CN100474747C - 电机控制电路和相关的全桥开关装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于控制电机的电机控制电路，该电路包括一开关式电源，该开关式电源可操作地驱动一全桥开关晶体管装置，并且将稳定的电压提供给电机控制电路，其中，该开关晶体管装置可与要被控制的电机的绕组相连，并且其中，该开关晶体管装置包括：位于全桥上部的第一组晶体管和位于全桥下部的第二组晶体管，该第一组晶体管由开关式电源的第一输出驱动，而该第二组晶体管由开关式电源的第二输出驱动。

Description

电机控制电路和相关的全桥开关装置
技术领域
本发明涉及一种电机控制电路，尤其涉及用于无刷式DC电机控制电路的电机控制电路。
背景技术
附图的图1是一常规无刷式DC电机控制电路的电路示意图，常规无刷式DC电机控制电路用于诸如需要相对较低的功率和较低的DC电压的空气流动风扇的应用。
在图1的电机控制电路中，将电源电压提供给上干线(top rail)，根据电机的需要，该电源电压例如为18到32伏之间的DC、或者36到60伏之间的DC。电机绕组1与四个n型FET2a、2b、2c、2d构成的全桥电路相连接，该全桥电路由一对电荷泵电路(IR2104)3a、3b驱动。该两个电荷泵电路各接收来自一DC电机控制器IC4的直接馈电，例如INT100，并且各自通过相应的电容5a、5b连接到上干线电源电压。控制器IC4的输出H1、H2、L1、L2与所述桥电路相连接。
包括线性DC-DC转换器的电压调节器6将12到15伏的DC提供给控制器IC 4。但是，必须提供比上干线电压高的电压以使所述全桥电路的上半部分中的两个FET 2a、2b导通，因此就需要用于所述全桥电路的上半部分中的两个FET的电荷泵电路。全桥电路的下半部分中的FET的漏极与电阻器7相连接，以提供用于检测电机绕组1所抽取电流的输出。该电阻器7与IC4的电流检测输入端相连接。n型FET可以由p型FET代替，但是p型FET较贵，不容易应用且没有n型FET效率高。
图1的电路和其他常规的电机控制电路存在一些问题，其中，上述电路使用电荷泵电路来驱动FET 2a、2b，并且使用线性DC-DC电压调节器来为控制电路提供稳定电压。电荷泵电路需要体积大、昂贵的元件，并且在传输能量方面效率较低。在电机控制应用中，线性DC-DC电压调节器电路必须针对宽的输入电压范围来产生稳定的电压。与这种需求相伴的是导致了在高电源电压电平下低效的设计。实际上，电压调节器必须超额工作以驱动电荷泵电路，由此导致电压调节器产生太多需要散掉的能量。即便不考虑必须散发来自超额工作的电压调节器的热量，从容纳电机及其相关控制电路的外壳的边界散热也总是不便的。
发明内容
本发明的一个目的是力求克服上述困难，并且提供一种不需要使用电荷泵电路的电机控制电路。
因此，本发明的一个方面是提供一种用于控制电机的电机控制电路，该电路包括一隔离式开关电源，该开关式电源可操作地驱动一全桥开关晶体管装置，其中，该开关晶体管装置可与要受控的电机的绕组相连接，并且其中，该开关晶体管装置包括：构成全桥上部的第一组晶体管和构成全桥下部的第二组晶体管，该第一组晶体管由开关式电源的第一输出驱动，而第二组晶体管由开关式电源的第二输出驱动。
优选地，全桥开关晶体管装置包括具有多个FET的一全桥。
优选地，多个隔离式开关电源输出中的一个与一具有预定电压的电源干线连接，使得有效的电压输出是隔离式开关电源电压输出和所述预定电压之和。
比较有利的是，多个隔离式开关电源输出中的每一个与一具有相应预定电压的电源干线相连接，使得相应输出的有效电压输出是相应的隔离式开关电源电压输出和相应预定电压之和。
比较便利的是，开关晶体管装置包括构成全桥上部的第一组晶体管和构成全桥下部的第二组晶体管，该第一组晶体管通过具有多个开关晶体管和多个分电器的一阵列连接到开关式电源的第一输出。
附图说明
为了使本发明更容易理解，将参照附图以示例的方式对其具体实施例进行说明，其中：
图1是常规电机控制电路的电路示意图；和
图2是具体实现本发明的电机控制电路的电路示意图。
具体实施方式
本发明省掉了在常规电机控制电路中使用并且如图1的常规电机控制电路中所示的存在问题的电荷泵电路3a、3b。图2示出一具体实现本发明的电机控制电路，与图1中相同的元件具有相同的标号。
参照图2，电荷泵电路由开关式电源10替代。开关式电源(开关电压调节器)在本领域内是公知的，其优势在于可以适应较大的输入电压范围，并且以相对较高的效率工作。过去，这种方法没有在电机驱动电路中使用，特别是没有在使用一体化电子技术的电机中应用，其原因在于成本较贵并且需要相对大量的元件。还没有注意到开关式电源可被考虑或者可有效地用在电机控制电路中，用于驱动FET 2a、2b，并且为控制电路提供稳定的电压。实际上，开关式电源并未在电机控制电路中使用。当然也没有注意到可以将开关式电源用作一种手段，从而避免了在电机控制电路中电压调节器和电荷泵电路的组合使用。当然，开关式电源典型地仅用在更高功率的AC电源应用中。
该开关式电源变压器10包括一初级绕组11，该初级绕组11与开关晶体管12串联地跨接上电源电压干线和下电源电压干线，以便提供引入的AC电源。该初级绕组与两个次级绕组13、14感应地耦合，每个次级绕组13/14都配备有一正向偏置的二极管电桥15a，15b和体电容16a，16b，体电容16a，16b与负载(即，FET 2a、2b，其由通过二极管15a的上绕组和一由通过二极管15b的下绕组提供的稳定控制电路电压来驱动)并联。跨过体电容16a、16b的相应电压包括电源输出17、18。
具体来说，开关式电源输出17、18是隔离的，其中一个输出17与上电源电压干线相连，以便其输出是一高出上干线电压的预定电压。另一输出18与下干线(0伏)相连，使得其输出是一高出下干线电压的预定电压。在该示例中，预定电压高出上干线电压和下干线电压12伏。根据电机的需求，可将上干线电压选择为18到75伏DC之间的任何值，并且可以在这些极限值之间波动。
与全桥下半部分中的FET 2c、2d的连接相对图1所示的示例保持不变，而将与全桥上半部分中的FET 2a、2b的连接改为经由传统电平移动电路中的多个开关晶体管和多个分压器的一阵列与开关式电源10的上输出17相连，使得FET 2a、2b被合适地驱动以控制电机绕组1。类似地，开关式电源10的另一输出18产生一稳定的控制电路电压，并且通过控制器IC4来驱动全桥下半部分中的FET 2c、2d。
在本说明书中，“包括”意指“包括或由……组成”。

