CN201781455U - 一种直流无刷电动机控制驱动电路及具备该电路的直流无刷电机 - Google Patents

一种直流无刷电动机控制驱动电路及具备该电路的直流无刷电机 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种直流无刷电机控制驱动电路，包括顺序连接的整流滤波电路、功率转换电路、位置传感器、电机、控制电路和驱动电路，所述驱动电路还与功率转换电路相连接，其中所述功率转化电路为三相桥式逆变电路，所述驱动电路由反相器和3个功率变换驱动器件组成，所述反相器连接所述控制电路的顶端驱动输出端和所述功率变换驱动器件的上桥臂驱动输入端，所述控制电路的底端驱动输出端和所述功率变换驱动器件的下桥臂驱动输入端连接。本实用新型还提供了一种具备该电路的直流无刷电机。本实用新型的直流无刷电机控制驱动电路可使具备该电路的直流无刷电机应用于高压场合，并且成本较低结构简单。

Description

一种直流无刷电动机控制驱动电路及具备该电路的直流无刷电机 
技术领域
本实用新型涉及直流无刷电动机，特别涉及用于高压场合的直流无刷电动机的控制及驱动电路。 
背景技术
直流无刷电动机是随着电力电子器件及新型材料发展而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电机，它既具有交流电机的结构简单，运行可靠，维护方便等优点，又具备直流电机那样良好的调速特性而无由于机械式换向器带来的问题，还具有运行转速稳定、效率高、相对成本低等优点。 
目前，用于控制直流无刷电动机的专用集成芯片应用越来越广泛。MC33035是Motorola公司的第二代直流无刷电机控制器专用集成电路系列。MC33039是Motorola公司为直流无刷电机闭环速度控制专门设计的集成电路。如图1所示为基于MC33035和MC33039的三相全波六步无刷直流电动机闭环速度控制电路。所述电路包括顺序连接的电机、位置传感器、测速电路MC33039、主控电路和三相桥式逆变电路，其中主控电路还与位置传感器和测速电路连接，三相桥式逆变电路与电机连接，其中上部功率开关晶体管为P沟道场效应晶体管，下部的功率开关晶体管为N沟道场效应晶体管。这些集成电路本身具有许多保护功能，如过流保护、过热保护和过压保护等，这样提高了控制电路的可靠性，适用于一些要求单一、功能相对固定和实时性要求较高的直流无刷电机控制系统。但由于直流无刷电动机仍受到其为直流电机的限制，其供电电压多为低压等级的直流电，通常需要独立的的电源模块对其供电，并且用作三相桥式逆变电路上部功率开关晶体管的P沟道场效应晶体管制作工艺复杂，成本较高，因此在应用中受到了较大的限制。 
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于高压场合的直流无刷电动机的控 制及驱动并且成本较低结构简单的电路和具备该电路的直流无刷电机。 
一方面，本实用新型提供了一种直流无刷电动机控制驱动电路，该控制驱动电路包括顺序连接的整流滤波电路、功率转换电路、位置传感器、电机、控制电路和驱动电路，所述驱动电路还与功率转换电路相连接，其中所述功率转化电路为三相桥式逆变电路，所述驱动电路由反相器和3个功率变换驱动器件组成，反相器连接所述控制电路的顶端驱动输出端和所述功率变换驱动器件的上桥臂驱动输入端，所述控制电路的底端驱动输出端和所述功率变换驱动器件的下桥臂驱动输入端连接。 
在本实用新型的优选实施方式中，所述控制电路由主控电路MC33035和测速电路MC33039构成，所述功率驱动器件为IR2110，所述测速器为CD40106BC。 
另一方面，本实用新型提供了一种直流无刷电机，该电机具备上述控制驱动电路。 
实施本实用新型的技术方案，与现有技术相比具有如下有益效果：本实用新型的直流无刷电机控制驱动电路可使具备该电路的直流无刷电机应用于高压场合，并且成本较低结构简单。 
附图说明
图1是现有技术中直流无刷电机的电路框图； 
图2是本实用新型直流无刷电机控制驱动电路具体实施方式的电路框图； 
图3是本实用新型直流无刷电机控制驱动电路具体实施方式的电路连接图。 
具体实施方式
如图1所示，本实施例中交流电经过桥式整流电路部分1整流，经电容滤波，得到向电动机定子绕组供电的直流电压。电机3内部的位置传感器提供转子位置的霍尔信号输入给控制电路4，控制电路4内转子位置译码器将电机的转子位置传感器信号转换成六路驱动输出信号，三路上侧驱动输出和三路下侧驱动输出提供驱动电路5的驱动信号，经由功率转换电路2使得电机3运转。 如图2所示，本实施例的直流无刷电机控制驱动电路的驱动电路由反相器和3个功率变换驱动器件IR2110组成，由于IR2110本身采用HVIC和闩锁抗干扰CMOS制造工艺，具有独立的低端和高端输入通道，悬浮电源采用自举电路，其高端工作电压可达500V，因此可用高压的MOSFET来驱动无刷直流电机，而从MC33035输出的上桥臂驱动信号由于反向后，三相桥式逆变电路中的场效应晶体管也就由P沟道变成N沟道，所以本实用新型的直流无刷电机控制驱动电路可使具备该电路的直流无刷电机应用于高压场合，并且P沟道场效应晶体管由N沟道场效应晶体管代替，最大限度降低了使用成本。 
如图2所示，为基于MC33035和MC33039的闭环三相无刷直流电机控制电路。VM为220V交流电经整流、滤波得到的向电动机定子绕组两端供电电压。电机内部的位置传感器将转子磁极位置信号转换成电信号输入给MC33035的管脚4，5，6，经MC33035内部的转子位置译码器将接收到的位置信号进行编码，以提供顶端驱动(管脚2，1，24)和底部驱动(管脚19，20，21)输入的正确时序，该整流时序作为输入送至对应驱动元件IR2110。管脚3为正向/反向输出，通过翻转定子绕组上的电压用来改变电机转向。当管脚3的输入改变状态，传感器输入编码从原来的高(或低)电平变成低(或高)电平，此时整流时序被反向，电机改变旋转方向。本实施例中将该脚悬空，默认为高有效。管脚7为电机的通/断控制，由输出使能来实现，不接，默认为高电平有效。管脚23为制动输入，当接高电位时，实施制动，此时顶部驱动输出全部关断，底部驱动全部接通，电机短接产生EMF，此脚接地。管脚22为提供的60°/120°选择，可使MC33035很方便地控制具有60°，120°，240°或300°的传感器相位的电机，本实施例中将该引脚接地。管脚8提供6.25V参考电压，提供振荡器定时电容的充电电源，同时连接至晶体管Q1的基极，实现对电机内部传感器供电。管脚10外接电容CT到地并且由管脚8通过RT充电，产生一个频率可编程的锯齿波，其振荡频率可由定时元件RT和CT选择的参数值来确定。管脚8同时对速度设置电位器提供参考电压，误差管脚11连接到速度设置电位器上。管脚12通过一个1M的电阻与管脚13相连，同时并联一个0.1μF的电容、闭环选择开关管。管脚14为错误指示输出，通过一限流电阻与LED灯相连。管脚9为电流检测同向输入端，它接收来自定子电流通过接入一个对地参考检测电阻RS转换成的电压，该电阻与三个底部功率场效应管T4，T5，T6串联。管脚 15为电流检测反向输入端，接地。 
对于闭环速度控制，MC33039由MC33035的6.25V参考电平(管脚8)供电以产生所需的反馈电压。在MC33039的输出脉冲串波(管脚5)被MC33035的误差信号放大器反向输入(管脚12)积分，以产生一个直流电平，该电平与电机速度成正比。此与速度成正比的电压在MC33035电机控制器的管脚13处建立PWM参考电平，并闭合成反馈环路。MC33039为高性能闭环速度控制适配器，专门设计为用于直流无刷电机控制系统，它与MC33035配合使用，提供了实现直流无刷电机闭环速度控制的经济的方法，使得无刷结构的调速准确性越好。 
由MC33035控制线路输出的6路控制信号(管脚2，1，24，19，20，21)，其中用于驱动上桥臂MOS管的电压信号(管脚2，1，24)经过反相器CD40106BC的三组非门(管脚1，3，5)后，管脚2，4，6输出至IR2110的上桥臂驱动输入引脚(管脚10)，3个功率变换驱动器件IR2110组成了驱动电路，原本用来驱动P沟道的MOS管的电信号现在可以用来驱动N沟道的MOS管。IR2110的管脚6与管脚5之间接电容C2，管脚6与管脚3之间接二极管VD2。C2、VD2分别为自举电容和二极管，C3为VCC2的滤波电容。正是IR2110高压侧通过采用上桥臂悬浮自举电路，大大减少常规驱动电路电源的数量，对于三相桥式逆变电路，仅用一路驱动电源即可。由驱动电路提供给三组由N沟道MOSFET组成的电子开关线路的整流时序，去驱动电机运转。 
以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。 

