CN116317718A - 一种多绕组马达控制电路及风机 - Google Patents

一种多绕组马达控制电路及风机 Download PDF

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CN116317718A CN202310335258.6A CN202310335258A CN116317718A CN 116317718 A CN116317718 A CN 116317718A CN 202310335258 A CN202310335258 A CN 202310335258A CN 116317718 A CN116317718 A CN 116317718A
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Abstract

本申请涉及马达控制技术领域，具体公开了一种多绕组马达控制电路及风机，包括无刷直流马达，马达控制器，马达驱动电路，切换电路；其中，无刷直流马达的各槽位均设有多个不同阻值的线圈，各线圈分别通过切换电路与马达驱动电路连接；马达控制器根据无刷直流马达转速控制切换电路切换各线圈的导通状态以形成多个阻值不同的导通线圈电路，以使导通线圈电路的阻值与无刷直流马达的转速呈负相关，从而可以在不同转速时切换到对应的导通线圈电路，实现根据马达转速切换定子绕线方式使马达无论高速运转还是低速运转均能保证高效运行，降低了风机能耗。

Description

一种多绕组马达控制电路及风机
技术领域
本申请涉及马达控制技术领域，特别是涉及一种多绕组马达控制电路及风机。
背景技术
马达(motor)即为电动机、发动机。工作原理为通过通电线圈在磁场中受力转动带动起动机转子旋转，转子上的小齿轮带动发动机飞轮旋转。在风机中，为应对不同工作状态的需求，通过脉冲宽度调制(Pulse width modulation，PWM)等方式进行转速调节，当需要调节转速时，通过脉冲宽度调制方式升高马达线圈的电压可以使风机转速增大，通过降低马达线圈的电压可以使风机转速减小。为并保证风机在最高转速时的动力性能，通常将风机的马达线圈按照最高转速的情况绕制，这就导致当通过脉冲宽度调制方式降低风机转速时，马达效率会急剧降低，导致风机能耗增加，造成资源的浪费。
解决传统马达无法兼顾高低转速的高效运转问题，降低风机的能耗，是本领域技术人员需要解决的技术问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种多绕组马达控制电路及风机，用于解决传统马达无法兼顾高低转速的高效运转问题，降低风机的能耗。
为解决上述技术问题，本申请提供一种多绕组马达控制电路，包括：无刷直流马达、马达控制器、马达驱动电路和切换电路；
其中，所述无刷直流马达的各槽位均设有多个线圈，各所述线圈分别通过所述切换电路与所述马达驱动电路连接；
所述马达控制器用于根据所述无刷直流马达的转速控制所述切换电路切换各所述线圈的导通状态以形成多个阻值不同的导通线圈电路，且所述导通线圈电路的阻值与所述无刷直流马达的转速呈负相关。
可选的，所述线圈包括阻值不同的第一线圈和第二线圈；
所述切换电路具体包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管；
其中，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管反接后与所述第一线圈串联后连接所述马达驱动电路，所述第三PMOS管和所述第四PMOS管反接后与所述第二线圈串联后连接所述马达驱动电路；所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极、所述第三PMOS管的栅极、所述第四PMOS管的栅极分别与所述马达控制器的第一开关控制引脚、所述马达控制器的第二开关控制引脚、所述马达控制器的第三开关控制引脚、所述马达控制器的第四开关控制引脚连接。
可选的，所述切换电路还包括：设于所述第一开关控制引脚与所述第一PMOS管的栅极之间的第一三极管、设于所述第二开关控制引脚与所述第二PMOS管的栅极之间的第二三极管、设于所述第三开关控制引脚与所述第三PMOS管的栅极之间的第三三极管以及设于所述第四开关控制引脚与所述第四PMOS管的栅极之间的第四三极管；
所述第一三极管的基极、所述第二三极管的基极、所述第三三极管的基极、所述第四三极管的基极分别与所述第一开关控制引脚、所述第二开关控制引脚、所述第三开关控制引脚、所述第四开关控制引脚连接，所述第一三极管的集电极、所述第二三极管的集电极、所述第三三极管的集电极、所述第四三极管的集电极分别与所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极、所述第三PMOS管的栅极、所述第四PMOS管的栅极连接，所述第一三极管的发射极、所述第二三极管的发射极、所述第三三极管的发射极、所述第四三极管的发射极接地。
可选的，所述线圈包括第三线圈和第四线圈；
