CN110932612A - 差分式高性能无刷电机驱动器及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及差分式高性能无刷电机驱动器及驱动方法，将舵机控制器的信息处理电路与功率驱动电路分离，信息处理电路与上级系统共平台功率驱动电路与舵机执行机构集成；驱动器包括电流隔离采样电路、PWM波变换电路、PWM接口形式温度传感器和差分接口电路；驱动器采用差分接口电路接收信息处理平台输出的舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号；电流隔离采样电路对外部电源输入的电流进行采样，PWM波变换电路将电流隔离采样电路的采样电流调制成PWM波电流信号，该PWM波电流信号经差分接口电路输出至信息处理平台；PWM接口形式温度传感器采集温度信号，该温度信号经差分接口电路输出至信息处理平台。

Description

差分式高性能无刷电机驱动器及驱动方法

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体涉及一种差分式高性能无刷电机驱动器及驱动方法。

背景技术

永磁无刷直流电机以其体积小、效率高、功率密度大、结构可靠、易控制等诸多优点广泛应用于以无人机、航天器为代表的飞行器舵控系统中。目前，舵控系统主要采用舵机控制器+舵机执行机构分体式设计方案。舵机控制器主要由信息处理电路、功率驱动电路及机构件构成，主要完成数字信号处理、算法解算及功率信号驱动放大等功能。舵机执行机构主要由电机、减速传动机构和反馈装置构成，用于最终执行舵控指令，输出所需的力矩、舵偏速度，并使舵面偏转至指定舵偏位置。根据舵机驱动通道数的不同，舵机控制器具有单通道、两通道、四通道等多种输出形式。以四通道为例，一个舵机控制器里面具有四个功率驱动单元，用于完成四路舵机执行机构的驱动控制。这种设计方案多个通道共用信息处理电路，可以减少元器件的数量，降低成本。但随着舵机通道数的增加，舵机控制器功率驱动电路设计复杂度和结构设计复杂度随着倍增，随之而来的功率驱动通道间串扰问题、散热问题与小型化设计之间的矛盾成为制约通道扩展的瓶颈。此外，舵机控制器内部兼具功率驱动电路和信息处理电路，还存在功率驱动电路带来的电磁干扰问题，这会影响信息处理电路(数字电路部分)工作，有甚者会影响到上级系统工作。这对舵机控制器数字电路部分及上级系统抗干扰设计提出了较高要求。

如何突破舵机控制器设计瓶颈，解决小型化、集成化设计难题，提高舵系统扩展性、可靠性和抗干扰性能成为业内探索的一个热门方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种差分式高性能无刷电机驱动器及驱动方法，解决舵机控制器功率驱动通道间串扰问题以及功率驱动电路与信息处理电路之间数据交互干扰问题。

为了达到上述的目的，本发明提供一种差分式高性能无刷电机驱动器，将舵机控制器的信息处理电路与功率驱动电路分离，信息处理电路与上级系统共平台，建立信息处理平台，功率驱动电路与舵机执行机构集成；功率驱动电路包括多个所述差分式高性能无刷电机驱动器，每个舵机执行机构内集成一所述差分式高性能无刷电机驱动器；所述差分式高性能无刷电机驱动器包括电流隔离采样电路、PWM波变换电路、PWM接口形式温度传感器和差分接口电路；所述差分式高性能无刷电机驱动器采用差分接口电路接收信息处理平台输出的舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号；电流隔离采样电路对外部电源输入的电流进行采样，PWM波变换电路将电流隔离采样电路的采样电流调制成PWM波电流信号，该PWM波电流信号经差分接口电路输出至信息处理平台，用于信息处理平台对电流进行实时监控；PWM接口形式温度传感器采集温度信号，该温度信号经差分接口电路输出至信息处理平台，用于信息处理平台对温度进行实时监控。

