CN211018690U - 一种直流无刷电机控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一直流无刷电机控制电路，包括相电流转换模块，对电机的三相相电流进行转换处理产生U相转换电压、V相转换电压及母线转换电压；电机控制芯片，通过引出PIN脚连接相电流转换模块，根据U、V相转换电压及母线转换电压检测电机的转动角度；电机控制芯片包括：第一、第二可编程增益放大器，第一可编程增益放大器的同相输入端通过第一引出PIN脚接入U相转换电压，第一可编程增益放大器的反相输入端和第二可编程增益放大器的反相输入端相连且通过第二引出PIN脚接入母线转换电压，第二可编程增益放大器的同相输入端通过第三引出PIN脚接入V相转换电压。通过本实用新型解决现有电机控制芯片在FOC应用上引脚数太多的问题。

Description

一种直流无刷电机控制电路

技术领域

本实用新型涉及直流无刷电机领域，特别是涉及一种直流无刷电机控制电路。

背景技术

随着直流无刷电机应用越来越广泛，电机控制芯片的体积也越做越小，成本越来越低；在这样的趋势下，如何在实现电机控制功能的同时进一步减小电机控制芯片在FOC应用上的引脚数是本领域技术人员迫切需要解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种直流无刷电机控制电路，用于解决现有电机控制芯片在FOC应用上引脚数太多的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种直流无刷电机控制电路，所述直流无刷电机控制电路包括：

相电流转换模块，对所述直流无刷电机的三相相电流进行转换处理，以产生U相转换电压、V相转换电压及母线转换电压；

电机控制芯片，通过引出PIN脚连接于所述相电流转换模块，根据所述U相转换电压、所述V相转换电压及所述母线转换电压对所述直流无刷电机的转动角度进行检测；

其中，所述电机控制芯片包括：第一可编程增益放大器及第二可编程增益放大器，所述第一可编程增益放大器的同相输入端通过第一引出PIN脚接入所述U相转换电压，所述第一可编程增益放大器的反相输入端和所述第二可编程增益放大器的反相输入端相连且通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压，所述第二可编程增益放大器的同相输入端通过第三引出PIN脚接入所述V相转换电压。

可选地，所述相电流转换模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及第七电阻，所述第一电阻的一端接入U相相电流，所述第一电阻的另一端作为所述相电流转换模块的第一输出端以输出所述U相转换电压；所述第二电阻的一端接入所述U相相电流，所述第二电阻的另一端连接于所述第三电阻的一端、所述第四电阻的一端、所述第五电阻的一端及所述第六电阻的一端，所述第三电阻的另一端接入V相相电流，所述第四电阻的另一端接入W相相电流，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端作为所述相电流转换模块的第二输出端以输出所述母线转换电压；所述第七电阻的一端接入所述V相相电流，所述第七电阻的另一端作为所述相电流转换模块的第三输出端以输出所述V相转换电压。

可选地，所述相电流转换模块还包括：一滤波电容，所述滤波电容的一端连接于所述第六电阻的另一端，所述滤波电容的另一端接地。

可选地，所述电机控制芯片还包括：模数转换器，连接于所述第一可编程增益放大器的输出端和所述第二可编程增益放大器的输出端，对所述第一可编程增益放大器的输出和所述第二可编程增益放大器的输出进行模数转换。

可选地，所述电机控制芯片还包括：第一低通滤波器，连接于所述模数转换器的输出端，对所述模数转换器的输出进行低通滤波处理。

可选地，所述电机控制芯片还包括：第三可编程增益放大器，所述第三可编程增益放大器的同相输入端通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压，所述第三可编程增益放大器的反相输入端接入芯片内部的参考地，根据所述母线转换电压检测所述直流无刷电机的功耗。

可选地，所述模数转换器还连接于所述第三可编程增益放大器的输出端。

可选地，在所述电机控制芯片同时包括：第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器及第三可编程增益放大器时，所述第一可编程增益放大器、所述第二可编程增益放大器及所述第三可编程增益放大器共用同一可编程增益放大器；此时所述电机控制芯片还包括：第一选通器和第二选通器，受控于预设选通控制信号，所述第一选通器的输入端分别接入所述U相转换电压、所述V相转换电压及所述母线转换电压，所述第一选通器的输出端连接于所述共用可编程增益放大器的同相输入端，所述第二选通器的输入端分别接入所述母线转换电压和芯片内部的参考地，所述第二选通器的输出端连接于所述共用可编程增益放大器的反相输入端。