所述切换电路具体包括：第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管和第十PMOS管；
其中，所述第五PMOS管和所述第六PMOS管反接后与所述第三线圈串联后连接所述马达驱动电路，所述第七PMOS管和所述第八PMOS管反接后与所述第四线圈串联后连接所述马达驱动电路，所述第九PMOS管和所述第十PMOS管反接后串联于所述第三线圈和所述第四线圈之间；
所述第五PMOS管的栅极、所述第六PMOS管的栅极、所述第七PMOS管的栅极、所述第八PMOS管的栅极、所述第九PMOS管的栅极、所述第十PMOS管的栅极分别与所述马达控制器的第五开关控制引脚、所述马达控制器的第六开关控制引脚、所述马达控制器的第七开关控制引脚、所述马达控制器的第八开关控制引脚、所述马达控制器的第九开关控制引脚、所述马达控制器的第十开关控制引脚连接。
可选的，所述切换电路还包括：设于所述第五开关控制引脚与所述第五PMOS管的栅极之间的第五三极管、设于所述第六开关控制引脚与所述第六PMOS管的栅极之间的第六三极管、设于所述第七开关控制引脚与所述第七PMOS管的栅极之间的第七三极管、设于所述第八开关控制引脚与所述第八PMOS管的栅极之间的第八三极管、设于所述第九开关控制引脚与所述第九PMOS管的栅极之间的第九三极管、设于所述第十开关控制引脚与所述第十PMOS管的栅极之间的第十三极管；
所述第五三极管的基极、所述第六三极管的基极、所述第七三极管的基极、所述第八三极管的基极、所述第九三极管的基极、所述第十三极管的基极分别与所述第五开关引脚、所述第六开关引脚、所述第七开关引脚、所述第八开关引脚、所述第九开关引脚、所述第十开关引脚连接，所述第五三极管的集电极、所述第六三极管的集电极、所述第七三极管的集电极、所述第八三极管的集电极、所述第九三极管的集电极、所述第十三极管的集电极分别与所述第五PMOS管的栅极、所述第六PMOS管的栅极、所述第七PMOS管的栅极、所述第八PMOS管的栅极、所述第九PMOS管的栅极、所述第十PMOS管的栅极连接，所述第五三极管的发射极、所述第六三极管的发射极、所述第七三极管的发射极、所述第八三极管的发射极、所述第九三极管的发射极、所述第十三极管的发射极接地。
可选的，所述马达驱动电路具体包括：第一马达驱动电路和第二马达驱动电路；
所述第一马达驱动电路包括第一集成PMOS管、第一集成NMOS管、第十一三极管；所述第二马达驱动电路包括第二集成PMOS管、第二集成NMOS管、第十二三极管；
其中，所述第一集成PMOS管的栅极与所述第十一三极管的集电极连接，所述第二集成PMOS管的栅极与所述第十二三极管的集电极连接，所述第一集成PMOS管的源极、所述第二集成PMOS管的源极均与直流电源连接，所述第一集成NMOS管的源极、所述第二集成NMOS管的源极、所述第十一三极管的发射极、所述第十二三极管的发射极均接地，第一集成NMOS管的栅极、第十一三极管的基极、第二集成NMOS管的栅极、第十二三极管的基极分别与马达控制器的第一控制引脚、马达控制器的第二控制引脚、马达控制器的第三控制引脚、马达控制器的第四控制引脚连接。
可选的，还包括设于所述无刷直流马达的转子处的霍尔传感器，所述霍尔传感器的输出端与所述马达控制器的马达转向检测端连接。
可选的，各所述线圈的阻值不同。
可选的，各所述线圈的阻值相同，所述马达控制器用于控制所述切换电路切换各所述线圈之间的连接关系以形成多个阻值不同的所述导通线圈电路。
为解决上述技术问题，本申请还提供一种风机，包括上述任意一项所述的多绕组马达控制电路。
本申请所提供的多绕组马达控制电路，包括无刷直流马达，马达控制器，马达驱动电路，切换电路；其中，无刷直流马达的各槽位均设有多个不同阻值的线圈，各线圈分别通过切换电路与马达驱动电路连接；马达控制器根据无刷直流马达转速控制切换电路切换各线圈的导通状态以形成多个阻值不同的导通线圈电路，，以使导通线圈电路的阻值与无刷直流马达的转速呈负相关，从而可以在不同转速时切换到对应的导通线圈电路，实现根据马达转速切换定子绕线方式使马达无论高速运转还是低速运转均能保证高效运行，降低了风机能耗。
本申请还提供一种风机，具有上述有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种多绕组马达控制电路的结构示意图；
图2为一种现有技术中的无刷直流马达的绕组示意图；
图3为本申请实施例提供的一种无刷直流马达的绕组示意图；
图4为本申请实施例提供的一种马达驱动电路及切换电路的电路图；
图5为本申请实施例提供的一种马达控制器的电路图；
图6为本申请实施例提供的一种图4的简化示意图；
图7为本申请实施例提供的一种无刷直流马达低速运转时的性能对比示意图；
图8为本申请实施例提供的一种无刷直流马达高速运转时的性能对比示意图；
图9为本申请实施例提供的另一种切换电路的电路图；
其中，101为马达控制器，102为马达驱动电路，103为切换电路，104为线圈；
