CN106452222B - 电机驱动电路、电机组件和应用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电机驱动电路、电机组件和应用设备。电机驱动电路包括与电机串联于外部交流电源两端之间的双向交流开关，双向交流开关连接于第一节点和第二节点之间；整流电路；磁传感器，用于检测转子磁场并输出相应的磁感应信号；串联在整流电路的第一输入端与第一节点之间的第一压降电路和第二压降电路，第一压降电路与第二压降电路之间具有第三节点，第一压降电路连接于所述第一节点和第三节点之间；连接在第三节点与双向交流开关的控制端之间的开关电路，开关电路包括第一端、第二端、控制端及设于第一端和第二端之间的开关；以及连接在开关电路的控制端与磁传感器的输出端之间的开关控制电路。

Description

电机驱动电路、电机组件和应用设备
技术领域
本发明涉及电机驱动技术领域，尤其涉及电机驱动电路、电机组件和应用设备。
背景技术
现有一种电动机的驱动电路包括双向交流开关以及相关控制电路，所述控制电路的输入端处设置有压降电路以给控制电路内部提供较低的供电电压，所述双向交流开关的控制端的驱动电流的大小受所述压降电路控制，所述压降电路等效阻值越大，所述双向交流开关的驱动电流越小。
发明内容
本发明实施例提供一种可以提高电机驱动电路中，双向交流开关的驱动电流而不改变控制电路内部供电电压值的方案。
为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：
一种电机驱动电路，包括：
与电机串联于外部交流电源两端之间的双向交流开关，所述双向交流开关连接于第一节点和第二节点之间；
具有第一输入端和第二输入端的整流电路；
磁传感器，用于检测所述电机的转子的磁场并输出相应的磁感应信号；
串联在所述整流电路的第一输入端与所述第一节点之间的第一压降电路和第二压降电路，所述第一压降电路与第二压降电路之间具有第三节点，所述第一压降电路连接于所述第一节点和第三节点之间；
连接在所述第三节点与所述双向交流开关的控制端之间的开关电路，所述开关电路包括第一端、第二端、控制端及设于第一端和第二端之间的开关；以及
连接在所述开关电路的控制端与所述磁传感器的输出端之间的开关控制电路。
优选的，上述电机驱动电路中，所述开关控制电路被配置为：
当所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为预定的第一极性时，或当所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为与所述第一极性相反的第二极性时，使所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路导通、所述双向交流开关导通；
当所述交流电源为负半周期且转子为所述第一极性，或者所述交流电源为正半周期且所述转子为第二极性时，使所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路截止、所述双向交流开关截止。
优选的，上述电机驱动电路中，所述开关电路配置有选择性导通的第一电流通路和第二电流通路；
所述第一电流通路和第二电流通路设置于所述开关电路的第一端和第二端之间，当所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为第一极性时，所述第一电流通路导通；当所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为与所述第一极性相反的第二极性时，所述第二电流通路导通。
优选的，上述电机驱动电路中，所述第一电流通路内配置有用于控制所述第一电流通路通断的第一开关；所述第二电流通路内配置有用于控制所述第二电流通路通断的第二开关，所述第一开关和第二开关的控制端相连作为所述开关电路的控制端。
优选的，上述电机驱动电路中，所述第一开关和所述第二开关为一对互补的半导体开关。
优选的，上述电机驱动电路中，所述电机驱动电路被配置为：
当交流电源工作于正半周期、转子的磁场极性为预定的第一极性或当交流电源工作于负半周期且转子的磁场极性为与第一极性相反的第二极性时，电流先沿着经过所述第一压降电路和第二压降电路的路径流过所述开关电路的控制端，使所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路导通，再沿着经过所述第一压降电路和所述电流通路的路径流过所述双向交流开关的控制端。
优选的，上述电机驱动电路中，所述第一压降电路的等效电阻值小于第二压降电路的等效电阻值。
优选的，上述电机驱动电路中，所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路导通时流过所述第一压降电路的电流大于所述双向交流开关截止时流过所述第一压降电路的电流。
优选的，上述电机驱动电路中，包括：
所述开关控制电路被配置为，基于所述磁感应信号和所述交流电源的极性控制所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路的导通和截止。
优选的，上述电机驱动电路中，所述开关控制电路包括：
第三开关和第四开关；
所述第三开关连接在第三电流通路中，所述第三电流通路设置于所述开关电路的控制端与所述整流电路的较高电压输出端之间；
所述第四开关连接在第四电流通路中，所述第四电流通路设置于所述开关电路的控制端与所述整流电路的较低电压输出端之间。
优选的，上述电机驱动电路中，所述开关控制电路具有向所述开关电路的控制端流出电流的第一电流通路、及自所述开关电路的控制端流入电流的第一电流通路、以及连接在所述第一电流通路和第二电流通路其中一个通路中的开关，所述开关由所述磁感应信号控制，使得第一电流通路和第二电流通路选择性导通。
