CN110557055A - 直流无刷电机换向装置的驱动电路以及直流无刷电机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流无刷电机换向装置的驱动电路以及直流无刷电机，该驱动电路包括模拟开关，所述模拟开关的控制极与位置信号端子连接。该直流无刷电机应用该驱动电路。应用本使用新型的直流无刷电机换向装置的驱动电路结构简单，可靠性高。

Description

直流无刷电机换向装置的驱动电路以及直流无刷电机

【技术领域】

本发明涉及直流无刷电机技术领域，尤其涉及一种直流无刷电机换向装置的驱动电路，还涉及应用该驱动电路的直流无刷电机。

【背景技术】

目前直流无刷电机换向装置可分为两大类：一类是H桥式换向装置，有A、B、C、D四个输入端子，通过控制四个输入端子的输入信号控制换向装置进行换向，从而控制电机换向，参见图1；另一类是三相式换向装置，有A、B、C、D、E、F六个输入端子，通过控制六个输入端子的输入信号控制换向装置进行换向，从而控制电机换向，参见图2。目前直流无刷电机换向装置的驱动电路主要有两种结构：第一种驱动电路用与非门等数字电路逻辑组合而生成驱动信号，位置信号接在与非门输入端，通过四个输出端子输出驱动信号，用以控制与其连接的换向装置，参见图3；第二种驱动电路是用微处理器(又称单片机)做换向装置的驱动装置，通过加强型PWM模块生成驱动信号，位置信号接在微处理器的输入端，通过四个输出端子输出驱动信号，参见图4。

由于换向装置同一侧的上桥臂和下桥臂同时导通，容易造成换向装置的烧毁，因此，现有技术中，通常会采用单片机设定死区时间来避免加强同一侧的上桥臂和下桥臂同时导通，但由于电路环境中会存在软件故障、电磁干扰等外界因素，会使得换向装置存在同一侧的上桥臂和下桥臂同时导通的风险，可靠性不高。

【发明内容】

本发明的第一目的是提供一种结构简单，可靠性高的直流无刷电机换向装置的驱动电路。

本发明的第二目的是提供一种结构简单，可靠性高的直流无刷电机。

为了实现上述第一目的，本发明提供的直流无刷电机换向装置的驱动电路包括包括模拟开关，所述模拟开关的控制极与所述位置信号端子连接。

为了实现上述第二目的，本发明的直流无刷电机包括驱动电路和换向装置，驱动电路与换向装置电连接；驱动电路应用上述驱动电路。

由上述方案可见，本发明的直流无刷电机中的驱动电路通过将模拟开关的控制极与位置信号端子，使电机产生的位置信号可控制模拟开关的导通通道。当电机转子的位置信号发生改变时，按照换向装置的要求，正確地把高电平、低电平或主机给出的PWM信号分配给换向装置的各输入端子，控制各桥臂正常导通或截止，確保电机正常旋转。由于模拟开关的物理特性，开关在任何时间输入只能与一个输出端单极导通，所以不存在类似单片机的PWM信号在输出时存在的死区，需要通过软件设定死区时间来避免。从而避免了由软件故障或者电磁干扰等故障引起的传统设计的同时导通的可能性，提高了换向装置的可靠性，且结构简单，便于实现。

【附图说明】

图1是现有H桥式换向装置的电路原理图。

图2是现有三相式换向装置的电路原理图。

图3是现有直流无刷电机换向装置的一种驱动电路的电路原理图。

图4是现有直流无刷电机换向装置的另一种驱动电路的电路原理图。

图5是本发明直流无刷电机换向装置的驱动电路第一实施例的电路原理示意图。

图6是本发明直流无刷电机换向装置的驱动电路第二实施例的电路原理示意图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

【具体实施方式】

直流无刷电机换向装置的驱动电路第一实施例：

如图5所示，本发明的直流无刷电机换向装置的驱动电路包括位置信号端子1、PWM信号输入端子PWM1、第一模拟开关S1、第二模拟开关S2、上桥臂输出端子组11以及下桥臂输出端子组12，第一模拟开关S1的控制极和第二模拟开关S2的控制极均与位置信号端子1电连接，第一模拟开关S1的公共极与PWM信号输入端子PWM1电连接，第一模拟开关S1的输出端与上桥臂输出端子组11电连接，第二模拟开关S2的公共极与高电平电源端VCC电连接，第二模拟开关S2的输出端与下桥臂输出端子组12电连接。位置信号端子1用于与电机的霍尔控制器电路连接，霍尔控制器电路用于检测电机转子位置，并产生控制换向装置的位置信号。PWM信号输入端子PWM1用于与PWM电路模块电连接，PWM电路模块用于产生控制电机转动的PWM信号。霍尔控制器电路、PWM电路模块在电机上的应用为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。

