CN213937422U - 三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机驱动电路技术领域，公开了一种可及时做出锁相动作且安全性较高的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，具备：第一非门电路，其一信号输入端用于接收驱动电路输入的电平信号；开关电路，其输入端耦接于第一非门电路的信号输出端，用于接收第一非门电路输出电平信号；过流检测电路，用于检测电机一绕组的电流信号；电压比较电路，其输入端耦接于过流检测电路的输出端，电压比较电路的输出端与第一非门电路的另一信号输入端连接；当电流信号大于电压比较电路的预设值时，电压比较电路输出高电平，高电平用于关闭开关电路，以断开无刷电机一绕组的电源。

Description

三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电机驱动电路技术领域，更具体地说，涉及一种三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路。

背景技术

随着便携式移动电动工具、便携式移动吸尘器、扫地机器人等市场的需求扩大，产品功能越来越丰富，无刷电机在便携式移动电动工具、便携式移动吸尘器、扫地机器人等应用领域越来越广泛。目前，无刷电机使用过程中，当电机的绕组出现短路或高压开关管击穿的情况，VIA的电压会迅速达到2.2V(对应绕组电流约10A)，而保护电路不能及时做出锁相动作，超过一定的时间(如2S--4S)，会导致绕组被烧毁。

因此，如何提高锁相动作的及时性成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述当电机的绕组出现短路或高压开关管击穿的情况，VIA的电压会迅速达到2.2V(对应绕组电流约10A)，而保护电路不能及时做出锁相动作而导致绕组被烧毁的缺陷，提供一种可及时做出锁相动作且安全性较高的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，具备：

