CN106549612B - 用于无刷直流电机的软启动切换控制电路及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于无刷直流电机的软启动切换控制电路及控制方法，包括切换电路和外部控制电路，所述切换电路包括电压跟随器U1、电压跟随器U2、反相器U3、PMOS管MP1和NMOS管MN1；所述电压跟随器U1的输出端接PMOS管MP1的源极；所述电压跟随器U2的输出端接NMOS管MN1的源极；所述反相器U3的输出端接PMOS管MP1及NMOS管MN1的栅极；所述PMOS管MP1的漏极、NMOS管MN1的漏极及所述外部控制电路的输出端相连作为软启动切换控制电路的输出端，用于控制电机的转速。本发明设置有切换电路，使外部控制电路控制的转速值可以很好的和内部PWM控制转速值对应上，使电机运行平滑过渡。

Description

用于无刷直流电机的软启动切换控制电路及控制方法

技术领域

本发明涉及无刷直流电机驱动控制的软启动技术领域，特别涉及一种用于无刷直流电机的软启动切换控制电路及控制方法。

背景技术

目前无刷直流电机驱动控制芯片中，经常会用到外部模拟调速，通过电阻分压调速不但可以不用增加MCU，而且可以通过可调电阻直接手动调速，减少成本，使用方便，是很多驱动芯片的基本调速方式。但由于电机启动时，特别是无传感器无刷直流电机启动时会先有内部设定一个启动PWM。当电机启动后，芯片已经可以对绕组的反电势进行清晰的检测后，电机的速度才由外部模拟来调速，这时候如果直接转成外部模拟调速设置的值，由于外部模拟调速设置的值和启动时内部设定的PWM值对应的速度可能差异较大，会造成转速的激烈变动，会造成启动电流过冲，甚至启动失败。进而影响到芯片及电机的使用寿命，如果调速值较小，电机的启动转矩可能会小于负载转矩，电机就可能启动不了。

因此，电机启动时要设置好电机启动PWM占空比，使电机平滑启动然后再切换到外部设置的速度值。但由于外部是模拟调速，内部PWM结束时，不知道外部设置的值是多少，内部PWM和外部速度设置可能对应不上，如果内部PWM起作用的时间结束后，内部的PWM不能对应外部调速所对应的值，芯片输出PWM占空比会突然变化，从而引起电机运行剧烈抖动，表现为不平滑启动。通过内部PWM转换为对应的外部电压，可以使当电机转速由内部PWM转换为外部控制时，PWM占空比可以很好的对接，使电机启动过程平滑过渡。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种当控制电机启动的内部PWM控制结束转换为外部控制转速时可以使电机运行平滑过渡的切换控制电路。

为了实现上述目的，本发明的具体包括以下技术方案：

本发明提供一种用于无刷直流电机的软启动切换控制电路，包括切换电路和外部控制电路，所述切换电路包括电压跟随器U1、电压跟随器U2、反相器U3、PMOS管MP1和NMOS管MN1；所述电压跟随器U1的输入端接电压V1，所述电压跟随器U1的输出端接PMOS管MP1的源极；所述电压跟随器U2的输入端接电压V2，所述电压跟随器U2的输出端接NMOS管MN1的源极；所述反相器U3的输入端用于输入控制电机启动的PWM信号，所述反相器U3的输出端接PMOS管MP1及NMOS管MN1的栅极；所述PMOS管MP1的漏极、NMOS管MN1的漏极及所述外部控制电路的输出端相连作为软启动切换控制电路的输出端，用于控制电机的转速。

优选地，所述切换电路还包括电阻R1，所述电阻R1的一端接所述PMOS管MP1的漏极及NMOS管MN1的漏极，所述电阻R1的另一端与所述外部控制电路的输出端相连作为软启动切换控制电路的输出端。

优选地，所述切换电路还包括开关管U5，所述开关管U5的一端与所述PMOS管MP1的漏极及NMOS管MN1的漏极相连，所述开关管U5的另一端与所述电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端与所述外部控制电路的输出端相连作为软启动切换控制电路的输出端。

优选地，所述外部控制电路包括电阻R2、电阻R3和电容C1，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端及所述电容C1的一端相连接作为软启动切换控制电路的输出端，所述电阻R2的另一端接电源VDD，所述电阻R3的另一端和所述电容C1的另一端均接地。

优选地，还包括比较器U4、所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1相连接的一端与所述比较器U4的正相输入端相连，所述比较器U4的反相输入端用于输入幅值在电压V1和电压V2之间的锯齿波信号，所述比较器U4输出端输出的信号用于控制电机的转速。