可选地，所述电机控制芯片还包括：比较器，所述比较器的同相输入端通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压，所述比较器的反相输入端接入芯片内部的设定电压，对所述母线转换电压和设定电压进行比较，并在所述母线转换电压大于所述设定电压时产生异常控制信号以关断所述直流无刷电机。

可选地，所述电机控制芯片还包括：迟滞器，连接于所述比较器的输出端，基于所述比较器输出的异常控制信号的保持时间来判断所述异常控制信号是否有效。

可选地，所述电机控制芯片还包括：第二低通滤波器，连接于所述迟滞器的输出端，对所述迟滞器的输出进行低通滤波处理。

如上所述，本实用新型一种直流无刷电机控制电路，通过所述相电流转换模块及所述电机控制芯片的设计，实现了对直流无刷电机转动角度的检测；同时通过将电机控制芯片中第一可编程增益放大器和第二可编程增益放大器的其中一输入端在芯片内部进行共接以实现通过一个引出PIN脚引出，从而减少了电机控制芯片的引出PIN脚数量，进而减小了电机控制芯片的体积。而且，本实用新型更通过第三可编程增益放大器及比较器的设计，实现了直流无刷电机的功耗检测和异常控制；更进一步通过将电机控制芯片中第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、第三可编程增益放大器及比较器的其中一输入端进行内部共接以实现通过一个引出PIN脚引出，同时将第三可编程增益放大器的另一输入端直接接入芯片内部的参考地，以进一步减少电机控制芯片的PIN脚数量，使其由七个引出PIN脚减少至三个引出PIN脚，从而进一步减小电机控制芯片的体积。

附图说明

图1显示为本实用新型实施例一所述直流无刷电机控制电路的电路图。

图2显示为本实用新型实施例二所述直流无刷电机控制电路的电路图。

元件标号说明

100 相电流转换模块

200 电机控制芯片

201 第一可编程增益放大器

202 第二可编程增益放大器

203 模数转换器

204 第一低通滤波器

205 第三可编程增益放大器

206 比较器

207 迟滞器

208 第二低通滤波器

209 共用可编程增益放大器

210 第一选通器

211 第二选通器

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1和图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，虽图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种直流无刷电机控制电路，所述直流无刷电机控制电路包括：

相电流转换模块101，对所述直流无刷电机的三相相电流(I_U、I_V、I_W)进行转换处理，以产生U相转换电压(U_U)、V相转换电压(U_V)及母线转换电压(U_SUM)；

电机控制芯片102，通过引出PIN脚连接于所述相电流转换模块101，根据所述U相转换电压(U_U)、所述V相转换电压(U_V)及所述母线转换电压(U_SUM)对所述直流无刷电机的转动角度进行检测；

其中，所述电机控制芯片102包括：第一可编程增益放大器(PGA1)201及第二可编程增益放大器(PGA2)202，所述第一可编程增益放大器(PGA1)201的同相输入端通过第一引出PIN脚接入所述U相转换电压(U_U)，所述第一可编程增益放大器(PGA1)201的反相输入端和所述第二可编程增益放大器(PGA2)202的反相输入端相连且通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压(U_SUM)，所述第二可编程增益放大器(PGA2)202的同相输入端通过第三引出PIN脚接入所述V相转换电压(U_V)。

本示例中，由于所述直流无刷电机的三相相电流(即I相相电流I_U、V相相电流I_V、W相相电流I_W)能够反映其转动角度，故经过所述相电流转换模块101转换得到的U相转换电压(U_U)和V相转换电压(U_V)也可以反映所述直流无刷电机的转动角度，从而在通过所述第一可编程增益放大器(PGA1)201和所述第二可编程增益放大器(PGA2)202分别对U相转换电压(U_U)和母线转换电压(U_SUM)及V相转换电压(U_V)和母线转换电压(U_SUM)进行增益放大后，可根据运算结果实现直流无刷电机转动角度的检测。而且，本示例通过将所述第一可编程增益放大器(PGA1)201的反相输入端与所述第二可编程增益放大器(PGA2)202的反相输入端在芯片内部共接以实现通过一个引出PIN脚引出，不仅减少了一个引出PIN脚设计，更减小了芯片的体积。

