CN214959340U - 电机采样控制电路、驱动器和电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机采样控制电路，包括控制单元、运算放大单元、比较器、第一采样电阻和逆变桥。运算放大单元的输出端与控制单元的第一输入端连接；比较器的输出端与控制单元的第二输入端连接，比较器的反向输入端和第一采样电阻的第一端接地，第一采样电阻的第二端分别采用差分走线法连接于运算放大单元的反向输入端和比较器的正向输入端；逆变桥设置有多个桥臂，每个桥臂的输入端分别与控制单元的输出端连接，每个桥臂上均设置有采用差分走线法连接于运算放大单元的正向输入端的第二采样电阻，每个桥臂均通过第二采样电阻的第二端与第一采样电阻的第二端连接。本实用新型的电机采样控制电路能够更准确地检测转子的位置。

Description

电机采样控制电路、驱动器和电机

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，特别涉及一种电机采样控制电路、驱动器和电机。

背景技术

无刷直流电机，包括转子和定子，而对于无刷直流电机的控制，需要得知转子的位置。目前，存在两种方案，用于检测转子的位置，分别是通过霍尔传感器检测转子磁场位置的方案一和通过反电动势检测法来检测转子位置的方案二。以三相无刷直流电机为例，方案一需要采用3个霍尔传感器来采集转子的位置信息，由于霍尔传感器占用空间较大，结构更复杂，使得电路设计更困难，并且霍尔传感器会受到温度、磁场和外部因素的影响，容易损坏，从而增加了维护成本，并且还会影响检测的准确性，进而影响电机转动的流畅度；方案二采用反电动势检测法，通过检测反电动势过零点位置来确认转子位置，可以降低硬件成本，但是，由于线圈绕组的特性，对反电动势的采样存在延时情况，并且，由于反电动势的幅值和转子转速有关，当电机转速较慢时，反电动势的幅值较低，通过该方法难以检测到过零点位置，即采用方案二检测转子的位置的准确性较低，从而影响转子转动的流畅度。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型提出一种电机采样控制电路，能够更准确地检测转子的位置，从而使转子转动得更流畅。

本实用新型还提出了一种包括上述电机采样控制电路的驱动器。

本实用新型还提出了一种包括上述驱动器的电机。

根据本实用新型第一方面实施例的电机采样控制电路，包括：控制单元；运算放大单元，所述运算放大单元的输出端与所述控制单元的第一输入端连接；比较器，所述比较器的输出端与所述控制单元的第二输入端连接，所述比较器的反向输入端接地；第一采样电阻，所述第一采样电阻的第一端接地，所述第一采样电阻的第二端分别采用差分走线法连接于所述运算放大单元的反向输入端和所述比较器的正向输入端；逆变桥，设置有多个桥臂，每个所述桥臂的输入端分别与所述控制单元的输出端连接，每个所述桥臂上均设置有第二采样电阻和用于驱动线圈绕组的输入输出端，所述第二采样电阻的第一端连接于所述桥臂的输出端，并采用差分走线法连接于所述运算放大单元的正向输入端，每个所述桥臂均通过所述第二采样电阻的第二端与所述第一采样电阻的第二端连接。

根据本实用新型实施例的电机采样控制电路，至少具有如下有益效果：将该电路与线圈绕组连接，使电机各个线圈绕组分别与逆变桥的桥臂的输入输出端连接。控制单元控制逆变桥的工作，逆变桥在控制单元的控制下实现直流电变为交流电，并控制电机的各个线圈绕组内的电流流向，以使电机中的转子工作。第二采样电阻用于对流经线圈绕组的相电流进行采样，第一采样电阻用于对流经所有线圈绕组的总电流进行采样。运算放大器用于将第二采样电阻采样的相电流进行放大并输出给控制单元，以便于控制单元准确地判断转子的位置，从而有利于对线圈绕组的电流流向的控制，使转子转动得更流畅。比较器用于将第一采样电阻采样的总电流输出为对地电流给控制单元，以便于控制单元判断流经线圈绕组的总电流的大小是否合适，有利于保护电路。该电路通过第一采样电阻和第二采样电阻对流经线圈绕组的相电流进行采样，可以简化电路，节约电路板的空间，并且采样过程不被转子的转速影响，因而在转子转速较低时，也能够准确地检测到转子的位置。

