CN102447430B

CN102447430B - 电源电路

Info

Publication number: CN102447430B
Application number: CN201110261784.XA
Authority: CN
Inventors: 王恩晖; 孙持平; 信飞
Original assignee: Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
Current assignee: Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2031-09-06
Also published as: DE102011114421A1; US8624535B2; CN102447430A; US20120081052A1

Abstract

本发明实施例公开电源电路，包括第一、第二开关电路、及控制单元；第一开关电路的第一开关与第二开关电路的第二开关形成第一开关对，第一开关电路的第二开关与第二开关电路的第一开关形成第二开关对；控制单元用于控制第一开关对与第二开关对交替导通，包括具有第一至第四焊接点的线路板；其中第一至第四焊接点与信号输入端、反相器的输出端、第一开关电路中第二开关的控制输入端、及第二开关电路中第二开关的控制输入端电连接；第一导电体焊接于第一、第四焊接点，第二导电体焊接于第二、第三焊接点；或者，第一导电体焊接于第一、第三焊接点，第二导电体焊接于第二、第四焊接点。该电路的通用性较好，可靠性较高、电路结构简单、且成本较低。

Description

电源电路

技术领域

本发明涉及电源电路，尤其涉及可用于为电机供电的桥式电源电路。

背景技术

图1示出现有技术中一种H桥式电源电路，包括第一半桥电路11和第二半桥电路12，电机M设于桥式电路的横臂，第一、第二半桥电路中的开关K1～K4在控制信号SN1～SN4的控制下导通或截止。该电路的工作原理如下：当开关K1、K4导通而K2、K3截止时，电流从节点a1流向节点a2；当开关K1、K4截止而K2、K3导通时，电流从节点a2流向节点a1；这样，电流以交流方式流经电机M，从而驱动其工作。

在例如两个风扇具有弯曲方向相反的叶片的不同应用中，要求电机M相应地输出相反方向的旋转。通常希望电机的电源电路具有较好的通用性，即当电机用于上述旋转相反方向的不同应用时，对其电源电路的修改尽可能少。

发明内容

本发明实施例的一方面提供一种电源电路，包括：第一开关电路和第二开关电路；每一开关电路包括第一开关和第二开关，每一开关具有电流输入端、控制输入端和电流输出端，每一开关的控制输入端接收一信号以控制开关导通或截止；每一开关电路的第一开关的电流输出端与第二开关的电流输入端电连接，第一开关的电流输入端接一较高电压，第二开关的电流输出端接一较低电压；第一开关电路的第一开关与第二开关电路的第二开关形成第一开关对，第一开关电路的第二开关与第二开关电路的第一开关形成第二开关对；与所述第一、第二开关电路的两个第二开关的两电流输入端电连接的两个端子用于连接一电机；以及，用于控制所述第一开关对的两开关与第二开关对的两开关交替导通的控制单元，所述控制单元包括一用于接收开关控制信号的信号输入端、及用于对所述开关控制信号进行反相的反相器；其中：所述控制单元还包括具有第一至第四焊接点的线路板、及第一导电体和第二导电体；其中：第一焊接点与所述信号输入端电连接，第二焊接点与所述反相器的输出端电连接，第三焊接点与第一开关电路中第二开关的控制输入端电连接，第四焊接点与第二开关电路中第二开关的控制输入端电连接；第一导电体的两端分别焊接于第一焊接点和第四焊接点，第二导电体的两端分别焊接于第二焊接点和第三焊接点；或者，第一导电体的两端分别焊接于第一焊接点和第三焊接点，第二导电体的两端分别焊接于第二焊接点和第四焊接点。

较佳的，所述控制单元还包括第一延时单元和第二延时单元用于彼此独立地延迟所述第一开关电路和第二开关电路中两个第二开关的导通。

较佳的，所述控制单元还包括串接于第三焊接点与第一开关电路的第二开关的控制输入端之间的第一延时单元和串接于第四焊接点与第二开关电路的第二开关的控制输入端之间的第二延时单元。

