CN114204655A - 可进行反电动势回收的电机驱动电路和呼吸机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可进行反电动势回收的电机驱动电路和呼吸机，其中，电机驱动电路包括：供电模块，供电模块的输入端与电源连接，供电模块的输出端通过母线为电机或其他功能模块提供电能；驱动模块，驱动模块的输入端与母线连接；电机，与驱动模块的输出端连接，在电机运行过程中，产生反电动势，并通过驱动模块叠加至母线；储能模块，设置在供电模块和驱动模块之间，且与母线连接，可吸收电机产生的反电动势，且通过母线可向电机输出电能；隔离模块，设置在其他功能模块的输入端与储能模块之间，用于阻止反电动势回流至其他功能模块。解决了现有技术中存在的反电动势回收电路仅能对反电动势进行回收，不能将回收的反电动势重新利用的问题。

Description

可进行反电动势回收的电机驱动电路和呼吸机

技术领域

本发明涉及电动机电路领域，具体涉及可进行反电动势回收的电机驱动电路和呼吸机。

背景技术

电机在运行时，会产生反电动势，例如、无刷直流电机(Brushless DirectCurrent Motor,BLDCM)，或永磁同步马达，以BLDCM为例，绕组线圈的电流在一定的频率下需不停切换方向，同时应不同速度调节要求，电流的大小也是动态调整，因此会在每项绕组上均产生反电动势。对于产生的反电动势，采用在电机绕组线圈两端并接二极管、电池方式对反电动势导出及存储，但这种方案下，会带来例如二极管存在导通压降及开关损耗、电池存储的电能得不到应用，在电池充满时可能无法将反电动势及时导出。而存在另一种方案是在电机驱动母线输入端口增加瞬态抑制二极管来对母线上的反电动势进行释放，但这种方案需要多个二极管串联，要求二极管参数选型兼顾嵌位电压与功率匹配的问题，且将反电动势通过二极管发热释放。因此，现有技术中对于反电动势虽然进行了回收但无法实时利用，或直接泄放，进而造成能源浪费，无法降低系统功耗。

因此，如何实时对反电动势进行回收再利用，降低系统功耗成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述背景技术中阐述的技术问题，本申请提出一种可进行反电动势回收的电机驱动电路和呼吸机，可以实时对反电动势进行回收再利用，降低系统功耗。

本申请公开了一种可进行反电动势回收的电机驱动电路，反电动势回收电路包括：供电模块，供电模块的输入端与电源连接，供电模块的输出端通过母线为电机或其他功能模块提供电能；

驱动模块，驱动模块的输入端与母线连接；

电机，与驱动模块的输出端连接，在电机运行过程中，产生反电动势，并通过驱动模块叠加至母线；

储能模块，设置在供电模块和驱动模块之间，且与母线连接，可吸收电机产生的反电动势，且通过母线可向电机输出电能；

隔离模块，设置在其他功能模块的输入端与储能模块之间，用于阻止反电动势回流至其他功能模块。

保护模块，设置在供电模块与隔离模块之间。

可选地，储能模块包括至少一个极性电容或至少一个电池，极性电容或电池的正极与母线连接，极性电容或电池的负极接地。

可选地，供电模块的输出端与至少一个其他功能模块的输入端连接；

可选地，隔离模块包括至少一个二极管，二极管的阳极与其他功能的输入端连接，二极管的阴极与储能模块连接。

可选地，反电动势回收电路还包括软启动模块，软启动模块连接在供电模块的输出端与储能模块之间，用于降低上电启动时储能模块电流上升速率。

可选地，软启动模块包括：第一电阻和第二电阻，其中第一电阻的一端与第二电阻的一端连接，第一电阻的另一端与供电模块的输出端连接，第二电阻的另一端接地，在第一电阻与第二电阻的串联点具有分压点；至少一个缓冲电容，与第一电阻并联；第一MOS管，第一MOS管的栅极与分压电连接，第一MOS管的漏极与供电模块的输出端连接，第一MOS管的源极与储能模块连接。

可选地，电机驱动电路还包括第二MOS管，第二MOS管的栅极与第一MOS管的栅极连接，第二MOS管的漏极与供电模块的输出端连接，第二MOS管的源极与第一MOS管的源极连接。

