CN218217141U - 电机驱动电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电机驱动电路及电子设备，驱动电路包括驱动芯片、开关功率放大器件和滤波电容；开关功率放大器件的第一信号端用于连接电机驱动电源，其第二信号端形成电机连接节点，其受控端连接至驱动芯片的信号输出端；驱动芯片的信号输入端用于连接控制器的驱动信号输出端；驱动芯片接收控制器输出的脉冲控制信号，并输出电机驱动信号至开关功率放大器件的受控端，触发开关功率放大器件的开关导通，触发电机连接节点通过开关功率放大器件的第二信号端以及第一信号端连接至电机驱动电源；滤波电容连接于驱动芯片的信号输出端之后，并与驱动芯片的高侧电源参考端或公共端形成电磁吸收回路，能够有效降低电磁辐射，易于实现，成本较低。

Description

电机驱动电路及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电机驱动电路技术领域，特别是涉及一种电机驱动电路及电子设备。

背景技术

在轮椅等需要驱动车轮转动的电子设备中，通常会采用桥式驱动电路驱动无刷直流电机的运转从而带动车轮的转动行进。桥式驱动电路至少包括驱动芯片、开关器件、匹配电阻、匹配电容等元器件，电机通过开关元件的信号端连接至电机驱动电源，开关元件的受控端连接于驱动芯片的驱动信号输出端，驱动芯片接收到控制器发送的驱动信号后输出相应的电机驱动信号以控制开关元件的导通或关断，从而达到驱动无刷直流电机运转带动电子设备行进的目的。

但是，桥式驱动电路中电压源输出控制，开关器件通常为MOS管功率放大器件，在电机驱动信号输出时会存在高频谐波分量等干扰信号，即在开关时含有波形畸变，导致波形畸变的干扰信号通过MOS管功率放大器件后会被放大，从而导致产品无法满足EMC测试要求，存在电磁辐射超标的问题。如图1所示，该图的横轴表示频率，纵轴表示EMC测试数值，可见，在原有的桥式电路中电磁辐射会超过极限值42dBuV/m，无法满足EMC测试要求。通常情况下，会采用屏蔽罩、接地导向、或者添加复杂滤波电路等方式来处理电磁辐射超标的问题，但是上述EMC改善方案都存在实现难度较大，成本较高的问题。

实用新型内容

基于此，本实用新型提供了一种电机驱动电路及电子设备，所述电机驱动电路具有电路结构简单，能够有效降低电磁辐射，易于实现，成本较低的优点。

根据本实用新型的第一方面，提供了一种电机驱动电路，包括至少一路驱动电路，所述驱动电路包括驱动芯片、开关功率放大器件和滤波电容；

所述驱动芯片具有信号输入端、信号输出端、高侧电源参考端和公共端；

所述开关功率放大器件具有第一信号端、第二信号端和受控端；

所述开关功率放大器件的第一信号端用于连接电机驱动电源，其第二信号端形成电机连接节点，所述电机连接节点用于连接电机的接线端子，其受控端连接至所述驱动芯片的信号输出端，所述驱动芯片的信号输入端用于连接控制器的驱动信号输出端；所述驱动芯片接收控制器输出的脉冲控制信号，并输出电机驱动信号至所述开关功率放大器件的受控端，触发所述开关功率放大器件的开关导通，触发所述电机的接线端子通过所述开关功率放大器件的第二信号端以及第一信号端连接至电机驱动电源得电运转；

所述滤波电容连接于所述驱动芯片的信号输出端之后，并与所述驱动芯片的高侧电源参考端或公共端形成电磁吸收回路。

在一个可选的实施例中，所述驱动芯片的信号输出端包括高侧信号输出端和低侧信号输出端；所述滤波电容包括第一滤波电容和/或第二滤波电容，

所述第一滤波电容的第一端连接至所述高侧信号输出端，其第二端连接至所述高侧电源参考端以及所述电机连接节点，和/或，

所述第二滤波电容的第一端连接至所述低侧信号输出端，其第二端连接至所述公共端并接地。

在一个可选的实施例中，所述开关功率放大器件包括第一开关器件和第二开关器件；所述第一开关器件具有第一信号输入端、第一信号输出端和第一受控端，所述第二开关器件具有第二信号输入端、第二信号输出端和第二受控端；

