CN106452223A - 电机、用于电机驱动的驱动电路、集成电路和半导体基片 - Google Patents

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黄建
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Abstract

本发明提供一种电机及用于电机驱动的驱动电路、集成电路和半导体基片，所述驱动电路包括可控双向交流开关、传感器、转向控制电路及开关控制电路；所述可控双向交流开关与定子绕组串联连接于交流电源的两端；传感器用于检测转子的磁极位置；所述转向控制电路连接所述传感器的电源端及接地端，用于根据电机的转向设定控制流过所述传感器的电源端及接地端的电流方向，以控制所述传感器输出端输出的检测信号的相位；所述开关控制电路依据接收的检测信号和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关的导通状态以控制电机的转向。所述电机驱动电路结构简单，通用性好。

Description

电机、用于电机驱动的驱动电路、集成电路和半导体基片
技术领域
本发明涉及电机控制领域，尤其涉及电机、电机驱动电路及用于电机驱动的集成电路和半导体基片。
背景技术
电机是指依据电磁感应定律实现电能的转换或传递的一种电磁装置。它的主要作用是产生驱动转矩，作为用电器或各种机械的动力源。单相永磁电机因操作简单、控制便捷被广泛应用于各种电器产品中。但是目前市场上有些电机的正反转控制电路结构复杂，还有些电机通过设置于电机电路板上的跳线控制电机的正反转，操作起来不够方便。
发明内容
有鉴于此，有必要提供一种结构简单的控制电机正反转的电机驱动电路、半导体基片、集成电路及应用该电机驱动电路的电机。
本发明的实施例提供一种电机驱动电路，用于驱动电机的转子相对于定子转动，所述电机驱动电路包括：
可控双向交流开关，与一电机绕组串联连接于交流电源的两端；
传感器，用于检测所述转子的磁极位置，所述传感器包括电源端、接地端及输出端，并于其输出端输出检测信号；
转向控制电路，所述转向控制电路连接所述传感器的电源端及接地端，用于根据电机的转向设定控制流过所述传感器的电源端及接地端的电流方向，以控制所述传感器输出端输出的检测信号的相位；
所述开关控制电路连接所述传感器的输出端，被配置为依据接收的检测信号和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关的导通状态以控制电机的转动方向。
作为一种优选方案，所述开关控制电路被配置为仅在所述交流电源为正半周期且所述检测信号为第一信号时、以及所述交流电源为负半周期且所述检测信号为第二信号时使所述可控双向交流开关导通。
作为一种优选方案，所述传感器为霍尔传感器，所述传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔薄片及信号放大器,所述霍尔薄片包括两个激励电流端及两个霍尔电动势输出端，两个激励电流端分别作为所述霍尔传感器的电源端及接地端，所述信号放大器的输入端连接所述两个霍尔电动势输出端，所述信号放大器的输出端连接霍尔传感器的输出端。
作为一种优选方案，电机以一特定方向转动时，所述转向控制电路控制流过所述霍尔传感器的电流为从霍尔传感器的电源端流入从霍尔传感器的接地端流出；电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向控制电路控制流过所述霍尔传感器的电流为从霍尔传感器的接地端流入从霍尔传感器的电源端流出。
作为一种优选方案，所述转向控制电路包括第一开关及第二开关，所述第一及第二开关均包括第一至第三端及控制端，所述第一开关的控制端用于接收控制电机转动方向的第一转向设定信号，所述第二开关的控制端用于接收控制电机转动方向的第二转向设定信号，所述第一开关的第一端连接所述霍尔传感器的电源端，所述第一开关的第二端接收一直流工作电压，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第二端，所述第一开关的第三端连接所述第二开关的第三端并接地，所示第二开关的第一端连接所述霍尔传感器的接地端。
作为一种优选方案，所述电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述第一转向设定信号为第一电平，所述第一开关的第一端与第三端相连，所述第二转向设定信号为第二电平，所述第二开关的第一端与第二端相连。
作为一种优选方案，所述电机以特定方向转动时，所述第一转向设定信号为第二电平，所述第一开关的第一端与第二端相连，所述第二转向设定信号为第一电平，所述第二开关的第一端与第三端相连。
作为一种优选方案，所述转向控制电路包括第一开关及第二开关，所述第一开关及第二开关均由一个转向设定信号控制，所述第一及第二开关均包括第一至第三端，所述第一开关的第一端连接所述霍尔传感器的电源端，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第三端并接地，所述第一开关的第三端连接所述第二开关的第二端，还接收一直流工作电压，所述第二开关的第一端连接所述霍尔传感器的接地端。
作为一种优选方案，所述电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向设定信号为第一电平，所述第一开关的第一端及第二端连接，所述第二开关的第一端及第二端连接，电流从霍尔传感器的接地端流入，从霍尔传感器的电源端流出。