可选地，供电模块还包括：滤波过流模块，设置在电源和储能模块之间。

可选地，供电模块还包括：降噪模块，设置在隔离模块和储能模块之间。

可选地，供电模块还包括：保护模块，设置在其他功能模块和电源之间。

本申请还公开了一种呼吸机，包括上述第一方面任意一项描述的可进行反电动势回收的电机驱动电路。

通过上述方案，在电机匀速运行的过程中，叠加在母线上的反电动势被储能模块吸收并存储在储能模块之中。在电机加速运行的过程中，由于需要更大的电流来提供更大的扭矩，此时储能模块释放存储的电能促进电机加速的过程。在电机减速运行或断电的过程中，电机的反电动势抵抗电机减速的趋势，此时储能模块吸收电机产生的反电动势，使反电动势衰减，进而加快电机减速的进程。在隔离模块的作用下，在电机运行或断电的过程中，隔绝反电动势对母线电流的影响，进而隔绝反电动势对其他功能模块电源的影响。通过上述方式。实现了对电机运行过程中产生的反电动势回收，而且对回收的反电动势进行利用，并且降低系统的功耗的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请可进行反电动势回收的电机驱动电路的模块化示意图。

图2为本申请的电机匀速运行状态下经模拟得到的反电动势模拟的电压图。

图3为本申请可进行反电动势回收的电机驱动电路的一种实施例的电路原理示意图。

图4为本申请可进行反电动势回收的电机驱动电路的另一种实施例的电路原理示意图。

图5为本申请可进行反电动势回收的电机驱动电路的另一种实施例的电路原理示意图。

图6为本申请可进行反电动势回收的电机驱动电路的驱动模块和电机的连接电路图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，先对照附图说明本发明的具体实施方式，在各图中相同的标号标识结构相同或结构相似但功能相同的部件。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本申请提供了一种可进行反电动势回收的电机驱动电路，如图1所示，该驱动电路可以包括：供电模块11，供电模块11的输入端与电源连接，供电模块11的输出端通过母线为电机或其他功能模块16提供电能；驱动模块14，驱动模块14的输入端与母线连接；电机15，与驱动模块14的输出端连接，在电机15运行过程中，产生反电动势，并通过驱动模块叠加至母线；储能模块13，设置在供电模块11和驱动模块14之间，且与母线连接，可吸收电机15产生的反电动势，且通过母线可向电机15输出电能；隔离模块12，设置在其他功能模块16的输入端与储能模块13之间，用于阻止反电动势回流至其他功能模块16。在本实施例中，其他功能模块16可以是呼吸机中由电源供电的显示模块，也可以是按键模块。电机可以是无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor,BLDCM)，也可以是永磁同步马达。在本实施例中，可以以BLDCM为为例记性说明，参见图2所示的BLDCM反电动势波形。在电机15匀速运行的过程中，叠加在母线上的反电动势被储能模块13吸收并存储在储能模块13之中。在电机15加速运行的过程中，由于需要更大的电流来提供更大的扭矩，此时储能模块13释放存储的电能促进电机15加速的过程。在电机15减速运行或断电的过程中，电机15的反电动势抵抗电机15减速的趋势，此时储能模块13吸收电机产生的反电动势，使反电动势衰减，进而加快电机减速的进程。在隔离模块12的作用下，在电机运行或断电的过程中，隔绝反电动势对母线电流的影响，进而隔绝反电动势对其他功能模块16的影响。通过上述方式，对电机运行过程中产生的反电动势回收，而且对回收的反电动势进行利用，并且降低系统的功耗的效果。

可选地，储能模块13包括至少一个极性电容或至少一个电池，极性电容或电池的正极与母线连接，极性电容或电池的负极接接地。作为示例性的实施例，在采用电池作为出能模块13时，其容量更大，可以存储更多的电量。然而，需要配置配到的充电电路和放电电路以使电池能够合理的充电或放电。采用极性电容作为储能模块，储能模块的电路更为简洁，成本更低，同事是整体电路体积小，另外，采用极性电容作为储能模块，其充电速度和放电速度更快，可加速电机的启停。在本实施例中，以极性电容作为储能模块为例进行说明：

如图3所示，储能模块13包括第一极性电容E1和第二极性电容E2，第一极性电容E1和第二极性电容E2并联后正极连接在母线上，第一极性电容E1和第二极性电容E2负极接地。

因此，在电机15匀速运行的过程中，叠加在母线上的反电动势呈现出的一定频率的脉动电压给第一极性电容E1和第二极性电容E2充电，叠加在母线上的反电动势被第一极性电容E1和第二极性电容E2吸收。在电机15加速运行的过程中，由于需要更大的电流来提供更大的扭矩，此时第一极性电容E1和第二极性电容E2可以及时释放存储的电能促进电机15加速的过程。在电机15减速运行或断电的过程中，电机15的反电动势抵抗电机15减速的趋势，此时第一极性电容E1和第二极性电容E2吸收电机产生的反电动势，使反电动势衰减，进而加快电机减速的进程。通过上述方式。实现了对电机运行过程中产生的反电动势回收，而且对回收的反电动势进行利用，并且降低系统的功耗的效果。