所述差分式高性能无刷电机驱动器还包括第一防倒灌电路、二次电源变换电路、隔离电源变换电路、变换电路；第一防倒灌电路与电流隔离采样电路连接，二次电源变换电路与第一防倒灌电路连接，隔离电源变换电路和变换电路均与二次电源变换电路连接；隔离电源变换电路输出隔离电源，变换电路输出非隔离电源；二次电源变换电路、隔离电源变换电路和变换电路为所述差分式高性能无刷电机驱动器以及外部霍尔传感器、反馈位置传感器供电。

所述差分式高性能无刷电机驱动器还包括第二防倒灌电路和泄放电路；第二防倒灌电路与电流隔离采样电路连接，泄放电路与第二防倒灌电路连接，泄放电路与电流隔离采样电路连接，泄放电路连接外置的泄放电阻。5、如权利要求3所述差分式高性能无刷电机驱动器还包括三相功率桥、过流采样电路、磁隔离接口电路、霍尔接口电路、霍尔换相逻辑变换电路和过流保护判别电路；磁隔离接口电路接收差分接口电路传来的舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号并发送给霍尔换相逻辑变换电路；三相功率桥与第二防倒灌电路连接，过流采样电路串入三相功率桥的母线回线端；过流保护判别电路将过流采样电路采到的电压值与限流阀值进行比较，输出相应过流保护信号至霍尔换相逻辑变换电路；霍尔接口电路接收外部电机霍尔信号并发送给霍尔换相逻辑变换电路；霍尔换相逻辑变换电路根据将霍尔信号、舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号和过流保护信号进行逻辑运算，按照受限单极性驱动方式输出PWM控制信号；功率驱动放大电路将霍尔换相逻辑电路输出的PWM控制信号放大并输出至三相功率桥，用作三相功率桥门极驱动信号。

所述差分式高性能无刷电机驱动器还包括舵锁控制电路，舵锁控制电路接收舵锁DS信号，舵锁控制电路与第一防倒灌电路连接。舵锁控制电路以NOMS器件作为舵锁控制执行元件，接收舵锁DS信号用作NMOS驱动信号；舵锁控制电路的MOS器件反并联第一防倒灌电路，提供泄放通道，避免舵锁落锁时，瞬态电压变化对舵锁控制电路的MOS器件的冲击。

本发明还提供一种差分式高性能无刷电机驱动器的驱动方法，包括：

1)电源输入上电后，信息处理平台读取反馈位置传感器输出的位置信号，若舵位置正确且在解锁位置区间内，则信息处理平台输出的舵锁锁DS信号为高电平；

2)高电平舵锁锁DS信号输出后50ms内，信息处理平台输出的舵控PWM信号保持为低电平；50ms后，信息处理平台根据舵控需求输出舵控PWM信号；

3)若舵机需要正向旋转，信息处理平台输出的舵控FR信号为高电平；若舵机需要负向旋转，则信息处理平台输出的舵控FR信号为低电平；舵机输出占空比由舵控PWM信号占空比决定，舵控PWM信号载波周期通过信息处理平台进行配置，配置区间为2k～20kHz，占空比范围为0～100％；在舵机控制过程中，信息处理平台实时判读位置信号、电流信号和温度信号，进行舵机工作状态诊断，并输出相应的舵控PWM信号和舵控FR信号；

4)舵机完成舵控任务后，需执行舵锁落锁操作，在舵机落锁前，信息处理平台先输出低电平舵控PWM信号，延迟100ms以后再输出低电平舵锁锁DS信号。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1)本发明的差分式高性能无刷电机驱动器接收RS422差分形式舵控PWM信号、方向信号和舵锁控制信号，并实时通过RS422接口电平输出PWM形式的电流信号和温度信号，上述信号均通过磁隔离技术与一次电源进行了隔离，并对接口进行了抗干扰设计，传输距离可以达到10米，具有较好的抗干扰性能；