优选的，上述电机驱动电路中，所述第一电流通路和第二电流通路其中另一个通路中不设开关。
优选的，上述电机驱动电路中，所述开关控制电路的输入端与所述整流电路的较高电压输出端相连，输出端与所述开关电路的控制端相连；
所述磁传感器的电源输入端与所述整流电路的较高电压输出端相连，接地端与所述整流电路的较低电压输出端相连，输出端与所述开关控制电路的控制端相连。
优选的，上述电机驱动电路中，所述磁传感器被配置为：
当所述交流电源工作在正半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时或当所述交流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第一极性时，所述磁传感器的电源输入端和接地端之间通路；
当所述交流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时，所述磁传感器的控制端和接地端之间通路。
优选的，上述电机驱动电路中，所述开关控制电路被配置为：
当所述交流电源工作在正半周期且所述转子的磁场极性为第一极性时，所述开关控制电路的输入端和输出端之间通路；
当所述交流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时，所述开关控制电路的输出端和控制端之间通路。
优选的，上述电机驱动电路中，所述电机与交流电源串联于所述第一节点和第二节点之间。
优选的，上述电机驱动电路中，所述电机与所述双向交流开关串联于所述第一节点和第二节点之间。
一种电机组件，包括电机和上述的电机驱动电路。
优选的，上述电机组件中，所述电机包括定子及转子，所述定子包括定子铁心及缠绕于所述定子铁芯上的单相绕组。
一种具有如上述电机组件的应用设备。
优选的，所述的应用设备为泵、风扇、家用电器或者车辆。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不负出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1A为本申请实施例公开的一种电机驱动电路的结构示意图；
图1B为本申请另一实施例公开的一种电机驱动电路的结构示意图；
图2为本申请再一实施例公开的电机驱动电路一种开关电路的结构示意图；
图3为本申请实施例公开的电机驱动电路中一种开关控制电路的结构示意图；
图4为本申请再一实施例公开的电机驱动电路中一种开关控制电路的结构示意图；
图5A为本申请再一实施例公开的电机驱动电路中一种开关控制电路的结构示意图；
图5B为本申请又一实施例公开的电机驱动电路中一种开关控制电路的结构示意图；
图6为本申请实施例公开的电机驱动电路中的整流电路的结构示意图；
图7为本申请实施例公开的电机驱动电路中的磁传感器的结构示意图；
图8为本申请一个实施例所提供的电机组件中，电机的结构示意图。
图9A-图9F分别为本申请实施例公开的一种电机驱动组件在不同电源极性和磁场极性的电流路径示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
下面以所述电机驱动电路应用于电机中为例，对本发明实施例所提供的电机驱动电路进行说明。
如图1A和图1B所示，本发明实施例提供了一种电机驱动电路，包括：
与电机M串联于外部交流电源AC两端之间的双向交流开关100，所述双向交流开关100可以是三端双向可控硅开关(TRIAC)，所述双向交流开关100连接于第一节点A和第二节点B之间。可选的，例如图1A，所述电机M与所述交流电源AC串联后设置于所述第一节点A和第二节点B之间，或参见图1B所示，所述电机M与所述双向交流开关100串联于所述第一节点A 和第二节点B之间。可以理解，所述可控双向交流开关26也可包括由金属氧化物半导体场效应晶体管、可控硅交直流转换电路、三端双向晶闸管、绝缘栅双极型晶体管、双极结晶体管、半导体闸流管、光耦元件中的一种或多种组成的能让电流双向流过的电子开关。例如，两个金属氧化物半导体场效应晶体管可组成可控双向交流开关；两个可控硅交直流转换电路可组成可控双向交流开关；两个绝缘栅双极型晶体管可组成可控双向交流开关；两个双极结晶体管可组成可控双向交流开关。
具有第一输入端和第二输入端的整流电路200，所述整流电路200用于将所述交流电源AC输出的交流电转化为直流电后输出给后续电路。
磁传感器500，用于检测所述电机M的转子的磁场并输出相应的磁感应信号；为了更加精准的感应转子的磁场变化，所述磁传感器500靠近电机M的转子安装。
连接在所述整流电路200的第一输入端与所述第一节点A之间的压降电路300，所述压降电路300包括串联在所述整流电路200的第一输入端与所述第一节点之间的第一压降电路310和第二压降电路320，所述第一压降电路310与第二压降电路320之间具有第三节点，所述第一压降电路310连接于所述第一节点和第三节点之间，所述第一压降电路310和第二压降电路320产生所述电机驱动电路所需压降。其中，所述第一压降电路310和第二压降电路320的等效阻值的大小可以依据电路需要设定，例如，在本申请实施例公开的技术方案中，所述第一压降电路310的等效电阻值小于第二压降电路320的等效电阻值。本实施例中，所述第一压降电路310包括第一压降电阻RA，所述第二压降电路320包括第二压降电阻RB。可以理解，所述第一压降电路310和第二压降电路320b的结构并不限于此，也可采用其他适合的降压电路。
连接在所述第三节点与所述双向交流开关100的控制端之间的开关电路600，所述开关电路600包括第一端、第二端、控制端及设于第一端和第二端之间的开关。
