CN211791334U - 一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路和永磁同步电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路和永磁同步电机。该驱动电路包括主控单元、驱动单元、三相全桥单元、位置检测单元；上述各单元依次连接；其中，主控单元对控制指令和反馈信号进行运算处理，向驱动单元输出控制指令；驱动单元根据主控单元的控制指令生成对三相全桥单元的驱动信号；三相全桥单元根据驱动单元的驱动信号控制永磁同步电机运行；位置检测单元设置在永磁同步电机的定子上，将获得的电压信号反馈给主控单元，主控单元通过电压信号确定永磁同步电机转子位置。该方案通过集成的方式设计的驱动电路，结构简单，制造方便快捷，实现了根据永磁同步电机的转子状态对该永磁同步电机进行精确控制。

Description

一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路和永磁同步电机

技术领域

本实用新型涉及电路驱动技术领域，具体涉及一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路和永磁同步电机。

背景技术

在汽车行业对汽车配件有轻量化的要求，对功率器件的功率密度要求较高，因此永磁同步电机(BLCD电机)被广泛应用于汽车上。汽车上的BLCD电机分为低压BLCD电机和高压BLCD电机，低压BLCD电机和高压BLCD电机的区别在于，高压BLCD电机常用于电动汽车，采用高压电池电源供电而低压BLCD电机采用车载的低压12V铅酸电池供电。

与直流电机不同，BLCD电机不可直接接入电源工作，需要接入专用的驱动电路来控制转速、扭矩和功率，电机控制逻辑需要获得转子的位置等状态。如何获取转子状态并得到更高效智能的驱动电路是永磁同步电机驱动需要解决的技术难题。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路和永磁同步电机。

依据本实用新型的一个方面，提供了一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路，所述驱动电路包括主控单元、驱动单元、三相全桥单元、位置检测单元；

所述主控单元、所述驱动单元、所述三相全桥单元依次连接；所述主控单元对控制指令和反馈信号进行运算处理，向所述驱动单元输出控制指令；所述驱动单元根据所述主控单元的控制指令生成对所述三相全桥单元的驱动信号；所述三相全桥单元根据所述驱动单元的驱动信号控制所述永磁同步电机运行；所述位置检测单元设置在所述永磁同步电机的定子上，将获得的电压信号反馈给所述主控单元，所述主控单元通过所述电压信号确定所述永磁同步电机转子位置。

可选的，所述驱动单元包括如下的任一项或几项：栅极驱动电源、栅极驱动模块、MOSFET导通电压过流检测模块、电流采样放大器。

可选的，所述三相全桥单元集成6个MOSFET组成三相全桥，所述三项全桥电路还包括温度采集NTC电阻模块和/或RC吸收电路，所述温度采集NTC电阻模块用于将采集到的MOSFET温度信号传送给所述主控单元。

可选的，所述三相全桥单元中还包括电流采样电阻模块，用于将所述三相全桥单元中的母线电流信号转换为电压信号输出给所述驱动单元，并由所述驱动单元传送给所述主控单元。

可选的，所述位置检测单元为3个，设置在所述定子的不同位置。

可选的，所述主控单元与所述驱动单元之间通过SPI接口连接与配置。

可选的，所述主控单元为微控制单元；所述驱动单元为意法半导体公司的L9907驱动电路。

可选的，所述三相全桥单元为安森美公司的FTCO3V455A1。

可选的，所述电流检测单元为霍尔位置传感器。

依据本实用新型的另一方面，提供了一种应用上述任一项驱动电路的永磁同步电机，该永磁同步电机为低压永磁同步电机，用于汽车中。

可选的，所述用于汽车中包括用于汽车的油泵中。

由上述可知，本实用新型的技术方案，提供了一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路，所述驱动电路包括主控单元、驱动单元、三相全桥单元、电流监测单元；所述主控单元、所述驱动单元、所述三相全桥单元、所述电流检测单元依次连接；所述主控单元对控制指令和反馈信号进行运算处理，向所述驱动单元输出控制指令；所述驱动单元根据所述主控单元的控制指令生成对所述三相全桥单元的驱动信号；所述三相全桥单元根据所述驱动单元的驱动信号控制所述永磁同步电机运行；所述位置检测单元设置在所述永磁同步电机的定子上，将获得的电压信号反馈给所述主控单元，所述主控单元通过所述电压信号确定所述永磁同步电机转子位置。该方案通过集成的方式设计的驱动电路，结构简单，制造方便快捷，实现了根据永磁同步电机的转子状态对该永磁同步电机进行精确控制。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本实用新型一个实施例的位置反馈型永磁同步电机驱动电路的结构示意图；