第一非门电路，其配置于驱动电路内，其一信号输入端用于接收驱动电路输入的电平信号；

开关电路，其输入端耦接于所述第一非门电路的信号输出端，用于接收所述第一非门电路输出所述电平信号；

过流检测电路，用于检测电机一绕组的电流信号；

电压比较电路，其输入端耦接于所述过流检测电路的输出端，所述电压比较电路的输出端与所述第一非门电路的另一信号输入端连接；

当所述电流信号大于所述电压比较电路的预设值时，所述电压比较电路输出高电平，所述高电平用于关闭所述开关电路，以断开无刷电机一绕组的电源。

在一些实施方式中，还包括第二非门电路，其一信号输入端用于接收驱动电路输入的A相驱动信号；

若所述A相驱动信号为低电平，则可对所述无刷电机一绕组通电；

若所述A相驱动信号为高电平，则停止对所述无刷电机一绕组供电。

在一些实施方式中，还包括第三非门电路及锁相电路，

所述第三非门电路的一信号输入端用于接收驱动电路输入的电平信号；

所述锁相电路的输入端耦接于所述第三非门电路的信号输出端，用于接收所述第三非门电路输出所述电平信号；

当所述电平信号为低电平时，所述低电平用于关闭所述锁相电路。

在一些实施方式中，所述电压比较电路包括电压比较器，所述电压比较器的反相端与所述过流检测电路的输出端连接；

所述电压比较器的同相端与+5V电源端连接，所述电压比较器的输出端耦接于所述第一非门电路的另一信号输入端。

在一些实施方式中，所述第一非门电路包括第一双输入与非门及第一非门，

所述第一双输入与非门的一输入端用于接收驱动电路输入的电平信号；

所述第一双输入与非门的另一输入端耦接于所述电压比较器的输出端，用于接输入的低电平信号；

所述第一非门的输入端耦接于所述第一双输入与非门的输出端；

所述第一非门的输出端与所述开关电路的输入端连接。

在一些实施方式中，所述开关电路包括第二三极管及第三三极管，

所述第二三极管的基极通过变压器的绕组与所述第一非门电路的输出端连接，

所述第三三极管的基极耦接于所述第二三极管的集电极，

所述第三三极管的发射极耦接于所述无刷电机一绕组。

在一些实施方式中，所述第二三极管为PNP型三极管，所述第三三极管为NPN型三极管。

在本实用新型所述的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路中，包括用于接收驱动电路输入的电平信号的第一非门电路、用于接收第一非门电路输出电平信号的开关电路、过流检测电路及电压比较电路，其中，过流检测电路用于检测电机一绕组的电流信号，当电流信号大于电压比较电路的预设值时，电压比较电路输出高电平，高电平用于关闭开关电路，以断开无刷电机一绕组的电源。与现有技术相比，通过设置过流检测电路检测无刷电机一绕组的电流信号，电压比较电路根据电流信号与预设值的比较结果控制开关电路的工作状态，可有效解决当电机的绕组出现短路或高压开关管击穿的情况，VIA的电压会迅速达到2.2V(对应绕组电流约10A)，而保护电路不能及时做出锁相动作而导致绕组被烧毁的问题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型提供三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路一实施例的驱动电路图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，在本实用新型的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路的第一实施例中，三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路100包括第一非门电路101、第二非门电路102、第三非门电路103、开关电路104、锁相电路105、电压比较电路106及过流检测电路107。

具体地，第一非门电路101用以实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路称为门电路，非门电路利用内部结构使输出的电平变成与输入相反的电平。

其中，第一非门电路101配置于驱动电路内，其一信号输入端(对应1脚)用于接收驱动电路输入的电平信号(对应K信号)，并将该电平信号(对应K信号)输出至开关电路104。

开关电路104用于控制无刷电机一绕组的电源电压。

开关电路104的输入端耦接于第一非门电路101的信号输出端，用于接收第一非门电路101输出电平信号(对应K信号)。

其中，当电平信号(对应K信号)为高电平时，开关电路104被控制断开，无刷电机的一绕组处于断电状态；当电平信号(对应K信号)为低电平时，开关电路104被触发导通，无刷电机的一绕组得电，无刷电机工作，此时，流检测电路107可对无刷电机的一绕组进行工作电流检测。

过流检测电路107用于检测无刷电机一绕组的电流信号(对应VIA信号)。

过流检测电路107的检测端与无刷电机一绕组电性连接，用于检测电机一绕组的电流信号(对应VIA信号)，并将该电流信号(对应VIA信号)输出至电压比较电路106。

电压比较电路106设有预设值(设为5V)，其用于对输入信号进行鉴别与比较，当同相输入端电压高于反相输入端时，电压比较器(属于电压比较电路106)输出为高电平；当同相输入端电压低于反相输入端时，电压比较器输出为低电平。

具体地，电压比较电路106的输入端耦接于过流检测电路107的输出端，电压比较电路106的输出端与第一非门电路101的另一信号输入端(对应2脚)连接；

当电流信号(对应VIA信号)大于电压比较电路106的预设值时，电压比较电路106输出低电平，低电平用于关闭开关电路104，以断开无刷电机一绕组的电源。

具体而言，以A相为例，在正常工作中，若输入第一非门电路101的电平信号(对应K信号)为高电平，且电压比较电路106输出高电平，同时输入第二非门电路102的A相驱动信号(对应PA信号)为低电平，则第一非门电路101的输出为低电平，进而使开关电路104导通，使得近100V的直流电压加到A相绕组上。

当A相绕组中的电流超过6A，电压比较电路106输出变为低电平，从而使开关电路104由导通变为截止，此时A相绕组仅由锁相电路105提供工作电源，A相绕组中的电流开始下降，当A相电流下降使VIA的电压小于电压比较电路106同相输入端的电压，开关电路104重新导通，100V高压重新将A相绕组的电流提高，如此反复形成了恒流斩波的工作方式。

在锁相状态时，由于锁相驱动信号L为低电平，电平信号(对应K信号)也为低电平，故而开关电路104截止。若此时A相驱动信号(对应PA信号)为低电平，则锁相电路105导通，A相绕组由DC4.5 V半波整流后的锁相电路105提供工作电流，此时绕组电流约为其工作电流的一半，这样可以降低步进电机的功耗，进而减少电路和电机的发热量。

