CN106452228A - 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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Abstract

本发明提供一种电机及其驱动电路，所述驱动电路包括可控双向交流开关、检测电路、转向控制电路及开关控制电路；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；检测电路用于检测永磁转子的磁极位置，并于其输出端输出磁极位置信号；转向控制电路连接所述检测电路，根据电机的转向设定选择性地输出检测电路输出的磁极位置信号或所述检测电路输出的磁极位置信号经反相后的信号至所述开关控制电路；开关控制电路依据转向控制电路输出的信号和所述交流电源的极性信息，按照预定方式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。本发明电机驱动电路结构简单，通用性好。本发明还提供用于电机驱动的集成电路及半导体基片。

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，尤其涉及电机及用于电机驱动的驱动电路、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、集成电路及具有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，与电机的绕组串联连接于交流电源的两端；
检测电路，用于检测所述转子的磁极位置，并于其输出端输出磁极位置信号；
转向控制电路，连接所述检测电路，被配置为根据电机的转向设定选择性地输出所述检测电路输出的磁极位置信号或所述检测电路输出的磁极位置信号经反相后的信号至一开关控制电路；
所述开关控制电路被配置为依据转向控制电路输出的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。
优选的，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转向控制电路输出第一信号时、以及所述交流电源为负半周期且所述转向控制电路输出第二信号时使所述可控双向交流开关导通。
优选的，所述可控双向交流开关为三端双向晶闸管，所述三端双向晶闸管的第一阳极和第二阳极分别连接所述交流电源和定子绕组，所述三端双向晶闸管的控制极连接所述开关控制电路。
优选的，电机以一特定方向转动时，所述转向控制电路将检测电路输出的磁极位置信号输出至所述开关控制电路；电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向控制电路将检测电路输出的磁极位置信号进行反相后输出至所述开关控制电路。
优选的，所述转向控制电路包括一选择器及一反相器，所述选择器包括两个数据输入端、一个数据输出端以及一个选择端；所述选择器的一个数据输入端及所述反相器的输入端相连作为所述转向控制电路的输入端，所述检测电路的输出端连接所述转向控制电路的输入端，所述反相器的输出端连接所述选择器的另一数据输入端，所述选择器的输出端作为所述转向控制电路的输出端连接所述开关控制电路；所述选择器的选择端接收控制电机转向的转向设定信号。
优选的，所述转向控制电路中还包括一缓冲器，所述检测电路的输出端通过所述缓冲器连接所述选择器的一个数据输入端。
优选的，所述转向控制电路包括一选通开关及一反相器，所述选通开关包括第一端至第三端及控制端；所述选通开关的第二端与所述反相器的输入端相连作为所述转向控制电路的输入端，所述检测电路的输出端连接所述转向控制开关的输入端，所述反相器的输出端连接所述选通开关的第三端，所述选通开关的第一端作为所述转向控制电路的输出端连接所述开关控制电路，所述选通开关的控制端接收控制电机转向的转向设定信号。
优选的，所述电机驱动电路还包括用于至少给所述检测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。
优选的，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的定子绕组与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与定子绕组的节点相连，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。
优选的，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。
优选的，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。
优选的，所述电机驱动电路还包括与所述整流器连接的降压器，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。
优选的，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。
优选的，所述检测电路为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括电源端、接地端及输出端，所述霍尔传感器的电源端连接所述整流器的第一输出端，所述霍尔传感器的接地端连接所述整流器的第二输出端，所述霍尔传感器的输出端连接所述转向控制电路的输入端。
优选的，所述开关控制电路包括第一电阻、NPN三极管、以及串联于转向控制电路的输出端与所述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转向控制电路的输出端；所述第一电阻一端连接所述整流器的第一输出端，另一端连接所述转向控制电路的输出端；所述NPN三极管的基极连接所述转向控制电路的输出端，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。