较佳的，所述控制单元还包括串接于所述信号输入端与反相器的输入端之间的第一隔离单元、及串连于所述信号输入端与第一焊接点之间的第二隔离单元。

较佳的，所述第一、第二开关电路至少其中之一电路的第一开关的状态跟随其中之另一电路的第二开关的状态变化。

较佳的，所述第一、第二开关电路至少其中之一电路的第一开关的控制输入端经一限流单元与其中之另一开关电路的第二开关的电流输入端连接。

较佳的，所述控制单元还包括串接于第一隔离单元与反相器之间的降压单元。

较佳的，所述隔离单元为具有PN结的电子元件、高输入阻抗运算放大器或光学晶体管。

较佳的，所述第一、第二延时单元为电阻电容RC电路，所述RC电路中的电容为相应第二开关自身的杂散电容。

较佳的，所述电源电路还包括用于检测所述电机的转子位置的位置检测单元，所述位置检测单元与所述信号输入端电连接以提供所述开关控制信号。

根据本发明实施例，需要为具有相反旋转方向的不同应用提供驱动电机时，只需将电机的电源电路中第一、第二导电体按预定方式焊接到四个预留的焊接点即可，而无需对电源电路做其他修改，因此本发明实施例的电源电路具有较好的通用性。另外，本发明实施例可通过简单的电路避免开关被击穿电流损坏，提高负载运行的可靠性。进一步的，不需为上桥臂开关K1、K3额外配置驱动电路，因此，电路结构简单，成本较低。

为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1示出现有技术中一种电机装置的电路结构；

图2示出本发明一实施例的电源电路的第一种连接方式；

图3示出本发明一实施例的电源电路的第二种连接方式；

图4是图2所示连接方式的死区时间示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。

图2示出本发明一实施例的电源电路20的第一种连接方式，所述电源电路包括第一开关电路21、第二开关电路22、及控制单元23。

第一开关电路21具有两开关K1和K2，第二开关电路22具有两开关K3和K4，每一开关具有电流输入端、控制输入端和电流输出端。本实施例中，开关K1、K3为PNP型三极管，开关K2、K4为N沟道场效应管。开关K2、K4的源极作为电流输出端O2、O4接一较低电压(本实施例中为地)，漏极作为电流输入端I2、I4，门极作为控制输入端C2、C4接收控制信号以控制开关K2、K4导通或截止。开关K1、K3的发射极作为电流输入端I1、I3接一较高电压(本实施例中为直流电源Vdd)，基极作为控制输入端C1、C3经限流单元(本实施例中为电阻R1、R2)接至开关K4、K2的电流输入端I4、I2，集电极作为电流输出端O1、O3与开关K2、K4的电流输入端I2、I4电连接。电源电路20还包括分别与开关K2、K4的电流输入端I2、I4连接的两个端子T1、T2，无刷直流电机M连接于两个端子T1、T2之间。本实施例中，电源电路还包括位置检测单元(如霍尔元件或光学编码器)24，用于检测电机M的转子位置。

控制单元23用于控制开关K1～K4，使开关K1、K4与开关K2、K3交替导通，从而使电流以交流方式流经电机M。控制单元23包括用于接收开关控制信号S0的信号输入端n1、用于对开关控制信号S0进行反相的反相器、具有第一至第四焊接点S1～S4的线路板、及第一导电体25和第二导电体26。较佳的，控制单元23与第一、第二开关电路21和22的各电子元件可集成在所述线路板上，第一至第四焊接点S1～S4为在所述线路板上形成的焊盘。进一步的，信号输入端n1与反相器的输入端n2之间接有第一隔离单元和降压单元，反相器的输出端n3与第二焊接点S2电连接。信号输入端n1与第一焊接点S1之间接有第二隔离单元。第三焊接点S3与开关K2的控制输入端C2之间串接有第一延时单元用于延迟开关K2的导通，第四焊接点S4与开关K4的控制输入端C4之间串接有第二延时单元用于延迟开关K4的导通。第一隔离单元和第二隔离单元用于隔离第一延时单元和第二延时单元，使两延时单元产生的延迟时间彼此独立，互不影响。

在本实施例中，信号输入端n1可接收位置检测单元24输出的检测信号作为开关控制信号S0，此时不需额外电路来产生开关控制信号S0，可降低电路成本。第一延时单元包括串接于Vdd与开关K2的控制输入端C2之间的电阻R3，第二延时单元包括串接于Vdd与开关K4的控制输入端C4之间的电阻R4，电阻R3、R4分别与N沟道场效应管K2、K4自身的杂散电容(图中未示出)形成RC延时电路，以利用其充电过程延迟开关K2、K4的导通；由于不需为延时单元额外配置电容，因此有助于控制电源电路的大小及成本。第一隔离电路包括硅二极管D1，其负极与信号输入端n1连接。第二隔离电路包括硅二极管D2，其负极与信号输入端n1连接，正极与第一焊接点S1连接。降压单元包括电阻R6和电阻R7，电阻R6的一端作为降压单元的输入端n4连接硅二极管D1的正极，另一端与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接地，电阻R7与电阻R6的联结点n2为降压单元的输出端。电阻R5串接于Vdd与降压单元的输入端n4之间。反相器包括NPN型三极管K5，三极管K5的集电极作为反相器的输出端n3与第二焊接点S2连接，发射极接地，基极与降压单元的输出端n2连接。本实施例中，降压单元主要用于避免二极管D1导通时开关K5误导通，同时应避免当降压单元的输入端n4的电位被电阻R5上拉为高电平时，将输出端n2处的电位过度降至低于开关K5的导通电压。

