CN205754088U - 强电磁干扰环境下直流电机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动信号装置，涉及汽车的直流电机PWM控制技术领域。技术特征表现为：将主控单元ECU直接发出的PWM电压方波信号经过光电耦合器件与场效应晶体管组成的开关电路进行耦合，在场效应晶体管组成的开关电路的栅极回路上采用双电容器和双电感去耦电路进行模数隔离；采用两只P型MOSFET管和两只N型MOSFET管搭接成互补的H型电桥的两臂，解决了偏置电路设置的问题；同时在四组MOSFET管并联加入RC保护电路，较好地抑制了杂波信号对电机的影响。本实用新型解决了车用直流电机PWM脉宽调制信号传输耦合的技术难题，具有简单高效，可靠性强,成本低的优点。

Description

强电磁干扰环境下直流电机驱动装置

技术领域

本实用新型公开了一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动信号的耦合方法及装置，涉及汽车的直流电机PWM控制技术领域。

背景技术

汽车用直流电机工作时需要双向调速控制，现在多采用H型电桥驱动电路。汽车的电器系统包括发电机、启动机和点火装置以及控制系统，属于多种复合强电磁干扰环境。尤其是近年来发展较快的混动汽车中，包括发动机、高压发电机以及拖动电动机等组合而成，其中至少包括两套独立的发电、供电电源系统，即驱动电源系统和控制电源系统，更具有强烈的电磁辐射。在这种条件下，车用直流电机PWM脉宽调制信号会受到强烈电磁辐射的干扰，将感应到的高电压脉冲带入系统内，影响被控电机H型电桥驱动电路正常工作，造成控制失灵。

另外，双向调速直流电机PWM脉宽调制驱动电路的H桥电路，目前普遍采用四个N型MOS管组成H桥电路来驱动电动机，这种驱动电路有两个不足之处：1）要驱动四个N型MOS管中的一组，上MOS管Q1的栅极G电压必须达到12VDC以上，要使MOS管Q1打开彻底则必须达到20V以上，而实际车辆上只有一个12～14VDC的电源，这样必须在MOS管Q1，Q3处加自举电路提高电压，造成电路复杂故障率高，可靠性差；2）受到复合强电磁干扰的PWM方波电压直接加在电机上，电机的电流波动大，高频噪声较大，运行不稳定。

这些都是车用车用直流电机H桥电路在强电磁干扰环境下工作时存在的技术问题，急需解决。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动信号的耦合方法及装置。

实验研究发现，造成已有技术问题的原因是，现有的车用直流电机驱动信号的耦合装置，在强电磁干扰环境下不能有效滤除和抑制干扰信号，以至于放大干扰信号的强度。针对于此，本实用新型的技术特征表现为：将主控单元ECU直接发出的PWM电压方波信号经过光电耦合器件与场效应晶体管组成的开关电路进行耦合，在场效应晶体管组成的开关电路的栅极回路上采用双电容器和双电感去耦电路进行模数隔离，最大程度地滤除了电源的干扰信号；采用两只P型MOSFET管和两只N型MOSFET管搭接成互补的H型电桥的两臂，解决了偏置电路设置的问题；同时在四组MOSFET管并联加入RC保护电路，不仅保护了场效应晶体管，也较好地抑制了杂波信号对电机的影响。

一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动信号的耦合方法，其特征是包括以下技术方案：

将车用双向调速直流电机PWM脉宽调制信号和开关信号，分别送入4路光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端口分别与由四只场效应晶体管组成的H型电桥驱动电路的控制栅极联接，构成信号传输回路，对电磁干扰信号进行隔离；

光电耦合器的输出端口分别联接偏置电阻器，偏置电阻器的公共端与地之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，光电耦合器的输出端口的公共端与电源之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，对电磁干扰信号进行滤除和抑制；

在四只场效应晶体管组成的H型电桥驱动电路的输出回路中，并联RC电路，对输出的电磁干扰信号进行滤除。

一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动装置，包括由四只场效应晶体管组成的H型电桥驱动电路，其特征是：