相应的，本发明还提供一种用于无刷直流电机的软启动切换控制方法，包括步骤：

步骤1，预设控制电机启动的PWM信号占空比，并通过所述PWM信号控制电机启动；

步骤2，将所述控制电机启动的PWM信号转换为对应的外部电压，并通过所述外部电压控制电机的转速；

步骤3，当电机启动完成后，关断控制电机启动的PWM信号；并通过外部控制电路提供的电压控制电机的转速，同时通过该外部控制电路使控制电机转速的所述外部电压和外部控制电路提供的电压平滑过渡。

相比于现有技术，本发明设置有控制电机启动的内部PWM信号，使电机可以平滑启动。并设置有切换电路和外部控制电路，通过切换电路将电机启动时的内部PWM信号实时转换为对应的外部电压，在电机启动的过程中，通过该外部电压控制电机的转速。使当电机启动时的PWM控制结束转换为外部控制电路控制电机的转速时，外部控制转速值可以很好的和内部PWM控制转速值对应上，即电机平滑启动后再切换到外部控制电路控制转速时，外部控制电路提供的控制电压可以很好的和控制电机启动的PWM控制值对应上，使电机启动平滑过渡。

附图说明

图1为本发明实施例1的电机软启动切换控制电路图；

图2为本发明实施例1的电机软启动切换控制电路对应的时序图；

图3为本发明实施例2的电机软启动切换控制电路图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明所述PWM即脉冲宽度调制。

实施例1

如图1所示，本发明提供一种用于直流电机驱动控制的软启动切换控制电路，包括切换电路和外部控制电路。其中，切换电路包括电压跟随器U1、电压跟随器U2、反相器U3、PMOS管MP1、NMOS管MN1、滤波电阻R1和开关管U5。电压跟随器U1的输入端接电压V1，电压跟随器U1的输出端接PMOS管MP1的源极。电压跟随器U2的输入端接电压V2，电压跟随器U2的输出端接NMOS管MN1的源极。反相器U3的输入端用于输入控制电机启动的PWM信号，反相器U3的输出端接PMOS管MP1及NMOS管MN1的栅极。PMOS管MP1的漏极和NMOS管MN1的漏极相连并同时与开关管U5的一端相连，开关管U5的另一端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端作为切换电路的输出端V_OUT。在本实施例中，电压跟随器U1、电压跟随器U2、反相器U3、PMOS管MP1、NMOS管MN1、电阻R1和开关管U5集成在芯片U0中。

外部控制电路包括电阻R2、电阻R3和电容C1，电阻R2的一端接电源VDD，电阻R2的另一端与电阻R3的一端及电容C1的一端相连作为外部控制电路的输出端并同时与电阻R1的另一端相连作为软启动切换控电路的输出端。电阻R3的另一端和电容C1的另一端接地。

在本实施例中，还包括比较器U4，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1相连的一端与比较器U4的正相输入端相连，比较器U4的反相输入端用于输入幅值在电压V1和电压V2之间的锯齿波信号，比较器U4输出端输出的信号用于控制电机的转速。

当电机启动时，电机的转速由控制电机启动的PWM信号PWM_INT的占空比DUTY_pwm_int控制，此时，开关管U5导通，切换电路的输出电压V_OUT为：

V_OUT＝(V1-V2)*DUTY_pwm_int+V2 (1)

其中，V_OUT为切换电路的输出电压，V1为电压跟随器U1的输入电压，V2为电压跟随器U2的输入电压，DUTY_pwm_int为控制电机启动时的PWM信号PWM_INT的占空比。

而比较器U4输出的PWM信号PWM_A的占空比DUTY_pwm_a为：

DUTY_pwm_a＝(V_OUT-V2)/(V1-V2) (2)

把式(1)代入式(2)，则有：

DUTY_pwm_a＝DUTY_pwm_int

其中，DUTY_pwm_a为比较器U4输出的PWM信号PWM_A的占空比。

可见，比较器U4输出的PWM信号PWM_A占空比和控制电机启动的PWM信号PWM_INT占空比相等。当电机运行速度由控制电机启动的内部PWM信号控制结束转换为外部控制电路控制时，即由输出电压V_OUT转换为PWM信号PWM_A控制速度时，外部控制电路控制的PWM信号和内部设置的PWM信号可以很好的对上，使电机运行平滑过渡。这时开关管U5断开，控制电机转速的电压开始由分压电阻R2，R3控制，由于电容C1的存在，V_OUT电压不会突变，电压将慢慢转换为由电阻R2，R3设置的速度值，从而使电机运行平滑过渡。