在图2所示的第一种连接方式中，第一导电体25的两端焊接于第一焊接点S1和第四焊接点S4使二极管D2的正极与开关K4的控制输入端C4电连接，第二导电体26的两端焊接于第二焊接点S2和第三焊接点S3使反相器的输出端n3与开关K2的控制输入端C2电连接。第一导电体25和第二导电体26例如可以是导线或小阻值电阻。

一并参阅图4，在上述第一种连接方式中，当开关控制信号S0为高电平时，二极管D1截止，节点n4被电阻R5拉高为高电平，开关K5的基极为高电平使开关K5导通，节点n3被拉低为低电平后，开关K2的控制输入端也为低电平使开关K2截止；另一方面，S0为高电平时，二极管D2也截止，开关K4的控制输入端C4被电阻R4拉高为高电平使开关K4导通，开关K4的电流输入端I4被拉低为低电平使开关K1导通后，开关K1的电流输出端O1被拉高为高电平使开关K3截止。在此过程中，电阻R4与开关K4的杂散电容形成RC延时电路延迟开关K4的导通，在开关K4与开关K2之间形成死区时间t1，即开关K4的导通较开关K2的截止延迟t1。并且，由于二极管D1、D2截止，开关K4的导通延迟时间由电阻R4和开关K4的杂散电容独立决定，而不受节点n4处电位的影响。当开关控制信号S0为低电平时，二极管D2导通，开关K4的控制输入端C4为低电平使开关K4截止；另一方面，S0为低电平时，二极管D1也导通，节点n4为低电平，开关K5截止，开关K2的控制输入端C2被电阻R3拉高为高电平使开关K2导通，开关K2的电流输入端I2被拉低为低电平使开关K3导通后，开关K3的电流输出端O3被拉高为高电平使开关K1截止。在此过程中，电阻R3与开关K2的杂散电容形成RC延时电路延迟开关K2的导通，在开关K2与开关K4之间形成死区时间t2，即开关K2的导通较开关K4的截止延迟t2，且开关K4的导通延迟时间由电阻R3和开关K2的杂散电容独立决定。综上，开关K4、K2在开关控制信号S0的控制下交替导通，而开关K1、K3的状态与开关K4、K2一致变化，因此使电流以交流方式流经电机M，驱动其工作。

图3示出本发明实施例的电源电路20的第二种连接方式，与图2所示的第一种连接方式相比，图3中，第一导电体25的两端焊接于第一焊接点S1和第三焊接点S3使二极管D2的正极与开关K2的控制输入端C2电连接，第二导电体26的两端焊接于第二焊接点S2和第四焊接点S4使反相器的输出端n3与开关K4的控制输入端C4电连接。在此连接方式下，当开关控制信号S0为高电平时，开关K5导通，节点n3被拉低为低电平后使开关K4截止；另一方面，S0为高电平时，二极管D2截止，开关K2的控制输入端C2被电阻R3拉高为高电平使开关K2导通，进而使开关K3导通，开关K1截止。当开关控制信号S0为低电平时，二极管D2导通，开关K2的控制输入端C2为低电平使开关K2截止；另一方面，S0为低电平时，开关K5截止，开关K4的控制输入端C4被电阻R4拉高为高电平使开关K4导通，并进而使开关K1导通，开关K3截止。

按上述分析，在第一种连接方式中，当S0为高电平时，开关对K4和K1导通，开关对K2和K3截止，S0为低电平时，开关对K2和K3导通，开关对K4和K1截止；而在第二种连接方式中，当S0为高电平时，开关对K2和K3导通，开关对K4和K1截止，S0为低电平时，开关对K4和K1导通，开关对K2和K3截止。即，开关控制信号S0的电平相同的情况下，上述两种连接方式会导致不同的开关对导通。本领域普通技术人员知道，首次流过电机的电流方向不同时电机的旋转方向也不同。换句话说，如果电源电路通电后，首次被导通的开关对从K1、K4变化为K2、K3，首次流过电机的电流方向将从由T1流向T2变化为由T2流向T1，从而使得电机M产生的旋转方向也相反。根据本发明，需要为具有相反旋转方向的不同应用提供驱动电机时，只需将电机的电源电路中第一、第二导电体按预定方式焊接到四个预留的焊接点即可，而无需对电源电路做其他修改，因此本发明实施例的电源电路具有较好的通用性。