所述的四只场效应晶体管中，采用2个P型MOSFET管，控制电机转向，2个N型MOSFET管控制电机调速组成互补型H桥开关电路；

所述的四只场效应晶体管的控制栅极分别与4路光电耦合器的输出端口相联接，光电耦合器的输出端口分别联接偏置电阻器，偏置电阻器的公共端与地之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，光电耦合器的输出端口的公共端与电源之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，所述的光电耦合器的输入端，分别与直流电机PWM脉宽调制信号和开关信号源相联接；

所述的四只场效应晶体管的漏极回路中，分别并联有RC滤波器。

工作时，直流电机PWM脉宽调制信号和开关信号自所述的光电耦合器的输入端输入，经过光电隔离、滤波，驱动所述的四只场效应晶体管组成的H型电桥电路，四只场效应晶体管的漏极回路的RC滤波器对电磁干扰信号进行二次滤除，纯净的驱动信号输送到直流电机中，完成双向调速运行。

本实用新型的优点是H桥电路设计采用2个P型MOSFET管，控制电机转向，2个N型MOSFET管控制电机调速；驱动MOSFET管栅极信号不需要经过放大电路和自举电路，有MCU输出端口直接通过光电耦合器，从而驱动MOSFET管栅极，简化电路设计；在场效应晶体管组成的开关电路的栅极回路上采用双电容器和双电感去耦电路进行模数隔离，最大程度地滤除了电源的干扰信号。

本实用新型解决了车用直流电机PWM脉宽调制信号传输耦合的技术难题，具有简单高效，可靠性强、成本低的优点。适合在各种机动车上应用，具有良好的经济和社会效益。

附图说明

附图1是本实用新型的电路图。

具体实施方式

以下借助说明书附图，对本实用新型的具体实施例作进一步披露。

实施例一

一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动装置，包括由四只场效应晶体管组成的H型电桥驱动电路，其特征是：

所述的四只场效应晶体管中，采用2个P型MOSFET管，控制电机转向，2个N型MOSFET管控制电机调速组成互补型H桥开关电路；

所述的四只场效应晶体管的控制栅极分别与4路光电耦合器的输出端口相联接，光电耦合器的输出端口分别联接偏置电阻器，偏置电阻器的公共端与地之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，光电耦合器的输出端口的公共端与电源之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，所述的光电耦合器的输入端，分别与直流电机PWM脉宽调制信号和开关信号源相联接；

所述的四只场效应晶体管的漏极回路中，分别并联有RC滤波器。

所述的2个P型MOSFET管的型号为IRF4905。

所述的2个N型MOSFET管的型号为IRF1607。

所述的4路光电耦合器的型号为TLP521-4。

所述的RC滤波器中的电阻为10KΩ，电容为0.01uF，构成强电磁干扰的低阻滤波器。

所述的陷波器中的电感为10uH，电容为33uF和0.33uF构成强电磁干扰的低阻陷波器。

具体电路构成如图1所示，车载电源+12～14VDC分为两路，一路直接接到并联两个P型MOSFET管Q1P，Q3P的源极S，另一路电源通过电感L2，经过并联电容C5、C6和电感L1滤波电路，连接到光电耦合器U的4路输出端口。

光电耦合器U输入端T1、T2、T3、T4接四路控制信号，其中T1和T3接控制器MCU的输出端，通过控制器MCU输出开关信号对实现光电耦合器U的T1和T3控制，光电耦合器U的T1和T3通过光电效应，把控制信号输出到P型MOSFET管Q1P、Q3P的栅极G，从而控制P型MOSFET管Q1P、Q3P的导通或关闭，促使直流电机M正反转通电或断电；第二路和第四路接控制器MCU的输出端，通过控制器MCU输出PWM调速信号对实现，光电耦合器U的T2和T4通过光电效应，把PWM调制信号输出到N型MOSFET管Q2、Q4的栅极G ，实现N型MOSFET管Q2、Q4脉宽调制，促使直流电机M正反转调速。

光电耦合器U的T1、 T2、 T3、 T4分别通过四个电阻R8，R9，R10，R11与信号地串联。P型MOSFET管Q1P、Q3P的栅极G并联电阻R5，R3后与电感L1串联接地；N型MOSFET管Q2、Q4的栅极G并联电阻R4，R2后与电感L1串联接地。P型MOSFET管Q1P、Q3P和N型Q2、Q4搭建H桥驱动电路，同时在四组MOSFET管并联加入RC电路。