作为示例，如图1所示，所述相电流转换模块101包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及第七电阻R7，所述第一电阻R1的一端接入U相相电流I_U，所述第一电阻R1的另一端作为所述相电流转换模块101的第一输出端以输出所述U相转换电压U_U；所述第二电阻R2的一端接入所述U相相电流I_U，所述第二电阻R2的另一端连接于所述第三电阻R3的一端、所述第四电阻R4的一端、所述第五电阻R5的一端及所述第六电阻R6的一端，所述第三电阻R3的另一端接入V相相电流I_V，所述第四电阻R4的另一端接入W相相电流I_W，所述第五电阻R5的另一端接地，所述第六电阻R6的另一端作为所述相电流转换模块101的第二输出端以输出所述母线转换电压U_SUM；所述第七电阻R7的一端接入所述V相相电流I_V，所述第七电阻R7的另一端作为所述相电流转换模块101的第三输出端以输出所述V相转换电压U_V。本示例中，通过所述第一电阻R1将所述U相相电流(I_U)转换为U相转换电压(U_U)以输出；通过所述第七电阻R7将所述V相相电流(I_V)转换为V相转换电压(U_V)以输出；通过所述第二电阻R2、所述第三电阻R3、所述第四电阻R4及所述第五电阻R5获取母线电流，并通过所述第六电阻R6将母线电流转换为母线转换电压(U_SUM)以输出。

具体的，如图1所示，所述相电流转换模块101还包括：一滤波电容C1，所述滤波电容C1的一端连接于所述第六电阻R6的另一端，所述滤波电容C1的另一端接地，用于对所述母线转换电压(U_SUM)进行滤波后输出。

作为示例，如图1所示，所述电机控制芯片200还包括：模数转换器203，连接于所述第一可编程增益放大器(PGA1)201的输出端和所述第二可编程增益放大器(PGA2)202的输出端，对所述第一可编程增益放大器(PGA1)201的输出和所述第二可编程增益放大器(PGA2)202的输出进行模数转换。本示例中，所述模数转换器203采用现有的逐近逼次型模数转换器架构来实现。

作为示例，如图1所示，所述电机控制芯片200还包括：第一低通滤波器204，连接于所述模数转换器203的输出端，对所述模数转换器203的输出进行低通滤波处理。本示例中，所述第一低通滤波器为现有任一种可实现低通滤波处理的电路架构，本示例对其具体电路实现并不进行限定。

作为示例，如图1所示，所述电机控制芯片200还包括：第三可编程增益放大器(PGA3)205，所述第三可编程增益放大器(PGA3)205的同相输入端通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压(U_SUM)，所述第三可编程增益放大器(PGA3)205的反相输入端接入芯片内部的参考地，根据所述母线转换电压(U_SUM)检测所述直流无刷电机的功耗。本示例中，通过所述第三可编程增益放大器(PGA3)205的设计，可直接通过与母线电流相关的母线转换电压(U_SUM)来实现对直流无刷电机的功耗检测；本示例更通过将所述第三可编程增益放大器(PGA3)205的同相输入端与所述第一可编程增益放大器(PGA1)201的反相输入端及所述第二可编程增益放大器(PGA2)202的反相输入端在芯片内部共接以通过一共同的引出PIN脚引出，同时还将所述第三可编程增益放大器(PGA3)205的反相输入端直接接入芯片内部的参考地，从而进一步减少了芯片的引出PIN脚数量，也即进一步减小了芯片体积。

作为示例，如图1所示，所述模数转换器203还连接于所述第三可编程增益放大器(PGA3)205的输出端，对所述第三可编程增益放大器(PGA3)205的输出进行模数转换。