201为定子矽钢片，202为第五线圈。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种多绕组马达控制电路及风机，用于解决传统马达无法兼顾高低转速的高效运转问题，降低风机的能耗。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
实施例一
图1为本申请实施例提供的一种多绕组马达控制电路的结构示意图；图2为一种现有技术中的无刷直流马达的绕组示意图；图3为本申请实施例提供的一种无刷直流马达的绕组示意图。
如图1所示，本申请实施例提供的多绕组马达控制电路包括：无刷直流马达、马达控制器101、马达驱动电路102和切换电路103；
其中，无刷直流马达的各槽位均设有多个不同阻值的线圈104，各线圈104分别通过切换电路103与马达驱动电路102连接；
马达控制器101用于根据无刷直流马达的转速控制切换电路103切换各线圈104的导通状态以形成多个阻值不同的导通线圈电路，且导通线圈电路的阻值与无刷直流马达的转速呈负相关。
本申请实施例针对现有技术中的无刷直流马达的各槽位均只设置一个线圈104时导致无法兼顾马达高速运转和低速运转时的效率的问题，提出在无刷直流马达的各槽位均设置多个的线圈104，并配合切换电路103切换为不同阻值的导通线圈电路。具体来说，如图2和图3所示，分别为一种现有技术中的无刷直流马达的测试剖面图及俯视剖面图，以及本申请实施例提供的一种无刷直流马达的测试剖面图及俯视剖面图。无刷直流马达的槽位是指电机定子铁芯中的凹槽数量，具体来说，在每个槽位，线圈104绕定子矽钢片201形成定子，定子中央为转。在无刷直流马达中，槽位数量通常为2的倍数，如图2和图3中设置四个定子。如图2所示，在现有技术中，每个槽位上绕设一个第五线圈202(仅为与本申请实施例中的线圈104区分)，各槽位上的第五线圈202接线末端接入马达驱动电路102，通过脉冲宽度调制方式升高第五线圈202的电压可以使马达转速增大，反之，降低第五线圈202的电压可使马达转速减小，这种马达绕组方案导致法兼顾马达高速运行和低速运行时的高效运转。而如图3所示，本申请实施例在每个槽位(即每个定子矽钢片201)上绕设多个的线圈104，各线圈104分别通过切换电路103接入马达驱动电路102，在马达控制器101的控制下，随着无刷直流马达的转速增加，切换为阻值更小的导通线圈电路，反之，随着无刷直流马达的转速减小，切换为阻值更大的导通线圈电路，从而实现不管无刷直流马达在高速运行还是低速运行均可以得到较高的效率，降低能耗，节约资源。
在具体实施中，无刷直流马达的各槽位上的线圈104数量可以为两个或两个以上，切换方式可以为切换到不同阻值的线圈104，也可以切换各线圈104的连接方式以切换最终接入马达驱动电路102的线圈104的阻值。则在本申请实施例提供的多绕组马达控制电路中，各线圈104的阻值可以不同，通过切换导通的线圈来切换到不同阻值的导通线圈电路。或者，在本申请实施例提供的多绕组马达控制电路中，各线圈104的阻值可以相同，马达控制器101用于控制切换电路103切换各线圈104之间的连接关系以形成多个阻值不同的导通线圈电路。可以理解的是，各线圈104的阻值不同的情况下，也可以通过切换各线圈104之间的连接关系已形成多个阻值不同的导通线圈电路。若实现提供不同阻值的线圈104，则在相同选材的情况下，各线圈104可以采用线径相同、线长不同的线圈104；或者，在相同选材的情况下，各线圈104可以采用线长相同、线径不同的线圈104。
马达控制器101控制切换电路103切换接入马达驱动电路102的线圈104或线圈104组合的方式，可以为根据线圈104数量或线圈104组合数量设置多个不同的档位，当达到对应档位的马达转速时则切换到对应档位的线圈104或线圈104组合。各档位对应不同的阈值或阈值范围，不同档位的阈值范围可以不重叠，从而在各档位中间的转速时无需切换当前导通的线圈104或线圈104组合，避免频繁切换。
马达控制器101可以采用但不限于微控制单元U1(Microcontroller Unit，MCU)。
根据所在设备的需求，切换电路103可以采用但不限于场效应管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET，下文简称MOS管)、三极管、继电器等作为开关实现切换。
马达驱动电路102用于提供马达驱动信号，具体可以由马达控制器101采用脉冲宽度调制方式控制马达驱动电路102为线圈104提供不同的电压，配合切换到不同阻值的线圈104以调节无刷直流马达的转速。
为便于对无刷直流马达旋转的控制，在本申请实施例提供的多绕组马达控制电路还可以包括无刷直流马达的转子处的霍尔传感器，霍尔传感器的输出端与马达控制器101的马达转向检测端连接。配合霍尔传感器感应转子的磁场情况，产生对应的高低电平，发送给马达控制器101，以供马达控制器101根据当前转子的转向调整线圈104上的电流流向，以实现无刷直流马达360°旋转。
实施例二