另外，本发明实施例可通过简单的电路实现下桥臂开关K2和K4间两个死区时间t1、t2的独立调整，进而避免开关K1和K2、或开关K3和K4同时导通，因此可避免开关被击穿电流损坏，提高电机运行的可靠性。进一步的，由于不需为开关K1，K3额外配置驱动电路，因此，电路结构简单，成本较低，由于所使用的半导体器件的数量更少，还可提高电路的可靠性并降低电路能耗。

可以理解的，在本发明更多实施例中，电源电路中也可以不配置位置检测单元，此时，开关控制信号S0可由其他信号源提供；电机也可以是除无刷直流电机之外的其他适合的类型；开关K1～K5的配置不仅限于上述实施例，例如还可以是三极管、具有反并二极管的绝缘栅双极晶体管(IGBT)、场效应晶体管(MOSFET)、门极可关断开关晶闸管(GTO)等。采用三极管实现时，可为三极管配置反并二极管，以在开关K1～K4的导通或截止状态发生变化时形成放电通路释放可能在电负载两端形成的反向电动势，从而避免损坏开关。降压单元也可采用其他方式实现，例如只包括电阻R6，或者以一个二极管代替电阻R6等。进一步，也可分别在开关K2、K4的控制输入端与地之间设置独立的电容以形成延时单元。另外，第一、第二隔离单元也可由其他类型的具有PN结的电子元件实现，如可采用肖特基二极管，或者也可利用晶体管的基极发射极间的PN结或场效应管的体二极管(body diode)等。当使用肖特基二极管，由于该类二极管的导通电压较开关K5的导通电压小，此时，可不配置降压单元。当然，还可采用其他类型的适合的电子元件，如高输入阻抗运算放大器或光学晶体管等。

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。

Claims

1.一种电源电路，包括：

第一开关电路和第二开关电路；每一开关电路包括第一开关和第二开关，每一开关具有电流输入端、控制输入端和电流输出端，每一开关的控制输入端接收一信号以控制开关导通或截止；每一开关电路的第一开关的电流输出端与第二开关的电流输入端电连接，第一开关的电流输入端接一较高电压，第二开关的电流输出端接一较低电压；第一开关电路的第一开关与第二开关电路的第二开关形成第一开关对，第一开关电路的第二开关与第二开关电路的第一开关形成第二开关对；

与所述第一、第二开关电路的两个第二开关的两电流输入端电连接的两个端子用于连接一电机；以及，

用于控制所述第一开关对的两开关与第二开关对的两开关交替导通的控制单元，所述控制单元包括一用于接收开关控制信号的信号输入端、及用于对所述开关控制信号进行反相的反相器；其特征在于：

所述控制单元还包括具有第一至第四焊接点的线路板、及第一导电体和第二导电体；其中：

第一焊接点与所述信号输入端电连接，第二焊接点与所述反相器的输出端电连接，第三焊接点与第一开关电路中第二开关的控制输入端电连接，第四焊接点与第二开关电路中第二开关的控制输入端电连接；

第一导电体的两端焊分别接于第一焊接点和第四焊接点，第二导电体的两端分别焊接于第二焊接点和第三焊接点；或者，第一导电体的两端分别焊接于第一焊接点和第三焊接点，第二导电体的两端分别焊接于第二焊接点和第四焊接点；

所述第一、第二开关电路至少其中之一电路的第一开关的状态跟随其中之另一电路的第二开关的状态变化。

2.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述控制单元还包括第一延时单元和第二延时单元用于彼此独立地延迟所述第一开关电路和第二开关电路中两个第二开关的导通。

3.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述控制单元还包括串接于第三焊接点与第一开关电路的第二开关的控制输入端之间的第一延时单元和串接于第四焊接点与第二开关电路的第二开关的控制输入端之间的第二延时单元。

4.如权利要求3所述的电源电路，其特征在于，所述控制单元还包括串接于所述信号输入端与反相器的输入端之间的第一隔离单元、及串连于所述信号输入端与第一焊接点之间的第二隔离单元。

5.如权利要求1所述的电源电路，其特征在于，所述第一、第二开关电路至少其中之一电路的第一开关的控制输入端经一限流单元与其中之另一开关电路的第二开关的电流输入端连接。

6.如权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述控制单元还包括串接于第一隔离单元与反相器之间的降压单元。

7.如权利要求4所述的电源电路，其特征在于，所述隔离单元为具有PN结的电子元件、高输入阻抗运算放大器或光学晶体管。

8.如权利要求3所述的电源电路，其特征在于，所述第一、第二延时单元为电阻电容RC电路，所述RC电路中的电容为相应第二开关自身的杂散电容。

9.如以上任一权利要求所述的电源电路，其特征在于，所述电源电路还包括用于检测所述电机的转子位置的位置检测单元，所述位置检测单元的输出端与所述信号输入端电连接以提供所述开关控制信号。