作为一种优选方案，所述电机以特定方向转动时，所述转向设定信号为第二电平，所述第一开关的第一端与第三端相连，所述第二开关的第一端与第三端相连，电流从霍尔传感器的电源端流入，从霍尔传感器的接地端流出。
作为一种优选方案，所述电机驱动电路还包括用于至少给所述转向控制电路提供直流电压的整流器，所述整流器包括输出较高电压的第一输出端和输出较低电压的第二输出端。
作为一种优选方案，所述整流器包括第一输入端及第二输入端，所述整流器的第一输入端与所述电机绕组、所述可控双向交流开关的节点相连；或者所述整流器的第一输入端与所述交流电源、所述电机绕组的节点相连，所述第二输入端连接交流电源与所述可控双向交流开关的另一节点。
作为一种优选方案，所述电机驱动电路还包括与所述整流器的第一输入端连接的降压器，用于将交流电源电压降压后再输入给所述整流器的第一输入端。
作为一种优选方案，所述整流器的第一输出端和第二输出端之间连有稳压二极管。
作为一种优选方案，所述整流器、所述检测电路、所述开关控制电路和所述转向控制电路集成于一集成电路中。
作为一种优选方案，所述检测电路、所述开关控制电路和所述转向控制电路集成于一集成电路中。
作为一种优选方案，所述开关控制电路包括第一电阻、NPN三极管、以及串联于霍尔传感器的输出端与可控双向交流开关之间的第二电阻和二极管；所述二极管的阴极连接所述霍尔传感器的输出端；所述第一电阻一端连接所述整流器的第一输出端，另一端连接所述霍尔传感器的输出端；所述NPN三极管的基极连接所述霍尔传感器的输出端，发射极连接二极管的阳极，集电极连接所述整流器的第一输出端。
本发明的实施例还提供一种用于电机驱动的半导体基片，其特征在于，所述半导体基片上集成有传感器、开关控制电路和转向控制电路，
所述传感器用于检测电机的转子的磁极位置，所述传感器包括电源端、接地端及输出端，并于其输出端输出检测信号；
所述转向控制电路连接所述传感器的电源端及接地端，用于根据电机的转向设定控制流过所述传感器的电源端及接地端的电流方向，以控制所述传感器输出端输出的检测信号的相位；
所述开关控制电路连接所述传感器的输出端，被配置为依据接收的检测信号和驱动所述电机的交流电源的极性信息，控制一与电机绕组串联连接于所述交流电源两端的可控双向交流开关的导通状态，以控制电机的转动方向。
作为一种优选方案，所述开关控制电路被配置为仅在所述交流电源为正半周期且所述检测信号为第一信号时、以及所述交流电源为负半周期且所述检测信号为第二信号时使所述可控双向交流开关导通。
作为一种优选方案，所述传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔薄片及信号放大器,所述霍尔薄片包括两个激励电流端及两个霍尔电动势输出端，两个激励电流端分别作为所述霍尔传感器的电源端及接地端，所述信号放大器的输入端连接所述两个霍尔电动势输出端，所述信号放大器的输出端连接霍尔传感器的输出端。
作为一种优选方案，所述半导体基片上进一步集成有至少给所述转向控制电路提供直流电压的整流器。
作为一种优选方案，所述半导体基片上进一步集成有上述可控双向交流开关。
本发明的实施例还提供一种用于电机驱动的集成电路，所述集成电路包括如上中任一项所述的半导体基片，所述半导体基片被封装于一壳体内。
本发明的实施例还提供一种用于电机驱动的集成电路，所述集成电路包括一第一半导体基片和一第二半导体基片，所述第一半导体基片和所述第二半导体基片被封装于一壳体内，所述第一半导体基片为如上所述的半导体基片，所述第二半导体基片上集成有所述可控双向交流开关。
本发明的实施例还提供一种电机驱动电路，设于一印刷电路板上，所述印刷电路板上具有：
可控双向交流开关，与一电机绕组串联连接于交流电源的两端；
传感器，用于检测电机转子的磁极位置，所述传感器包括电源端、接地端及输出端，所述传感器的输出端输出检测信号；
连接至所述传感器的开关控制电路，被配置为依据接收的检测信号和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关在导通与截止状态之间切换；
安装所述传感器的电源插孔、接地插孔及输出端插孔；
当电机以特定方向转动时，所述传感器的电源端插入所述电源插孔、接地端插入接地插孔、输出端插入输出端插孔；
当电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述传感器的电源端插入所述接地插孔、接地端插入电源插孔、输出端插入输出端插孔。
作为一种优选方案，所述传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔薄片及信号放大器,所述霍尔薄片包括两个激励电流端及两个霍尔电动势输出端，两个激励电流端分别作为所述霍尔传感器的电源端及接地端，所述信号放大器的输入端连接所述两个霍尔电动势输出端，所述信号放大器的输出端连接霍尔传感器的输出端。
本发明的实施例还提供一种电机，包括上述任一电机驱动电路或者上述任一半导体基片。
作为一种优选方案，所述电机的转子为永磁转子。
作为一种优选方案，所述电机的定子包括定子铁芯及缠绕于定子铁芯上的定子绕组。
作为一种优选方案，所述电机为单相永磁交流电机。
作为一种优选方案，所述电机为单相永磁同步电机或者单相永磁BLDC电机。
