CN1021098C - 无电刷直流电机操纵电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种配备有微处理机的无电刷直流电机操纵电路，包括逻辑电路、执行模块和用作为驱动电路的半桥元件。其中和半桥相连接的执行模块，各包含有分别由两个执行逻辑电路推动的两个变压器，所述变压器的后面分别接有半桥中两个开关晶体管之一，还包括有由另一分离的执行逻辑电路所推动的第三个变压器，所述第三变压器产生两个负的辅助电压，用以阻塞所述开关晶体管。这种电路具有高压和控制部分隔离、动作可靠的优点。

Description

本发明涉及一种由微处理机控制的无电刷直流电机操纵电路，所述电机具有三相型绕阻，特别是用以驱动工业缝纫机的无电刷直流电机操纵电路。

无电刷直流电机以前只适用於低功率执行机构以及负荷变动较少的设施。目前，快速电子操纵使得这种电机亦适用于负荷变化频繁的大功率执行机构，特别是例如工业缝纫机。在欧洲专利申请EP-OS    81    684中描述了这一种直流电机。在这种直流电机中，控制部分及高压部分之间的隔离，通常是由光耦合器来实现的。其中动作信号是单独地直接传递到输出级的开关晶体管的。这种电路实现起来比较复杂，要求对可能产生的过荷现象附设特别的安全监控电路，因为软件不能通过所配备的微处理机而保障输出级可靠地自动阻塞。

基于上述情况，本发明的目的是设计一种前述类型的电路，使得一方面控制数据能在高安全度操作下可靠地传输，另一方面动力部分的电流隔离亦得以实现。

这一个目的可按照本发明这样地实现。使直流电机的三个绕阻分别和三个半桥连接，三个半桥中的每一个又和一个执行模块连接。每一个执行模块包括两个能由逻辑电路推动的变压器，每个半桥包括有两个开关晶体管，每个所述开关晶体管分别配置在一个所述变压器的后面。另外，所述执行模块还包括第三个变压器，该变压器有两个单独的二次绕阻，并由单独设置的一个逻辑电路所推动，所述二次绕阻产生两个负的辅助电压，用以阻塞相应半桥中的开关晶体管。半桥中的开关晶体管，宜采用场效应管或者所谓内装栅极型晶体管（installed-gate-transistor）。为了产生所述辅助电压，所述第三个变压器的两个二次绕阻的输出端分别经由一个二极管而接到一个电容器上，对所述电容器进行充电。这样产生的两个辅助电压，分别经由配置于一个电容器的后面的电阻而对配置于所述第一、二 个变压器后面的晶体管提供偏置，藉此将负电压传递至和所述第一、二个变压器的次级绕阻并接的电阻上，进一步传递至每个半桥中两个开关晶体管之一的输入端口。利用上述辅助电压来操纵所述开关晶体管，能保证可靠的阻塞。

本发明所述操纵电路中的时钟脉冲信号的频率，宜采用1兆赫数量级，带宽约为500千赫。在这样的高频下，不会产生声频响声。

由于在执行模块中采用了三个变压器，实现了控制侧和高压侧的隔离。在所述执行模块和半桥的可靠控制下，直流电压被以不同方式交替地加至电机的三个绕阻中，实现了所谓30°换向（commutation）和60°换向。

本发明所述无电刷直流电机操纵电路，许可换向所需的开关信息采用和动力传递相同的通道，这不仅使电路结构较为简单，并且亦能保障在发生误动作时可靠地切断输出级。另外，电路具有对称的结构，利用辅助电压来操纵半桥中的开关晶体管，能保障阻塞状态下的可靠的联锁。开关晶体管采用场效应管一类器件，能在几乎无功耗的情况下迅速地传递大电流信号，因此能在动作简单的前提下实现高开关频率的信号传输。

附图说明如下：图1为本发明所述电路的主要部件的部分示意式线路图;图2为一个半桥所配备的执行模块的简化线路图;图3为与半桥中的一个晶体管相连接的执行模块输出端电压波形图。

以下结合附图，详细叙述本发明所述无电刷直流电机操纵电路。

本发明所述操纵电路，适用于图1所示无电刷直流电机DM1，该电机具有三相型绕阻W₂、W₃、W₄。所述绕阻W₂、W₃、W₄藉作为驱动电路的半桥1、2、3被交替地接通，来实现众所周知的30°换向及60°换向。在这些半桥的输入端口4和5所施加的直流高压，经半桥而传输至绕阻W₂、W₃和W₄，电流或者流过绕阻W₂和W₃，W₂和W₄，W₃和W₄（产生60°换向），或者流过绕阻W₂-W₃-W₄，W₃-W₂-W₄，以及W₄-W₂-W₃，以提高力矩的利用率并降低其波动性（产生30°换向）。

每一个半桥1、2或3包括两个开关晶体管TA及TB，这些半桥由前面分别接有逻辑电路L₁、L₂、L₃的执行模块M₁、M₂、M₃来推动。逻辑电路L₁、L₂、L₃分别具有输入端口TA₁、TB₁，TA₂、TB₂和TA₃、TB₃，以及一个时钟信号的输入端CK。为便于明白起见，图中略去了图2所示微处理机6的逻辑输入端LO，为快速切断输出级而设的允许输入端EN，以及15伏电源电压的输入端VCC和接地端GND。