所述第一开关器件的第一受控端连接至所述高侧信号输出端，其第一信号输入端连接至电机驱动电源，所述第二开关器件的第二受控端连接至所述低侧信号输出端，其第二信号输出端接地，

所述第一开关器件的第一信号输出端与所述第二开关器件的第二信号输入端连接并形成所述电机连接节点。

在一个可选的实施例中，所述开关功率放大器件为N沟道型场效应管；所述第一信号端为所述场效应管的漏极，所述第二信号端为所述场效应管的源极，所述受控端为所述场效应管的栅极。

在一个可选的实施例中，所述开关功率放大器件的受控端和所述驱动芯片的信号输出端之间连接有限流电阻。

在一个可选的实施例中，所述开关功率放大器件的受控端和所述驱动芯片的信号输出端之间连接有调速二极管。

在一个可选的实施例中，所述驱动电路还包括自举二极管，所述驱动芯片具有高侧电源端，所述高侧电源端通过所述自举二极管连接至辅助电源。

在一个可选的实施例中，所述驱动电路还包括自举电容；所述高侧电源参考端通过所述自举电容以及所述自举二极管连接至辅助电源。

在一个可选的实施例中，包括第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路；所述电机为三相无刷直流电机，所述三相无刷直流电机具有U相、V相和W相；

所述第一驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机的U相，所述第二驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机的V相，所述第三驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机的W相。

根据本实用新型的第二方面，提供了一种电子设备，包括辅助电源、电机驱动电源、控制器、电机、以及如上任意一项实施例所述的电机驱动电路。

在本实用新型的电机驱动电路中，通过在驱动芯片的输出端设置滤波电容以形成滤波回路，从而在驱动信号未被开关功率放大器件放大前将驱动信号中的干扰信号滤除，能够有效降低电磁辐射，相比于其他的EMC消除方案，本实用新型的技术方案的电路结构简单，易于实现，且成本较低。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1为现有技术中的桥式电路中的电磁辐射测试观测图；

图2为本实用新型一个实施例中驱动电路的连接示意图；

图3为本实用新型一个实施例中驱动电路的详细原理图；

图4为本实用新型一个实施例中的电磁辐射测试观测图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

下面给出几个具体的实施例，用于详细介绍本申请的技术方案。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

本实用新型提供一种电机驱动电路，通过在驱动芯片的输出端设置滤波电容以形成滤波回路，从而在驱动信号未被开关功率放大器件放大前将驱动信号中的干扰信号滤除，能够有效降低电磁辐射，相比于其他的EMC消除方案，本实用新型的技术方案的电路结构简单，电磁吸收回路较短，易于实现，成本较低。

需要说明的是：电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)是指设备或系统在其电磁环境中符合要求运行并不对其环境中的任何设备产生无法忍受的电磁干扰的能力。因此，EMC包括两个方面的要求：一方面是指设备在正常运行过程中对所在环境产生的电磁干扰不能超过一定的限值；另一方面是指器具对所在环境中存在的电磁干扰具有一定程度的抗扰度，即电磁敏感性。本实用新型的EMC指电子设备在正常运行过程中对所在环境产生的电池干扰不能超过一定的限值，如42dBuV/m。

请参阅图2，图2为本实用新型一个实施例中驱动电路的连接示意图。

本实施例中的电机驱动电路包括至少一路驱动电路，所述驱动电路包括驱动芯片11、若干开关功率放大器件12和若干滤波电容13。

所述驱动芯片11用于与控制器15电连接，以接收控制器15发出的PWM脉冲控制信号，并输出电机驱动信号至各个开关功率放大器件12，控制对应的开关功率放大器件12导通或闭合，从而形成电机驱动电路使得电机连接节点可以连接至电机驱动电源VBUS，实现控制器驱动电机运转。