本发明实施例提供的电机驱动电路，根据转子的磁极位置及电机的转向设定控制流过所述传感器的电源端及接地端的电流方向，以控制所述传感器输出端输出的检测信号的相位来控制电机的转向。所述电机驱动电路结构简单，通用性强。
附图说明
附图中：
图1示出本发明一实施例的单相永磁电机。
图2示出本发明一实施例的单相永磁电机的电路原理图。
图3及图4示出图2中电机驱动电路的一种实现方式的电路框图。
图5示出图3所示电机驱动电路的电路图。
图6及图7示出图5所示转向控制电路的第一实施方式的电路图。
图8示出霍尔传感器的工作原理图。
图9及图10示出图5所示转向控制电路的第二实施方式的电路图。
图11及12为电机驱动电路中开关控制电路其他实施方式的电路图。
图13及图14示出本发明一实施例的电机的印刷电路板的示意图。
主要元件符号说明
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
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。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的连接仅仅是为便于清晰描述，而并不限定连接方式。
需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
图1示出本发明一实施例的单相永磁电机。所述电机10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。定子铁心可由纯铁、铸铁、铸钢、电工钢、硅钢、铁氧体等软磁材料制成。转子11为永磁转子，定子绕组16与一交流电源24(参见图2)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14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13。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。较佳的，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14的中心轴S2倾斜一个角度，允许电机在电机驱动电路18的作用下每次通电时转子11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。
图2示出本发明另一实施例的单相永磁同步电机10的电路原理图。电机10的定子绕组16和一电机驱动电路18串联于交流电源24两端。所述电机驱动电路18控制电机的正反转。所述交流电源24可以是市电交流电220伏、230伏等或者逆变器输出的交流电。
图3示出所述电机驱动电路18的一种实现方式的框图。所述电机驱动电路18包括检测电路20、整流器28、可控双向交流开关26、开关控制电路30及转向控制电路60。电机定子绕组16与可控双向交流开关26串联在交流电源24的两端之间。所述整流器28的第一输入端I1通过一电阻R0连接所述定子绕组16及所述可控双向交流开关26之间的节点，所述整流器28的第二输入端I2连接可控双向交流开关26与交流电源24的连接节点，用于将交流电源转换为直流电并供给所述转向控制电路60，所述检测电路20检测电机转子11的磁极位置，并于其输出端输出对应的磁极位置信号，例如5V或0V。所述检测电路20较佳的为霍尔传感器22，具体应用于所述电机10时，所述霍尔传感器22邻近所述电机的转子11设置。所述霍尔传感器22包括电源端VCC、接地端GND及输出端H1(见图4)，所述输出端H1输出表示转子磁极位置的检测信号。
所述转向控制电路60连接所述霍尔传感器22，被配置为根据电机的转向设定控制流过所述霍尔传感器22的电源端VCC及接地端GND的电流方向，以控制所述霍尔传感器22输出端H1输出的检测信号的相位。所述开关控制电路30连接所述霍尔传感器22的输出端H1，依据接收的检测信号和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关26在导通与截止状态之间切换，以控制电机的正转或反转。请参考图4，其他实施方式中，所述整流器28的第一输入端I1也可以通过电阻R0连接所述定子绕组16与交流电源24之间的节点，所述整流器28的第二输入端I2连接交流电源24与可控双向交流开关26的另一节点。
请参考图5，为图3所示电机驱动电路18的第一实施方式的具体电路图。
所述整流器28包括四个二极管D2-D5。所述二极管D2的阴极与所述二极管D3的阳极相连，所述二极管D3的阴极与所述二极管D4的阴极相连，所述二极管D4的阳极与所述二极管D5的阴极相连，所述二极管D5的阳极与所述二极管D2的阳极相连。所述二极管D2的阴极作为所述整流器28的第一输入端I1经电阻R0与所述电机定子绕组16相连。所述电阻R0作为降压器。所述二极管D4的阳极作为所述整流器28的第二输入端I2与所述交流电源24相连。所述二极管D3的阴极作为所述整流器28的第一输出端O1与所述转向控制电路60、开关控制电路30相连，所述第一输出端O1输出较高的直流工作电压VDD。所述二极管D5的阳极作为所述整流器28的第二输出端O2与所述转向控制电路60连接，所述第二输出端O2输出低于所述第一输出端电压的较低电压。所述整流器28的第一输出端O1及第二输出端O2之间连接一稳压二极管Z1，所述稳压二极管Z1的阳极连接所述第二输出端O2，所述稳压二极管Z1的阴极连接所述第一输出端O1。
