一种永磁无刷直流电机驱动模块的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电机驱动技术领域，具体涉及一种永磁无刷直流电机驱动模块。
【背景技术】
[0002]MOSFET (金氧半场效晶体管)以其开关速度快、导通电阻低等优点在电动汽车领域得到广泛应用，特别是在永磁无刷直流电机应用场合。目前，现有的永磁无刷直流电机的驱动技术原理如图1所示，功率管P1~P6构成永磁无刷直流电机的主回路，P1、P2、P3构成上桥臂，也称之为上管，P4、P5、P6下桥臂，也称为下管。对应的上桥臂与下桥臂构成一组，以用于驱动电机的某一相输出，例如，Pl与P4构成全桥驱动电机的W相输出。永磁无刷直流电机运行时，在某一时刻只有一组上桥臂和一组下桥臂导通，即永磁无刷直流电机同时只有两个绕组通电，我们叫做两相通电，通过电机绕组的电流叫做相电流。控制单元根据接收到的控制信号，将与电机旋转所对应的上桥及下桥MOSFET管与电源导通，驱动电机旋转。
[0003]但是，单个功率MOSFET容量往往并不能满足设计要求，单纯采用高功率等级MOSFET模块将大大提高产品成本和驱动电路的复杂性。此时，就可以选用功率等级较小、市场货源充足、驱动功率低且线路简单的MOSFET通过并联方式来满足功率等级的要求。
[0004]由于并联的MOSFET自身参数的不一致及电路布局不对称，势必引起器件电流分配不均衡，严重时会使器件失效甚至损坏主电路。同时，多管并联MOSFET的安装连接存在的因散热速度慢而引起的驱动器效率降低问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提出一种永磁无刷直流电机驱动模块，解决现有分立MOSFET集成模块由于并联的MOSFET自身参数的不一致及电路布局不对称，引起器件电流分配不均衡问题导致MOSFET管损坏。
[0006]根据本发明提出的永磁无刷直流电机驱动模块，包括MOSFET驱动模块，其特征在于所述MOSFET驱动模块分成三组相互独立的全桥驱动分别驱动所述永磁无刷直流电机的U/V/W相输出，所述全桥驱动的上桥臂和下桥臂分别由相同规格的多个MOSFET管并联构成，所述上桥臂和下桥臂的MOSFET管对峙排列。
[0007]本发明的永磁无刷直流电机驱动模块，采用三组完全独立的MOSFET驱动模块分别驱动永磁无刷直流电机的υ/V/W相，并且每组MOSFET驱动模块中的并联MOSFET管规格规格相同且对峙排列，很大程度的减小了 MOSFET管的损坏率；当其中一模块损坏时，无需更换驱动电路和其他模块，极大程度地节约了成本。
[0008]进一步的，所述MOSFET驱动模块的上、下桥臂均设有栅极保护电路，所述栅极保护电路由稳压二极管和电阻并联构成，所述栅极保护电路的输入端分别与栅极驱动信号的高、低端相连，栅极保护电路的输出端跨接在MOSFET管的门极驱动电路与源极之间。这样可以仿止在生产或装配过程中静电击穿MOSFET管和抑制PWM驱动电压瞬时尖峰。
[0009]进一步的，所述MOSFET驱动模块采用栅极驱动电路，所述栅极驱动电路上下桥臂输入信号为PWM互锁驱动信号，互锁信号由主控电路的门逻辑电路输出，通过软排线与模块栅极驱动电路连接，互锁输入信号保证PWM驱动信号不会同时输入到MOSFET模块的上下桥臂，防止MOSFET模块损坏，保证MOSFET模块的安全。
[0010]进一步的，所述上桥臂和下桥臂的输出端并联有吸收电容，所述吸收电容的容值根据模块母排杂散电感的大小确定。由于连接MOSFET模块母排有杂散电感的存在，在MOSFET模块关断的时候就会有尖峰电压产生(浪涌电压)，这些尖峰电压加在母线上就会导致VCE>Vramax，就有可能损坏MOSFET模块，因此，配置吸收电容可较好地抑制浪涌电压，减小模块损坏的几率。具体的说，所述吸收电容为薄膜电容。
[0011]进一步的，所述MOSFET管、栅极保护电路和栅极驱动电路焊接在一块铝基板上，使栅极保护电路和栅极驱动电路的元器件与MOSFET管紧凑相连，减小杂散电感提高功率MOSFET的稳定性和减小损坏率；同时并联MOSFET管分别贴装在铝基板上，极大程度的减小热阻，提高MOSFET管散热性能，降低损耗，提高驱动效率。
【附图说明】
[0012]图1是本发明无刷直流电机驱动原理图；
图2是本发明MOSFET模块电路原理图；
图3是本发明的栅极驱动和保护电路原理图。
【具体实施方式】
[0013]下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的【具体实施方式】如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
[0014]实施例1:
如图1、2，本发明的永磁无刷直流电机驱动模块，包括MOSFET驱动模块，MOSFET驱动模块分成三组相互独立的全桥驱动分别驱动永磁无刷直流电机的U/V/W相输出，全桥驱动的上桥臂和下桥臂分别由相同规格的多个MOSFET管并联构成，上桥臂和下桥臂的MOSFET管对峙排列。如图1，Pl和P4为一组独立的全桥驱动驱动永磁无刷直流电机的W相，P2和P5为一组独立的全桥驱动驱动永磁无刷直流电机的V相，P3和P6为一组独立的全桥驱动驱动永磁无刷直流电机的U相。本实施例的全桥驱动的上桥臂和下桥臂分别由相同规格的5个MOSFET管并联构成，如图2所示。这里所指的相同规格，是指尽量上、下桥臂应采用相同公司、尽量同批次生产、参数相同的M0SFET。上桥臂和下桥臂的MOSFET管对峙排列，以尽量保证MOSFET管的工作环境基本相同。本发明的MOSFET驱动模块还包括栅极保护电路、栅极驱动电路和吸收电容电路。
[0015]其中，栅极保护电路由稳压二极管和电阻并联构成，栅极保护电路的输入端分别与栅极驱动信号的高、低端相连，栅极保护电路的输出端跨接在MOSFET管的门极驱动电路与源极之间，如图3所示。栅极保护电路主要用于在处理成品或是组件封装时，避免人体、测试仪器、封装设备等外部静电与电路产生的电洞(surge)电压、过电压等对MOSFET造成破坏。也就是仿止在生产或装配过程中静电击穿MOSFET管和抑制PWM驱动电压瞬时尖峰。
[0016]本实施例的栅极驱动电路上下桥臂输入信号为PWM互锁驱动信号，PWM互锁驱动信号由主控电路的门逻辑电路输出，通过软排线与模块栅极驱动电路连接。互锁驱动信号可以保证PWM驱动信号不会同时输入到MOSFET模块的上下桥臂，防止MOSFET模块损坏，保证MOSFET模块的安全。
[0017]所述吸收电容并联在上桥臂和下桥臂的输出端指尖，吸收电容的容值根据模块母排杂散电感的大小确定。由于连接MOSFET模块母排有杂散电感的存在，在MOS模块关断的时候就会有尖峰电压产生(浪涌电压)，这些尖峰电压加在母线上就会导致VCE>VCEmax，就有可能损坏MOSFET模块，因此，配置吸收电容可较好地抑制浪涌电压，减小模块损坏的几率。作为优选的实施方式，吸收电容为薄膜电容。
[0018]优选的，本发明的MOSFET管、栅极保护电路和栅极驱动电路焊接在一块铝基板上，使栅极保护电路和栅极驱动电路的元器件与MOSFET管紧凑相连，减小杂散电感提高功率MOSFET的稳定性和减小损坏率；同时并联MOSFET管分别贴装在铝基板上，极大程度的减小热阻，提高MOSFET管散热性能，降低损耗，提高驱动效率。
【主权项】
1.一种永磁无刷直流电机驱动模块，包括MOSFET驱动模块，其特征在于所述MOSFET驱动模块分成三组相互独立的全桥驱动分别驱动所述永磁无刷直流电机的U/V/W相输出，所述全桥驱动的上桥臂和下桥臂分别由相同规格的多个MOSFET管并联构成，所述上桥臂和下桥臂的MOSFET管对峙排列。
2.根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机驱动模块，其特征在于所述MOSFET驱动模块的上、下桥臂均设有栅极保护电路，所述栅极保护电路由稳压二极管和电阻并联构成，所述栅极保护电路的输入端分别与栅极驱动信号的高、低端相连，栅极保护电路的输出端跨接在MOSFET管的门极驱动电路与源极之间。
3.根据权利要求1所述的永磁无刷直流电机驱动模块，其特征在于所述MOSFET驱动模块采用栅极驱动电路，所述栅极驱动电路上、下桥臂输入信号为PWM互锁驱动信号，驱动信号由主控电路的门逻辑电路输出，通过软排线与栅极驱动电路连接起来。
4.根据权利要求3所述的永磁无刷直流电机驱动模块，其特征在于所述栅极驱动电路由反向驱动器与门极驱动电阻串联构成，门极驱动电路输出端与驱动电源正极并联一反向二极管。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的永磁无刷直流电机驱动模块，其特征在于所述上桥臂和下桥臂的输出端并联有吸收电容，所述吸收电容的容值根据MOSFET模块母排杂散电感的大小确定。
6.根据权利要求5所述的永磁无刷直流电机驱动模块，其特征在于所述吸收电容为薄膜电容。
7.根据权利要求6所述的永磁无刷直流电机驱动模块，其特征在于所述MOSFET管、栅极保护电路和栅极驱动电路焊接在一块铝基板上。
【专利摘要】本发明提供一种永磁无刷直流电机驱动模块，解决现有分立MOSFET集成模块由于并联的MOSFET自身参数的不一致及电路布局不对称，引起器件电流分配不均衡问题导致MOSFET管损坏。其结构包括MOSFET驱动模块，MOSFET驱动模块分成三组相互独立的全桥驱动分别驱动永磁无刷直流电机的U/V/W相输出，全桥驱动的上桥臂和下桥臂分别由相同规格的多个MOSFET管并联构成，上桥臂和下桥臂的MOSFET管对峙排列。本发明通过采用三组完全独立的MOSFET驱动模块分别驱动永磁无刷直流电机的U/V/W相，并且每组MOSFET驱动模块中的并联MOSFET管规格相同且对峙排列，很大程度的减小了MOSFET管的损坏率；当其中一模块损坏时，无需更换驱动电路和其他模块，极大程度地节约了成本。
【IPC分类】H02P6-14, H02M1-32, H02P6-08
【公开号】CN104539199
【申请号】CN201410190344
【发明人】凌欢, 吴瑞, 邵平
【申请人】奇瑞汽车股份有限公司
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年5月7日