连接在所述开关电路600的控制端与所述磁传感器500的输出端之间的开关控制电路400。所述开关控制电路400用于至少依据电机转子的磁场控制所述开关电路600第一端和第二端之间的电流通路的导通状态。
在本申请上述实施例公开的技术方案中，当所述开关控制电路400控制所述开关电路600第一端和第二端之间的电流通路导通时，该电流通路形成低阻通道，驱动电流自开关电路流过，而不再经过第二压降电路，因此，可提高所述双向交流开关100的控制端的驱动电流，在选择所述双向交流开关100可选择控制端驱动电流较大的双向交流开关，另一方面，控制端驱动电流大的双向交流开关能够经受的负载电流也相应较大，进而满足了对于大负载电流双向交流开关应用的要求。
本发明实施例中，开关电路使得双向交流开关具有较高的驱动电流，从而令开关控制电路能够驱动更大额定电流的双向交流开关。
在本申请上述实施例公开的技术方案中，所述双向交流开关100也可由其他类型的合适的开关实现，例如可以包括反向并联的两个硅控整流器，并设置相应的控制电路，依据所述开关控制电路的输出端的输出信号经所述控制电路按照预定方式控制这两个硅控整流器。
本发明实施例中，所述开关控制电路400可被配置为：
当所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为预定的第一极性时，或当所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为与所述第一极性相反的第二极性时，使所述开关电路600的第一端和第二端之间的电流通路导通，并使得所述双向交流开关100导通，当所述交流电源为负半周期且转子为所述第一极性，或者所述交流电源为正半周期且所述转子为第二极性时，使所述开关电路600的第一端和第二端之间的电流通路截止，同时使得所述双向交流开关100截止。
值得说明的是，本发明实施例中，在所述双向交流开关100导通时，所述电网电源可以工作在正半周期也可工作在负半周期，对此，所述开关电路600内配置有通过设置在所述第一端和第二端之间的开关，选择性导通的第一电流通路和第二电流通路。
在本申请提供的各个实施例中，电机与交流电源串联于第一节点A和第二节点B之间时，所述第一电流通路和第二电流通路的等效电阻相对于所述 第二压降电路320而言，可以忽略不计，此时，当所述第一电流通路或第二电流通路导通后，所述第二压降电路320中无电流流过。
所述第一电流通路和第二电流通路设置于所述开关电路600的第一端和第二端之间，当所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为第一极性时，所述第一电流通路导通，此时电流由所述开关电路600的第一端流入、经过所述第一电流通路后由所述开关电路600的第二端流出；当所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为与所述第一极性相反的第二极性时，所述第二电流通路导通，此时电流由所述开关电路600的第二端流入、经过所述第二电流通路后由所述开关电路600的第一端流出。
值得说明的是，参见图2，本发明实施例中，所述第一电流通路内配置有用于控制所述第一电流通路通断的第一开关K1；所述第二电流通路内配置有用于控制所述第二电流通路通断的第二开关K2，所述第一开关K1和第二开关K2的控制端相连后作为所述开关电路600的控制端。在一个较佳实施例中，所述第一开关K1和所述第二开关K2可以设置为一对互补的半导体开关，例如，所述第一开关K1为NPN型半导体开关，所述第二开关K2为PNP型半导体开关。当所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为第一极性时，所述开关控制电路400控制所述第一开关K1导通，使得所述第一电流通路导通，当所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为第二极性时，所述开关控制电路400控制第二开关K2导通，使得所述第二电流通路导通。
值得说明的是，本发明实施例中，交流电源在过零后其电流由0逐步增大或变小，因此，所述电机驱动电路在所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为第一极性时，或者所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为第二极性时，在交流电源刚过零的一小段时间内，其加载到所述第一开关K1和第二开关K2上控制端的电压或电流不足以使得所述第一开关K1和第二开关K2导通。因此，在所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为第一极性时以及所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为第二极性时，所述电机驱动电路在不同的时间阶段内具有不同的电流路径。在一个实例中，所述电机驱动电路被配置为：
交流电源工作于正半周期、转子的磁场极性为预定的第一极性时，当第一开关K1尚未达到导通条件时(所述第一开关K1未饱和)，所述交流电源输出的电流信号沿第一电流路径依次经过所述第一压降电路310、第二压降电路320、整流电路200、开关控制电路400、开关电路600中的第一电流通路流入双向交流开关100的控制端；随着电流流过第一开关K1的基极和发射极，第一开关导通，所述交流电源输出的电流信号沿第二电流路径依次第一压降电路310、开关电路600中的第一电流通路流入双向交流开关100的控制端，由于所述第一电流通路和第二电流通路中的等效电阻相对于所述第二压降电路320而言可以忽略不计，因此所述第一电流路径的等效阻值大于第二电流路径的等效阻值。