2)本发明的差分式高性能无刷电机驱动器针对无人机、航天器等飞行器平台应用场合设计，兼具电机功率驱动和解锁控制功能模块，具备过压、过流、欠压保护和防倒灌功能，具备在18～80V电压范围内20A额定电流功率驱动能力，瞬态耐压不小于200V，瞬态电流能力不小于80A，具有温度和过流状态遥测输出接口，工作电压范围宽，过电流能力强，集成度高，性能优良；

3)本发明的差分式高性能无刷电机驱动器，将舵锁解锁信号与霍尔解算及过流保护信号进行了逻辑运算处理，在舵锁信号为低电平(未解锁)，状态时，PWM信号不会输出，避免了未解锁状态下，误输出舵控指令，导致舵锁被打坏的情况发生，并提出了一种相适应驱动方法，通过驱动方法和硬件设计两方面，避免舵锁被打坏的情况发生；

4)本发明的差分式高性能无刷电机驱动器能够为反馈位置传感器供电、霍尔传感器供电，实现了对电机电气接口和反馈位置传感器电气接口的信号整合，接口形式简单，拓扑连接得到简化。

附图说明

本发明的差分式高性能无刷电机驱动器及驱动方法由以下的实施例及附图给出。

图1为本发明较佳实施例的差分式高性能无刷电机驱动器结构及接口布局示意图。

图2为本发明较佳实施例的差分式高性能无刷电机驱动器功能框图。

图3为本发明较佳实施例中隔离差分转换、温度和电流采样以及电源变换电路原理框图。

图4为本发明较佳实施例中泄放电路原理图。

图5为本发明较佳实施例中过流保护判别电路原理图。

图6为本发明较佳实施例中舵锁解锁电路原理图。

图7为本发明较佳实施例中三相功率桥原理框图。

具体实施方式

以下将结合图1～图7对本发明的差分式高性能无刷电机驱动器及驱动方法作进一步的详细描述。

为解决舵机控制器功率驱动通道间串扰问题以及功率驱动电路与信息处理电路之间数据交互干扰问题，本发明对舵机控制器+舵机执行机构分体式舵控系统进行形式重构，打破舵机控制器和舵机执行机构的界限，将舵机控制器的信息处理电路与功率驱动电路分离，信息处理电路与上级系统共平台，功率驱动电路与舵机执行机构集成；一功率驱动通道(即功率驱动单元)与其对应的一路舵机执行机构集成，即每个舵机执行机构内集成一功率驱动单元，功率驱动单元与舵机执行机构的电机集束在一起。

本发明中，信息处理电路与功率驱动电路分离，解决了功率驱动电路对信息处理电路造成的电磁干扰问题；功率驱动电路的各路功率驱动通道分离，解决了舵机控制器功率驱动通道间串扰问题；一路舵机执行机构内集成一功率驱动单元，有助于舵控系统小型化设计。

上述设计思路(即将信息处理电路与功率驱动电路分离，信息处理电路与上级系统共平台，功率驱动电路与舵机执行机构集成)使功率驱动单元与信息处理平台在相距5～10米的远距离条件下进行数据交互，两者长距传输通讯抗干扰成为需要解决的问题。

本发明的差分式高性能无刷电机驱动器(即功率驱动单元)与信息处理平台之间的数据交互包括：1)信息处理平台输出至所述无刷电机驱动器的舵控PWM信号、舵控FR信号、舵锁DS信号，该三路信号均为差分式信号；2)所述无刷电机驱动器输出至信息处理平台的温度信号和电流信号。为解决两者长距传输通讯干扰问题，所述无刷电机驱动器采用差分式接口设计与信息处理平台进行数据交互：对于三路差分式输入信号(舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号)，所述无刷电机驱动器采用差分接口电路接收；所述无刷电机驱动器利用电流隔离采样电路对外部电源输入的电流进行采样，利用PWM波变换电路将所述电流隔离采样电路的采样电流调制成PWM波电流信号，该PWM波电流信号经差分接口电路输出至信息处理平台，用于信息处理平台对电流进行实时监控；所述无刷电机驱动器利用PWM接口形式温度传感器采集温度信号，该温度信号经差分接口电路输出至信息处理平台，用于信息处理平台对温度进行实时监控。