所述开关控制电路30包括第一至第三端子，其中第一端子连接所述整流器28的第一输出端，第二端子连接霍尔传感器22的输出端H1，第三端子连接所述可控双向交流开关26的控制极。所述开关控制电路30包括电阻R2、NPN三极管Q1、以及串联于所述霍尔传感器22的输出端H1与所述可控双向交流开关26之间的二极管D1和电阻R1。所述二极管D1的阴极作为所述第二端子连接所述霍尔传感器22的输出端H1。所述电阻R2一端连接所述整流器28的第一输出端O1，另一端连接所述霍尔传感器22的输出端H1。所述NPN三极管Q1的基极连接所述霍尔传感器22的输出端H1，发射极连接所述二极管D1的阳极，集电极作为第一端子连接所述整流器28的第一输出端O1，所述电阻R1不与所述二极管D1相连的一端作为所述第三端子。
所述可控双向交流开关26较佳的为三端双向晶闸管(TRIAC)，其两个阳极T1、T2分别连接交流电源24及定子绕组16，其控制极G连接所述开关控制电路30的第三端子。可以理解，所述可控双向交流开关26可包括由金属氧化物半导体场效应晶体管、可控硅整流器、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；两个可控硅整流器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。
所述开关控制电路30被配置为在所述交流电源为正半周且其第二端子接收第一电平时、或者所述交流电源为负半周且其第二端子接收第二电平时，使所述可控双向交流开关26导通；当所述交流电源为负半周且其第二端子接收第二电平时，或者所述交流电源为正半周且其第二端子接收第一电平时，不导通所述可控双向交流开关26。较佳的，所述第一电平为逻辑高电平，所述第二电平为逻辑低电平。
请参考图6及图7，示出所述转向控制电路60及霍尔传感器22的具体电路图，所述转向控制电路60包括稳压器63、第一开关61及第二开关62，所述第一及第二开关61、62均包括第一至第三端1-3及一控制端C1，所述控制端C1用于接收控制电机正转或反转的转向设定信号，具体的，所述第一开关61的控制端C1接收转向设定信号CTRL1，所述第二开关62的控制端C1接收转向设定信号CTRL2，所述第一开关61的第一端1连接所述霍尔传感器22的电源端VCC，所述第一开关61的第二端2通过稳压器63连接所述整流器28的第一输出端O1接以收整流器28输出的直流工作电压VDD，所述第一开关61的第二端2连接所述第二开关62的第二端2，所述第一开关61的第三端3连接所述第二开关62的第三端3并接较低电压(例如地或所述整流器的第二输出端O2)，所示第二开关62的第一端连接所述霍尔传感器22的接地端GND。
所述霍尔传感器22被正常供电的情况下，即电流从霍尔传感器22的电源端VCC流入，从霍尔传感器22的接地端GND流出时，如果霍尔传感器22检测的转子磁场为北极(North)，其输出端H1输出逻辑高电平的检测信号，如果检测到南极(South)，其输出端H1输出逻辑低电平的检测信号。其他实施方式中，所述霍尔传感器22被正常供电的情况下，检测的转子磁场为北极(North)，所述霍尔传感器22的输出端H1也可以输出逻辑低电平的磁极位置信号，检测到南极(South)，其输出端H1也可以输出逻辑高电平的磁极位置信号。
本发明的实施例中，转子的磁极位置不变，通过改变流入霍尔传感器22的电流方向，改变霍尔传感器22输出的检测信号的相位，进一步控制所述霍尔传感器22输出至所述开关控制电路30的第二端的逻辑电平。现对其原理进行说明。请一并参考图8，霍尔器传感器22是一种磁传感器，可以检测磁场及其变化，霍尔传感器22主要包括半导体薄片即霍尔薄片(hall plate)220及信号放大器222,所述霍尔薄片220包括两个激励电流端M、N(分别对应图5中的电源端VCC及接地端GND)、两个霍尔电动势输出端C、D，所述信号放大器222的两个输入端分别连接两个霍尔电动势输出端C、D，霍尔薄片220置于磁感应强度为B的磁场中，磁场方向由下向上垂直于霍尔薄片220，如图8所示。当有从激励电流端M流向激励电流端N的电流流过霍尔薄片220时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势，并从两个霍尔电动势输出端C、D输出，所述信号放大器222对该霍尔电动势进行放大并生成数字信号形式的检测信号，所述检测信号从霍尔传感器的输出端H1输出。如果磁场方向不变，施加到霍尔薄片220的电流I方向改变，即如果电流为从激励电流端N流向激励电流端M，产生霍尔电动势的方向与电流从激励电流端M流向激励电流端N时的电动势的方向相反，经信号放大器222后生成的检测信号与电流从激励电流端M流向激励电流端N时做180度翻转。基于此，如果提供给霍尔薄片220的电流方向反转，霍尔传感器22输出的检测信号会反相，其输出的检测信号输出到所述开关控制电路30用以对所述可控双向交流开关26进行控制，将会控制电机改变旋转方向。
根据电磁理论可知，对于单相永磁交流电机，通过改变定子绕组16的电流方向即可改变电机转子的转向。如果霍尔传感器22感测到的转子极性为N极，流过定子绕组16的交流电源为正半周，电机反转例如逆时针(CCW)旋转；可以理解，如果霍尔传感器22感测到的转子极性为N极，使流过定子绕组16的交流电源为负半周，电机转子将会正转例如顺时针(CW)旋转。本发明的实施方式依据此原理设计，即根据霍尔传感器22感测到的转子的极性调整流过定子绕组16的电流方向实现对电机正转和反转的控制。