图4为本申请实施例提供的一种马达驱动电路及切换电路的电路图；图5为本申请实施例提供的一种马达控制器的电路图；图6为本申请实施例提供的一种图4的简化示意图。
本申请实施例进一步对马达驱动电路102进行说明。如图4所示，在本申请实施例提供的多绕组马达控制电路中，马达驱动电路102具体包括：第一马达驱动电路102和第二马达驱动电路102；
第一马达驱动电路102包括第一集成PMOS管Q7、第一集成NMOS管Q8、第十一三极管Q11；第二马达驱动电路102包括第二集成PMOS管Q9、第二集成NMOS管Q10、第十二三极管Q12；
其中，第一集成PMOS管Q7的栅极与第十一三极管Q11的集电极连接，第二集成PMOS管Q9的栅极与第十二三极管Q12的集电极连接，第一集成PMOS管Q7的源极、第二集成PMOS管Q9的源极均与直流电源连接，第一集成NMOS管Q8的源极、第二集成NMOS管Q10的源极、第十一三极管Q11的发射极、第十二三极管Q12的发射极均接地，第一集成NMOS管Q8的栅极、第十一三极管Q11的基极、第二集成NMOS管Q10的栅极、第十二三极管Q12的基极分别与马达控制器101的第一控制引脚UL、马达控制器101的第二控制引脚UH、马达控制器101的第三控制引脚VL、马达控制器101的第四控制引脚VH连接。
如图4和图5所示，第一控制引脚UL、第二控制引脚UH、第三控制引脚VL和第四控制引脚VH可以分别选用微控制单元U1的引脚8、13、5、3。
为提高电路安全性，第一集成NMOS管Q8的源极、第二集成NMOS管Q10的源极连接防雷接地(ISN)，第一集成NMOS管Q8的栅极、第二集成NMOS管Q10的栅极分别经阻容电路(RC电路)连接防雷接地(ISN)，第一集成PMOS管Q7的源极、第二集成PMOS管Q9的源极分别经电容连接防雷接地(ISN)。
结合图4和图5所提供的马达驱动电路102及切换电路103以及马达控制器101，下面对本申请实施例提供的一种马达控制时序进行说明。请参考图6，为图4的简化示意图，以M代指切换电路103及线圈104电路，由霍尔传感器感应转子磁场情况，产生对应的高低电平，也即微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)对应的高低电平。
当微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为高电平时，微控制单元U1向第二控制引脚UH和第三控制引脚VL均输出高电平，此时Q7、Q10导通，电流流向如图6中I1所示；当微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为低电平时，微控制单元U1向第一控制引脚UL和第四控制引脚VH均输出高电平，此时Q9、Q8导通，电流流向如图中I2所示。此为无刷直流马达控制的一个电周期，在该周期内根据霍尔信号(Hall)的高低变化，电流流向发生一次改变。
实施例三
图7为本申请实施例提供的一种无刷直流马达低速运转时的性能对比示意图；图8为本申请实施例提供的一种无刷直流马达高速运转时的性能对比示意图。
在上述实施例的基础上，本申请实施例进一步提供一种无刷直流马达的每个槽位设置两个不同阻值的线圈104的具体实施方案。
如图4所示，在本申请实施例提供的多绕组马达控制电路中，线圈包括阻值不同的第一线圈L1和第二线圈L2；
切换电路103具体包括：第一PMOS管Q1、第二PMOS管Q2、第三PMOS管Q3和第四PMOS管Q4；
其中，第一PMOS管Q1和第二PMOS管Q2反接后与第一线圈L1串联后连接马达驱动电路102，第三PMOS管Q3和第四PMOS管Q4反接后与第二线圈L2串联后连接马达驱动电路102；第一PMOS管Q1的栅极、第二PMOS管Q2的栅极、第三PMOS管Q3的栅极、第四PMOS管Q4的栅极分别与马达控制器101的第一开关控制引脚、马达控制器101的第二开关控制引脚、马达控制器101的第三开关控制引脚、马达控制器101的第四开关控制引脚连接。
在具体实施中，第一线圈L1和第二线圈L2分别串联于马达驱动电路102的第一接线端A和第二接线端B之间，则可以通过控制不同线圈104支路上的PMOS管导通来将该线圈104接入马达驱动电路102，进而结合霍尔传感器测得的无刷直流马达的转子的转向，来控制导通线圈104上电流的流向。
需要说明的是，各PMOS管反接后与所在支路的线圈104的连接位置可以不限于图4所示的连接方式，切换电路103以及线圈104与马达驱动电路102的连接方式也不限于如图4所示的连接方式。
以图4为例进行说明，一种可选的连接方式为：第一PMOS管Q1的漏极、第二PMOS管Q2的源极、第二线圈L2的第一端L2-1与马达驱动电路102的第一接线端A连接，第一PMOS管Q1的源极、第二PMOS管Q2的漏极与第一线圈L1的第一端L1-1连接，第三PMOS管Q3的漏极、第四PMOS管Q4的源极与第二线圈L2的第二端L2-2连接，第三PMOS管Q3的源极、第四PMOS管Q4的漏极、第一线圈L1的第二端L1-2与马达驱动电路102的第二接线端B连接。