优选的，所述开关控制电路包括第一电阻、第一二极管、以及串联于所述转向控制的输出端与可控双向交流开关之间的第二电阻和第二二极管；所述第二二极管的阳极连接可控双向交流开关，所述第一电阻一端连接整流器的第一输出端，另一端连接所述第一二极管的阳极；第一二极管的阴极连接可控双向交流开关。
优选的，所述开关控制电路包括第一电阻、第二电阻、以及反相串联于转向控制电路的输出端与可控双向交流开关之间的第一二极管和第二二极管；所述第一二极管和第二二极管的阴极分别连接转向控制电路的输出端和可控双向交流开关的控制极；所述第一电阻一端连接整流器的第一输出端，另一端连接第一二极管和第二二极管的阳极的连接点；所述第二电阻的两端分别连接第一二极管和第二二极管的阴极。
本发明实施例提供一种用于电机驱动的半导体基片，所述半导体基片上集成有转向控制电路和开关控制电路，所述转向控制电路用于接收一检测电路输出的表示电机的转子磁极位置的磁极位置信号，被配置为根据电机的转向设定选择性地输出所述磁极位置信号或所述磁极位置信号经反相后的信号至所述开关控制电路；
所述开关控制电路被配置为依据转向控制电路输出的信号和驱动所述电机的交流电源的极性信息，控制一与电机的绕组串联于所述交流电源的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。
优选的，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转向控制电路输出第一信号时、以及所述交流电源为负半周期且所述转向控制电路输出第二信号时使所述可控双向交流开关导通。
优选的，所述半导体基片上还集成有所述检测电路。
优选的，所述半导体基片上进一步集成有至少给所述检测电路提供直流电压的整流器。
优选的，所述半导体基片上进一步集成有上述可控双向交流开关。
本发明的实施例提供一种用于电机驱动的半导体基片，所述半导体基片上集成有转向控制电路和开关控制电路，
所述开关控制电路用于接收一检测电路输出的表示电机的转子磁极位置的磁极位置信号，根据所述磁极位置信号和驱动所述电机的交流电源的极性信息，输出控制信号至一转向控制电路；
所述转向控制电路被配置为根据电机的转向设定，选择性地输出所述控制信号或所述控制信号经反相后的信号至一与电机的绕组串联于所述交流电源的两端的可控双向交流开关的控制极，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。
优选的，所述半导体基片上进一步集成有连接于所述转向控制电路与所述可控双向交流开关的控制极之间的限流电阻。
优选的，所述半导体基片上还集成有所述检测电路。
优选的，所述半导体基片上进一步集成有至少给所述检测电路提供直流电压的整流器。
优选的，所述半导体基片上进一步集成有上述可控双向交流开关。
优选的，所述集成电路包括上述任意一种所述的半导体基片，所述半导体基片被封装于一壳体内。
本发明实施例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上述集成有整流器的半导体基片，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，与电机的绕组串联连接于交流电源的两端；
检测电路，用于检测所述转子的磁极位置，并于其输出端输出磁极位置信号；
开关控制电路，被配置为依据所述检测电路输出的磁极位置信号和所述交流电源的极性信息，输出控制信号至一转向控制电路；
所述转向控制电路被配置为根据电机的转向设定，选择性地输出所述控制信号或所述控制信号经反相后的信号至所述可控双向交流开关,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。
优选的，所述电机驱动电路进一步包括连接于所述转向控制电路与所述可控双向交流开关的控制极之间的限流电阻。
优选的，电机以特定方向转动时，所述转向控制电路将控制信号输出至所述可控双向交流开关；电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向控制电路将所述控制信号经反相后的信号输出至所述可控双向交流开关。
优选的，所述电机驱动电路还包括用于至少给所述检测电路提供直流电压的整流器。
优选的，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。
优选的，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。
本发明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，与电机的绕组串联连接于交流电源的两端；
检测电路，用于检测所述转子的磁极位置，并于其输出端输出磁极位置信号；
控制电路，用于接收所述磁极位置信号，根据所述磁极位置信号在第一状态和第二状态下运行，所述第一状态指向所述可控双向交流开关的控制极输出负载电流，所述第二状态指从所述可控双向交流开关的控制极接收负载电流，并根据电机的转向设定切换所述磁极位置信号与上述两种状态的对应关系，使电机以特定方向转动或以与所述特定方向相反的方向转动。
本发明实施例提供一种电机，包括定子、转子及上述任意一种电机驱动电路或者半导体基片。
优选的，所述电机的转子为永磁转子，定子包括定子铁芯及缠绕于定子铁芯上的定子绕组。
优选的，所述电机为单相永磁交流电机。
优选的，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，根据永磁转子的磁极位置，通过转向控制电路选择性地将检测电路输出的磁极位置信号或将磁极位置信号经反相后的信号传输至所述开关控制电路，所述开关控制电路根据接收的信号控制流过定子绕组的电流以控制电机的转向。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同步电机。