根据本实用新型的一些实施例，还包括信号放大单元，所述控制单元的输出端通过所述信号放大单元与每个所述桥臂的输入端连接，有利于控制单元对逆变桥的控制。

根据本实用新型的一些实施例，还包括第一电容，所述第一电容的第一端与第一电压端连接，所述第一电容的第二端与所述第一采样电阻的第二端连接，以便于稳定电压，有利于采样。

根据本实用新型的一些实施例，所述桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的输入端与所述第一电压端连接，所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的输入端连接，并且所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的输入端共同用于驱动线圈绕组，所述第二开关管的输出端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第一开关管的受控端和所述第二开关管的受控端分别连接于所述控制单元的输出端，以便于实现直流电变为交流电，并控制电机的各个线圈绕组的电流流向。

根据本实用新型的一些实施例，所述逆变桥还包括第一分压单元，所述第一分压单元的第一端与所述第一开关管的输入端连接，所述第一分压单元的分压端与所述第一开关管的受控端连接，所述第一开关管的受控端通过所述第一分压单元的第二端与所述控制单元的输出端连接，以便于保护第一开关管。

根据本实用新型的一些实施例，所述逆变桥还包括第二分压单元，所述第二分压单元的第一端与所述第二开关管的输出端连接，所述第二分压单元的分压端与所述第二开关管的受控端连接，所述第二开关管的受控端通过所述第二分压单元的第二端与所述控制单元的输出端连接，以便于保护第二开关管。

根据本实用新型的一些实施例，所述运算放大单元上设置有第一限流电阻、第二限流电阻和滤波电容，所述第一采样电阻的第二端通过所述第一限流电阻并采用差分走线法与所述运算放大单元的反向输入端连接，所述第二采样电阻的第一端通过所述第二限流电阻并采用差分走线法与所述运算放大单元的正向输入端连接，所述滤波电容的第一端与所述运算放大单元的正向输入端连接，所述滤波电容的第二端与所述运算放大单元的反向输入端连接，以便于使采样信号更稳定，有利于准确地检测得到转子的位置。

根据本实用新型的一些实施例，所述控制单元、所述运算放大单元和所述比较器集成于控制芯片U1上，以便于节约电路占用的空间，并简化电路。

根据本实用新型第二方面实施例的驱动器，包括第一方面的电机采样控制电路。

根据本实用新型实施例的驱动器，至少具有如下有益效果：通过第一采样电阻和第二采样电阻对线圈绕组中相电流的采样，使得控制单元可以准确地检测到转子的位置，从而使控制单元根据转子的位置来控制逆变桥的工作，有利于转子转动得更流畅。

根据本实用新型第三方面实施例的电机，包括第二方面的驱动器。

根据本实用新型实施例的电机，至少具有如下有益效果：通过驱动器对线圈绕组中的相电流的控制，使得转子转动得更流畅。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型实施例的电机采样控制电路的电路框图；

图2为图1所示的电机采样控制电路的部分电路图；

图3为图1所示的电机采样控制电路的另一部分电路图；

图4为本实用新型一些实施例的电机采样控制电路的部分电路图。

附图标记如下：

控制单元100、运算放大器200、比较器300、第一采样电阻400、逆变桥500、桥臂510、第二采样电阻520、第一电容530、第一分压单元540、第二分压单元550、信号放大单元600、RC滤波器700、供电接口单元800。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