一旦出现绕组短路或高压开关管击穿的情况，电流信号(对应VIA信号)的电压会迅速达到2.2V(对应绕组电流约10A)，这时过流检测电路107会立即使VP变为低电平，马上使锁相电路105截止，避免电路故障进一步扩大，保护驱动电路和无刷电机。

在一些实施方式中，为了提高驱动电路工作的安全性，可在驱动电路中设置第二非门电路102，其中，第二非门电路102的一信号输入端用于接收驱动电路输入A相驱动信号(对应PA信号)，第二非门电路102的输出端与锁相电路105的输入端连接，当A相驱动信号(对应PA信号)为低电平(对应VP信号)时，锁相电路105处于导通状态，A相电源可对无刷电机一绕组通电；当A相驱动信号(对应PA信号)为高电平(对应VP信号)时，锁相电路105处于关闭状态，A相电源停止对无刷电机一绕组供电。

在一些实施方式中，为了提高驱动电路工作的安全性，可在驱动电路中设置第三非门电路103，其中，

第三非门电路103的一信号输入端用于接收驱动电路输入的电平信号(对应L信号)，锁相电路105的输入端通过第四三极管VT104与第三非门电路103的信号输出端连接，用于接收第三非门电路103输出电平信号(对应L信号)；

当电平信号(对应L信号)为低电平时，该低电平用于关闭锁相电路105。

在一些实施方式中，为了提高电压比较电路106输出比较信号的准确性，可在电压比较电路106中设置电压比较器U3A，其中，电压比较器U3A的反相端(对应5脚)与过流检测电路107的输出端连接；

电压比较器U3A的同相端(对应6脚)与+5V电源端(对应预设值)连接，电压比较器U3A的输出端(对应7脚)耦接于第一非门电路101的另一信号输入端(对应2脚)。

举例而言，当A相绕组中的电流超过6A时，电压比较器U3A输出变为低电平，从而使开关电路104(对应第三三极管VT103)由导通变为截止，此时A相绕组仅由锁相电路105(对应第五三极管VT105)提供工作电源，A相绕组中的电流开始下降，当A相电流下降使VIA的电压小于电压比较器U3A同相输入端的电压，开关电路104(对应第三三极管VT103)重新导通，100V高压重新将A相绕组的电流提高，如此反复形成了恒流斩波的工作方式。

在一些实施方式中，第一非门电路101包括第一双输入与非门U1A及第一非门U2A。

具体地，第一双输入与非门U1A的一输入端(对应1脚)用于接收驱动电路输入的电平信号(对应K信号)；

第一双输入与非门U1A的另一输入端(对应2脚)耦接于电压比较器U3A的输出端(对应7脚)，用于接收输入的低电平信号。

进一步地，第一非门U2A的输入端(对应1脚)耦接于第一双输入与非门U1A的输出端(对应12脚)，第一非门U2A的输出端(对应16脚)与开关电路104的输入端连接。

在一些实施方式中，开关电路104包括第二三极管VT102及第三三极管VT103，其中，第二三极管VT102为PNP型三极管，第三三极管VT103为NPN型三极管，其均具有开关的作用。

具体地，第二三极管VT102的基极通过变压器TR101的绕组(对应)与第一非门电路101的输出端连接，具体为，第二三极管VT102的基极与变压器TR101的次级绕组一端(对应3脚)连接，第一非门U2A(属于第一非门电路101)的输出端(对应16脚)与变压器TR101的初级绕组一端(对应2脚)连接。

第三三极管VT103的基极耦接于第二三极管VT102的集电极，第三三极管VT103的发射极耦接于无刷电机一绕组。

需要说明的是，变压器TR101为脉冲变压器，第三三极管VT103的驱动采用变压器TR101耦合以避免前级驱动电路出现故障时，造成第三三极管VT103长期导通，进而烧毁现象的发生。

