、第二十引脚、第二十二引脚、第二十三引脚、第二十四引脚、第二十六引脚、第二十七引脚和第二十八引脚均与逆变桥电路电连接，所述芯片u1的第十二引脚接地。

从上述描述可知，电阻r3和电容c3是外部rc网络输入，用于定义故障清除延迟时间，通过delay引脚(即芯片u1的第一引脚)传输到芯片u1。

进一步的，所述mcu接口电路包括接插件cn1，所述接插件cn1的第一引脚与芯片u1的第十引脚电连接，所述接插件cn1的第二引脚与芯片u1的第八引脚电连接，所述接插件cn1的第三引脚与芯片u1的第七引脚电连接，所述接插件cn1的第四引脚与芯片u1的第六引脚电连接，所述接插件cn1的第五引脚与芯片u1的第五引脚电连接，所述接插件cn1的第六引脚与芯片u1的第四引脚电连接，所述接插件cn1的第七引脚与芯片u1的第三引脚电连接，所述接插件cn1的第八引脚与芯片u1的第二引脚电连接。

请参照图1至图5，本发明的实施例一为：

请参照图1，一种三相电机驱动电路，包括三相桥式驱动电路1、自举供电电路2、逆变桥电路3、mcu接口电路4和三相电机接口电路5，所述自举供电电路2分别与三相桥式驱动电路1和逆变桥电路3电连接，所述三相桥式驱动电路1分别与逆变桥电路3和mcu接口电路4电连接，所述三相电机接口电路5与逆变桥电路3电连接，所述三相电机接口电路5与外设的三相电机电连接，所述mcu接口电路4与外设的mcu主板电连接。

所述三相桥式驱动电路1具备高精度的过流保护功能；所述自举供电电路2是vcc电源通过整流管以及限流电阻给自举电容供电，从而保证三相桥式驱动电路1的栅极驱动电压始终高于mos管的源极电压；所述mcu接口电路4能够实现三相桥式驱动电路1与主板mcu通信的作用；所述三相电机接口电路5是整个系统的输出部分，用于匹配电机负载。

请参照图2，所述逆变桥电路3包括电阻r7(电阻值为15ω)、电阻r9(电阻值为10ω)、电阻r10(电阻值为15ω)、电阻r12(电阻值为10ω)、电阻r13(电阻值为15ω)、电阻r15(电阻值为10ω)、二极管d4(型号为1n4148)、二极管d5(型号为1n4148)、二极管d6(型号为1n4148)、场效应管q1(型号为lsb60r039gt)、场效应管q3(型号为lsb60r039gt)和场效应管q5(型号为lsb60r039gt)，所述场效应管q1的栅极分别与二极管d4的一端和电阻r7的一端电连接，所述电阻r7的另一端分别与二极管d4的阴极和三相桥式驱动电路1电连接，所述场效应管q1的源极分别与电阻r9的一端和三相桥式驱动电路1电连接，所述电阻r9的另一端分别与三相桥式驱动电路1和自举供电电路2电连接，所述场效应管q1的漏极分别与场效应管q3的漏极和场效应管q5的漏极电连接，所述场效应管q3的栅极分别与电阻r10的一端和二极管d5的阳极电连接，所述电阻r10的另一端分别与二极管d5的阴极和三相桥式驱动电路1电连接，所述场效应管q3的源极分别与电阻r12的一端和三相桥式驱动电路1电连接，场效应管q5的栅极分别与电阻r13的一端和二极管d6的阳极电连接，所述电阻r13的另一端分别与二极管d6的阴极电连接和三相桥式驱动电路1电连接。

请参照图3，所述三相电机接口电路5包括接插件cn2，所述接插件cn2的第三引脚分别与场效应管q1的源极和电阻r9的一端电连接，所述接插件cn2的第二引脚分别与电阻r12的一端和场效应管q3的源极电连接，所述接插件cn2的第一引脚分别与电阻r15的一端和场效应管q5的源极电连接。