图2示出了根据本实用新型一个实施例的位置反馈型永磁同步电机驱动电路的连接示意图；

图3示出了根据本实用新型一个实施例的驱动单元的结构示意图；

图4示出了根据本实用新型一个实施例的三相全桥单元的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本实用新型的示例性实施例。虽然附图中显示了本实用新型的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本实用新型而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本实用新型，并且能够将本实用新型的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

图1示出了根据本实用新型一个实施例的一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路，驱动电路包括主控单元110、驱动单元120、三相全桥单元130、电流监测单元140和位置检测单元150。

主控单元110、驱动单元120、三相全桥单元130依次连接；主控单元110对控制指令和反馈信号进行运算处理，向驱动单元120输出控制指令；驱动单元120根据主控单元110的控制指令生成对三相全桥单元130的驱动信号；三相全桥单元130根据驱动单元120的驱动信号控制永磁同步电机运行；位置检测单元150设置在所述永磁同步电机的定子上，将获得的电压信号反馈给主控单元110，主控单元110通过所述电压信号确定永磁同步电机转子位置。

具体实现时，主控单元110输出PWM控制信号给驱动单元120，通过比如SPI接口通信配置驱动单元120工作模式和读取故障信息，并且通过读取三相全桥单元130中的各相电流、母线电流、温度采集的模拟信号，处理永磁同步电机的控制逻辑。

驱动单元120还具有诊断和保护功能，可以将诊断信号和故障状态反馈给主控单元110，并且将主控单元110的PWM信号转换输出给三相全桥单元中MOSFET的栅极。

三相全桥单元130包括多个MOSFET，受控于驱动单元120输出三相驱动信号，控制永磁同步电机运行；它还通过内置的电流采样电阻(CSR)将母线电流信号转换为电压信号输出给驱动单元120，并且通过内置的温度传感器采集到母线的温度信号输出给主控单元110。

位置检测单元150为位置传感器，优选为霍尔传感器，将该传感器固定于永磁同步电机的定子上，优选的，在定子上放置3个该传感器，电机转子运转到不同位置时，三个传感器输出不同的高低电平信号，主控单元110通过信号的组合来判断电机转子的位置，从而输出PWM控制信号。

上述实施例可通过设置的电流检测单元获得的电机定子上位置传感器输出的电压实时测量值，从而反馈出转子的位置状态，从而根据该转子的真实位置对永磁同步电机实现精确驱动。

在一个具体实施例中，为了实现PWM控制信息转换以及部分的诊断和功能，驱动单元120具体包括如下的任一项或几项：栅极驱动电源、栅极驱动模块、MOSFET导通电压(VDS)过流检测模块、电流采样放大器。

在一个具体实施例中，所述三相全桥单元可集成6个MOSFET组成了三相全桥，所述三项全桥电路还包括温度采集NTC电阻模块和/或RC吸收电路，所述温度采集NTC电阻模块用于将采集到的MOSFET温度信号传送给所述主控单元。

其中，NTC电阻模块是指NTC温度传感器，是一种热敏电阻、探头，原理为：电阻值随着温度上升而迅速下降。该温度传感器通常由2或3种金属氧化物组成,混合在类似流体的粘土中，并在高温炉内锻烧成致密的烧结陶瓷。实际尺寸十分灵活，它们可小至.010英寸或很小的直径。最大尺寸几乎没有限制，但通常适用半英寸以下。

在一个具体实施例中，所述三相全桥单元130中还包括电流采样电阻模块(CSR)，用于将所述三相全桥单元130中的母线电流信号转换为电压信号输出给所述驱动单元120，并由所述驱动单元120传送给所述主控单元110。

在一个具体实施例中，所述位置检测单元150为3个，并且设置在所述定子的不同位置上，当然，为了获得更准确的转子状态，也可设置位置检测单元的数量多于3个。

在一个具体实施例中，所述主控单元与所述驱动单元之间通过SPI接口连接与配置。

其中，SPI是串行外设接口(Serial Peripheral Interface)的缩写，是一种高速的，全双工，同步的通信总线，并且在芯片的管脚上只占用四根线，节约了芯片的管脚，同时为PCB的布局上节省空间，提供方便，正是出于这种简单易用的特性，越来越多的芯片集成了这种通信协议，比如AT91RM9200。