一种电机，包括驱动器，驱动器包括电机采样控制电路。其中，电机采样控制电路可以对流经电机中的线圈绕组的相电流进行采样，从而准确地检测得到转子的位置，进而控制电机中的转子转动得更流畅，因而包括该电机采样控制电路的驱动器，可以使得电机中的转子转动更流畅。

参照图1，一种电机采样控制电路，包括控制单元100、运算放大单元200、比较器300、第一采样电阻400和逆变桥500。控制单元100用于判断电机中的转子的位置；运算放大单元200的输出端与控制单元100的第一输入端连接；比较器300的输出端与控制单元100的第二输入端连接，比较器300的反向输入端接地；第一采样电阻400的第一端接地，第一采样电阻400的第二端分别采用差分走线法连接于运算放大单元200的反向输入端和比较器300的正向输入端；逆变桥500设置有多个桥臂510，每个桥臂510的输入端分别与控制单元100的输出端连接，每个桥臂510上均设置有第二采样电阻520和用于驱动线圈绕组的输入输出端，第二采样电阻520的第一端连接于桥臂510的输出端，并采用差分走线法连接于运算放大单元200的正向输入端，每个桥臂510均通过第二采样电阻520的第二端与第一采样电阻400的第二端连接。

其中，电机采样控制电路设置有供电接口单元800，用于满足元器件的多种电压需求。控制单元100用于发出控制信号，并通过第一采样电阻400、第二采样电阻520、运算放大单元200和比较器300获取流经线圈绕组的相电流的信息。在该电路与线圈绕组连接时，控制单元100将控制信号发送给逆变桥500，以控制逆变桥500实现直流电变为交流电，从而控制线圈绕组内的相电流的流向。第二采样电阻520采集各个线圈绕组的相电流，运算放大单元200用于将相电流的信息通过电压的方式传输给控制单元100，第一采样电阻400采集多个线圈绕组的总电流，比较器300用于将输入的总电流改为对地电流输出给控制单元100。则，控制单元100通过第一采样电阻400、第二采样电阻520、运算放大器和比较器300得到流经各个线圈绕组的相电流的信息，以使控制单元100通过相电流信息进行计算和比对，得出转子的位置信息，以便于控制单元100根据转子的位置信息来发送相应的控制信号，使得转子转动得更流畅，并且该电路无需采用霍尔传感器，有利于简化电路。由于通过检测相电流来判断转子的位置，而不是反电动势，因而检测过程不被转子的转速影响，并且对相电流的采样不需要延时，从而在转子转速较低时，控制单元100也能够准确地检测到转子的位置信息，从而在控制单元100的控制下，转子在转速较低时也能够流畅地转动。

此外，控制单元100通过第一采样电阻400得到流经多个线圈绕组的总电流的信息，用于判断流经多个线圈绕组的总电流的大小是否符合要求，有利于保护电机和电路，避免电机或电路因电流过大而损坏。例如，当流经线圈绕组的总电流过大，则控制单元100可以通过关闭逆变桥500，从而截止流入线圈绕组的电流，进而实现对电机和电路的保护作用。

另外，参照图2，以三相的逆变桥500为例，将三相无刷直流电机的线圈绕组接入该电路。图2中，电阻R90是第一采样电阻400，电阻R88、电阻R3和电阻R89都是第二采样电阻520。电阻R88用于对线圈绕组的U相的相电流进行采样，电阻R3用于对线圈绕组的V相的相电流进行采样，电阻R89用于对线圈绕组的W相的相电流进行采样，电阻R90用于对流经线圈绕组的总电流进行采样。此外，在逆变桥500正常工作时，电阻R88、电阻R3和电阻R89中存在两个电阻有相电流流过；在逆变桥500出现异常时，例如逆变桥500中一个桥臂510上的一个开关管被击穿，则可能在电阻R88、电阻R3和电阻R89中，都有相电流经过，而控制单元100通过电阻R88、电阻R3和电阻R89对相电流进行采样，则控制单元100可以根据这三个电阻中是否都有相电流流过，来判断逆变桥500是否正常工作，从而在逆变桥500出现异常时，停止逆变桥500的工作，以保护电机和电路。