图2示出本发明一实施例的单相永磁同步电机的电路原理图。
图3及图4示出图2中的电机驱动电路的一种实现方式的电路框图。
图5示出本发明电机驱动电路第一实施方式的电路图。
图6示出本发明电机驱动电路第二实施方式的电路图。
图7及图8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9示出本发明电机驱动电路第三实施方式的电路图。
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50。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检测电路20，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，所述转向控制电路50连接所述检测电路20，被配置为根据电机的转向设定选择性地将所述检测电路20输出的磁极位置信号或将磁极位置信号反相后的信号输出至所述开关控制电路30。所述开关控制电路30依据接收的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。
所述检测电路20用于检测电机的转子11的磁极位置，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。
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经一电阻R0与所述电机10的定子绕组16相连。所述电阻R0可作为降压器。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与所述霍尔传感器22、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与霍尔传感器22相连，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。
本实施方式中，所述霍尔传感器22包括电源端VCC、接地端GND及输出端H1，所述电源端VCC连接所整流器28的第一输出端O1，所述接地端GND连接所述整流器28的第二输出端O2，所述输出端H1连接所述转向控制电路50。所述霍尔传感器22被正常供电的情况下，即电源端VCC接收较高电压，接地端GND接收较低电压，如果检测的转子磁场为北极(North)，其输出端H1输出逻辑高电平的磁极位置信号，如果检测到南极(South)，其输出端H1输出逻辑低电平的磁极位置信号。其他实施方式中，检测的转子磁场为北极(North)时所述霍尔传感器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)时其输出端H1也可以输出逻辑高电平的磁极位置信号。
所述转向控制电路50包括多路选择器(MUX)52、缓冲器54及反相器56，所述多路选择器52包括两个数据输入端、一个数据输出端以及一个选择端。所述缓冲器54的输入端及所述反相器56的输入端相连作为所述转向控制电路50的输入端，所述霍尔传感器22的输出端H1连接所述转向控制电路50的输入端。所述缓冲器54的输出端连接所述多路选择器52的一个数据输入端，所述反相器56的输出端连接所述多路选择器52的另一数据输入端，所述多路选择器52的输出端作为所述转向控制电路50的输出端连接所述开关控制电路30。所述多路选择器52的选择端接收控制电机正转或反转的转向设定信号CTRL，并根据所述转向设定信号CTRL选择性将霍尔传感器22输出的磁极位置信号经传输至所述开关控制电路30或者将霍尔传感器22输出的磁极位置信号反相后传输至所述开关控制电路30。其他实施方式中，所述转向控制电路50中可以不设缓冲器54，所述霍尔传感器22的输出端H1直接连接所述多路选择器52的一个数据输入端。
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，第二端子连接所述转向控制电路50的输出端，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和二极管D1。所述二极管D1的阴极作为所述第二端子连接所述转向控制电路50的输出端。所述电阻R2一端连接所述整流器28的第一输出端O1，另一端连接所述转向控制电路50的输出端。所述NPN三极管Q1的基极连接所述转向控制电路50的输出端，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。本实施例中，所述开关控制电路30进一步包括一连接于所述可控双向交流开关的控制极G和所述二极管D1的阳极之间的限流电阻R1。所述限流电阻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。
现结合图3及图5，对电机驱动电路18的工作原理进行描述。
根据电磁理论可知，对于单相永磁电机，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。请参考图3及图4，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的外部交流电源为正半周(见图3)，电机反转如逆时针(CCW)旋转；可以理解，如果霍尔传感器22感测到的转子极性仍为N极，使流过定子绕组16的外部交流电源为负半周(参考图4)，电机转子将会正转如顺时针(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。
表1示出根据转向设定信号CTRL控制电机的正反转的功能表。
表1