在一个具体实施例中，作为一个优选的方案，主控单元为微控制单元(MCU)；驱动单元为意法半导体公司的L9907驱动电路，L9907的结构参见图3所示，包括PWM逻辑控制，SPI接口，升压调节器等模块。

STM(意法半导体)公司的L9907是三相栅极驱动器，采用ST公司的先进的BCD-6s技术，能驱动用于3相BLDC马达的所有PowerMOS晶体管，L9907满足汽车规范AEC-Q100，电源电压从4.2V到54V，用于工作在单(12V)系统，双(24V)系统和48V电池应用，在FET高边驱动器引脚上能经受住-7V-90V，低待机电流功耗，PWM工作频率高达20kHz，栅极驱动器电流可通过SPI四步调整，调整范围通过外接电阻最大栅极控制电流为600mA。此外还有保护和诊断功能：FET驱动器具有电源欠压(UV)诊断，栅到源输出电压限制，栅到源无源开关断开；电源VB和VCC有过压(OV)，欠压(UV)诊断和保护功能，所有逻辑引脚能经受35V，超温诊断和关断，主要用于3相栅极驱动器和汽车FET驱动器。

并且，三相全桥单元可选择安森美公司的FTCO3V455A1，其结构如图4所示。

安森美公司的FTCO3V455A1是一个40V低Rds(on)汽车级功率模块，用于12V电池系统优化的三相MOSFET逆变器。包括一个用于电流检测的精密电流检测电阻和一个用于温度感测的NTC以及一个RC缓冲电路。该模块利用Fairchild的沟道MOSFET技术，旨在为电动助力转向、电动液压助力转向、电动水泵、电动油泵等应用提供一个非常紧凑且高性能的变速电机驱动。该电源模块100％无引线，符合RoHS和UL标准。

在一个具体实施例中，所述位置检测单元为霍尔式位置传感器。其中，霍尔位置传感器是一种检测物体位置的磁场传感器。用霍尔位置传感器可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔位置传感器以霍尔效应原理为其工作基础。

实施例2

实施例2公开了一种永磁同步电机，它由实施例1中公开的驱动电路控制驱动，该永磁同步电机为低压永磁同步电机，可用于汽车比如新能源汽车中。优选的，该低压永磁同步电机可用于汽车的油泵中。

在具体实施方式中说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种位置反馈型永磁同步电机驱动电路，其特征在于，所述驱动电路包括主控单元、驱动单元、三相全桥单元、位置检测单元；

所述主控单元、所述驱动单元、所述三相全桥单元依次连接；所述主控单元对控制指令和反馈信号进行运算处理，向所述驱动单元输出控制指令；所述驱动单元根据所述主控单元的控制指令生成对所述三相全桥单元的驱动信号；所述三相全桥单元根据所述驱动单元的驱动信号控制所述永磁同步电机运行；所述位置检测单元设置在所述永磁同步电机的定子上，将获得的电压信号反馈给所述主控单元，所述主控单元通过所述电压信号确定所述永磁同步电机转子位置。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动单元包括如下的任一项或几项：栅极驱动电源、栅极驱动模块、MOSFET导通电压过流检测模块、电流采样放大器。

3.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述三相全桥单元集成6个MOSFET组成三相全桥，所述三项全桥电路还包括温度采集NTC电阻模块和/或RC吸收电路，所述温度采集NTC电阻模块用于将采集到的MOSFET温度信号传送给所述主控单元。

4.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述三相全桥单元中还包括电流采样电阻模块，用于将所述三相全桥单元中的母线电流信号转换为电压信号输出给所述驱动单元，并由所述驱动单元传送给所述主控单元。

5.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述位置检测单元为3个，设置在所述定子的不同位置。

6.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述主控单元与所述驱动单元之间通过SPI接口连接与配置。

7.如权利要求1-6任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述主控单元为微控制单元；所述驱动单元为意法半导体公司的L9907驱动电路。

8.如权利要求7所述的驱动电路，其特征在于，所述三相全桥单元为安森美公司的FTCO3V455A1。

9.如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，所述检测单元为霍尔位置传感器。

10.一种应用权利要求1-9任一项驱动电路的永磁同步电机，其特征在于，该永磁同步电机为低压永磁同步电机，用于汽车中。

Images