当交流电源工作于负半周期、转子的磁场极性为第二极性时，当所述第二开关K2未达到导通条件时，所述交流电源输出的电流信号沿第三电流路径依次经过所述双向交流开关100的控制端、开关电路600中的第二电流通路、开关控制电路400、整流电路200、第二压降电路320和第一压降电路310后流入第一节点A，随着电流流过第二开关K2的发射极和基极，所述第二开关K2导通，所述交流电源输出的电流信号沿第四电流路径依次经过所述双向交流开关100的控制端、开关电路600中的第二电流通路和第一压降电路310后流入第一节点，其中，由于所述第一电流通路和第二电流通路中的等效电阻相对于所述第二压降电路320而言可以忽略不计，所述第三电流路径的等效阻值大于第四电流路径的等效阻值。
在本申请上述实施例公开的方案中，双向交流开关有驱动电流流过时，所述开关控制电路400可以配置有两种工作状态，即第一状态和第二状态，当在所述交流电源AC处于正半周期、所述电机转子的磁场为第一极性且所述开关电路600的第一端和第二端之间的电流通路未导通时，所述开关控制电路400工作在所述第一状态，在所述交流电源为负半周期、所述转子的磁场为第二极性时且所述开关电路600的第一端和第二端之间的电流通路未导通时，所述开关控制电路400工作在所述第二状态，其中，所述第一状态为：电流自所述整流电路200的较高电压输出端经所述开关控制电路400流向所述开关电路600的控制端；所述第二状态为：电流自所述开关电路600的控制端经所述开关控制电路400流向所述整流电路200的较低电压输出端。
值得说明的是，交流电源为正半周期且外部磁场为第一极性，或者交流电源为负半周期且外部磁场为第二极性时，所述开关电路600的控制端流过电流包括上述两种情况整个持续时间段内开关电路600的控制端处都有电流流过的情形，也包括上述两种情况下仅部分时间段内所述开关电路600的控制端处有电流流过的情形。
在上述实施例的基础上中，所述开关控制电路400的结构可以包括：
第三开关K3和第四开关K4；
所述第三开关K3连接在第三电流通路中，用于依据所述转子的磁场极性和所述交流电源的极性控制所述第三电流通路的通断，所述第三通路设置于所述开关电路600的控制端与所述整流电路200的较高电压输出端之间；
所述第四开关K4连接在第四电流通路中，用于依据所述转子的磁场极性和所述交流电源的极性控制所述第四电流通路的通断，所述第四电流通路设置于所述开关电路600的控制端与所述整流电路200的较低电压输出端之间。
所述第三电流通路和第四电流通路在所述磁感应信号以及交流电源的电源极性的控制下选择性地导通，实现了所述开关控制电路400在第一状态和第二状态之间的切换。较佳的，所述第三开关K3可以为三极管，所述第四开关K4可以为三极管或二极管，本发明对此并不做限定，视情况而定。
具体的，在本发明的一个实施例中，如图3所示，所述第三开关K3和第四开关K4为一对互补的半导体开关。所述第三开关K3为低电平导通，所述第四开关K4为高电平导通，其中，所述第三开关K3设置于所述第三电流通路中，所述第四开关K4设置于所述第四电流通路中，所述第三开关K3和所述第四开关K4两个开关的控制端均连接所述磁传感器500的输出端，第三开关K3的电流输入端接整流电路200的较高电压输出端，所述第三开关K3的电流输出端与第四开关K4的电流输入端连接，第四开关K4的电流输出端接所述整流电路200的较低电压输出端。若所述磁传感器500的输出端输出的磁感应信号是低电平，第三开关K3导通，第四开关K4断开，所述电机驱动电路中的电流所述整流电路200的较高电压输出端流出，经所述第三开关K3流入所述开关电路600的控制端，若所述磁传感器500的输出端输出的磁感 应信号是高电平时，第四开关K4导通，第三开关K3断开，负载电流自所述开关电路600的控制端流经所述第四开关K4至所述整流电路200的较低电压输出端。图3的实例中第三开关K3为正通道金属氧化物半导体场效应晶体管(P型MOSFET)，第四开关K4为负通道金属氧化物半导体场效应晶体管(N型MOSFET)。可以理解的是，在其他实施例中，第三开关K3和第四开关K4也可以是其他类型的半导体开关，例如可以是结型场效应晶体管(JFET)或金属半导体场效应管(MESFET)等其他场效应晶体管。
在本发明的另一个实施例中，如图4所示，所述第三开关K3为高电平导通的开关，所述第四开关K4为单向导通二极管，第三开关K3的控制端和第四开关K4的阴极连接磁传感器500的输出端。第三开关K3的电流输入端连接所述整流电路200较高电压输出端，第三开关K3的电流输出端和第四开关K4的阳极与所述开关电路600的控制端均连接。其中，所述第三开关K3连接在第三电流通路中，所述第四开关K4与所述磁传感器500连接在第四电流通路中，若所述磁传感器500的输出端输出的磁感应信号为高电平时，第三开关K3导通，第四开关K4断开，所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，所述电机驱动电路中的电流所述整流电路200的较高电压输出端流出，经所述第三开关K3流入所述开关电路600的控制端，若所述磁传感器500输出端输出的磁感应信号为低电平时，在所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，第四开关K4导通，第三开关K3断开，所述电机驱动电路中的电流由所述双向交流开关100的控制端依次流经所述第四开关K4、磁传感器500后流入所述整流电路200的较低电压输出端。可以理解，在本发明的其他实施例中，所述第三开关K3和所述第四开关K4还可以为其他结构，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在本发明的另一个实施例中，所述开关控制电路400包括：向所述开关电路600的控制端流出电流的第五电流通路、及自所述开关电路600的控制端流入电流的第六电流通路、以及连接在所述第五电流通路和第六电流通路其中一个通路中的开关，所述开关由所述磁感应信号控制，使得第五电流通 路和第六电流通路选择性导通。较佳的，所述开关控制电路400中的所述第五电流通路和第六电流通路其中另一个通路中不设开关。