具体的，请再参考图6，当预控制电机正转时，所述转向设定信号CTRL1为第一电平，如逻辑高电平，所述第一开关61的第一端1与所述第三端3相连，所述转向设定信号CTR2为第二电平，如逻辑低电平，所述第二开关62的第一端1与第二端2相连，所述直流工作电压VDD经稳压器63转换后经第二开关62流入霍尔传感器22的接地端GND，并从霍尔传感器22的电源端VCC流出，并经所述第一开关61接地，如果霍尔传感器22检测到转子的磁极为N极，其输出端H1输出逻辑低电平，所述逻辑低电平输出至所述开关控制电路30的第二端，所述开关控制电路30的二极管D1的阴极接收低电平，所述三极管Q1关断，如果交流电源24输出的电源处于负半周，处于负半周的电流经过可控双向交流开关26的控制极G、电阻R1及二极管D1接地，所述可控双向交流开关26导通，定子绕组中流过交流电源的负半周，所述转子11顺时针启动旋转。如果交流电源24输出的电源处于正半周，处于正半周的电流无法通过三极管Q1，所述可控双向交流开关26关断，所述转子11不转。
如果所述霍尔传感器22检测到转子的磁极为S极，其输出端H1输出逻辑高电平，所述逻辑高电平输出至所述开关控制电路30的第二端，所述开关控制电路30的二极管D1的阴极接收高电平，所述三极管Q1导通，如果交流电源24处于正半周，处于正半周的电流通过三极管Q1、电阻R1流入所述可控交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26导通，定子绕组中流过交流电源的正半周，所述转子11顺时针旋转。如果交流电源24输出的电源处于负半周，处于负半周的电流无法通过可控双向交流开关26的控制极G和电阻R1，所述可控双向交流开关26关断，所述转子11不转。
如果预控制电机反转，请参考图7，所述转向设定信号CTRL1为第二电平，即逻辑低电平，所述第一开关61的第一端1与所述第二端2相连，所述转向设定信号CTR2为第一电平，即逻辑高电平，所述第二开关62的第一端1与第三端3相连，直流工作电压VDD提供的电流经第一开关61流入霍尔传感器22的电源端VCC，从霍尔传感器22的接地端GND流出，并经所述第二开关62接地，如果所述霍尔传感器22检测到转子的磁极为N极，其输出端H1输出逻辑高电平，所述逻辑高电平输出至所述开关控制电路30的第二端，所述开关控制电路30的二极管D1的阴极接收逻辑高电平，所述三极管Q1导通，如果交流电源24处于正半周，处于正半周的电流通过三极管Q1、电阻R1流入所述可控交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26导通，定子绕组中流过交流电源的正半周，所述转子11逆时针旋转。如果交流电源24输出的电源处于负半周，处于负半周的电流无法通过可控双向交流开关26的控制极G和电阻R1，所述可控双向交流开关26关断，所述转子11不转。
如果所述霍尔传感器22检测到转子的磁极为S极，其输出端H1输出逻辑低电平，所述逻辑低电平输出至所述开关控制电路30的第二端，所述开关控制电路30的二极管D1的阴极接收低电平，所述三极管Q1关断，如果交流电源24输出的电源处于负半周，处于负半周的电流经过可控双向交流开关26的控制极G、电阻R1及二极管D1接地，所述可控双向交流开关26导通，定子绕组中流过交流电源的负半周，所述转子11逆时针启动旋转。如果交流电源24输出的电源处于正半周，处于正半周的电流无法通过三极管Q1，所述可控双向交流开关26关断，所述转子11不转。
上述所述的转子11不转的情形指的是电机启动时的情形，电机启动成功后，即便所述可控双向交流开关26不导通，转子11也会保持惯性转动。另外，在改变转子11的转动方向时，需要先停止电机的转子11的转动，使电机的转子11停止旋转很容易实现，例如在交流电源24和电机的定子绕组16之间增加一个开关(图未示)，将此开关关断一预定时间即可使所述转子停止旋转。
具体的依据电机的转向设定、转子的磁极位置及电源的极性控制电机正反转的情形如下表1。
表1
综上，所述转向控制电路60根据电机的转向设定，控制流过所述霍尔传感器22的电源端及接地端的电流方向，以控制所述霍尔传感器22输出端H1输出至所述开关控制电路30的检测信号的相位，进而根据电源的极性控制所述可控双向交流开关26导通及截止的状态以控制流过定子绕组16的电流方向，从而控制电机的转向。
请参考图9及图10，示出依据本发明第二实施例的电机驱动电路18中转向控制电路70及与其连接的霍尔传感器22的电路图。图9所示实施例与图6所示实施例的电路结构大致相同，不同之处在于，图9所示实施例中所述转向控制电路70中的第一开关71及第二开关72由一个转向设定信号CTRL控制，所述第一开关71的第一端1连接霍尔传感器22的电源端VCC，所述第一开关71的第二端2连接所述第二开关72的第三端3，所述第一开关71的第三端3连接所述第二开关72的第二端2，还通过稳压器73连接所述整流器28的第一输出端O1以接收直流工作电压VDD，所述第二开关72的第一端1连接所述霍尔传感器22的接地端GND。