在一些实施方式中，为了提高过流检测电路107获取电流信号的准确性，可在过流检测电路107中设置第十八电阻R118及第十九电阻R119。其中，无刷电机各绕组运行电流的调整可通过改变相电流取样电阻(对应第十八电阻R118及第十九电阻R119)的阻值来实现。

具体地，第十八电阻R118及第十九电阻R119的一端与无刷电机一绕组的一端及电压比较器U3A的反相端(对应5脚)连接，第十八电阻R118及第十九电阻R119的另一端与公共端连接。

具体而言，第十八电阻R118及第十九电阻R119用于获取绕组上的电流信号(对应VIA信号)，然后将获取的电流信号(对应VIA信号)输入电压比较器U3A的反相端(对应5脚)，再与预设值相比较，电压比较器U3A根据比较结果输出电平信号。

在一些实施方式中，驱动电路还包括由第一电阻R101和第一电容C101构成上电复位电路，当电路刚上电时，L出现一个短暂的低电平，通过该低电平(对应L)从而关闭第五三极管VT105(属于锁相电路105)。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，其特征在于，具备：

第一非门电路，其配置于驱动电路内，其一信号输入端用于接收驱动电路输入的电平信号；

开关电路，其输入端耦接于所述第一非门电路的信号输出端，用于接收所述第一非门电路输出所述电平信号；

过流检测电路，用于检测电机一绕组的电流信号；

电压比较电路，其输入端耦接于所述过流检测电路的输出端，所述电压比较电路的输出端与所述第一非门电路的另一信号输入端连接；

当所述电流信号大于所述电压比较电路的预设值时，所述电压比较电路输出高电平，所述高电平用于关闭所述开关电路，以断开无刷电机一绕组的电源。

2.根据权利要求1所述的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，其特征在于，

还包括第二非门电路，其一信号输入端用于接收驱动电路输入的A相驱动信号；

若所述A相驱动信号为低电平，则可对所述无刷电机一绕组通电；

若所述A相驱动信号为高电平，则停止对所述无刷电机一绕组供电。

3.根据权利要求1所述的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，其特征在于，

还包括第三非门电路及锁相电路，

所述第三非门电路的一信号输入端用于接收驱动电路输入的电平信号；

所述锁相电路的输入端耦接于所述第三非门电路的信号输出端，用于接收所述第三非门电路输出所述电平信号；

当所述电平信号为低电平时，所述低电平用于关闭所述锁相电路。

4.根据权利要求1至3任一所述的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，其特征在于，

所述电压比较电路包括电压比较器，所述电压比较器的反相端与所述过流检测电路的输出端连接；

所述电压比较器的同相端与+5V电源端连接，所述电压比较器的输出端耦接于所述第一非门电路的另一信号输入端。

5.根据权利要求4所述的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，其特征在于，

所述第一非门电路包括第一双输入与非门及第一非门，

所述第一双输入与非门的一输入端用于接收驱动电路输入的电平信号；

所述第一双输入与非门的另一输入端耦接于所述电压比较器的输出端，用于接输入的低电平信号；

所述第一非门的输入端耦接于所述第一双输入与非门的输出端；

所述第一非门的输出端与所述开关电路的输入端连接。

6.根据权利要求5所述的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，其特征在于，

所述开关电路包括第二三极管及第三三极管，

所述第二三极管的基极通过变压器的绕组与所述第一非门电路的输出端连接，

所述第三三极管的基极耦接于所述第二三极管的集电极，

所述第三三极管的发射极耦接于所述无刷电机一绕组。

7.根据权利要求6所述的三相无刷电机驱动的无感控制电机驱动电路，其特征在于，

所述第二三极管为PNP型三极管，所述第三三极管为NPN型三极管。

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