作为一种具体实现，如图5A所示，所述开关控制电路400包括：相互并联的单向导通开关D1和电阻R1，所述单向导通开关D1的电流输入端与所述磁传感器500的输出端相连，电流输出端与所述开关电路600的控制端相连；磁传感器500和单向导通开关D1连接在由所述整流电路500的较高电压输出端向所述开关电路600的控制端方向导通的电流通路中，所述磁传感器500和电阻R1设置在由所述开关电路600的控制端向所述整流电路200的较低电压输出端方向导通的电流通路中。单向导通开关D1在所述磁感应信号为高电平时导通，在所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，此时所述电机驱动电路中的电流由所述整流电路200的较高电压输出端依次经过所述磁传感器500和单向导通开关D1流入所述开关电路600的控制端，当所述磁感应信号为低电平时，在所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，所述单向导通开关D1断开，所述电机驱动电路中的电流由所述开关电路600的控制端流出，依次经过所述电阻R1和磁传感器500流入所述整流电路200的较低电压输出端。
在另一种具体实现中，如图5B所示，所述开关控制电路400包括反向串联于磁传感器500的输出端和双向交流开关的控制端之间的二极管D2和D3、与串联的二极管D2和D3整体并联的电阻R2、以及连接于二极管D2和D3的公共端与整流电路200的较高电压输出端之间的电阻R3，其中，二极管D2的阴极与磁传感器500的输出端连接。二极管D2由磁感应信号控制。在磁感应信号为高电平时二极管D2截止，在所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，所述电机驱动电路中的电流由所述整流电路200较高电压输出端输出后依次流经电阻R3和二极管D3后，流入所述开关电路600的控制端，当所述磁感应信号为低电平时，在所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，所述电机驱动电路中的电流由所述开关电路600的控制端输出依次流经所述电阻R2和磁传感器500后流入所述整流电路200的较低电压输出端。
可以理解，本发明实施例中，在开关控制电路与开关电路之间可以连接限流电阻。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，参见图1A或图1B，所述开关控制电路400的输入端与所述整流电路200的较高电压输出端相连，输出端与所述开关电路600的控制端相连；所述磁传感器500的电源输入端与所述整流电路200的较高电压输出端直接或间接相连，接地端与所述整流电路200的较低电压输出端相连，输出端与所述开关控制电路400的控制端相连。所述电机驱动电路被配置为：当所述交流电源工作在正半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时，所述磁传感器500的电源输入端和接地端之间通路，所述电机驱动电路中的电流由依次流经第一压降电路310、第二压降电路320、整流电路200第一输入端、整流电路200较高电压输出端、磁传感器500电源输入端、磁传感器500接地端、整流电路200较低电压输出端、整流电路200第二输入端后到达第一节点B；当所述交流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第一极性时，所述磁传感器500的电源输入端和接地端之间通路，所述电机驱动电路中的电流由依次流经整流电路200第二输入端、整流电路200较低电压输出端、磁传感器500接地端、磁传感器500电源输入端、整流电路200较高电压输出端、整流电路200第一输入端、第二压降电路320、第一压降电路310后到达第一节点A；当所述交流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时，在所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，所述磁传感器500的输出端和接地端之间通路，此时所述电机驱动电路中的电流由依次流经双向交流开关100、开关电路600、开关控制电路400、磁传感器500、整流电路200、第二压降电路320和第一压降电路310后到达第一节点A。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述开关控制电路被配置为：