需要说明的是，供电电压等于线圈分压与感生电动势之和，即控制单元100根据相电流的大小与已知的线圈内阻的大小，可以计算得到线圈分压，由于供电电压是已知的，因而可以计算得到感生电动势的大小，从而控制单元100可以根据线圈分压、感生电动势和供电电压来判断转子的位置。以转子从第一位置转到第二位置为例，当通过相电流计算得到的线圈分压等于供电电压时，则转子已经从第一位置转到第二位置，即转子位于第二位置；当通过相电流计算得到的线圈分压小于供电电压时，则转子正在从第一位置转到第二位置的途中，即转子还未转到第二位置。

需要说明的是，差分走线法可以减少电路受到的干扰，进而减缓信号在传输过程中失真的情况，则，该电路中第一采样电阻400、第二采样电阻520与控制单元100之间中采用差分走线法连接，有利于控制单元100得到更准确的相电流信息，以便于准确地检测出转子的位置。

参照图3，电机采样控制电路还包括信号放大单元600，控制单元100的输出端通过信号放大单元600与每个桥臂510的输入端连接。其中，信号放大单元600用于将控制单元100输出的控制信号进行放大，以便于桥臂510准确地接收到控制信号，避免控制信号在传输过程中丢失的情况，使得桥臂510可以准确地改变线圈绕组中的电流流向，从而使得转子转动更流畅。

参照图2，电机采样控制电路还包括第一电容530，第一电容530的第一端与第一电压端连接，第一电容530的第二端与第一采样电阻400的第二端连接。其中，第一电压端位于供电接口单元800上，供电接口单元800上还设有用于给控制单元100供电的第二电压端。由于相电流的大小较小，传输过程中存在失真的情况，通过设置第一电容530以稳定电压，有利于减少相电流的失真情况，以使控制单元100得到准确的相电流信息，从而计算得到准确的转子的位置信息，进而使转子转动得更流畅。

参照图2，桥臂510包括第一开关管(图中未示出)和第二开关管(图中未示出)，第一开关管的输入端与第一电压端连接，第一开关管的输出端与第二开关管的输入端连接，并且第一开关管的输出端与第二开关管的输入端共同用于驱动线圈绕组，第二开关管的输出端与第二采样电阻520的第一端连接，第一开关管的受控端和第二开关管的受控端分别连接于控制单元100的输出端。其中，线圈绕组通过连接节点接入该电路，控制单元100通过控制第一开关管和第二开关管的有序通断，实现对线圈绕组中的电流流向的控制。在本实施例中，第一开关管采用P沟道的MOS管，第二开关管采用N沟道的MOS管。在通常情况下，在一个桥臂510中，第一开关管和第二开关管这两者间，仅导通其中一个开关管。例如，导通第一开关管，关闭第二开关管，则第一开关管的导通和第二开关管的截止都使用低电平信号，即，可以通过同一信号控制第一开关管和第二开关管，有利于控制逆变桥500的工作。

需要说明的是，第一开关管也可以采用N沟道的MOS管，第二开关管也可以采用P沟道的MOS管。第一开关管的受控端和第二开关管的受控端都用作桥臂510的输入端，第一开关管的输出端和第二开关管的输入端都用作桥臂510的输入输出端，第二开关管的输出端用作桥臂510的输出端。

以三相的逆变桥500为例，则逆变桥500包括U相、V相和W相的桥臂510。U相的桥臂510中，开关管Q1B为第一开关管，开关管Q1A为第二开关管；V相的桥臂510中，开关管Q2B为第一开关管，开关管Q2A为第二开关管；W相的桥臂510中，开关管Q3B为第一开关管，开关管Q3A为第二开关管。