驱动芯片11具有信号输入端(HI/LI)、信号输出端(HO/LO)、高侧电源参考端(HS)、公共端(COM)和电源端，其具体型号不做限定。

所述开关功率放大器件12具有第一信号端、第二信号端和受控端，开关功率放大器件12可以呈现导通或者关断两种状态，在其导通状态时，可以将驱动芯片11输出的电机驱动信号放大，从而驱动电机运转。

本实施例中，所述开关功率放大器件12的第一信号端用于连接电机驱动电源，其第二信号端形成用于连接电机接线端子的电机连接节点，其受控端连接至所述驱动芯片11的信号输出端(HO/LO)，所述驱动芯片11的信号输入端(HI/LI)用于连接控制器的驱动信号输出端；所述驱动芯片11接收控制器15输出的脉冲控制信号，并输出电机驱动信号至所述开关功率放大器件12的受控端，触发所述开关功率放大器件12的开关导通，触发电机连接节点通过所述开关功率放大器件12的第二信号端以及第一信号端连接至电机驱动电源，触使电机得电运转。

所述滤波电容13连接于所述驱动芯片11的信号输出端(HO/LO)之后，并与所述驱动芯片11的高侧电源参考端(HS)或公共端(COM)形成电磁吸收回路，用于吸收驱动芯片11的信号输出端输出的电机驱动信号中携带的高频谐波分量，也即用于吸收会造成EMC问题的干扰信号，并且本方案中的电磁吸收回路较短，电路结构较为简单，能够在干扰信号的源头上将干扰信号消除，更好的解决了电子设备中的EMC问题。

本实施例中，所述滤波电容13连接于所述驱动芯片11的信号输出端(HO/LO)和所述高侧电源参考端(HS)以及所述电机连接节点之间，和/或所述滤波电容13连接于所述驱动芯片11的信号输出端(HO/LO)和公共端(COM)之间，并且滤波电容13与公共端(COM)相连接之后接地。

滤波电容13连接于所述驱动芯片11的信号输出端(HO/LO)和所述高侧电源参考端(HS)以及所述电机连接节点之间时，当所述驱动芯片11的信号输出端输出高电平驱动信号驱动开关功率放大器件12导通时，位于信号输出端(HO/LO)和高侧电源参考端(HS)之间的滤波电容13有助于形成滤波回路，高电平驱动信号中的高频谐波分量即干扰信号从信号输出端输出后，经过滤波电容13，然后回到高侧电源参考端形成滤波回路，从而将干扰信号滤除。

滤波电容13连接于所述驱动芯片11的信号输出端(HO/LO)和公共端(COM)之间时，当所述驱动芯片11的信号输出端输出高电平驱动信号驱动开关功率放大器件12导通时，位于驱动芯片11的信号输出端和公共端之间的滤波电容有助于形成另一条滤波回路，高电平驱动信号中的高频谐波分量即干扰信号从信号输出端输出后，经过滤波电容13，然后回到公共端，并流向参考地。

本实施例中的两种滤波电容连接方式均能够形成滤波回路，并且在驱动芯片11的输出端就将干扰信号过滤掉，即在电机驱动信号经过功率放大器件之前就已经将干扰信号滤除，具有较好的滤波效果，从而增强电磁兼容，使得产品整机满足EMC要求。

以下结合电路图对电源电路的其他部分进行详细介绍。

请参阅图3，图3为本实用新型一个实施例中驱动电路的详细原理图。

在一个可选的实施例中，驱动电路为半桥驱动电路，驱动芯片11可以为半桥驱动芯片U1。半桥驱动芯片U1至少包括两个信号输出端，即包括高侧信号输出端(HO)和低侧信号输出端(LO)，半桥驱动芯片U1的电源端连接至辅助电源POWER_12V获得工作电压。