当所述交流电源工作在正半周期且所述转子的磁场极性为第一极性时，在所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，所述开关控制电路400的输入端和输出端之间通路，此时，所述电机驱动电路中的电流由依次流经第一压降电路310、第二压降电路320、整流电路200、开关控制电路400、开关电路600、双向交流开关100到达第二节点B；当所述交 流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时，在所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，所述开关控制电路400的输出端和控制端之间通路。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述磁传感器500由第一电源供电，所述开关控制电路400由与所述第一电源不同的第二电源供电。需要说明的是，在本发明实施例中，所述第二电源可以为幅值变化的电源，也可以为幅值不变的直流电源，其中，所述第二电源为幅值变化的电源时，较佳的为幅值变化的直流电源，本发明对此并不做限定，具体视情况而定。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述第一电源为幅值稳定不变的直流电源，以保证为所述磁传感器500提供稳定的驱动信号，使得所述磁传感器500稳定工作。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，所述第一电源的输出电压的平均值小于所述第二电源输出电压的平均值，需要说明的是，采用功耗较小的电源给磁传感器500供电，可以降低所述电机驱动电路的功耗，采用功耗较大的电源给开关控制电路400供电可以使所述双向交流开关100的控制端获得较高的电流，以保证所述电机驱动电路具有足够的驱动能力。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个优选实施例中，所述电机驱动电路还包括：位于所述整流电路200与所述磁传感器500之间的电压调节电路，本实施例中，整流电路200可作为第二电源，电压调节电路可作为第一电源，所述电压调节电路用于将所述整流电路200输出的第一电压调节为第二电压，其中，所述第二电压为所述磁传感器500的供电电压，所述第一电压为所述开关控制电路400的供电电压，且所述第一电压的平均值大于所述第二电压的平均值，以降低所述电机驱动电路的功耗，同时保证所述电机驱动电路具有足够的驱动能力。
在本发明的一个具体实施例中，所述整流电路200包括：全波整流桥以及与所述全波整流桥的输出连接的稳压单元，其中，所述全波整流桥用于将 所述交流电源AC输出的交流电转换成直流电，所述稳压单元用于将所述全波整流桥输出的直流信号稳定在预设值范围内。
图6示出了整流电路200的一种具体电路，其中，稳压单元包括连接于全波整流桥的两个输出端之间的稳压二极管DZ，所述全波整流桥包括：串联的第一二极管211和第二二极管212以及串联的第三二极管213和第四二极管214；所述第一二极管211和所述第二二极管212的公共端与所述第一压降电路300相连；当所述电机驱动电路中包含所述第二压降电路600时所述第三二极管213和所述第四二极管214的公共端与所述第二压降电路600相连，当所述电机驱动电路中不包含所述第二压降电路600时所述第三二极管213和所述第四二极管214的公共端与所述第二节点B相连。
其中，所述第一二极管211的输入端与所述第三二极管213的输入端电连接形成全波整流桥的较低电压输出端，所述第二二极管212的输出端与所述第四二极管214的输出端电连接形成全波整流桥的较高电压输出端，稳压二极管DZ连接于所述第二二极管212和第四二极管214的公共端与所述第一二极管211和所述第三二极管213的公共端之间。需要说明的是，在本发明实施例中，所述开关控制电路400的输入端与全波整流桥的较高电压输出端电连接。
在上述任意实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，如图7所示，所述磁传感器500包括：磁场检测元件510，用于检测外部磁场并将其转换成电信号；信号处理单元520，用于对该电信号进行放大去干扰；以及模数转换单元530，用于将经过放大去干扰后的电信号转换为所述磁感应信号，对于仅需要识别外部磁场的磁场极性的应用而言，所述磁感应信号可以为开关型数字信号。磁场检测元件510较佳的可以是霍尔板。
在上述任意实施例的基础上，在本发明的一个实施例中，所述整流电路、开关控制电路和磁传感器中的一个或多个可集成在同一集成电路中。
本发明实施例还提供了一种电机组件，所述电机组件包括：电机和如上述任意所述的电机驱动电路。
在上述实施例的基础上，在本发明的一个具体实施例中，所述电机为同步电机，可以理解，本发明的电机驱动电路不仅适用于同步电机，也适用于其他类型的永磁电机如直流无刷电机。如图8所示，所述同步电机包括定子和可相对定子旋转的转子11。定子具有定子铁心12及绕设于定子铁心12上的定子绕组16。定子铁心12可由纯铁、铸铁、铸钢、电工钢、硅钢等软磁材料制成。转子11具有永磁铁，定子绕组16与交流电源串联时转子11在稳态阶段以60f/p圈/分钟的转速恒速运行，其中f是所述交流电源的频率，p是转子的极对数。本实施例中，定子铁心12具有两相对的极部14。每一极部具有极弧面15，转子11的外表面与极弧面15相对，两者之间形成基本均匀气隙。本申请所称基本均匀的气隙，是指定子与转子之间大部分形成均匀气隙，只有较少部分为非均匀气隙。优选的，定子极部的极弧面15上设内凹的起动槽17，极弧面15上除起动槽17以外的部分则与转子同心。上述配置可形成不均匀磁场，保证转子在静止时其极轴S1相对于定子极部的中心轴S2倾斜一个角度，允许电机在电机驱动电路的作用下每次通电时转子可以具有起动转矩。其中转子的极轴S1指转子两个极性不同的磁极之间的分界线，定子极部14的中心轴S2指经过定子两个极部14中心的连线。本实施例中，定子和转子均具有两个磁极。可以理解的，在更多实施例中，定子和转子的磁极数也可以不相等，且具有更多磁极，例如四个、六个等。