对应的，本发明还提供一种用于无刷直流电机的软启动切换控制方法，包括以下步骤：

步骤1，预设控制电机启动的PWM信号占空比，并通过所述PWM信号控制电机启动；

步骤2，将所述控制电机启动的PWM信号转换为对应的外部电压，并通过所述外部电压控制电机的转速；

步骤3，当电机启动完成后，关断控制电机启动的PWM信号；并通过外部控制电路提供的电压控制电机的转速，同时通过该外部控制电路使控制电机转速的所述外部电压和外部控制电路提供的电压平滑过渡。

如图2中的T1所示，当电机启动完成后，对绕组的反电势能够进行清晰的检测，这时候，通过外部电压控制电机的转速，因为电机启动时外部电压已经由内部PWM转换过来，所以这个时候外部电压所对应的转速与内部启动PWM一致，电机转速不会出现跳变。

如图中2中T1到T2所示，当电机启动完成后，外部电压与电机转速所设定的控制电压之间的差别通过外部电路进行电压的平滑过渡。当电机进入正常的运行状态，电机转速由外部控制电路输出的电压所决定，如图2的T2以后。

实施例2

本实施例与实施例1的电路基本一致，其区别仅在于，本实施例的的电路不包括滤波电阻R1。如图3所示，开关管U5的一端与PMOS管MP1的漏极及NMOS管MN1的漏极相连接，开关管U5的另一端与电阻R2、电阻R3及电容C1的一端相连接作为软启动切换电路的输出端并与比较器U4的正相输入端相连接，比较器U4的反相输入端接幅值在电压V1和电压V2之间的锯齿波信号，比较器U4输出端接电机，用于控制电机的转速。电阻R2的另一端接电源VDD，电阻R3的另一端和电容C1的另一端接地。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于无刷直流电机的软启动切换控制电路，其特征在于，包括切换电路和外部控制电路，所述切换电路包括电压跟随器U1、电压跟随器U2、反相器U3、PMOS管MP1和NMOS管MN1；所述电压跟随器U1的输入端接电压V1，所述电压跟随器U1的输出端接PMOS管MP1的源极；所述电压跟随器U2的输入端接电压V2，所述电压跟随器U2的输出端接NMOS管MN1的源极；所述反相器U3的输入端用于输入控制电机启动的PWM信号，所述反相器U3的输出端接PMOS管MP1及NMOS管MN1的栅极；所述PMOS管MP1的漏极、NMOS管MN1的漏极及所述外部控制电路的输出端相连作为软启动切换控制电路的输出端，用于控制电机的转速。

2.根据权利要求1所述的用于无刷直流电机的软启动切换控制电路，其特征在于，所述切换电路还包括电阻R1，所述电阻R1的一端接所述PMOS管MP1的漏极及NMOS管MN1的漏极，所述电阻R1的另一端与所述外部控制电路的输出端相连作为软启动切换控制电路的输出端。

3.根据权利要求2所述的用于无刷直流电机的软启动切换控制电路，其特征在于，所述切换电路还包括开关管U5，所述开关管U5的一端与所述PMOS管MP1的漏极及NMOS管MN1的漏极相连，所述开关管U5的另一端与所述电阻R1的一端相连，所述电阻R1的另一端与所述外部控制电路的输出端相连作为软启动切换控制电路的输出端。

4.根据权利要求2或3所述的用于无刷直流电机的软启动切换控制电路，其特征在于，所述外部控制电路包括电阻R2、电阻R3和电容C1，所述电阻R1的另一端与所述电阻R2的一端、所述电阻R3的一端及所述电容C1的一端相连接作为软启动切换控制电路的输出端，所述电阻R2的另一端接电源VDD，所述电阻R3的另一端和所述电容C1的另一端均接地。

5.根据权利要求4所述的用于无刷直流电机的软启动切换控制电路，其特征在于，还包括比较器U4、所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电容C1相连接的一端与所述比较器U4的正相输入端相连，所述比较器U4的反相输入端用于输入幅值在电压V1和电压V2之间的锯齿波信号，所述比较器U4输出端输出的信号用于控制电机的转速。

6.一种用于无刷直流电机的软启动切换控制方法，其特征在于，包括：

步骤1，预设控制电机启动的PWM信号占空比，并通过所述PWM信号控制电机启动；

步骤2，将所述控制电机启动的PWM信号转换为对应的外部电压，并通过所述外部电压控制电机的转速；

步骤3，当电机启动完成后，关断控制电机启动的PWM信号；并通过外部控制电路提供的电压控制电机的转速，同时通过该外部控制电路使控制电机转速的所述外部电压和外部控制电路提供的电压平滑过渡。