Claims (7)

1.一种直流无刷电动机控制驱动电路，包括顺序连接的整流滤波电路、功率转换电路、位置传感器、电机、控制电路和驱动电路，所述驱动电路还与功率转换电路相连接，其中所述功率转化电路为三相桥式逆变电路，其特征在于所述驱动电路由反相器和3个功率变换驱动器件组成，所述反相器连接所述控制电路的顶端驱动输出端和所述功率变换驱动器件的上桥臂驱动输入端，所述控制电路的底端驱动输出端和所述功率变换驱动器件的下桥臂驱动输入端连接。
2.如权利要求1所述的直流无刷电动机控制驱动电路，其特征在于所述三相桥式逆变电路是由三组N沟道的场效应晶体管组成的电子开关电路。
3.如权利要求2所述的直流无刷电动机控制驱动电路，其特征在于所述控制电路的三个集电极开路顶端驱动输出端的电压信号经过反相器的三组非门分别输出至驱动器件的上桥臂驱动输入引脚，从上桥臂驱动输出引脚分别输出至三相桥式逆变电路的上桥臂功率开关晶体管，控制电路的三个图腾柱式底部输出端的电压信号经过驱动器件的下桥臂驱动输入引脚，从驱动器件的下桥臂驱动输出引脚输出至三相桥式逆变电路的下桥臂功率开关晶体管。
4.如权利要求1、2或3所述的直流无刷电动机控制驱动电路，其特征在于所述控制电路由主控电路MC33035和测速电路MC33039构成。
5.如权利要求1、2或3所述的直流无刷电动机控制驱动电路，其特征在于所述功率变换驱动器件为IR2210。
6.如权利要求1、2或3所述的直流无刷电动机控制驱动电路，其特征在于所述反相器为CD40106BC。
7.一种直流无刷电机，其特征在于具有如权利要求1-6所述的直流无刷电 机控制驱动电路。 
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