如图5所示，采用微控制单元U1作为马达控制器101，其引脚1～20分别为PIO1_6/ADC11、PIO1_7/ADC12、PIO2_0/ADC13、PIO0_0/NRST、PIO0_1/ADC0、PIO0_2/ADC1、VSS、PIO2_1、VDD、PIO0_3/ADC2、PIO0_4/ADC3、PIO0_5/ADC4、PIO0_6/ADC5、PIO0_7/ADC6、PIO1_0/ADC7、PIO1_1/ADC8、PIO1_2、PIO1_3、PIO1_4/ADC9、PIO1_5/ADC10，可以选用引脚1、2、6、10分别作为控制第一PMOS管Q1、第二PMOS管Q2、第三PMOS管Q3和第四PMOS管Q4的开关控制引脚，引脚4连接复位信号RST，引脚7接地，引脚9连接5V直流电源，引脚15作为马达转向检测端连接霍尔传感器的输出端。
为加强驱动效果，在切换电路103的PMOS栅极增加三极管，则在本申请实施例提供的多绕组马达控制电路中，切换电路103还可以包括：设于第一开关控制引脚与第一PMOS管Q1的栅极之间的第一三极管Q13、设于第二开关控制引脚与第二PMOS管Q2的栅极之间的第二三极管Q14、设于第三开关控制引脚与第三PMOS管Q3的栅极之间的第三三极管Q15以及设于第四开关控制引脚与第四PMOS管Q4的栅极之间的第四三极管Q16；
第一三极管Q13的基极、第二三极管Q14的基极、第三三极管Q15的基极、第四三极管Q16的基极分别与第一开关控制引脚、第二开关控制引脚、第三开关控制引脚、第四开关控制引脚连接，第一三极管Q13的集电极、第二三极管Q14的集电极、第三三极管Q15的集电极、第四三极管Q16的集电极分别与第一PMOS管Q1的栅极、第二PMOS管Q2的栅极、第三PMOS管Q3的栅极、第四PMOS管Q4的栅极连接，第一三极管Q13的发射极、第二三极管Q14的发射极、第三三极管Q15的发射极、第四三极管Q16的发射极接地。
具体地，第一三极管Q13、第二三极管Q14、第三三极管Q15、第四三极管Q16均可以采用NPN型三极管。则如图4所示，一种可选的连接方式为：第一三极管Q13的基极通过限流电阻连接马达控制器101的第一开关控制引脚，第一三极管Q13的集电极通过第一分压电路与第二线圈L2的第一端L2-1以及马达驱动电路102的第一接线端A连接，第一分压电路的分压点连接第一PMOS管Q1的栅极；第二三极管Q14的基极通过限流电阻连接马达控制器101的第二开关控制引脚，第二三极管Q14的集电极通过第二分压电路与第一线圈L1的第一端L1-1连接，第二分压电路的分压点连接第二PMOS管Q2的栅极；第三三极管Q15的基极通过限流电阻连接马达控制器101的第三开关控制引脚，第三三极管Q15的集电极通过第三分压电路与第二线圈L2的第二端L2-2连接，第三分压电路的分压点连接第三PMOS管Q3的栅极；第四三极管Q16的基极通过限流电阻连接马达控制器101的第四开关控制引脚，第四三极管Q16的集电极通过第四分压电路与第一线圈L1的第二端L1-2以及马达驱动电路102的第二接线端B连接，第四分压电路的分压点连接第四PMOS管Q4的栅极。
在此基础上，假设第一线圈L1的阻值大于第二线圈L2的阻值。则在无刷直流马达转速较低时，需要接入第一线圈L1。微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为高电平时，需要从马达驱动电路102的第一接线端A到马达驱动电路102的第二接线端B的电流，则控制第二PMOS管Q2、第三PMOS管Q3、第四PMOS管Q4关断，第一PMOS管Q1导通，电流由第一线圈L1的第一端L1-1流入第一线圈L1的第二端L1-2；在微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为低电平时，需要转换电流方向为从马达驱动电路102的第二接线端B流向马达驱动电路102的第一接线端A，则控制第一PMOS管Q1、第三PMOS管Q3、第四PMOS管Q4关断，第二PMOS管Q2导通，电流由第一线圈L1的第二端L1-2流入第一线圈L1的第一端L1-1；此时第二线圈L2无电流流过。
在无刷直流马达转速较高时，需要接入第二线圈L2。微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为高电平时，需要从马达驱动电路102的第一接线端A到马达驱动电路102的第二接线端B的电流，则控制第一PMOS管Q1、第二PMOS管Q2、第四PMOS管Q4关断，第三PMOS管Q3导通，此时电流从第二线圈L2的第一端L2-1流入第二线圈L2的第二端L2-2；在微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为低电平时，此时需要转换电流方向为从马达驱动电路102的第二接线端B流向马达驱动电路102的第一接线端A，则控制第一PMOS管Q1、第二PMOS管Q2、第三PMOS管Q3关断，第四PMOS管Q4导通，电流从第二线圈L2的第二端L2-2流入第二线圈L2的第一端L2-1；此时第一线圈L1无电流流过。