现以一具体实施例详细说明本发明的差分式高性能无刷电机驱动器。

图1所示为本发明较佳实施例的差分式高性能无刷电机驱动器结构及接口布局示意图。

参见图1，所述无刷电机驱动器包括功率板1和调理板2和壳体3；所述壳体3内设置散热结构体4，所述功率板1采用铝基板，其背面与散热结构体4固联；所述调理板2采用FR4环氧树脂板，与所述功率板通过板间连接器5实现信号互联。所述无刷电机驱动器共有供电口6、通讯口7、舵机接口8三个对外接口，分别置于无刷电机驱动器的两侧；所述供电口6与所述通讯口7位于同一侧且分离设置，避免供电口对通讯接口的电磁干扰；所述舵机接口8采用甩出外接电缆接口形式，与电机、反馈位置传感器及泄放电阻连接，其中，反馈位置传感器的信号线采用屏蔽线缆包覆形式，避免功率信号带来的电磁干扰。所述无刷电机驱动器结构形式简单，对外接口简单，适用于无人机载、航天器等应用场景。

所述功率板1利用铝基板散热良好的优势，将铝基板与散热结构体固联，实现无刷电机驱动器的良好散热。

所述功率板1主要用于实现电能转换、功率驱动、能量泄放、舵锁控制及电流采样等功能，包含防倒灌电路、泄放电路、功率驱动放大电路、三相功率桥、舵锁控制电路、过流采样电路、电流隔离采样电路；所述调理板2主要用于实现接口信号处理、数字信号转换、状态监控、故障保护等功能，包含差分接口电路、磁隔离接口电路、隔离电源变换电路、二次电源变换电路、变换电路、霍尔接口电路、霍尔换相逻辑变换电路、过流保护判别电路、PWM波变换电路、温度采样电路。

图2所示为本发明较佳实施例的差分式高性能无刷电机驱动器功能框图。

参见图2，电流隔离采样电路对电源输入的电流进行采样，得到采样电流，该采样电流经PWM波变换电路制成PWM波电流信号，该PWM波电流信号经差分接口电路输出至信息处理平台，用于信息处理平台对电流进行实时监控；

温度采样电路为PWM接口形式温度传感器，采集温度信号，该温度信号经差分接口电路输出至信息处理平台，用于信息处理平台对温度进行实时监控；

针对功率和控制分别设计防倒灌电路，第一防倒灌电路(控制)与电流隔离采样电路连接，二次电源变换电路与第一防倒灌电路连接，隔离电源变换电路和变换电路均与二次电源变换电路连接；二次电源变换电路将电源输入转换成12V电压信号，用于霍尔传感器供电；隔离电源变换电路将12V电压信号转换成5V隔离电压信号，该5V隔离电压信号用于PWM波变换电路、磁隔离接口电路、差分接口电路及反馈位置传感器供电；变换电路将12V电压信号转换成5V非隔离电压信号，该5V非隔离电压信号用于磁隔离接口电路供电；第一防倒灌电路用于防止第一防倒灌电路后级电压(即控制电源VK)的电流倒流至采样电流；本实施例利用二次电源变换电路、隔离电源变换电路和变换电路为所述无刷电机驱动器内部器件、霍尔传感器及反馈位置传感器供电，避免电源长线传输，即避免了电源长线传输带来的干扰问题；