作为示例，如图1所示，所述电机控制芯片200还包括：比较器(CMP)206，所述比较器(CMP)206的同相输入端通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压(U_SUM)，所述比较器(CMP)206的反相输入端接入芯片内部的设定电压Vcrv，对所述母线转换电压(U_SUM)和设定电压Vcrv进行比较，并在所述母线转换电压(U_SUM)大于所述设定电压Vcrv时产生异常控制信号BKIN以关断所述直流无刷电机。本示例中，利用所述比较器(CMP)206在所述母线转换电压(U_SUM)大于所述设定电压Vcrv时输出的高电平作为所述异常控制信号BKIN以进行直流无刷电机的关断控制，从而实现直流无刷电机的异常监控；本示例更通过将所述比较器(CMP)206的同相输入端与所述第一可编程增益放大器(PGA1)201的反相输入端、所述第二可编程增益放大器(PGA2)202的反相输入端及所述第三可编程增益放大器(PGA3)205的同相输入端在芯片内部共接以通过一共同的引出PIN脚引出，从而进一步减少了芯片的引出PIN脚数量，也即进一步减小了芯片体积。

作为示例，如图1所示，所述电机控制芯片200还包括：迟滞器207，连接于所述比较器(CMP)206的输出端，基于所述比较器(CMP)206输出的异常控制信号BKIN的保持时间来判断所述异常控制信号BKIN是否有效。具体为：所述迟滞器207对所述比较器(CMP)206输出的高电平的保持时间进行判断，若该高电平的保持时间大于设定时间，则判断所述异常控制信号BKIN有效，否则判断所述异常控制信号BKIN无效，从而减小误判概率。本示例中，所述迟滞器207为现有任一种可实现保持时间计算和比较的电路架构，本示例对其具体电路实现并不进行限定。

作为示例，如图1所示，所述电机控制芯片200还包括：第二低通滤波器208，连接于所述迟滞器207的输出端，对所述迟滞器207的输出进行低通滤波处理。本示例中，所述第二低通滤波器为现有任一种可实现低通滤波处理的电路架构，本示例对其具体电路实现并不进行限定。

实施例二

如图2所示，本实施例相较于实施例一，存在的区别点在于：在所述电机控制芯片200同时包括：第一可编程增益放大器(PGA1)201、第二可编程增益放大器(PGA2)202及第三可编程增益放大器(PGA3)205时，所述第一可编程增益放大器(PGA1)201、所述第二可编程增益放大器(PGA2)202及所述第三可编程增益放大器(PGA3)205共用同一可编程增益放大器；此时所述电机控制芯片200还包括：第一选通器(MUX1)210和第二选通器(MUX2)211，受控于预设选通控制信号，所述第一选通器(MUX1)210的输入端分别接入所述U相转换电压(U_U)、所述V相转换电压(U_V)及所述母线转换电压(U_SUM)，所述第一选通器(MUX1)210的输出端连接于所述共用可编程增益放大器(PGAg)209的同相输入端，所述第二选通器(MUX2)211的输入端分别接入所述母线转换电压(U_SUM)和芯片内部的参考地，所述第二选通器(MUX2)211的输出端连接于所述共用可编程增益放大器(PGAg)209的反相输入端。本示例中，在所述预设选通控制信号控制所述第一选通器(MUX1)210进行特定选通时，所述共用可编程增益放大器(PGAg)209的同相输入端可接入所述U相转换电压(U_U)、所述V相转换电压(U_V)或所述母线转换电压(U_SUM)，所述共用可编程增益放大器(PGAg)209的反相输入端可接入所述母线转换电压(U_SUM)或芯片内部的参考地，从而实现多个可编程增益放大器的共用，以进一步减小芯片体积。需要注意的是，本示例所述预设选通控制信号与各输入信号的时序相关，以便于基于各输入信号时序产生所述预设选通控制信号来控制各选通器进行特定选通。

综上所述，本实用新型一种直流无刷电机控制电路，通过所述相电流转换模块及所述电机控制芯片的设计，实现了对直流无刷电机转动角度的检测；同时通过将电机控制芯片中第一可编程增益放大器和第二可编程增益放大器的其中一输入端在芯片内部进行共接以实现通过一个引出PIN脚引出，从而减少了电机控制芯片的引出PIN脚数量，进而减小了电机控制芯片的体积。而且，本实用新型更通过第三可编程增益放大器及比较器的设计，实现了直流无刷电机的功耗检测和异常控制；更进一步通过将电机控制芯片中第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器、第三可编程增益放大器及比较器的其中一输入端进行内部共接以实现通过一个引出PIN脚引出，同时将第三可编程增益放大器的另一输入端直接接入芯片内部的参考地，以进一步减少电机控制芯片的PIN脚数量，使其由七个引出PIN脚减少至三个引出PIN脚，从而进一步减小电机控制芯片的体积。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (11)