基于本申请实施例提供的无刷直流马达绕组切换方案，可以实现在无刷直流马达转速较高时切换到阻值较小的线圈104，在无刷直流马达转速较低时切换到阻值较大的线圈104，则在线圈104的选择上可以根据对应转速的设计而选择合适的阻值，保证无刷直流马达在对应转速运行时保持高效运转。
图7为基于图4所示的马达驱动电路102及切换电路103进行仿真得到的无刷直流马达低速运转时的有功功率-无功功率曲线(PQ图)以及有功功率-效率曲线(PE图)，可以看到，相较于相关技术中按照马达最高转速绕制马达线圈的方案，本申请实施例提供的多绕组马达控制电路在马达低速运转(为全速状态的40％)时可以获得更高的效率。图8为基于图4所示的马达驱动电路102及切换电路103进行仿真得到的无刷直流马达全速运转时的有功功率-无功功率曲线(PQ图)以及有功功率-效率曲线(PE图)，可以看到，相较于相关技术中按照马达最高转速绕制马达线圈的方案，本申请实施例提供的多绕组马达控制电路在马达全速运转(为全速状态的100％)时性能保持稳定。
实施例四
图9为本申请实施例提供的另一种切换电路的电路图。
在上述实施例的基础上，本申请实施例进一步提供另一种无刷直流马达的每个槽位设置两个线圈104的具体实施方案。
如图9所示，在本申请实施例提供的多绕组马达控制电路中，线圈104包括第三线圈L3和第四线圈L4；
切换电路103具体包括：第五PMOS管Q17、第六PMOS管Q18、第七PMOS管Q19、第八PMOS管Q20、第九PMOS管Q21和第十PMOS管Q22；
其中，第五PMOS管Q17和第六PMOS管Q18反接后与第三线圈L3串联后连接马达驱动电路102，第七PMOS管Q19和第八PMOS管Q20反接后与第四线圈L4串联后连接马达驱动电路102，第九PMOS管Q21和第十PMOS管Q22反接后串联于第三线圈L3和第四线圈L4之间；
第五PMOS管Q17的栅极、第六PMOS管Q18的栅极、第七PMOS管Q19的栅极、第八PMOS管Q20的栅极、第九PMOS管Q21的栅极、第十PMOS管Q22的栅极分别与马达控制器101的第五开关控制引脚、马达控制器101的第六开关控制引脚、马达控制器101的第七开关控制引脚、马达控制器101的第八开关控制引脚、马达控制器101的第九开关控制引脚、马达控制器101的第十开关控制引脚连接。
在具体实施中，第三线圈L3和第四线圈L4分别串联于马达驱动电路102的第一接线端A和第二接线端B之间，第三线圈L3和第四线圈L4之间还设有串联支路，则可以通过控制不同支路上的PMOS管导通来控制第三线圈L3和第四线圈L4的连接关系，可以得到仅导通第三线圈L3、仅导通第四线圈L4、第三线圈L3和第四线圈L4串联导通、第三线圈L3和第四线圈L4并联导通四种导通方案，即可以得到四个转速下的线圈104导通方案，进而结合霍尔传感器测得的无刷直流马达的转子的转向，来控制导通线圈104上电流的流向。
需要说明的是，各PMOS管反接后与所在支路的线圈104的连接位置可以不限于图9所示的连接方式，切换电路103以及线圈104与马达驱动电路102的连接方式也不限于如图8所示的连接方式。
以图9为例进行说明，一种可选的连接方式为：第五PMOS管Q17的漏极、第六PMOS管Q18的源极、第四线圈L4的第一端L4-1与马达驱动电路102的第一接线端A连接，第五PMOS管Q17的源极、第六PMOS管Q18的漏极、第九PMOS管Q21的源极、第十PMOS管Q22的漏极与第三线圈L3的第一端L3-1连接，第七PMOS管Q19的漏极、第八PMOS管Q20的源极、第九PMOS管Q21的漏极、第十PMOS管Q22的源极与第四线圈L4的第二端L4-2连接，第七PMOS管Q19的源极、第八PMOS管Q20的漏极、第三线圈L3的第二端L3-2与马达驱动电路102的第二接线端B连接。
则同样可以基于如图5所示的微控制单元U1作为马达控制器101，选用PIO/ADC类的引脚作为第五开关控制引脚、第六开关控制引脚、第七开关控制引脚、第八开关控制引脚、第九开关控制引脚、第十开关控制引脚。
为加强驱动效果，在切换电路103的PMOS栅极增加三极管，则在本申请实施例提供的多绕组马达控制电路中，切换电路103还可以包括：设于第五开关控制引脚与第五PMOS管Q17的栅极之间的第五三极管、设于第六开关控制引脚与第六PMOS管Q18的栅极之间的第六三极管、设于第七开关控制引脚与第七PMOS管Q19的栅极之间的第七三极管、设于第八开关控制引脚与第八PMOS管Q20的栅极之间的第八三极管、设于第九开关控制引脚与第九PMOS管Q21的栅极之间的第九三极管、设于第十开关控制引脚与第十PMOS管Q22的栅极之间的第十三极管；