本实施例中，第一模拟开关S1和第二模拟开关S2均为单刀双掷开关，上桥臂输出端子组11包括上桥臂输出端子A1和上桥臂输出端子C1，下桥臂输出端子组12包括下桥臂输出端子B1和下桥臂输出端子D1。第一模拟开关S1的两个输出端分别与一个上桥臂输出端子电连接，第二模拟开关S2的两个输出端分别与一个下桥臂输出端子电连接，具体的，第一模拟开关S1的常开输出端与上桥臂输出端子A1电连接，第一模拟开关S1的常闭输出端与上桥臂输出端子C1电连接，第二模拟开关S2的常闭输出端与上桥臂输出端子B1电连接，第二模拟开关S2的常开输出端与上桥臂输出端子D1电连接。

上桥臂输出端子组11的每一个上桥臂输出端子电连接有一个下拉电阻，本实施例中，上桥臂输出端子A1与下拉电阻R1的第一端电连接，下拉电阻R1的第二端接地，上桥臂输出端子C1与下拉电阻R2的第一端电连接，下拉电阻R2的第二端接地。下桥臂输出端子组12的每一个下桥臂输出端子电连接有一个下拉电阻，本实施例中，下桥臂输出端子B1与下拉电阻R3的第一端电连接，下拉电阻R3的第二端接地，下桥臂输出端子D1与下拉电阻R4的第一端电连接，下拉电阻R4的第二端接地。

本实施例的直流无刷电机换向装置的驱动电路在工作时，位置信号端子1向第一模拟开关S1的控制极和第二模拟开关S2的控制极发送位置信号，从而选择导通通道。本实施例中，采用CD4053型号模拟开关的两组开关作为第一模拟开关S1和第二模拟开关S2。位置信号端子1向第一模拟开关S1的控制极和第二模拟开关S2的控制极发送低电平信号时，第一模拟开关S1的常闭输出端与公共极接通，PWM信号输入端子PWM1的PWM信号由上桥臂输出端子C1输出，从而导通上桥臂输出端子C1对应的右上桥臂，此时，第二模拟开关S2常闭输出端与公共极接通，高电平电源端VCC的高电压信号由下桥臂输出端子B1输出，从而导通下桥臂输出端子B1对应的左下桥臂，此时换向装置的电流方向为从右到左。位置信号端子1向第一模拟开关S1的控制极和第二模拟开关S2的控制极发送高电平信号时，第一模拟开关S1的常开输出端与公共极接通，PWM信号输入端子PWM1的PWM信号由上桥臂输出端子A1输出，从而导通上桥臂输出端子A1对应的左上桥臂，此时，第二模拟开关S2常开输出端与公共极接通，高电平电源端VCC的高电压信号由下桥臂输出端子D1输出，从而导通下桥臂输出端子D1对应的右下桥臂，此时换向装置的电流方向为从左到右。通过位置信号端子1向第一模拟开关S1的控制极和第二模拟开关S2的控制极发送低电平信号或高电平，从而实现换向装置的换向操作。

直流无刷电机换向装置的驱动电路第二实施例：

参见图6，本发明的直流无刷电机换向装置的驱动电路包括位置信号端子2、PWM信号输入端子PWM2、第一模拟开关S3、第二模拟开关S4、上桥臂输出端子组21以及下桥臂输出端子组22，第一模拟开关S3的控制极和第二模拟开关S4的控制极均与位置信号端子2电连接，第一模拟开关S3的公共极与PWM信号输入端子PWM2电连接，第一模拟开关S3的输出端与上桥臂输出端子组21电连接，第二模拟开关S4的公共极与高电平电源端VCC电连接，第二模拟开关S4的输出端与下桥臂输出端子组22电连接。位置信号端子2用于与电机的霍尔控制器电路连接，霍尔控制器电路用于检测电机转子位置，并产生控制换向装置的位置信号。PWM信号输入端子PWM2用于与PWM电路模块电连接，PWM电路模块用于产生控制电机转动的PWM信号。霍尔控制器电路、PWM电路模块在电机上的应用为本领域技术人员所公知的技术，在此不再赘述。