在停机时，第一极性电容E1和第二极性电容E2吸收电机的反电动势，

可选的，在断电的过程中，为了更快的完成停机过程，可以在第一极性电容E1和第二极性电容E2两端连接第一电阻R1和第一电容C1。第一极性电容E1和第二极性电容E2并联后正极连接第一电阻R1，负极接地。通过第一电阻R1更快的完成停机过程。

在电路实际工作中，由于电机运行状态的改变会产生反电动势，叠加在母线上的反电动势可能会对其他功能模块16造成影响，也可能会影响母线电流的稳定，通过隔离模块12隔绝反电动势对母线电流的影响，进而隔绝反电动势对其他功能模块16的影响。

如图3所示，可选地，隔离模块12由第一二极管D1组成。第一二极管D1的阳极接供电模块，二极管D1的阴极连接储能模块。

在电机运行产生反电动势的过程中，由于第一二极管D1的单向导通性，在电机运行、加速、减速或断电的过程中，电流单向导通，隔绝了反电动势对母线电流的影响，进而隔绝反电动势对其他功能模块16的影响。

可选地，供电模块可以包括保护模块，该保护模块设置在其他功能模块和电源之间，可以对其他功能模块和电机进行过流保护，示例性的，保护模块可以采用保险丝FUSE1。在装置初始上电启动时，储能模块13的第一极性电容E1和第二极性电容E2极性电容两端电压都为零，相当于短路，瞬间存在很大电流对第一极性电容E1、第二极性电容E2充电，对输入电源带载要求较高，对带载能力弱的输入电源容易触发过流等保护，熔断保护模块17的保险丝FUSE1而无法启动。因此，本申请提出了如图4的软启动模块40。

作为示例性的实施例，软启动模块40包括：第三极性电容E3、第二电容C2、第三电容C3、第一PMOS管Q1、第二电阻R2、第三电阻R3组成。

第二电阻R2与第二电容C2、第三电容C3并联，第二电阻R2的一端与母线连接，另一端与第三电阻R3在分压点S串联，第三电阻R3的非串联端连接第一接地端。第一MOS管的栅极与分压点S连接，第一MOS管的漏极与第二电阻R2的非串联端连接，第一MOS管的源极与隔离模块的第一二极管D1的阳极连接。

在电路通电时，第二电容C2、第三电容C3充电，第二电阻R2的电压逐渐上升，在第二电阻R2电压达到第一PMOS管Q1的开启电压后，第一PMOS管Q1开启。随着第二电阻R2电压从开启电压继续上升，第一PMOS管Q1的沟道内阻逐渐减小，母线电流逐渐增大，第一极性电容E1与第能极电容E2缓慢充电。

通过上述方式，解决了对带载能力弱的输入电源容易触发过流等保护，熔断保护模块17而无法启动的问题。

在上述实施例中，利用第一二极管D1的单向导通性，实现主输入电源与驱动输入电源的隔离。在使用过程中，二极管导通存在持续的功率耗散，为进一步降低装置的功耗，本申请还提出了如图5所示的另一反电动势回收电路示例性的电路图。可以利用两个MOS管替代第一二极管，以减小由于二极管的持续的功率耗散造成的功耗问题。在本实施例中，可以采用两个PMOS管，示例性的，可以沿用上述实施例中的软启动模块的第一PMOS管Q1，再增加一个反向串联的第二POS管。示例性的，参见图5所示：

第二PMOS管Q2的栅极与第一PMOS管Q1的栅极连接，第二PMOS管Q2的漏极连接保护模块的输出端，第二PMOS管Q2的源极连接第一PMOS管Q1的漏极。

在设备上电时，电流通过第二PMOS管Q2的寄生二极管，第二电容C2、第三电容C3充电，电压逐渐上升，第二电阻R2电压上升。在第二电阻R2电压达到第一PMOS管Q1的开启电压时，第一PMOS管Q1导通。且随着第二电阻R2电压的逐渐上升，PMOS管Q1的沟道内阻逐渐减小，母线电流逐渐增大。

在电源断开时，第一PMOS管Q1和第二PMOS管Q2均没有导通电压，在第二PMOS管Q2寄生二极管的单向导通的作用下，隔离储能模块13第一极性电容E1和第二极性电容E2放电时对其他功能模块的影响。

在电源反接时，第一PMOS管Q1和第二PMOS管Q2均没有导通电压，在第一PMOS管Q1寄生二极管的单向导通的作用下，电流无法通过第一PMOS管Q1的寄生二极管，没有通路形成，从而保护后级电路。