请参照图2，所述逆变桥电路3还包括电阻r8(电阻值为15ω)、电阻r11(电阻值为15ω)、电阻r14(电阻值为15ω)、二极管d7(型号为1n4148)、二极管d8(型号为1n4148)、二极管d9(型号为1n4148)、场效应管q2(型号为lsb60r039gt)、场效应管q4(型号为lsb60r039gt)和场效应管q6(型号为lsb60r039gt)，所述场效应管q2的栅极分别与电阻r8的一端和二极管d7的阳极电连接，所述电阻r8的另一端分别与二极管d7的阴极和三相桥式驱动电路1电连接，所述场效应管q2的漏极分别与电阻r9的一端和场效应管q1的源极电连接，所述场效应管q4的栅极分别与电阻r11的一端和二极管d8的阳极电连接，所述电阻r11的另一端分别与二极管d8的阴极和三相桥式驱动电路1电连接，所述场效应管q4的漏极分别与电阻r12的一端和场效应管q3的源极电连接，所述场效应管q6的栅极分别与电阻r14的一端和二极管d9的阳极电连接，所述电阻r14的另一端分别与二极管d9的阴极和三相桥式驱动电路1电连接，所述场效应管q6的漏极分别与电阻r15的一端和场效应管q5的源极电连接。

请参照图2，所述逆变桥电路3还包括电阻r1(电阻值为100ω)、电阻r2(电阻值为2kω)、电阻r6(电阻值为5.1ω)和电阻rs(电阻值为0.02ω)，所述电阻r6的一端分别与场效应管q2的源极、场效应管q4的源极、场效应管q6的源极、电阻r1的一端和电阻rs的一端电连接，所述电阻r6的另一端与三相桥式驱动电路1电连接，所述电阻r1的另一端分别与电阻r2的一端和三相桥式驱动电路1电连接，所述电阻r2的另一端接地，所述电阻rs的另一端接地。

请参照图2，所述自举供电电路2包括电阻r5(电阻值为5.1ω)、电阻r16(电阻值为5.1ω)、电阻r17(电阻值为5.1ω)、电容c1(电容值为100nf)、电容c4(电容值为100μf)、电容c5(电容值为10μf)、电容c6(电容值为10μf)、电解电容ct1(电容值为100μf)、二极管d1(型号为fr107)、二极管d2(型号为fr107)和二极管d3(型号为fr107)，所述电阻r5的一端与二极管d3的阳极电连接，所述二极管d3的阴极分别与三相桥式驱动电路1和电容c4的一端电连接，所述电容c4的另一端分别与三相桥式驱动电路1和逆变桥电路3电连接，所述电阻r5的另一端分别与三相桥式驱动电路1、电阻r16的一端、电阻r17的一端、电容c1的一端和电解电容ct1的一端电连接，所述电解电容ct1的另一端与电容c1的另一端电连接且电解电容ct1的另一端和电容c1的另一端均接地，所述电阻r16的另一端与二极管d2的阳极电连接，所述二极管d2的阴极分别与三相桥式驱动电路1和电容c5的一端电连接，所述电容c5的另一端分别与三相桥式驱动电路1和逆变桥电路3电连接，所述电阻r17的另一端与二极管d1的阳极电连接，所述二极管d1的阴极分别与三相桥式驱动电路1和电容c6的一端电连接，所述电容c6的另一端分别与三相桥式驱动电路1和逆变桥电路3电连接。

请参照图2，所述三相桥式驱动电路1包括电阻r3(电阻值为10mω)、电容c3(电容值为0.1μf)和芯片u1(型号为ytx2136s)，所述芯片u1的第十一引脚分别与电阻r3的一端和电容c3的一端电连接，所述电容c3的另一端接地，所述电阻r3的另一端接电源，所述芯片u1的第九引脚、第十三引脚、第十四引脚、第十五引脚、第十六引脚、第十八引脚、第十九引脚、第二十引脚、第二十二引脚、第二十三引脚、第二十四引脚、第二十六引脚、第二十七引脚和第二十八引脚均与逆变桥电路3电连接，所述芯片u1的第十二引脚接地。

请参照图4，所述mcu接口电路4包括接插件cn1(接插件cn1为8pin的排线接口)，所述接插件cn1的第一引脚与芯片u1的第十引脚电连接，所述接插件cn1的第二引脚与芯片u1的第八引脚电连接，所述接插件cn1的第三引脚与芯片u1的第七引脚电连接，所述接插件cn1的第四引脚与芯片u1的第六引脚电连接，所述接插件cn1的第五引脚与芯片u1的第五引脚电连接，所述接插件cn1的第六引脚与芯片u1的第四引脚电连接，所述接插件cn1的第七引脚与芯片u1的第三引脚电连接，所述接插件cn1的第八引脚与芯片u1的第二引脚电连接。