本实施例中，第一模拟开关S3和第二模拟开关S4均为单刀六掷开关，上桥臂输出端子组21包括三个上桥臂输出端子，下桥臂输出端子组22包括三个下桥臂输出端子，第一模拟开关S3中每两个相邻的输出端子与一个上桥臂输出端子电连接，第二模拟开关S4中每两个相邻的输出端子与一个下桥臂输出端子电连接。具体的，第一模拟开关S3的第一输出端和第二输出端均与上桥臂输出端子A2电连接，第一模拟开关S3的第三输出端和第四输出端均与上桥臂输出端子E2电连接，第一模拟开关S3的第五输出端和第六输出端均与上桥臂输出端子C2电连接，第二模拟开关S4的第六输出端和第一输出端均与下桥臂输出端子B2电连接，第二模拟开关S4的第二输出端和第三输出端均与下桥臂输出端子F2电连接，第二模拟开关S4的第四输出端和第五输出端均与下桥臂输出端子D2电连接。

上桥臂输出端子组21的每一个上桥臂输出端子电连接有一个下拉电阻，本实施例中，上桥臂输出端子A2与下拉电阻R5的第一端电连接，下拉电阻R5的第二端接地，上桥臂输出端子C2与下拉电阻R7的第一端电连接，下拉电阻R7的第二端接地，上桥臂输出端子E2与下拉电阻R9的第一端电连接，下拉电阻R9的第二端接地。下桥臂输出端子组22的每一个下桥臂输出端子电连接有一个下拉电阻，本实施例中，下桥臂输出端子B2与下拉电阻R6的第一端电连接，下拉电阻R6的第二端接地，下桥臂输出端子D2与下拉电阻R8的第一端电连接，下拉电阻R8的第二端接地，下桥臂输出端子F2与下拉电阻R10的第一端电连接，下拉电阻R10的第二端接地。

本实施例的直流无刷电机换向装置的驱动电路在工作时，位置信号端子2向第一模拟开关S3的控制极和第二模拟开关S4的控制极发送位置信号，选择导通通道。本实施例中，第一模拟开关S3和第二模拟开关S4均采用了CD4051型号的模拟开关，由于CD4051型号的模拟开关为单刀八掷开关，需选择六个输出端与桥臂输出端子电连接。将CD4051型号的模拟开关芯片的控制极对应的9、10、11管脚与位置信号端子2电路连接，位置信号端子2按顺序循环向控制极9、10、11管脚输入地址码{000，001，010，011，100，101}，使得PWM信号输入端子PWM2按顺序循环分别接通上桥臂输出端子{A2，C2，C2，E2，E2，A2}，高电平电源端VCC按顺序循环分别接通下桥臂输出端子{F2，F2，B2，B2，D2，D2}。地址码回到000时，重复下一个周期。按照上面所述，同时导通的顺序为{A2F2，C2F2，C2B2，E2B2，E2D2，A2D2}，从而实现换向装置的换向操作，此为三相式换向装置所要求的通电顺序。

直流无刷电机实施例：

本实施例中，直流无刷电机包括驱动电路和换向装置，所述驱动电路与所述换向装置电连接。驱动电路采用上述直流无刷电机换向装置的驱动电路第一实施例或直流无刷电机换向装置的驱动电路第二实施例中的直流无刷电机换向装置的驱动电路。换向装置根据第一实施例或第二实施例中的直流无刷电机换向装置的驱动电路采用相应的换向装置，换向装置是用以控制电机工作的换向装置，此为公知技术，在此不再赘述。

需要说明的是，以上仅为本发明的优选实施例，但发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明做出的非实质性修改，也均落入本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种直流无刷电机换向装置的驱动电路，其特征在于：包括模拟开关，所述模拟开关的控制极与位置信号端子连接。

2.一种直流无刷电机，包括驱动电路和换向装置，所述驱动电路与所述换向装置电连接；其特征在于：

所述驱动电路应用上述权利要求1所述驱动电路。