1.一种直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述直流无刷电机控制电路包括：

相电流转换模块，对所述直流无刷电机的三相相电流进行转换处理，以产生U相转换电压、V相转换电压及母线转换电压；

电机控制芯片，通过引出PIN脚连接于所述相电流转换模块，根据所述U相转换电压、所述V相转换电压及所述母线转换电压对所述直流无刷电机的转动角度进行检测；

其中，所述电机控制芯片包括：第一可编程增益放大器及第二可编程增益放大器，所述第一可编程增益放大器的同相输入端通过第一引出PIN脚接入所述U相转换电压，所述第一可编程增益放大器的反相输入端和所述第二可编程增益放大器的反相输入端相连且通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压，所述第二可编程增益放大器的同相输入端通过第三引出PIN脚接入所述V相转换电压。

2.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述相电流转换模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻及第七电阻，所述第一电阻的一端接入U相相电流，所述第一电阻的另一端作为所述相电流转换模块的第一输出端以输出所述U相转换电压；所述第二电阻的一端接入所述U相相电流，所述第二电阻的另一端连接于所述第三电阻的一端、所述第四电阻的一端、所述第五电阻的一端及所述第六电阻的一端，所述第三电阻的另一端接入V相相电流，所述第四电阻的另一端接入W相相电流，所述第五电阻的另一端接地，所述第六电阻的另一端作为所述相电流转换模块的第二输出端以输出所述母线转换电压；所述第七电阻的一端接入所述V相相电流，所述第七电阻的另一端作为所述相电流转换模块的第三输出端以输出所述V相转换电压。

3.根据权利要求2所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述相电流转换模块还包括：一滤波电容，所述滤波电容的一端连接于所述第六电阻的另一端，所述滤波电容的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机控制芯片还包括：模数转换器，连接于所述第一可编程增益放大器的输出端和所述第二可编程增益放大器的输出端，对所述第一可编程增益放大器的输出和所述第二可编程增益放大器的输出进行模数转换。

5.根据权利要求4所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机控制芯片还包括：第一低通滤波器，连接于所述模数转换器的输出端，对所述模数转换器的输出进行低通滤波处理。

6.根据权利要求4所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机控制芯片还包括：第三可编程增益放大器，所述第三可编程增益放大器的同相输入端通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压，所述第三可编程增益放大器的反相输入端接入芯片内部的参考地，根据所述母线转换电压检测所述直流无刷电机的功耗。

7.根据权利要求6所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述模数转换器还连接于所述第三可编程增益放大器的输出端。

8.根据权利要求6所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，在所述电机控制芯片同时包括：第一可编程增益放大器、第二可编程增益放大器及第三可编程增益放大器时，所述第一可编程增益放大器、所述第二可编程增益放大器及所述第三可编程增益放大器共用同一可编程增益放大器；此时所述电机控制芯片还包括：第一选通器和第二选通器，受控于预设选通控制信号，所述第一选通器的输入端分别接入所述U相转换电压、所述V相转换电压及所述母线转换电压，所述第一选通器的输出端连接于所述共用可编程增益放大器的同相输入端，所述第二选通器的输入端分别接入所述母线转换电压和芯片内部的参考地，所述第二选通器的输出端连接于所述共用可编程增益放大器的反相输入端。

9.根据权利要求1所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机控制芯片还包括：比较器，所述比较器的同相输入端通过第二引出PIN脚接入所述母线转换电压，所述比较器的反相输入端接入芯片内部的设定电压，对所述母线转换电压和设定电压进行比较，并在所述母线转换电压大于所述设定电压时产生异常控制信号以关断所述直流无刷电机。

10.根据权利要求9所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机控制芯片还包括：迟滞器，连接于所述比较器的输出端，基于所述比较器输出的异常控制信号的保持时间来判断所述异常控制信号是否有效。

11.根据权利要求10所述的直流无刷电机控制电路，其特征在于，所述电机控制芯片还包括：第二低通滤波器，连接于所述迟滞器的输出端，对所述迟滞器的输出进行低通滤波处理。

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