模拟电源与数字电源采用电感L1，L2进行模数隔离；控制信号端采用光耦器件U，它包括四路光电耦合器件T1、T2、T3、T4，光耦一方面用于系统强电和弱电的隔离，另一方面用于驱动四个MOSFET管，电机的PWM控制信号和方向控制信号都是经光耦后加载到MOSFET管栅极G引脚。T1控制MOSFET管Q1P的通断，T2控制MOSFET管Q2的通断，T3控制MOSFET管Q3P的通断，T4控制MOSFET管Q4的通断。当T1和T4导通、T2和T3关断时，对应的Q1P、Q4就导通，Q2、Q3关断，电机电流经Q1P、MOTOR、Q4流向地，此时电机正转。电机反转时，器件的通断情况正好相反。

电阻R29～R32和电容C19～C22用于限制MOS管极间电容充放电时的峰值电流，主要考虑元件关断时的浪涌电压限制，电阻大小选择为10KΩ左右，电容大小选择为0.01uF左右。

实施例二

一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动装置，包括由四只场效应晶体管组成的H型电桥驱动电路，其特征是：

所述的四只场效应晶体管中，采用2个P型MOSFET管，控制电机转向，2个N型MOSFET管控制电机调速组成互补型H桥开关电路；

所述的四只场效应晶体管的控制栅极分别与4路光电耦合器的输出端口相联接，光电耦合器的输出端口分别联接偏置电阻器，偏置电阻器的公共端与地之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，光电耦合器的输出端口的公共端与电源之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，所述的光电耦合器的输入端，分别与直流电机PWM脉宽调制信号和开关信号源相联接；

所述的四只场效应晶体管的漏极回路中，分别并联有LC串联谐振滤波器。

所述的LC串联谐振滤波器与RC滤波器相比，具有更优良的频率响应，可以提高滤波效果。尤其是针对某一频段的电磁干扰。但应注意避开PWM脉宽调制信号的频段。

本实施例的优点在于可针对性的滤除抑制已知的强电磁干扰源。

Claims (4)

1.一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动装置，包括由四只场效应晶体管组成的H型电桥驱动电路，其特征是：

所述的四只场效应晶体管中，采用2个P型MOSFET管，控制电机转向，2个N型MOSFET管控制电机调速组成互补型H桥开关电路；

所述的四只场效应晶体管的控制栅极分别与4路光电耦合器的输出端口相联接，光电耦合器的输出端口分别联接偏置电阻器，偏置电阻器的公共端与地之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，光电耦合器的输出端口的公共端与电源之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，所述的光电耦合器的输入端，分别与直流电机PWM脉宽调制信号和开关信号源相联接；

所述的四只场效应晶体管的漏极回路中，分别并联有RC滤波器。

2.根据权利要求1所述的强电磁干扰环境下车用直流电机驱动装置，其特征是所述的RC滤波器中的电阻为10KΩ，电容为0.01uF，构成强电磁干扰的低阻滤波器。

3.根据权利要求1所述的强电磁干扰环境下车用直流电机驱动装置，其特征是所述的陷波器中的电感为10uH，电容为33uF和0.33uF构成强电磁干扰的低阻陷波器。

4.一种强电磁干扰环境下车用直流电机驱动装置，包括由四只场效应晶体管组成的H型电桥驱动电路，其特征是：

所述的四只场效应晶体管中，采用2个P型MOSFET管，控制电机转向，2个N型MOSFET管控制电机调速组成互补型H桥开关电路；

所述的四只场效应晶体管的控制栅极分别与4路光电耦合器的输出端口相联接，光电耦合器的输出端口分别联接偏置电阻器，偏置电阻器的公共端与地之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，光电耦合器的输出端口的公共端与电源之间设置滤波电感和电容器组成的陷波器，所述的光电耦合器的输入端，分别与直流电机PWM脉宽调制信号和开关信号源相联接；

所述的四只场效应晶体管的漏极回路中，分别并联有LC串联谐振滤波器。