第二防倒灌电路(功率)与电流隔离采样电路连接，泄放电路与第二防倒灌电路连接，泄放电路与电流隔离采样电路连接，外置的泄放电阻与泄放电路连接；泄放电路采用PMOS器件作为功率控制器件，采用泄放电阻作为耗散负载，当第二防倒灌电路后级电压(即功率电源VP)大于其前级电压3V以上时，PMOS器件导通，第二防倒灌电路后级电压的电流经泄放电阻进行泄放，从而避免第二防倒灌电路后级电压进一步上升，第二防倒灌电路用于防止电机制动时第二防倒灌电路后级电压的电流倒流至采样电流；

差分接口电路接收信息处理平台输出的舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号；磁隔离接口电路接收差分接口电路传来的舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号并发送给霍尔换相逻辑变换电路；

三相功率桥与第二防倒灌电路连接，过流采样电路串入三相功率桥的母线回线端；过流保护判别电路将过流采样电路采到的电压值与限流阀值进行比较，当采样电压值大于限流阀值时，过流保护判别电路输出高电平(过流保护信号)至霍尔换相逻辑变换电路，当采样电压值小于限流阀值时，过流保护判别电路输出低电平(过流保护信号)至霍尔换相逻辑变换电路；

霍尔接口电路接收外部电机霍尔信号并发送给霍尔换相逻辑变换电路；

霍尔换相逻辑变换电路根据将霍尔信号、舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号和过流保护信号进行逻辑运算，按照受限单极性驱动方式输出6路PWM控制信号；当过流保护信号为高电平时，关断PWM控制信号输出，当过流保护信号为低电平时，PWM控制信号正常输出；

功率驱动放大电路将霍尔换相逻辑电路输出的PWM控制信号放大并输出至三相功率桥，用作三相功率桥门极驱动信号；

舵锁控制电路用于实现舵机舵锁解锁控制，针对电磁式舵锁机构，该舵锁控制电路以NOMS器件作为舵锁控制执行元件；舵锁控制电路与磁隔离接口电路连接，接收磁隔离接口电路输出的舵锁DS信号，用作NMOS驱动信号；因舵机舵锁阻值在100Ω～1kΩ，存在50mH左右的电感，为避免舵锁落锁时，瞬态电压变化对舵锁控制电路的MOS器件的冲击，舵锁控制电路的MOS器件反并联第一防倒灌电路，提供泄放通道。

本实施例中，第一防倒灌电路选用耐压250V，额定过电流能力5A的功率二极管；第二防倒灌电路选用250V耐压，60A额定过电流能力的功率二极管。

功率驱动放大电路采用IR2136作为全桥驱动芯片。

三相功率桥由6个耐压不小于200V，过电流能力不小于100A的NMOS器件通过桥式连接方式构成，三相功率桥母线上并联容值不小于20uF，耐压不小于200V的无极性电容器。

过流采样电路采用阻值为5mΩ、阻值精度为1％的RML9194BK型超低阻精密片式固定电阻器用作采样电阻，将其串入三相功率桥母线回线端，限流电流设计值为20A。

电流隔离采样电路采用ACS712芯片。

差分接口电路采用AM26LS31和AM26LS32作为差分接口芯片，兼容RS422接口电平形式。其中AM26LS31用于发送PWM形式电流采样信号和PWM形式温度采样信息，将TTL电平信号转换成RS422A差分信号；AM26LS32用于接收差分形式舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号，将RS422A差分信号转换成TTL信号。