当控制电机正转时，所述转向设定信号CTRL输出第一电平，如逻辑高电平，所述第一开关71的第一端1及第二端2连接，所述第二开关72的第一端1及第二端2连接，所述整流器28提供的电源经第二开关72流入霍尔传感器22的接地端GND，从霍尔传感器22的电源端VCC流出，并经所述第一开关71接地，所述霍尔传感器22检测到转子的磁极为N极时，其输出端H1输出逻辑低电平，所述逻辑低电平输出至所述开关控制电路30的第二端，所述开关控制电路30的二极管D1的阴极接收低电平，当交流电源24处于负半周时，处于负半周的电流流过可控双向交流开关26的控制极G、电阻R1及二极管D1接地，所述可控双向交流开关26导通，定子绕组中流过交流电源的负半周，所述转子11顺时针旋转。
如果预控制电机反转，如图10所示，使所述转向设定信号CTRL输出第二电平，如逻辑低电平，所述第一开关71的第一端1连接所述第三端3，所述第二开关72的第一端1与第三端3相连，所述整流器28提供的电源经第一开关71流入霍尔传感器22的电源端VCC，从霍尔传感器的接地端GND流出，并经所述第二开关72接地，所述霍尔传感器22检测到转子的磁极为N极时，其输出端H1输出逻辑高电平，所述逻辑高电平输出至所述开关控制电路30的第二端，所述开关控制电路30的二极管D1的阴极接收高电平，当交流电源24输出的电源处于正半周时，所述可控双向交流开关26导通，定子绕组中流过交流电源的正半周，所述转子11逆时针旋转。
本发明的开关控制电路并不限于图5所示的电路，其还可以为图11及图12所示的电路。
具体的，请参考图11，开关控制电路30包括电阻R3、二极管D6、以及串联于所述检测电路20的输出端与可控双向交流开关26的控制极G之间的电阻R4和二极管D7。二极管D7的阴极连接所述电阻R4，阳极连接可控双向交流开关的控制极G。电阻R3一端连接整流器28的第一输出端O1，另一端连接二极管D6的阳极。二极管D6的阴极连接可控双向交流开关26的控制极G。
另请参考图12，开关控制电路30包括电阻R3、电阻R4、以及反相串联于所述检测电路20的输出端与可控双向交流开关26的控制极G之间的二极管D6和二极管D7。二极管D6和二极管D7的阴极分别连接检测电路20的输出端和可控双向交流开关的控制极G。电阻R3一端连接整流器28的第一输出端O1，另一端连接二极管D6和二极管D7的阳极的连接点。电阻R4的两端分别连接二极管D6和二极管D7的阴极。
本领域技术人员可以理解，本发明实施例所述的电机适合于驱动汽车车窗、办公或家用的卷帘等设备。本发明实施例所述的电机可为永磁交流电机，例如永磁同步电机、永磁BLDC电机。本发明实施例的电机优选为单相永磁交流电机，例如单相永磁同步电机、单相永磁BLDC电机。当所述电机为永磁同步电机时，所述外部交流电源为市电电源；当所述电机为永磁BLDC电机时，所述外部交流电源为逆变器输出的交流电源。
本领域技术人员可以理解，所述电机驱动电路可集成封装在集成电路中，如可由ASIC单芯片实现，可降低电路成本，并提高电路的可靠性。其他实施方式中，可视实际情况，将所述整流器28、检测电路20、转向控制电路60及开关控制电路30全部或部分集成在集成电路中，例如，可以在集成电路中仅集成所述转向控制电路60、检测电路20及开关控制电路30，而将整流器28、可控双向交流开关26及作为降压器的电阻R0设于集成电路外部。
本发明还提供一种较佳实施例的用于电机驱动的集成电路，所述集成电路包括壳体、自所述壳体伸出的若干引脚、以及半导体基片，所述半导体基片上集成有检测电路20、开关控制电路30和转向控制电路60，所述半导体基片被封装于所述壳体内。其他实施例中，所述半导体基片上还可以进一步集成所述整流器28及/或可控双向交流开关26。其他实施例中，还可在所述壳体内设另一半导体基片，将所述可控双向交流开关设于所述另一半导体基片上。
再例如，还可以根据设计需要，将所述电机驱动电路全部以分立元件设置于印刷电路板上。
请参考图13及14，所述电机驱动电路布设于印刷电路板100上，所述印刷电路板100上具有整流器28、可控双向交流开关26、连接至所述霍尔传感器22的开关控制电路30(图未示)；所述印刷电路板100上还设有安装所述霍尔传感器22的电源插孔101、接地插孔103及霍尔输出端插孔102；在电机的制造过程中，如果印刷电路板100的布线设计已经完成，而且，印刷电路板100上没有布设控制电机正反转的转向控制电路60、70，如果霍尔传感器22按照电源端VCC插入电源插孔101接收较高电压、接地端GND插入接地插孔103接收较低电压的形式正常装设于印刷电路板100上可以控制电机逆时针旋转(参考图10)，如因生产制造需要，需控制电机顺时针旋转，可以将所述霍尔传感器22反插于所述印刷电路板100上，即霍尔传感器的电源端VCC插入接地插孔103，霍尔传感器的接地端GND插入电源插孔101，霍尔传感器22的输出端H1插入霍尔输出端插孔102；这样流过霍尔传感器22的电流方向将会反转，配合所述开关控制电路30的控制，所述电机可以顺时针旋转。
虽然所述印刷电路板100装设所述霍尔传感器22后电机只能单向旋转，但制造过程中，因应生产制造需要，可无需重新进行电路布线设计，即可达到控制电机的反转，提高了产品的通用性。
本发明实施例提供的电机驱动电路，根据转子11的磁极位置，通过转向控制电路60、70控制流过所述霍尔传感器22的电源端VCC及接地端GND的电流方向，所述开关控制电路根据接收的检测信号并结合交流电源的极性控制电机的正转或反转，如转子11的磁极位置为N极，如果所述开关控制电路30接收到霍尔传感器正常供电时所输出的检测信号即逻辑高电平信号，将会控制定子绕组中通过交流电源的正半周的电流，电机会逆时针旋转；如预控制电机正转，如转子11的磁极位置为N极，所述开关控制电路30将会控制定子绕组16中流过交流电源负半周的电流，这样转子11将顺时针旋转。