Claims (7)

1.一种用于控制电机的电机控制电路，该电路包括一隔离式开关电源，该隔离式开关电源可操作地驱动一全桥开关晶体管装置，其中，该开关晶体管装置可与要控制的电机的绕组相连，并且其中，该开关晶体管装置包括：
构成全桥上部的第一组晶体管和构成全桥下部的第二组晶体管，该第一组晶体管由开关式电源的第一输出驱动，而该第二组晶体管由开关式电源的第二输出驱动。
2.根据权利要求1所述的电路，其中，全桥开关晶体管装置包括具有多个FET的一全桥电路。
3.根据权利要求1或2所述的电路，其中，多个隔离式开关电源输出中的一个输出与一具有第一预定电压的电源干线相连，使得该输出的有效的电压输出是该隔离式开关电源电压输出与该预定电压的和。
4.根据权利要求1或2所述的电路，其中，多个隔离式开关电源输出中的每一个与一具有相应预定电压的电源干线相连，使得相应输出的有效电压输出是相应的隔离式开关电源电压输出与相应预定电压的和。
5.根据权利要求1至2中任何一个所述的电路，其中，开关晶体管装置包括构成全桥上部的第一组晶体管和构成全桥下部的第二组晶体管，该第一组晶体管经由具有多个开关晶体管和多个分压器的一阵列连接到隔离式开关电源的第一输出。
6.根据权利要求3所述的电路，其中，开关晶体管装置包括构成全桥上部的第一组晶体管和构成全桥下部的第二组晶体管，该第一组晶体管经由具有多个开关晶体管和多个分压器的一阵列连接到隔离式开关电源的第一输出。
7.根据权利要求4所述的电路，其中，开关晶体管装置包括构成全桥上部的第一组晶体管和构成全桥下部的第二组晶体管，该第一组晶体管经由具有多个开关晶体管和多个分压器的一阵列连接到隔离式开关电源的第一输出。
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