现以电机正转为例进行说明，假设所述转向设定信号CTRL输出逻辑高电平“1”，电机启动时，如果霍尔传感器22感测到转子的磁极位置为N极，霍尔传感器22输出逻辑高电平“1”的磁极位置信号，所述多路选择器52选择将所述霍尔传感器22输出的磁极位置信号通过反相器56反相后的逻辑低电平“0”输出至所述开关控制电路30，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，如果所述电机启动时交流电源处于负半周，处于负半周的交流电源流过所述可控双向交流开关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，所述转子11顺时针启动旋转。如果所述电机启动时交流电源处于正半周，处于正半周的交流电源无法通过NPN三极管Q1，没有电流流过所述可控双向交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26不导通，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，输出逻辑低电平“0”的磁极位置信号，所述多路选择器52选择将所述霍尔传感器22输出的磁极位置信号通过反相器56反相后的逻辑高电平“1”输出至所述开关控制电路30，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，因此所述二极管D1的阳极为高电平，如果所述电机启动时交流电源处于负半周，处于负半周的交流电源无法流过所述可控双向交流开关26的控制极G和电阻R1，因此所述可控双向交流开关26不导通，转子11不转。如果所述电机启动时交流电源处于正半周，处于正半周的交流电源经过NPN三极管Q1、电阻R1流向所述可控双向交流开关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。
如预控制电机反转即逆时针旋转，使所述转向设定信号CTRL输出逻辑低电平“0”。如果霍尔传感器22感测到转子的磁极位置为N极，所述霍尔传感器22的输出端H1输出逻辑高电平“1”的磁极位置信号，所述多路选择器52将霍尔传感器22输出的逻辑高电平经缓冲器54输出至二极管D1的阴极，所述三极管Q1导通，因此所述二极管D1的阳极为高电平，如果所述电机启动时交流电源处于负半周，处于负半周的交流电源无法流过所述可控双向交流开关26的控制极G和电阻R1，因此所述可控双向交流开关26不导通，转子11不转。如果所述电机启动时交流电源为正半周，处于正半周的交流电源经过三极管Q1、电阻R1流至所述可控双向交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26导通，电机转子11逆时针启动旋转。
如果所述霍尔传感器22感测到转子的磁极位置为S极，所述霍尔传感器22的输出端H1输出逻辑低电平“0”的磁极位置信号，所述多路选择器52将霍尔传感器22输出的逻辑低电平经缓冲器54输出至二极管D1的阴极，所述三极管Q1关断，如果所述电机启动时交流电源处于负半周，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。如果所述电机启动时交流电源处于正半周，处于正半周的交流电源无法通过NPN三极管Q1，没有电流流过所述可控双向交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26不导通，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2。
表2
综上，所述转向控制电路50根据电机的转向设定，控制所述开关控制电路30第二端接收的为霍尔传感器22输出的磁极位置信号或将所述霍尔传感器22输出的磁极位置信号进行反相后的信号，即控制所述开关控制电路30第二端接收的电平，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。
其他实施方式中，所述多路选择器52还可以被其他类型的选通开关替代，所述选通开关可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。
请参考图6，图6示出依据本发明第二实施例的电机驱动电路18A的电路图。驱动电路18A与图5所述第一实施例中的驱动电路18相似，区别之处在于，图6所示实施例中，电机转向控制电路500中使用继电器510替换所述多路选择器52，所述继电器510包括第一端511、第二端512及第三端513及控制端。所述控制端接收控制电机正反转的转向设定信号CTRL，所述缓冲器54的输入端与所述反相器56的输入端相连，共同连接所述霍尔传感器22的输出端H1。所述第一端511连接所述二极管D1的阴极，所述第二端512连接所述缓冲器54的输出端，所述第三端513连接所述反相器56的输出端。
所述继电器510控制电机正反转的原理与图5所示的第一实施方式相同，即控制电机正转时，所述转向设定信号CTRL输出逻辑高电平，所述继电器510的第一端511与所述第三端513连接，所述转向控制电路500将霍尔传感器22输出的磁极位置信号进行反相并将反相后的信号输出至所述开关控制电路30，所述开关控制电路30控制所述可控双向交流开关26的通电方式，使电机顺时针旋转；控制电机反转时，所述转向设定信号CTRL输出逻辑低电平，所述继电器510的第一端511与第二端512连接，所述转向控制电路500将所述霍尔传感器22输出的磁极位置信号输出至所述开关控制电路30，所述开关控制电路30控制所述可控双向交流开关26的通电方式，使电机逆时针旋转。
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50控制所述开关控制电路30接收的信号，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磁极位置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，电机会逆时针旋转；如预控制电机反转，如转子11的磁极位置为N极，通过所述转向控制电路50将所述霍尔传感器22输出的磁极位置信号进行反相后输出至所述开关控制电路30，所述开关控制电路30将会控制定子绕组16中流过交流电源的负半周，这样转子11将顺时针旋转。所述转向控制电路50根据所述转向设定信号CTRL，选择性地将霍尔传感器22正常输出的磁极位置信号或将磁极位置信号进行反相后的信号传输至所述开关控制电路30，以控制电机的转向。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CTRL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。