本发明一个较佳实施例中，开关控制电路400中第三开关K3的电流输入端连接全波整流桥的较高电压输出端，第四开关K4的电流输出端通过磁传感器500连接全波整流桥的较低的电压输出端。当交流电源AC输出的信号位于正半周期且所述磁传感器500输出低电平时，所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，开关控制电路400中第三开关K3导通而第四开关K4断开，此时，参见图9A，驱动电流依次流过交流电源、电机、第一压降电路、第二压降电路、全波整流桥的第二二极管212输出端、开关控制电路400的第三开关K3、开关电路600、双向交流开关100回到交流电源，该驱动电流流过第一压降电路310和第二压降电路320。当所述开关电路 600中的第一端和第二端之间的电流通路导通后，参见图9B，电流依次流过交流电源、电机、第一压降电路、开关电路600、双向交流开关100回到交流电源，该驱动电流只流过第一压降电路310，通过降低第一压降电路310的等效电阻值可以获得更大的驱动电流。双向交流开关100导通后，其他电路被短路停止输出，而双向交流开关100由于流过其两个阳极之间的负载电流足够大(高于其维持电流)，在控制端与其第一阳极间无驱动电流的情况下，仍保持导通。当交流电源输出的信号位于负半周期且所述磁传感器500输出高电平时，所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通之前，开关控制电路400中第三开关K3断开而第四开关K4导通，参见图9C，驱动电流从交流电源流出，自双向交流开关100流入开关电路600、经开关控制电路400的第四开关K4、全波整流桥的较低电压输出端和第一二极管211、第二压降电路320、第一压降电路310回到交流电源。当所述开关电路600中的第一端和第二端之间的电流通路导通后，参见图9D，电流从交流电源流出，自双向交流开关100流入开关电路600后，经第一压降电路310回到交流电源。同样的，双向交流开关100导通后，其他电路因被短路而停止输出，双向交流开关100则可保持导通。当交流电源输出的信号位于正半周期且所述磁传感器500输出高电平，或者交流电源输出的信号位于负半周期且所述磁传感器500输出低电平时，开关控制电路400中第三开关K3和第四开关K4均不能导通,双向交流开关100因无驱动电流而截止。参见图9E和图9F，电流流过电机，整流电路，磁传感器，且流过第一压降电路310和第二压降电路320，此电流小于双向交流开关有驱动电流流过时流过电机和第一降压电路310的电流。由此，所述开关控制电路400可基于交流电源的极性变化和磁感应信号，使所述开关电路600的第一端和第二端之间的电流通路以预定方式在导通与截止状态之间切换，使双向交流开关的控制端能够获得较高的驱动电流，从而令开关控制电路能够驱动更大额定电流的双向交流开关。
综上所述可知，本发明实施例所提供的电机驱动电路，包括双向交流开关100、整流电路200、第一压降电路310、第二压降电路320、开关控制电 路400、磁传感器500和开关电路600，其中，所述磁传感器500用于检测外部磁场并相应输出磁感应信号，所述开关控制电路100用于基于所述磁感应信号和交流电源的电源极性控制所述开关电路600的第一端和第二端的电流通路的通断情况，使得所述双向交流开关具有较大的驱动电流。
本发明实施例中的电机组件可以用于但不限于泵、风扇、家用电器、车辆等设备中，所述家用电器例如可以是洗衣机、洗碗机、抽油烟机、排气扇等。
需要说明的是，虽然本发明实施例是以所述集成电路应用于电机中为例进行说明的，但本发明实施例所提供的集成电路的应用领域并不限于此。
本说明书中各个部分采用递进的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (21)

1.一种电机驱动电路，其特征在于，包括：
与电机串联于外部交流电源两端之间的双向交流开关，所述双向交流开关连接于第一节点和第二节点之间；
具有第一输入端和第二输入端的整流电路；
磁传感器，用于检测所述电机的转子的磁场并输出相应的磁感应信号；
串联在所述整流电路的第一输入端与所述第一节点之间的第一压降电路和第二压降电路，所述整流电路通过所述第一压降电路和第二压降电路对所述外部交流电源输出的交流电进行整流，所述第一压降电路与第二压降电路之间具有第三节点，所述第一压降电路连接于所述第一节点和第三节点之间；
连接在所述第三节点与所述双向交流开关的控制端之间的开关电路，所述开关电路包括第一端、第二端、控制端及设于第一端和第二端之间的开关；以及
连接在所述开关电路的控制端与所述磁传感器的输出端之间的开关控制电路。
2.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关控制电路被配置为：
当所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为预定的第一极性时，或当所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为与所述第一极性相反的第二极性时，使所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路导通、所述双向交流开关导通；
当所述交流电源为负半周期且转子为所述第一极性，或者所述交流电源为正半周期且所述转子为第二极性时，使所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路截止、所述双向交流开关截止。