参照图2，逆变桥500还包括第一分压单元540，第一分压单元540的第一端与第一开关管的输入端连接，第一分压单元540的分压端与第一开关管的受控端连接，第一开关管的受控端通过第一分压单元540的第二端与控制单元100的输出端连接。具体地，以三相的逆变桥500中的U相的桥臂510为例，第一分压单元540包括电阻R84、电阻R54和电容C25，电阻R54的第一端和电容C25的第一端分别连接于第一开关管的输入端，电阻R54的第二端、电容C25的第二端和电阻R84的第一端分别连接于第一开关管的受控端，电阻R84的第二端与控制单元100的输出端连接。第一分压单元540用于保护第一开关管，避免第一开关管因电压过高而被击穿。

需要说明的是，电阻R54的第一端和电容C25的第一端共同用作第一分压单元540的第一端，电阻R54的第二端、电容C25的第二端和电阻R84的第一端共同用作第一分压单元540的分压端，电阻R84的第二端用作第一分压单元540的第二端。

另外，参照图2和图3，当采用三相的逆变桥500时，控制单元100通过信号放大单元600发送控制信号给逆变桥500，则信号放大单元600中的信号放大单元600的输出端设置有至少六个输出引脚，分别用于输出控制信号给三相逆变桥500的三个第一开关管和三个第二开关管。

参照图2，逆变桥500还包括第二分压单元550，第二分压单元550的第一端与第二开关管的输出端连接，第二分压单元550的分压端与第二开关管的受控端连接，第二开关管的受控端通过第二分压单元550的第二端与控制单元100的输出端连接。具体地，以三相的逆变桥500400中的U相的桥臂510为例，第二分压单元550包括电阻R13、电阻R83和电容C29，电阻R83的第一端和电容C29的第一端分别连接于第二开关管的输出端，电阻R83的第二端、电容C29的第二端和电阻R13的第一端分别连接于第二开关管的受控端，电阻R13的第二端与控制单元100的输出端连接。第二分压单元550用于保护第二开关管，避免第二开关管因电压过高而被击穿。

需要说明的是，电阻R83的第一端和电容C29的第一端共同用作第二分压单元550的第一端，电阻R83的第二端、电容C29的第二端和电阻R13的第一端共同用作第二分压单元550的分压端，电阻R13的第二端用作第二分压单元550的第二端。

参照图3，运算放大单元200上设置有第一限流电阻(图中未示出)、第二限流电阻(图中未示出)和滤波电容(图中未示出)，第一采样电阻400的第二端通过第一限流电阻并采用差分走线法与运算放大单元200的反向输入端连接，第二采样电阻520的第一端通过第二限流电阻并采用差分走线法与运算放大单元200的正向输入端连接，滤波电容的第一端与运算放大单元200的正向输入端连接，滤波电容的第二端与运算放大单元200的反向输入端连接。

其中，第一限流电阻和第二限流电阻用于保护控制单元100，避免流入过大的电流。滤波电容用于滤除干扰，使控制单元100可以获取更准确的相电流信息。此外，参照图4，在一些实施例中，控制单元100、运算放大单元200和比较器300集成于控制芯片U1上，以便于节约电路板的空间。以三相直流无刷电机的线圈绕组接入电路为例，则控制芯片U1集成的运算放大单元200中，设置有至少3个运算放大器。3个运算放大器分别用于将U相、V相和W相的线圈绕组的相电流信息传输给控制单元100。

在图4中，控制芯片U1的第18引脚、第13引脚和第39引脚分别是集成的3个运算放大器的正向输入端，控制芯片U1的第17引脚、第14引脚、第40引脚分别是集成的3个运算放大器的反相输入端，控制芯片U1的第10引脚是集成的比较器300的正向输入端，控制芯片U1的第11引脚是集成的比较器300的反向输入端，第一限流电阻分别是电阻R4、电阻R32和电阻R91，第二限流电阻分别是电阻R51、电阻R49和电阻R95，滤波电容是电容C22、电容C19和电容C65。