磁隔离接口电路采用ADUM1401器件，该器件具有三路接收和一路发送通道。

霍尔接口电路用于接收电机霍尔信号，采用RC滤波电路进行滤波，并使用齐纳二极管对端口进行保护，霍尔接口电路输入端上拉10k欧姆电阻至霍尔电源。

PWM波变换电路采用GP9301转换器作为转换芯片，采用隔离5V供电。

温度采样电路采用PWM接口形式温度传感器，该传感器采用隔离5V供电，温度采样范围-55℃～150℃。

图3所示为本发明较佳实施例中隔离差分转换、温度和电流采样以及电源变换电路原理框图。

参见图3，所述无刷电机驱动器采用磁隔离差分接口设计方案，二次电源变换电路将电源输入转换成12V控制电源，由隔离电源变换电路DCR021205U和变换电路LDO转换成5V隔离电源和5V非隔离电源。其中5V隔离电源为PWM波变换电路和反馈位置传感器供电，5V非隔离电源为磁隔离接口电路功率端供电。温度采样电路选用PWM接口形式传感器，采用5V隔离电源供电，测温范围-55℃～150℃。电流隔离采样电路选用ACS712系列磁隔离采样芯片，采用5V隔离电源供电，并通过PWM波变换电路转换成PWM接口形式。针对所述无刷电机驱动器的三路输入信号(舵控PWM、舵控FR、舵锁DS信号)和两路输出信号(温度TMP、电流I)采用差分接收和发送芯片完成RS422电平与TTL电平之间的转换，并在输入端口端接120Ω匹配电阻，在所有差分接口电路并联双向防静电二极管进行保护。对于反馈位置传感器，其CAN总线信号由反馈位置传感器输出，所述无刷电机驱动器只进行转接过路，并在其端口并联防静电二极管进行接口保护，所述无刷电机驱动器采用5V隔离电源直接为反馈位置传感器供电，解决了采用信息处理平台长距离供电时，线路压降导致传感器供电电压偏低的问题。所述无刷电机驱动器与信息处理平台采用差分总线通信方式，传输距离可以达到10米，抗干扰性能好，信号传输质量较高，有利于提高系统可靠性和稳定性。

图4所示为本发明较佳实施例中泄放电路原理图。

参见图4，泄放电路以规格为FQD9N25的PMOS器件作为驱动芯片，FQD9N25具有5A额定电流输出能力，该泄放电路以防倒灌二极管前后的电压作为判读门限，当后级电压高于前级电压3V以上时，泄放电路开始工作。此外功率母线并联180V瞬态抑制二极管V1，当功率母线瞬时电压高于180V时，瞬态抑制二极管V1工作，将瞬态电压吸收，从而对三相功率桥进行保护。

图5所示为本发明较佳实施例中过流保护判别电路原理图。

参见图5，过流保护判别电路以差动比较器作为主控制芯片，根据过流采样电路采样到的电压值与限流阀值进行比较，输出过流保护信号。当过流采样电路采样到的实际电流值小于限流阀值时，过流保护信号为低电平，当实际电流值大于限流阀值时，过流保护信号为高电平。后级霍尔换相逻辑变换电路将根据过流保护信号输出相应的PWM信号，从而实现限流保护。

图6所示为本发明较佳实施例中舵锁解锁电路原理图。

参见图6，所述舵锁解锁电路采用基于IR2103器件的高端NMOS驱动电路设计方案，舵锁解锁电路根据解锁指令信号，通过IR2103驱动芯片，将信号放大，控制NMOS器件通断，从而实现舵锁解锁控制。

图7所示为本发明较佳实施例中三相功率桥原理框图。

参见图7，所述无刷电机驱动通过以三相功率桥实现最终能量转换。通过母线回线串联过流采样电路形式实现过流电流采样。

表1为霍尔换相解算及保护输出逻辑表。所述无刷电机驱动器的功率驱动及过流保护机制、舵锁保护机制的核心，由霍尔换相逻辑变换电路实现，该霍尔换相逻辑变换电路采用基于门电路的硬件逻辑设计方案，根据逻辑表中所述逻辑关系，输出舵机驱动的PWM信号，实现对无刷舵机的驱动控制。该逻辑表基于受限单极性无刷电机驱动、上桥PWM调制方式，两两导通逻辑，并结合舵锁信号、过流保护信号进行组合逻辑运算，形成有效地保护机制。