3.根据权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关电路配置有选择性导通的第一电流通路和第二电流通路；所述第一电流通路和第二电流通路设置于所述开关电路的第一端和第二端之间，当所述交流电源为正半周期且所述转子的磁场为第一极性时，所述第一电流通路导通；当所述交流电源为负半周期且所述转子的磁场为与所述第一极性相反的第二极性时，所述第二电流通路导通。
4.根据权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一电流通路内配置有用于控制所述第一电流通路通断的第一开关；所述第二电流通路内配置有用于控制所述第二电流通路通断的第二开关，所述第一开关和第二开关的控制端相连作为所述开关电路的控制端。
5.根据权利要求4所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一开关和所述第二开关为一对互补的半导体开关。
6.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机驱动电路被配置为：当交流电源工作于正半周期、转子的磁场极性为预定的第一极性或当交流电源工作于负半周期且转子的磁场极性为与第一极性相反的第二极性时，电流先沿着经过所述第一压降电路和第二压降电路的路径流过所述开关电路的控制端，使所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路导通，再沿着经过所述第一压降电路和所述电流通路的路径流过所述双向交流开关的控制端。
7.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一压降电路的等效电阻值小于第二压降电路的等效电阻值。
8.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路导通时流过所述第一压降电路的电流大于所述双向交流开关截止时流过所述第一压降电路的电流。
9.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关控制电路被配置为，基于所述磁感应信号和所述交流电源的极性控制所述开关电路的第一端和第二端之间的电流通路的导通和截止。
10.根据权利要求9所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关控制电路包括：第三开关和第四开关；
所述第三开关连接在第三电流通路中，所述第三电流通路设置于所述开关电路的控制端与所述整流电路的较高电压输出端之间；
所述第四开关连接在第四电流通路中，所述第四电流通路设置于所述开关电路的控制端与所述整流电路的较低电压输出端之间。
11.根据权利要求9所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关控制电路具有向所述开关电路的控制端流出电流的第一电流通路、及自所述开关电路的控制端流入电流的第一电流通路、以及连接在所述第一电流通路和第二电流通路其中一个通路中的开关，所述开关由所述磁感应信号控制，使得第一电流通路和第二电流通路选择性导通。
12.根据权利要求11所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一电流通路和第二电流通路其中另一个通路中不设开关。
13.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关控制电路的输入端与所述整流电路的较高电压输出端相连，输出端与所述开关电路的控制端相连；所述磁传感器的电源输入端与所述整流电路的较高电压输出端相连，接地端与所述整流电路的较低电压输出端相连，输出端与所述开关控制电路的控制端相连。
14.根据权利要求13所述的电机驱动电路，其特征在于，所述磁传感器被配置为：当所述交流电源工作在正半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时或当所述交流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第一极性时，所述磁传感器的电源输入端和接地端之间通路；当所述交流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时，所述磁传感器的控制端和接地端之间通路。
15.根据权利要求13所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关控制电路被配置为：当所述交流电源工作在正半周期且所述转子的磁场极性为第一极性时，所述开关控制电路的输入端和输出端之间通路；当所述交流电源工作在负半周期且所述转子的磁场极性为第二极性时，所述开关控制电路的输出端和控制端之间通路。
16.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机与交流电源串联于所述第一节点和第二节点之间。
17.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机与所述双向交流开关串联于所述第一节点和第二节点之间。
18.一种电机组件，其特征在于，包括电机和如权利要求1至17任意一项所述的电机驱动电路。
19.根据权利要求18所述的电机组件，其特征在于，所述电机包括定子及转子，所述定子包括定子铁芯 及缠绕于所述定子铁芯上的单相绕组。
20.一种具有如权利要求18至19任意一项所述电机组件的应用设备。
21.所述权利要求20所述的应用设备，其特征在于，所述应用设备为泵、风扇、家用电器或者车辆。
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