参照图3或图4，电机采样控制电路还包括RC滤波器700，比较器300的输出端通过RC滤波器700与控制单元100的第二输入端连接。其中，通过RC滤波器700，能够将比较器300输出的信号中的干扰滤除，使得控制单元100能够接收到准确的信号，以便于控制单元100准确地判断出流经多个线圈绕组的总电流的大小是否符合要求。

需要说明的是，在图4中，控制芯片U1的第12引脚用作比较器300的输出端，控制芯片U1的第21引脚用作控制单元100的第二输入端。

上面结合附图对本实用新型实施例作了详细说明，但是本实用新型不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (10)

1.一种电机采样控制电路，其特征在于，包括：

控制单元；

运算放大单元，所述运算放大单元的输出端与所述控制单元的第一输入端连接；

比较器，所述比较器的输出端与所述控制单元的第二输入端连接，所述比较器的反向输入端接地；

第一采样电阻，所述第一采样电阻的第一端接地，所述第一采样电阻的第二端分别采用差分走线法连接于所述运算放大单元的反向输入端和所述比较器的正向输入端；

逆变桥，设置有多个桥臂，每个所述桥臂的输入端分别与所述控制单元的输出端连接，每个所述桥臂上均设置有第二采样电阻和用于驱动线圈绕组的输入输出端，所述第二采样电阻的第一端连接于所述桥臂的输出端，并采用差分走线法连接于所述运算放大单元的正向输入端，每个所述桥臂均通过所述第二采样电阻的第二端与所述第一采样电阻的第二端连接。

2.根据权利要求1所述的电机采样控制电路，其特征在于，还包括信号放大单元，所述控制单元的输出端通过所述信号放大单元与每个所述桥臂的输入端连接。

3.根据权利要求2所述的电机采样控制电路，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容的第一端与第一电压端连接，所述第一电容的第二端与所述第一采样电阻的第二端连接。

4.根据权利要求1所述的电机采样控制电路，其特征在于，所述桥臂包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的输入端与第一电压端连接，所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的输入端连接，并且所述第一开关管的输出端与所述第二开关管的输入端共同用于驱动线圈绕组，所述第二开关管的输出端与所述第二采样电阻的第一端连接，所述第一开关管的受控端和所述第二开关管的受控端分别连接于所述控制单元的输出端。

5.根据权利要求4所述的电机采样控制电路，其特征在于，所述逆变桥还包括第一分压单元，所述第一分压单元的第一端与所述第一开关管的输入端连接，所述第一分压单元的分压端与所述第一开关管的受控端连接，所述第一开关管的受控端通过所述第一分压单元的第二端与所述控制单元的输出端连接。

6.根据权利要求4或5所述的电机采样控制电路，其特征在于，所述逆变桥还包括第二分压单元，所述第二分压单元的第一端与所述第二开关管的输出端连接，所述第二分压单元的分压端与所述第二开关管的受控端连接，所述第二开关管的受控端通过所述第二分压单元的第二端与所述控制单元的输出端连接。

7.根据权利要求1所述的电机采样控制电路，其特征在于，所述运算放大单元上设置有第一限流电阻、第二限流电阻和滤波电容，所述第一采样电阻的第二端通过所述第一限流电阻并采用差分走线法与所述运算放大单元的反向输入端连接，所述第二采样电阻的第一端通过所述第二限流电阻并采用差分走线法与所述运算放大单元的正向输入端连接，所述滤波电容的第一端与所述运算放大单元的正向输入端连接，所述滤波电容的第二端与所述运算放大单元的反向输入端连接。

8.根据权利要求1所述的电机采样控制电路，其特征在于，所述控制单元、所述运算放大单元和所述比较器集成于控制芯片U1上。

9.一种驱动器，其特征在于，包括如权利要求1至8中任一项所述的电机采用控制电路。

10.一种电机，其特征在于，包括如权利要求9所述的驱动器。

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