本发明的图5和图6所示的具有限流电阻R1的开关控制电路并不限于图5所示的电路，其还可以替换为图7及图8所示的电路。
具体的，请参考图7，开关控制电路30包括电阻R3、二极管D6、以及串联于所述转向控制电路50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8，开关控制电路30包括电阻R3、电阻R4、以及反相串联于转向控制电路50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的阴极分别连接转向控制电路50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。
请参考图9，为本发明电机驱动电路第三实施方式的电路图。图9所述实施例与图5所示实施的结构大致相同，不同之处在于，图9所述实施例中，所述限流电阻R1和所述转向控制电路50连接于所述开关控制电路30及所述可控双向交流开关26的控制极之间，所述二极管D1的阳极作为所述开关控制电路的输出端。如果图9所示的电机驱动电路采用图7或者图8的开关控制电路，仍然需要在所述转向控制电路50和所述可控双向交流开关26的控制极之间连接限流电阻R1。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3。
表3
现以电机正转为例进行说明，假设所述转向设定信号CTRL输出逻辑高电平“1”，电机启动时，如果霍尔传感器22感测到转子的磁极位置为N极，霍尔传感器22输出逻辑高电平“1”的磁极位置信号，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，所述开关控制电路30输出逻辑高电平，所述转向控制电路50输出逻辑低电平，如果所述电机启动时交流电源处于负半周，所述可控双向交流开关26导通，所述转子11顺时针启动旋转。如果所述电机启动时交流电源处于正半周，由于所述转向控制电路50输出逻辑低电平，没有电流流过所述转向控制电路和所述可控双向交流开关26的控制极G，所述可控双向交流开关26不导通，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，输出逻辑低电平“0”的磁极位置信号，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，所述开关控制电路30输出逻辑低电平，所述转向控制电路50输出逻辑高电平，如果所述电机启动时交流电源处于正半周，所述可控双向交流开关26导通，所述转子11顺时针启动旋转。如果所述电机启动时交流电源处于负半周，所述可控双向交流开关26不导通，转子11不转。
如预控制电机反转即逆时针旋转，使所述转向设定信号CTRL输出逻辑低电平“0”。如果霍尔传感器22感测到转子的磁极位置为N极，所述霍尔传感器22的输出端H1输出逻辑高电平“1”的磁极位置信号，所述开关控制电路输出逻辑高电平，所述转向控制电路输出逻辑高电平，如果所述电机启动时交流电源处于正半周，所述可控双向交流开关26导通，所述转子11逆时针启动旋转。如果所述电机启动时交流电源处于负半周，所述可控双向交流开关26不导通，所述转子11不转。
如果所述霍尔传感器22感测到转子的磁极位置为S极，所述霍尔传感器22的输出端H1输出逻辑低电平“0”的磁极位置信号，所述开关控制电路30输出逻辑低电平，所述转向控制电路50输出逻辑低电平，如果所述电机启动时交流电源处于负半周，所述可控双向交流开关26导通，所述转子11逆时针旋转。如果所述电机启动时交流电源处于正半周，所述可控双向交流开关26不导通，所述转子11不转。
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，以降低电路成本，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50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50、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及降压器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、半导体基片以及设于半导体基片上的转向控制电路50和开关控制电路30，所述转向控制电路50和开关控制电路30被封装于所述壳体内。其他实施例中，所述半导体基片上可以进一步集成有检测所述电机转子的磁极位置的所述检测电路20。其他实施例中，所述半导体基片上还可以进一步集成整流器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。
本领域技术人员可以理解，所述转向控制电路和开关控制电路构成一控制电路，该控制电路用于接收所述磁极位置信号，根据所述磁极位置信号在第一状态和第二状态下运行，所述第一状态指向所述可控双向交流开关的控制极输出负载电流，所述第二状态指从所述可控双向交流开关的控制极接收负载电流，并根据电机的转向设定切换所述磁极位置信号与上述两种状态的对应关系，使电机以特定方向转动或以与所述特定方向相反的方向转动。
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 (40)

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，其特征在于，所述电机驱动电路包括：