表1霍尔换相解算及保护输出逻辑表

本发明还提供一种差分式高性能无刷电机驱动器驱动方法，所述驱动方法根据反馈位置传感器位置信号、温度信号、电流信号，按照一定的逻辑顺序输出舵锁DS信号、舵控FR信号以及舵控PWM信号，具体步骤如下：

1)电源输入上电后，信息处理平台读取反馈位置传感器输出的位置信号(反馈舵位置)，若舵位置正确且在解锁位置区间内，则信息处理平台输出高电平舵锁锁DS信号(舵锁解锁指令)，并维持这一电平形式；

2)舵锁解锁指令输出后50ms内，舵控PWM信号需保持为低电平；50ms后，信息处理平台可以根据舵控需求输出舵控PWM信号；

3)若舵机需要正向旋转，信息处理平台输出高电平舵控FR信号；若舵机需要负向旋转，则信息处理平台输出低电平舵控FR信号；舵机输出占空比由舵控PWM信号占空比决定，舵控PWM信号载波周期可以通过信息处理平台进行配置，配置区间为(2k～20kHz)，占空比范围为(0～100％)；在舵机控制过程中，信息处理平台实时判读位置信号、电流信号和温度信号，进行舵机工作状态诊断，并输出相应的舵控PWM信号和舵控FR信号；

4)舵机完成舵控任务后，需执行舵锁落锁操作，在舵机落锁前，信息处理平台先输出低电平舵控PWM信号，延迟100ms以后再输出舵锁解锁指令(即低电平舵锁锁DS信号)。

Claims (10)

1.差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，将舵机控制器的信息处理电路与功率驱动电路分离，信息处理电路与上级系统共平台，建立信息处理平台，功率驱动电路与舵机执行机构集成；功率驱动电路包括多个所述差分式高性能无刷电机驱动器，每个舵机执行机构内集成一所述差分式高性能无刷电机驱动器；

所述差分式高性能无刷电机驱动器包括电流隔离采样电路、PWM波变换电路、PWM接口形式温度传感器和差分接口电路；所述差分式高性能无刷电机驱动器采用差分接口电路接收信息处理平台输出的舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号；电流隔离采样电路对外部电源输入的电流进行采样，PWM波变换电路将电流隔离采样电路的采样电流调制成PWM波电流信号，该PWM波电流信号经差分接口电路输出至信息处理平台，用于信息处理平台对电流进行实时监控；PWM接口形式温度传感器采集温度信号，该温度信号经差分接口电路输出至信息处理平台，用于信息处理平台对温度进行实时监控。

2.如权利要求1所述的差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，所述差分式高性能无刷电机驱动器还包括第一防倒灌电路、二次电源变换电路、隔离电源变换电路、变换电路；第一防倒灌电路与电流隔离采样电路连接，二次电源变换电路与第一防倒灌电路连接，隔离电源变换电路和变换电路均与二次电源变换电路连接；隔离电源变换电路输出隔离电源，变换电路输出非隔离电源；二次电源变换电路、隔离电源变换电路和变换电路为所述差分式高性能无刷电机驱动器以及外部霍尔传感器、反馈位置传感器供电。

3.如权利要求1所述的差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，所述差分式高性能无刷电机驱动器还包括第二防倒灌电路和泄放电路；第二防倒灌电路与电流隔离采样电路连接，泄放电路与第二防倒灌电路连接，泄放电路与电流隔离采样电路连接，泄放电路连接外置的泄放电阻。

4.如权利要求3所述的差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，泄放电路采用PMOS器件作为功率控制器件，采用泄放电阻作为耗散负载，当第二防倒灌电路后级电压(大于其前级电压3V以上时，PMOS器件导通，第二防倒灌电路后级电压的电流经泄放电阻进行泄放，从而避免第二防倒灌电路后级电压进一步上升，第二防倒灌电路用于防止电机制动时第二防倒灌电路后级电压的电流倒流至采样电流。