在需要为具有相反旋转方向的不同应用提供驱动电机时，只需变更转向设定信号的逻辑电平即可，而无需对驱动电路做其他修改，所述电机驱动电路结构简单，通用性强。
所述开关61、62、71、72还可以为机械开关或电子开关，所述机械开关包括继电器、单刀双掷开关及单刀单掷开关，所述电子开关包括固态继电器、金属氧化物半导体场效应晶体管、可控硅整流器、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 (31)

1.一种电机驱动电路，用于驱动电机的转子相对于定子转动，所述电机驱动电路包括：
可控双向交流开关，与一电机绕组串联连接于交流电源的两端；
传感器，用于检测所述转子的磁极位置，所述传感器包括电源端、接地端及输出端，并于其输出端输出检测信号；
转向控制电路，所述转向控制电路连接所述传感器的电源端及接地端，用于根据电机的转向设定控制流过所述传感器的电源端及接地端的电流方向，以控制所述传感器输出端输出的检测信号的相位；
所述开关控制电路连接所述传感器的输出端，被配置为依据接收的检测信号和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关的导通状态以控制电机的转动方向。
2.如权利要求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仅在所述交流电源为正半周期且所述检测信号为第一信号时、以及所述交流电源为负半周期且所述检测信号为第二信号时使所述可控双向交流开关导通。
3.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔薄片及信号放大器,所述霍尔薄片包括两个激励电流端及两个霍尔电动势输出端，两个激励电流端分别作为所述霍尔传感器的电源端及接地端，所述信号放大器的输入端连接所述两个霍尔电动势输出端，所述信号放大器的输出端连接霍尔传感器的输出端。
4.如权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，电机以一特定方向转动时，所述转向控制电路控制流过所述霍尔传感器的电流为从霍尔传感器的电源端流入从霍尔传感器的接地端流出；电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向控制电路控制流过所述霍尔传感器的电流为从霍尔传感器的接地端流入从霍尔传感器的电源端流出。
5.如权利要求4所述的电机驱动电路，其特征在于，所述转向控制电路包括第一开关及第二开关，所述第一及第二开关均包括第一至第三端及控制端，所述第一开关的控制端用于接收控制电机转动方向的第一转向设定信号，所述第二开关的控制端用于接收控制电机转动方向的第二转向设定信号，所述第一开关的第一端连接所述霍尔传感器的电源端，所述第一开关的第二端接收一直流工作电压，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第二端，所述第一开关的第三端连接所述第二开关的第三端并接地，所示第二开关的第一端连接所述霍尔传感器的接地端。
6.如权利要求5所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述第一转向设定信号为第一电平，所述第一开关的第一端与第三端相连，所述第二转向设定信号为第二电平，所述第二开关的第一端与第二端相连。
7.如权利要求5或6所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机以特定方向转动时，所述第一转向设定信号为第二电平，所述第一开关的第一端与第二端相连，所述第二转向设定信号为第一电平，所述第二开关的第一端与第三端相连。
8.如权利要求4所述的电机驱动电路，其特征在于，所述转向控制电路包括第一开关及第二开关，所述第一开关及第二开关均由一个转向设定信号控制，所述第一及第二开关均包括第一至第三端，所述第一开关的第一端连接所述霍尔传感器的电源端，所述第一开关的第二端连接所述第二开关的第三端并接地，所述第一开关的第三端连接所述第二开关的第二端，还接收一直流工作电压，所述第二开关的第一端连接所述霍尔传感器的接地端。
9.如权利要求8所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向设定信号为第一电平，所述第一开关的第一端及第二端连接，所述第二开关的第一端及第二端连接，电流从霍尔传感器的接地端流入，从霍尔传感器的电源端流出。
10.如权利要求8或9所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机以特定方向转动时，所述转向设定信号为第二电平，所述第一开关的第一端与第三端相连，所述第二开关的第一端与第三端相连，电流从霍尔传感器的电源端流入，从霍尔传感器的接地端流出。
11.如权利要求8所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机驱动电路还包括用于至少给所述转向控制电路提供直流电压的整流器，所述整流器包括输出较高电压的第一输出端和输出较低电压的第二输出端。