可控双向交流开关，与电机的绕组串联连接于交流电源的两端；
检测电路，用于检测所述转子的磁极位置，并于其输出端输出磁极位置信号；
转向控制电路，连接所述检测电路，被配置为根据电机的转向设定选择性地输出所述检测电路输出的磁极位置信号或所述检测电路输出的磁极位置信号经反相后的信号至一开关控制电路；
所述开关控制电路被配置为依据转向控制电路输出的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转向控制电路输出第一信号时、以及所述交流电源为负半周期且所述转向控制电路输出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，所述可控双向交流开关为三端双向晶闸管，所述三端双向晶闸管的第一阳极和第二阳极分别连接所述交流电源和定子绕组，所述三端双向晶闸管的控制极连接所述开关控制电路。
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，所述转向控制电路将检测电路输出的磁极位置信号输出至所述开关控制电路；电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向控制电路将检测电路输出的磁极位置信号进行反相后输出至所述开关控制电路。
5.如权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，所述转向控制电路包括一选择器及一反相器，所述选择器包括两个数据输入端、一个数据输出端以及一个选择端；所述选择器的一个数据输入端与所述反相器的输入端相连作为所述转向控制电路的输入端，所述检测电路的输出端连接所述转向控制电路的输入端，所述反相器的输出端连接所述选择器的另一数据输入端，所述选择器的输出端作为所述转向控制电路的输出端连接所述开关控制电路；所述选择器的选择端接收控制电机转向的转向设定信号。
6.如权利要求5所述的电机驱动电路，其特征在于，所述转向控制电路中还包括一缓冲器，所述检测电路的输出端通过所述缓冲器连接所述选择器的一个数据输入端。
7.如权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，所述转向控制电路包括一选通开关及一反相器，所述选通开关包括第一端至第三端及控制端；所述选通开关的第二端与所述反相器的输入端相连作为所述转向控制电路的输入端，所述检测电路的输出端连接所述转向控制开关的输入端，所述反相器的输出端连接所述选通开关的第三端，所述选通开关的第一端作为所述转向控制电路的输出端连接所述开关控制电路，所述选通开关的控制端接收控制电机转向的转向设定信号。
8.如权利要求7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检测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。
9.如权利要求5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的定子绕组与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与定子绕组的节点相连，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。
10.如权利要求9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。
11.如权利要求8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。
12.如权利要求9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。
13.如权利要求9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。
14.如权利要求8所述的电机驱动电路，其特征在于，所述检测电路为霍尔传感器，所述霍尔传感器包括电源端、接地端及输出端，所述霍尔传感器的电源端连接所述整流器的第一输出端，所述霍尔传感器的接地端连接所述整流器的第二输出端，所述霍尔传感器的输出端连接所述转向控制电路的输入端。
15.如权利要求8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、以及串联于转向控制电路的输出端与所述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转向控制电路的输出端；所述第一电阻一端连接所述整流器的第一输出端，另一端连接所述转向控制电路的输出端；所述NPN三极管的基极连接所述转向控制电路的输出端，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。
16.如权利要求8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、第一二极管、以及串联于所述转向控制的输出端与可控双向交流开关之间的第二电阻和第二二极管；所述第二二极管的阳极连接可控双向交流开关的控制极，所述第一电阻一端连接整流器的第一输出端，另一端连接所述第一二极管的阳极；第一二极管的阴极连接可控双向交流开关的控制极。
17.如权利要求8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、第二电阻、以及反相串联于转向控制电路的输出端与可控双向交流开关之间的第一二极管和第二二极管；所述第一二极管和第二二极管的阴极分别连接转向控制电路的输出端和可控双向交流开关的控制极；所述第一电阻一端连接整流器的第一输出端，另一端连接第一二极管和第二二极管的阳极的连接点；所述第二电阻的两端分别连接第一二极管和第二二极管的阴极。