5.如权利要求3所述的差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，所述差分式高性能无刷电机驱动器还包括三相功率桥、过流采样电路、磁隔离接口电路、霍尔接口电路、霍尔换相逻辑变换电路和过流保护判别电路；

磁隔离接口电路接收差分接口电路传来的舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号并发送给霍尔换相逻辑变换电路；

三相功率桥与第二防倒灌电路连接，过流采样电路串入三相功率桥的母线回线端；过流保护判别电路将过流采样电路采到的电压值与限流阀值进行比较，输出相应过流保护信号至霍尔换相逻辑变换电路；

霍尔接口电路接收外部电机霍尔信号并发送给霍尔换相逻辑变换电路；

霍尔换相逻辑变换电路根据将霍尔信号、舵控PWM信号、舵控FR信号和舵锁DS信号和过流保护信号进行逻辑运算，按照受限单极性驱动方式输出PWM控制信号；

功率驱动放大电路将霍尔换相逻辑电路输出的PWM控制信号放大并输出至三相功率桥，用作三相功率桥门极驱动信号。

6.如权利要求5所述的差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，当过流采样电路采到的电压值大于限流阀值时，过流保护判别电路输出的过流保护信号为高电平，当过流采样电路采到的电压值小于限流阀值时，过流保护判别电路输出的过流保护信号为低电平；当过流保护信号为高电平时，关断PWM控制信号输出，当过流保护信号为低电平时，PWM控制信号正常输出。

7.如权利要求3所述的差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，所述差分式高性能无刷电机驱动器还包括舵锁控制电路，舵锁控制电路接收舵锁DS信号，舵锁控制电路与第一防倒灌电路连接。

8.如权利要求7所述的差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，舵锁控制电路以NOMS器件作为舵锁控制执行元件，接收舵锁DS信号用作NMOS驱动信号；舵锁控制电路的MOS器件反并联第一防倒灌电路，提供泄放通道，避免舵锁落锁时，瞬态电压变化对舵锁控制电路的MOS器件的冲击。

9.如权利要求1所述的差分式高性能无刷电机驱动器，其特征在于，所述的差分式高性能无刷电机驱动器包括功率板和调理板和壳体；所述壳体内设置散热结构体，所述功率板采用铝基板，其背面与散热结构体固联；所述调理板采用FR4环氧树脂板，与所述功率板通过板间连接器实现信号互联；所述功率板用于实现电能转换、功率驱动、能量泄放、舵锁控制及电流采样功能，所述调理板用于实现接口信号处理、数字信号转换、状态监控、故障保护功能；电流隔离采样电路设置在功率板上；PWM波变换电路、PWM接口形式温度传感器和差分接口电路设置在调理板上。

10.权利要求1至9中任一权利要求所述差分式高性能无刷电机驱动器的驱动方法，其特征在于，包括：

1)电源输入上电后，信息处理平台读取反馈位置传感器输出的位置信号，若舵位置正确且在解锁位置区间内，则信息处理平台输出的舵锁锁DS信号为高电平；

2)高电平舵锁锁DS信号输出后50ms内，信息处理平台输出的舵控PWM信号保持为低电平；50ms后，信息处理平台根据舵控需求输出舵控PWM信号；

3)若舵机需要正向旋转，信息处理平台输出的舵控FR信号为高电平；若舵机需要负向旋转，则信息处理平台输出的舵控FR信号为低电平；舵机输出占空比由舵控PWM信号占空比决定，舵控PWM信号载波周期通过信息处理平台进行配置，配置区间为2k～20kHz，占空比范围为0～100％；在舵机控制过程中，信息处理平台实时判读位置信号、电流信号和温度信号，进行舵机工作状态诊断，并输出相应的舵控PWM信号和舵控FR信号；

4)舵机完成舵控任务后，需执行舵锁落锁操作，在舵机落锁前，信息处理平台先输出低电平舵控PWM信号，延迟100ms以后再输出低电平舵锁锁DS信号。

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