12.如权利要求11所述的电机驱动电路，其特征在于，所述整流器包括第一输入端及第二输入端，所述整流器的第一输入端与所述电机绕组、所述可控双向交流开关的节点相连；或者所述整流器的第一输入端与所述交流电源、所述电机绕组的节点相连，所述第二输入端连接交流电源与所述可控双向交流开关的另一节点。
13.如权利要求12所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机驱动电路还包括与所述整流器的第一输入端连接的降压器，用于将交流电源电压降压后再输入给所述整流器的第一输入端。
14.如权利要求11所述的电机驱动电路，其特征在于，所述整流器的第一输出端和第二输出端之间连有稳压二极管。
15.如权利要求11所述的电机驱动电路，其特征在于，所述整流器、所述检测电路、所述开关控制电路和所述转向控制电路集成于一集成电路中。
16.如权利要求11所述的电机驱动电路，其特征在于，所述检测电路、所述开关控制电路和所述转向控制电路集成于一集成电路中。
17.如权利要求11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一电阻、NPN三极管、以及串联于霍尔传感器的输出端与可控双向交流开关之间的第二电阻和二极管；所述二极管的阴极连接所述霍尔传感器的输出端；所述第一电阻一端连接所述整流器的第一输出端，另一端连接所述霍尔传感器的输出端；所述NPN三极管的基极连接所述霍尔传感器的输出端，发射极连接二极管的阳极，集电极连接所述整流器的第一输出端。
18.一种用于电机驱动的半导体基片，其特征在于，所述半导体基片上集成有传感器、开关控制电路和转向控制电路，
所述传感器用于检测电机的转子的磁极位置，所述传感器包括电源端、接地端及输出端，并于其输出端输出检测信号；
所述转向控制电路连接所述传感器的电源端及接地端，用于根据电机的转向设定控制流过所述传感器的电源端及接地端的电流方向，以控制所述传感器输出端输出的检测信号的相位；
所述开关控制电路连接所述传感器的输出端，被配置为依据接收的检测信号和驱动所述电机的交流电源的极性信息，控制一与电机绕组串联连接于所述交流电源两端的可控双向交流开关的导通状态，以控制电机的转动方向。
19.如权利要求18所述的半导体基片，其特征在于，所述开关控制电路被配置为仅在所述交流电源为正半周期且所述检测信号为第一信号时、以及所述交流电源为负半周期且所述检测信号为第二信号时使所述可控双向交流开关导通。
20.如权利要求18所述的半导体基片，其特征在于，所述传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔薄片及信号放大器,所述霍尔薄片包括两个激励电流端及两个霍尔电动势输出端，两个激励电流端分别作为所述霍尔传感器的电源端及接地端，所述信号放大器的输入端连接所述两个霍尔电动势输出端，所述信号放大器的输出端连接霍尔传感器的输出端。
21.如权利要求18所述的半导体基片，其特征在于，所述半导体基片上进一步集成有至少给所述转向控制电路提供直流电压的整流器。
22.如权利要求21所述的半导体基片，其特征在于，所述半导体基片上进一步集成有上述可控双向交流开关。
23.一种用于电机驱动的集成电路，其特征在于，所述集成电路包括如权利要求18至22中任一项所述的半导体基片，所述半导体基片被封装于一壳体内。
24.一种用于电机驱动的集成电路，其特征在于，所述集成电路包括一第一半导体基片和一第二半导体基片，所述第一半导体基片和所述第二半导体基片被封装于一壳体内，所述第一半导体基片为如权利要求21所述的半导体基片，所述第二半导体基片上集成有所述可控双向交流开关。
25.一种电机驱动电路，设于一印刷电路板上，所述印刷电路板上具有：
可控双向交流开关，与一电机绕组串联连接于交流电源的两端；
传感器，用于检测电机转子的磁极位置，所述传感器包括电源端、接地端及输出端，所述传感器的输出端输出检测信号；
连接至所述传感器的开关控制电路，被配置为依据接收的检测信号和所述交流电源的极性信息，控制所述可控双向交流开关在导通与截止状态之间切换；
安装所述传感器的电源插孔、接地插孔及输出端插孔；
当电机以特定方向转动时，所述传感器的电源端插入所述电源插孔、接地端插入接地插孔、输出端插入输出端插孔；
当电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述传感器的电源端插入所述接地插孔、接地端插入电源插孔、输出端插入输出端插孔。
26.如权利要求25所述的电机驱动电路，所述传感器为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括霍尔薄片及信号放大器,所述霍尔薄片包括两个激励电流端及两个霍尔电动势输出端，两个激励电流端分别作为所述霍尔传感器的电源端及接地端，所述信号放大器的输入端连接所述两个霍尔电动势输出端，所述信号放大器的输出端连接霍尔传感器的输出端。
27.一种电机，包括如权利要求1-17中任一项所述的电机驱动电路或者如权利要求18-22项任一所述的半导体基片。
28.如权利要求27所述的电机，其特征在于，所述电机的转子为永磁转子。
29.如权利要求27所述的电机，其特征在于，所述电机的定子包括定子铁芯及缠绕于定子铁芯上的定子绕组。
30.如权利要求27所述的电机，其特征在于，所述电机为单相永磁交流电机。
31.如权利要求30所述的电机，其特征在于，所述电机为单相永磁同步电机或者单相永磁BLDC电机。
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