图2所示为其中一个包含有逻辑电路的执行模块，比如包含有逻辑电路L₁的执行模块M₁。逻辑电路L₁，包括一个输入逻辑电路L，用来推动第一个变压器T₁的执行逻辑电路LA₁，用来推动第二个变压器T₂的执行逻辑电路LB₁，以及用来推动第三个变压器T₃使之产生辅助电压的执行逻辑电路LH。

前置输入逻辑电路L、执行逻辑电路LA₁、LB₁和LH，均包含有与门、放大器以及开关级，以便通过微处理机而实现所需的换向，正如欧洲专利EP-OS 81 684所描述那样。为简化起见，有关这种电路的结构以及各部件的动作原理，在此不再详述。

主要包括逻辑电路L₁的控制部分和主要包括半桥1、2、3的动力部分之间的完全的电流隔离，藉助于变压器T₁、T₂和T₃而得以实现。

执行逻辑电路LA₁、LB₁和LH的输出端，分别接至变压器T₁、T₂和T₃的初级绕阻8、9、10。变压器T₁和T₂的次级绕阻11、12，分别接至结构相同的电路，所述电路分别具有输出电阻R₁₂和R₂₂，该二电阻分别并接在图1所示TA_G、TA_S和TB_G、TB_S之间，藉以接至半桥1、2和3。

变压器T₃具有两个互相隔离的次级绕阻13、14，所述次级绕阻分别经由二极管D₁₃、D₁₄而向电容C₁₃、C₁₄充电，以便产生两个辅助电压U₂₁、U₂₂。电压U₂₁、U₂₂出现在电阻R₃和R₄的两端。

在变压器T₁、T₂的次级绕阻11、12後面接有晶体管T₉和T₁₂， 上述辅助电压U₂₁及U₂₂，经由电阻R₁₅、R₁₆而向晶体管T₉、T₁₂提供偏置电压，使得晶体管T₉、T₁₂分别向输出电阻R₁₂、R₂₂提供一个负电压，而该负电压即可阻塞半桥1。图3所示为执行模块输出端（比如TA_G和TA_S之间）的电压波形，当电压为正或负时，相应半桥中的开关晶体管就导通或截止。

例如，如果要使开关晶体管TB这一桥臂动作，开关信号经由输入端TB输入，并藉由位于逻辑电路L内的集成块15、16所组成的联锁电路而馈送至执行逻辑电路LB₁内的集成块17之输入端。时钟脉冲信号被接通，并藉助于输出级T₁₂，被传送至高频变压器T₂的次级，在电容C₁₀上形成电压。电容C₁₀上的电压是并接于输出电阻R₂₂上的，该电压在最初几个时钟脉冲周期内被建立起来，随後跨过晶体管T₁₀，形成相应的正电压U₁₀，该正电压U₁₀经由输出端TB_G，进一步施加到半桥1的开关晶体管TB上。

以上所描述虽为本发明之较佳实施例，但是很明显，本行中等技述人员在不脱离本发明实质的前提下，可以作出各种修改或变换。因此，所有这样的修改及变换，均应视为属于本发明所包括的范围之内。

Claims (4)

1、一种藉助于微处理机对具有三相型绕阻的无电刷直流电机进行操纵的电路，特别是用以驱动工业缝纫机的直流电机的操纵电路，包括具有开关信号输入端及时钟脉冲信号输入端的逻辑电路、执行模块以及一个驱动电路，施加于所述驱动电路上的一个直流电压，藉助于各包含有两个开关晶体管的半桥，被交替地、以所谓30°换向或60°换向之不同形式而馈送至所述电机之诸绕阻，所述操纵电路之高压侧是和控制侧互相隔离的，其特征在于，所述各半桥中的每一个半桥(1、2、3)包括的两个开关晶体管，由一前面接有一逻辑电路的执行模块(M₁、M₂、M₃)来推动，所述每一逻辑电路，包括一个用来推动其中所包含的第一个变压器(T₁)的执行逻辑电路(LA₁)，一个用来推动其中所包含第二个变压器(T₂)的执行逻辑电路(LB₁)，以及一个用来推动其中所包含第三个变压器(T₃)以产生辅助电压的执行逻辑电路(LH)，其中所述第三个变压器(T₃)，具有两个互相隔离的次级绕组(13、14)，所述二次级绕阻(13、14)，分别产生一个辅助电压(U₂₁、U₂₂)，用以阻塞对应的半桥。

2、如权利要求1所述无电刷直流电机操纵电路，其特征在于，所述半桥中的开关晶体管，为场效应管或内装栅极型晶体管。

3、如权利要求1所述无电刷直流电机操纵电路，其特征在于，所述执行模块所包括的第三个变压器（T₃）所具有的两个互相隔离的次级绕组（13、14），分别经由一二极管（D₁₃、D₁₄）而向一电容（C₁₃、C₁₄）充电，产生一个辅助电压（U₂₁、U₂₂），所述辅助电压（U₂₁、U₂₂），分别经一电阻（R₁₅、R₁₆）而向一晶体管（T₉、T₁₂）提供偏置电压，二晶体管（T₉、T₁₂）分别向其输出电阻（R₁₂、R₂₂）提供一个负电压，以阻塞相应的半桥，所述第一及第二变压器（T₁、T₂）的次级绕阻（11、12），分别接至结构相同的电路，所述电路分别具有一输出电阻（R₁₂、R₂₂），该二输出电阻即上述晶体管（T₉、T₁₂）的输出电阻。

4、如权利要求1所述操纵电路，其特征在于，所述时钟脉冲信号的频率具有1兆赫的数量级。

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