基于此，在原有功能的基础上，降低了装置的功耗，保护了后级电路，并且隔离了储能模块13对其他功能模块16的影响。

在电路实际工作过程中，由于直流电源在提供电压时会有杂波的干扰，造成电路不稳定的问题。

基于上述问题，示例性的，本申请提出了滤波模块30，滤波模块30可以至少是LC滤波、RC滤波等的一种，用于滤除电源携带的杂波。

作为示例性的实施例，如图3所示，滤波模块30包括第三极性电容E3、第四电容C4，第四电阻R4。第三极性电容E3、第四电容C4，第四电阻R4并联，第三极性电容E3的正极与母线连接，第三极性电容E3的负极接第一接地。通过上述方案，滤除直流电源中的杂波，解决了在提供电压时会有杂波的干扰，造成电路不稳定的问题。

在电路实际工作过程中，由于直流电源在提供电压时会与驱动模块之间存在共模噪声抑制，因此，示例性的，供电模块还包括降噪模块，可选地，降噪模块可以是由至少一对磁珠组成的共模噪声抑制模块，去除对其他功能模块的噪声引入。作为示例性的实施例，如图3所示，降噪模块由第一磁珠L1、第二磁珠L2、第三磁珠L3、第四磁珠L4、第四极性电容E4、组成。第一磁珠L1与第二磁珠L2并联后，一端连接第一二极管D1的阴极，另一端连接第一降噪极性电容E2的正极；第三磁珠L3与第四磁珠L4并联后，一端接第一接地，一端连接第四极性电容E4的负极；第四极性电容E4的正极连接在母线上，负极连接第二接地，以对供电模块的输入电源与驱动模块输入电源间的共模噪声进行隔离抑制，去除对其他功能模块的噪声引入。

本申请还公开了一种呼吸机，可选的，呼吸机可以包括上述实施例的描述的可进行反电动势回收的电机驱动电路。利用可进行反电动势回收的电机驱动电路，实时吸收反电动势能量，并给驱动模块供电，达到降低呼吸机整体系统功耗的目的，同时利用隔离模块有效隔绝电机运行对其他电路功能影响。

至此，已经结合前文的多个实施例描述了本申请公开的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本申请公开的保护范围并不仅限于这些具体实施例。在不偏离本申请公开技术原理的前提下，本领域技术人员可以对上述各个实施例中的技术方案进行拆分和组合，也可以对相关技术特征作出等同地更改或替换，凡在本公开的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本公开的保护范围之内。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (11)

1.一种可进行反电动势回收的电机驱动电路，其特征在于，包括：

供电模块，所述供电模块的输入端与电源连接，所述供电模块的输出端通过母线为电机或其他功能模块提供电能；

驱动模块，所述驱动模块的输入端与所述母线连接；

电机，与所述驱动模块的输出端连接，在所述电机运行过程中，产生反电动势，并通过所述驱动模块叠加至所述母线；

储能模块，设置在所述供电模块和所述驱动模块之间，且与所述母线连接，可吸收所述电机产生的反电动势，且通过所述母线可向所述电机输出电能；

隔离模块，设置在所述其他功能模块的输入端与所述储能模块之间，用于阻止所述反电动势回流至所述其他功能模块。

2.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述储能模块包括至少一个极性电容或至少一个电池，所述极性电容或所述电池的正极与母线连接，所述极性电容或所述电池的负极接地。

3.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于，在所述储能模块和所述供电模块之间设置有第一电阻和第一电容，其中，第一电阻与所述第一电容并联，且与所述储能模块并联。

4.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述隔离模块包括至少一个二极管，所述二极管的阳极与所述其他功能的输入端连接，所述二极管的阴极与所述储能模块连接。

5.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，还包括：

软启动模块，所述软启动模块连接在所述供电模块的输出端与所述储能模块之间，用于降低上电启动时所述储能模块电流上升速率。

6.如权利要求5所述的电机驱动电路，其特征在于，所述软启动模块包括：

第二电阻和第三电阻，其中第二电阻的一端与第三电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述供电模块的输出端连接，所述第三电阻的另一端接地，在所述第二电阻与第三电阻的之间具有分压点；

至少一个缓冲电容，与所述第二电阻并联；

第一MOS管，所述第一MOS管的栅极与所述分压点连接，所述第一MOS管的源极与所述供电模块的输出端连接，所述第一MOS管的漏极与所述储能模块连接。

7.如权利要求6所述电机驱动电路，其特征在于，还包括：

第二MOS管，所述第二MOS管的栅极与所述第一MOS管的栅极连接，所述第二MOS管的漏极与所述供电模块的输出端连接，所述第二MOS管的源极与所述第一MOS管的源极连接。

8.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述供电模块包括：

滤波模块，设置在所述电源和所述储能模块之间。

9.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述供电模块还包括：

降噪模块，设置在所述隔离模块和所述储能模块之间。

10.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述供电模块还包括：

保护模块，设置在所述其他功能模块和电源之间。

11.一种呼吸机，其特征在于，包括如权利要求1-10任意一项所述的可进行反电动势回收的电机驱动电路。

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