第五三极管的基极、第六三极管的基极、第七三极管的基极、第八三极管的基极、第九三极管的基极、第十三极管的基极分别与第五开关引脚、第六开关引脚、第七开关引脚、第八开关引脚、第九开关引脚、第十开关引脚连接，第五三极管的集电极、第六三极管的集电极、第七三极管的集电极、第八三极管的集电极、第九三极管的集电极、第十三极管的集电极分别与第五PMOS管Q17的栅极、第六PMOS管Q18的栅极、第七PMOS管Q19的栅极、第八PMOS管Q20的栅极、第九PMOS管Q21的栅极、第十PMOS管Q22的栅极连接，第五三极管的发射极、第六三极管的发射极、第七三极管的发射极、第八三极管的发射极、第九三极管的发射极、第十三极管的发射极接地。
具体地，第五三极管、第六三极管、第七三极管、第八三极管、第九三极管、第十三极管均可以采用NPN型三极管。其连接方式可以参考本申请实施例二提供的第一三极管Q13、第二三极管Q14、第三三极管Q15、第四三极管Q16的连接方式。
在此基础上，可以理解的是，当第三线圈L3与第四线圈L4串联时，接入马达驱动电路102的阻值要大于第三线圈L3与第四线圈L4并联的情况。则在无刷直流马达转速较低时，需要控制第三线圈L3与第四线圈L4串联。微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为高电平时，需要从马达驱动电路102的第一接线端A到马达驱动电路102的第二接线端B的电流，则控制第五PMOS管Q17、第六PMOS管Q18、第七PMOS管Q19、第八PMOS管Q20、第十PMOS管Q22关断，第九PMOS管Q21导通，此时电流从第四线圈L4流向第三线圈L3；在微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为低电平时，需要转换电流方向为从马达驱动电路102的第二接线端B流向马达驱动电路102的第一接线端A，则控制第五PMOS管Q17、第六PMOS管Q18、第七PMOS管Q19、第八PMOS管Q20、第九PMOS管Q21关断，第十PMOS管Q22导通，此时电流从第三线圈L3流向第四线圈L4。在无刷直流马达转速较高时，需要控制第三线圈L3与第四线圈L4并联。微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为高电平时，需要从马达驱动电路102的第一接线端A到马达驱动电路102的第二接线端B的电流，则控制第六PMOS管Q18、第八PMOS管Q20、第九PMOS管Q21、第十PMOS管Q22关断，第五PMOS管Q17、第七PMOS管Q19导通，此时电流从第三线圈L3和第四线圈L4构成的并联电路的第一端流向第二端；在微控制单元U1接收到的霍尔信号(Hall)为低电平时，需要转换电流方向为从马达驱动电路102的第二接线端B流向马达驱动电路102的第一接线端A，则控制第五PMOS管Q17、第七PMOS管Q19、第九PMOS管Q21、第十PMOS管Q22关断，第六PMOS管Q18、第八PMOS管Q20导通，此时电流从第三线圈L3和第四线圈L4构成的并联电路的第二端流向第一端。
实施例五
上文详述了多绕组马达控制电路对应的各个实施例，在此基础上，本申请还公开了与上述多绕组马达控制电路对应的风机，该风机可以包括上述任意一项实施例提供的多绕组马达控制电路，具体可以参考上述实施例的说明。
本申请实施例提供的风机，可以根据转速的不同切换到不同阻值的定子线圈绕组，从而兼顾高转速与低转速下的高效运行。
以上对本申请所提供的一种多绕组马达控制电路及风机进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的风机而言，由于其与实施例公开的多绕组马达控制电路相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见多绕组马达控制电路部分说明即可。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种多绕组马达控制电路，其特征在于，包括：无刷直流马达、马达控制器、马达驱动电路和切换电路；
其中，所述无刷直流马达的各槽位均设有多个线圈，各所述线圈分别通过所述切换电路与所述马达驱动电路连接；
所述马达控制器用于根据所述无刷直流马达的转速控制所述切换电路切换各所述线圈的导通状态以形成多个阻值不同的导通线圈电路，且所述导通线圈电路的阻值与所述无刷直流马达的转速呈负相关。
2.根据权利要求1所述的多绕组马达控制电路，其特征在于，所述线圈包括阻值不同的第一线圈和第二线圈；
所述切换电路具体包括：第一PMOS管、第二PMOS管、第三PMOS管和第四PMOS管；
其中，所述第一PMOS管和所述第二PMOS管反接后与所述第一线圈串联后连接所述马达驱动电路，所述第三PMOS管和所述第四PMOS管反接后与所述第二线圈串联后连接所述马达驱动电路；所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极、所述第三PMOS管的栅极、所述第四PMOS管的栅极分别与所述马达控制器的第一开关控制引脚、所述马达控制器的第二开关控制引脚、所述马达控制器的第三开关控制引脚、所述马达控制器的第四开关控制引脚连接。