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转向控制电路和开关控制电路，所述转向控制电路用于接收一检测电路输出的表示电机的转子磁极位置的磁极位置信号，被配置为根据电机的转向设定选择性地输出所述磁极位置信号或所述磁极位置信号经反相后的信号至所述开关控制电路；
所述开关控制电路被配置为依据转向控制电路输出的信号和驱动所述电机的交流电源的极性信息，控制一与电机的绕组串联于所述交流电源的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转向控制电路输出第一信号时、以及所述交流电源为负半周期且所述转向控制电路输出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，所述半导体基片上还集成有所述检测电路。
21.如权利要求20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检测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半导体基片，其特征在于，所述半导体基片上集成有转向控制电路和开关控制电路，
所述开关控制电路用于接收一检测电路输出的表示电机的转子磁极位置的磁极位置信号，根据所述磁极位置信号和驱动所述电机的交流电源的极性信息，输出控制信号至一转向控制电路；
所述转向控制电路被配置为根据电机的转向设定，选择性地输出所述控制信号或所述控制信号经反相后的信号至一与电机的绕组串联于所述交流电源的两端的可控双向交流开关的控制极，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。
24.如权利要求23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连接于所述转向控制电路与所述可控双向交流开关的控制极之间的限流电阻。
25.如权利要求23所述的半导体基片，其特征在于，所述半导体基片上还集成有所述检测电路。
26.如权利要求25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检测电路提供直流电压的整流器。
27.如权利要求26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。
28.一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27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。
29.一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权利要求21或者26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。
30.一种电机驱动电路，用于驱动电机的转子相对于定子转动，其特征在于，所述电机驱动电路包括：
可控双向交流开关，与电机的绕组串联连接于交流电源的两端；
检测电路，用于检测所述转子的磁极位置，并于其输出端输出磁极位置信号；
开关控制电路，被配置为依据所述检测电路输出的磁极位置信号和所述交流电源的极性信息，输出控制信号至一转向控制电路；
所述转向控制电路被配置为根据电机的转向设定，选择性地输出所述控制信号或所述控制信号经反相后的信号至所述可控双向交流开关,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。
31.如权利要求30所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机驱动电路进一步包括连接于所述转向控制电路与所述可控双向交流开关的控制极之间的限流电阻。
32.如权利要求31所述的电机驱动电路，其特征在于，电机以特定方向转动时，所述转向控制电路将控制信号输出至所述可控双向交流开关；电机以与所述特定方向相反的方向转动时，所述转向控制电路将所述控制信号经反相后的信号输出至所述可控双向交流开关。
33.如权利要求31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检测电路提供直流电压的整流器。
34.如权利要求33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。
35.如权利要求31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。
36.一种电机驱动电路，用于驱动电机的转子相对于定子转动，其特征在于：所述电机驱动电路包括：
可控双向交流开关，与电机的绕组串联连接于交流电源的两端；
检测电路，用于检测所述转子的磁极位置，并于其输出端输出磁极位置信号；
控制电路，用于接收所述磁极位置信号，根据所述磁极位置信号在第一状态和第二状态下运行，所述第一状态指向所述可控双向交流开关的控制极输出负载电流，所述第二状态指从所述可控双向交流开关的控制极接收负载电流，并根据电机的转向设定切换所述磁极位置信号与上述两种状态的对应关系，使电机以特定方向转动或以与所述特定方向相反的方向转动。
37.一种电机，包括定子、转子及如权利要求1-17或30-36中任一项所述的电机驱动电路或者如权利要求18-27中任一项所述的半导体基片。
38.如权利要求37所述的电机，其特征在于，所述电机的转子为永磁转子，定子包括定子铁芯及缠绕于定子铁芯上的定子绕组。
39.如权利要求38所述的电机，其特征在于，所述电机为单相永磁交流电机。
40.如权利要求39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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