上述的三相电机驱动电路的工作原理为：

电源vcc经过电解电容ct1与电容c1两个电容滤波后给芯片u1供电，接插件cn1与mcu主板连接，用于提供控制信号；当使能信号en(即芯片u1的第十引脚)高电平时，芯片u1正常工作；芯片u1的fault引脚(即芯片u1的第八引脚)在异常情况下，直接拉低，通过mcu接口电路4把低电平信号传送给mcu主板，从而直接关闭芯片u1，使电机停止转动；电源vcc分别经过二极管d1、二极管d2、二极管d3给电容c4、电容c5和电容c6充电，提供自举电压，电阻r5、电阻r16和电阻r17起限流作用，电阻r9、电阻r12和电阻r15是电容c4、电容c5和电容c6的泄放电阻；当场效应管q1，场效应管q3和场效应管q5导通时，u点、v点和w点的电压被拉升，此时若没有自举供电电路2，把这三个场效应管的栅极电压抬高，那么在场效应管导通的同时又会瞬间关闭，因此这三个场效应管就不能正常开通跟关闭，因此自举供电电路2的作用是保证场效应管q1、场效应管q3和场效应管q5能够正常的开通和闭合；

芯片u1的内部框图如图5所示，当芯片u1正常工作时，mcu主板提供驱动信号给芯片u1，mcu主板提供的信号电压一般为3.3v或5v，先经过噪声滤波器滤除干扰，以及死区时间与同时导通预防保护，防止芯片u1内部的上下管导通，再经过内部电压转化器，使电压抬高到跟vcc电压幅值一样；高压侧的驱动电路部分(hin1、hin2和hin3)，如果内部检测到vcc电压超过设置值时，则驱动电路锁定，关闭输出。否则，使得场效应管q1、场效应管q3和场效应管q5导通时，这三个场效应管的栅极电压等于vcc电压，保证了场效应管能够正常导通；低压侧电压经过电平转换器以及延时电路后，通过驱动电路直接驱动mos管；电阻r7、电阻r8、电阻r10、电阻r11、电阻r13和电阻r14是栅极限流电阻，二极管d4-d9是用于栅极寄生电容上的电荷泄放，能够加快mos管的关闭速度，避免出现上下桥臂同时导通而引起场效应管过流烧毁的现象；u点、v点和w点通过接插件cn2直接接三相电机，通过控制场效应管q1-q6的开通顺序，使三相电机正常工作。

电阻r3和电容c3是外部rc网络输入，用于定义故障清除延迟时间，通过delay引脚(即芯片u1的第一引脚)传输到芯片u1，芯片u1的第九引脚是电流检测引脚，通过电阻r1、电阻r2和电阻rs设置采样电流的大小，在电流超过设置阈值时，通过csns引脚(即芯片u1的第九引脚)反馈给芯片u1，从而使得芯片u1关闭输出，电阻r6用于低压侧门极驱动器反馈。

本方案设计的三相电机驱动电路适用于市面上通用的电机驱动方案，能够支持空调、洗衣机和变频风扇等设备。

本方案设计的三相电机驱动电路，能够简化电路复杂程度，实现对六个开关管的精确控制，同时驱动电路设置死区时间并采用快关断慢启动开关管的控制方式，防止上下桥臂有重叠的导通时间引起的电机过流烧毁；驱动电路设置过流检测，实现对三相电机的电流的保护，防止过流；自举供电电路2产生的自举电压，可以避免在开关管导通时，开关管控制端电压变低而使管子重新关断的现象；每一路的开关管均单独设置自举供电电路，自举电流由供电电流提供；为了适配mcu主板的输出信号且能够使方案应用于高压电机控制领域，mcu主板的输入控制信号也需要进行电压自举提升，使其能够更好的驱动mos管；本方案设计的驱动电路，一方面节约方案成本，另一方面减小系统的pcba面积，有利于产品的小型化；不仅节省传统方案复杂的控制电路，而且精确的控制方式能够避免系统运行错误引起的电机烧毁，有利于提高产品的开发速度与可靠性。

综上所述，本发明提供的一种三相电机驱动电路，通过设置自举供电电路和三相桥式驱动电路，用以保证逆变桥电路中场效应管能够稳定的开通和闭合，通过三相桥式驱动电路、自举供电电路、逆变桥电路、mcu接口电路和三相电机接口电路之间的配合，能够简化电路复杂程度，实现对逆变桥电路中场效应管的精确控制，同时三相桥式驱动电路的设置，能够实现对三相电机的电流的保护，防止过流；自举供电电路的设置可以避免在开关管导通时，开关管的控制端电压变低而使开关管重新关断的现象，使其能够更好的驱动mos管。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。