3.根据权利要求2所述的多绕组马达控制电路，其特征在于，所述切换电路还包括：设于所述第一开关控制引脚与所述第一PMOS管的栅极之间的第一三极管、设于所述第二开关控制引脚与所述第二PMOS管的栅极之间的第二三极管、设于所述第三开关控制引脚与所述第三PMOS管的栅极之间的第三三极管以及设于所述第四开关控制引脚与所述第四PMOS管的栅极之间的第四三极管；
所述第一三极管的基极、所述第二三极管的基极、所述第三三极管的基极、所述第四三极管的基极分别与所述第一开关控制引脚、所述第二开关控制引脚、所述第三开关控制引脚、所述第四开关控制引脚连接，所述第一三极管的集电极、所述第二三极管的集电极、所述第三三极管的集电极、所述第四三极管的集电极分别与所述第一PMOS管的栅极、所述第二PMOS管的栅极、所述第三PMOS管的栅极、所述第四PMOS管的栅极连接，所述第一三极管的发射极、所述第二三极管的发射极、所述第三三极管的发射极、所述第四三极管的发射极接地。
4.根据权利要求1所述的多绕组马达控制电路，其特征在于，所述线圈包括第三线圈和第四线圈；
所述切换电路具体包括：第五PMOS管、第六PMOS管、第七PMOS管、第八PMOS管、第九PMOS管和第十PMOS管；
其中，所述第五PMOS管和所述第六PMOS管反接后与所述第三线圈串联后连接所述马达驱动电路，所述第七PMOS管和所述第八PMOS管反接后与所述第四线圈串联后连接所述马达驱动电路，所述第九PMOS管和所述第十PMOS管反接后串联于所述第三线圈和所述第四线圈之间；
所述第五PMOS管的栅极、所述第六PMOS管的栅极、所述第七PMOS管的栅极、所述第八PMOS管的栅极、所述第九PMOS管的栅极、所述第十PMOS管的栅极分别与所述马达控制器的第五开关控制引脚、所述马达控制器的第六开关控制引脚、所述马达控制器的第七开关控制引脚、所述马达控制器的第八开关控制引脚、所述马达控制器的第九开关控制引脚、所述马达控制器的第十开关控制引脚连接。
5.根据权利要求4所述的多绕组马达控制电路，其特征在于，所述切换电路还包括：设于所述第五开关控制引脚与所述第五PMOS管的栅极之间的第五三极管、设于所述第六开关控制引脚与所述第六PMOS管的栅极之间的第六三极管、设于所述第七开关控制引脚与所述第七PMOS管的栅极之间的第七三极管、设于所述第八开关控制引脚与所述第八PMOS管的栅极之间的第八三极管、设于所述第九开关控制引脚与所述第九PMOS管的栅极之间的第九三极管、设于所述第十开关控制引脚与所述第十PMOS管的栅极之间的第十三极管；
所述第五三极管的基极、所述第六三极管的基极、所述第七三极管的基极、所述第八三极管的基极、所述第九三极管的基极、所述第十三极管的基极分别与所述第五开关引脚、所述第六开关引脚、所述第七开关引脚、所述第八开关引脚、所述第九开关引脚、所述第十开关引脚连接，所述第五三极管的集电极、所述第六三极管的集电极、所述第七三极管的集电极、所述第八三极管的集电极、所述第九三极管的集电极、所述第十三极管的集电极分别与所述第五PMOS管的栅极、所述第六PMOS管的栅极、所述第七PMOS管的栅极、所述第八PMOS管的栅极、所述第九PMOS管的栅极、所述第十PMOS管的栅极连接，所述第五三极管的发射极、所述第六三极管的发射极、所述第七三极管的发射极、所述第八三极管的发射极、所述第九三极管的发射极、所述第十三极管的发射极接地。
6.根据权利要求1所述的多绕组马达控制电路，其特征在于，所述马达驱动电路具体包括：第一马达驱动电路和第二马达驱动电路；
所述第一马达驱动电路包括第一集成PMOS管、第一集成NMOS管、第十一三极管；所述第二马达驱动电路包括第二集成PMOS管、第二集成NMOS管、第十二三极管；
其中，所述第一集成PMOS管的栅极与所述第十一三极管的集电极连接，所述第二集成PMOS管的栅极与所述第十二三极管的集电极连接，所述第一集成PMOS管的源极、所述第二集成PMOS管的源极均与直流电源连接，所述第一集成NMOS管的源极、所述第二集成NMOS管的源极、所述第十一三极管的发射极、所述第十二三极管的发射极均接地，第一集成NMOS管的栅极、第十一三极管的基极、第二集成NMOS管的栅极、第十二三极管的基极分别与马达控制器的第一控制引脚、马达控制器的第二控制引脚、马达控制器的第三控制引脚、马达控制器的第四控制引脚连接。
7.根据权利要求1所述的多绕组马达控制电路，其特征在于，还包括设于所述无刷直流马达的转子处的霍尔传感器，所述霍尔传感器的输出端与所述马达控制器的马达转向检测端连接。
8.根据权利要求1所述的多绕组马达控制电路，其特征在于，各所述线圈的阻值不同。
9.根据权利要求1所述的多绕组马达控制电路，其特征在于，各所述线圈的阻值相同，所述马达控制器用于控制所述切换电路切换各所述线圈之间的连接关系以形成多个阻值不同的所述导通线圈电路。
10.一种风机，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的多绕组马达控制电路。
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