所述滤波电容包括第一滤波电容131，和/或第二滤波电容132，所述第一滤波电容131的第一端连接至所述高侧信号输出端(HO)，其第二端连接至所述高侧电源参考端(HS)以及所述电机连接节点，和/或，所述第二滤波电容132的第一端连接至所述低侧信号输出端(LO)，其第二端连接至所述公共端(COM)并接地。

其中，第一滤波电容131和第二滤波电容132的电容值可以根据脉冲控制信号的频率来确定，可选的，第一滤波电容131和第二滤波电容132的电容值可以为10nF。

在一个可选的实施例中，所述开关功率放大器件12包括第一开关器件121和第二开关器件122；所述第一开关器件121具有第一信号输入端、第一信号输出端和第一受控端，所述第二开关器件122具有第二信号输入端、第二信号输出端和第二受控端；所述第一开关器件121的第一受控端连接至所述高侧信号输出端(HO)，其第一信号输入端连接至电机驱动电源VBUS，所述第二开关器件122的第二受控端连接至所述低侧信号输出端(LO)，其第二信号输出端接地。

所述第一开关器件121的第一信号输出端与所述第二开关器件122的第二信号输入端连接并形成所述电机连接节点，电机连接节点用于连接电机。

在一个可选的实施例中，所述第一开关器件121和第二开关器件122可以为N沟道型场效应管；所述第一信号端为所述场效应管的漏极D，所述第二信号端为所述场效应管的源极S，所述受控端为所述场效应管的栅极G。第一开关器件121和第二开关器件122还可以为其他的开关功率放大器件，其具体型号本申请不做限定。

在一个可选的实施例中，第一开关器件121和第二开关器件122的受控端和所述驱动芯片11的信号输出端之间连接有限流电阻，用于限制流向第一开关器件121和第二开关器件122的电流，防止将开关器件烧坏。

在一个可选的实施例中，所述开关功率放大器件12的受控端和所述驱动芯片11的信号输出端之间连接有调速二极管D2。第一开关器件121的受控端和驱动芯片11的高侧信号输出端之间连接有二极管D2，起到调节第一开关器件121的导通速度的作用。不同型号的二极管可以匹配出不同的MOS管导通速度。第二开关器件122的受控端和驱动芯片11的低侧信号输出端之间连接有调速二极管D3，起到调节第二开关器件122的导通速度的作用。不同型号的二极管可以匹配出不同的MOS管导通速度，即由二极管的性能确定MOS管的导通速度。

在一个可选的实施例中，所述驱动电路还包括自举二极管D1，所述驱动芯片11具有高侧电源端，所述高侧电源端通过所述自举二极管D1连接至辅助电源，辅助电源可以为12V直流电源。所述驱动电路还包括自举电容CB1；所述高侧电源参考端HS通过所述自举电容CB1以及所述自举二极管D1连接至辅助电源POWER_12V。

在一个可选的实施例中，所述电机为三相无刷直流电机14，所述三相无刷直流电机14具有U相、V相和W相；电机驱动电路包括第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路，所述第一驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机14的U相，所述第二驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机14的V相，所述第三驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机的W相，从而驱动电机运转。

上述电机驱动电路，通过在驱动芯片的信号输出端设置滤波电容以形成滤波回路，从而在干扰信号的源头将其消除，即在驱动信号未被开关功率放大器件放大前将驱动信号中的干扰信号消除，能够有效降低电磁辐射，相比于其他的EMC消除方案，本申请的技术方案降低电磁辐射的效果较好，且电磁回路路径较短。如图4所示，图4为本实用新型一个实施例中的电磁辐射测试观测图。在图4中，该图的横轴表示频率，纵轴表示EMC测试数值，可见，本申请的桥式电路中电磁辐射不会超过极限值40dBuV/m，较好的满足EMC测试要求。该技术方案的电路结构简单，易于实现，且成本较低。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种电子设备，包括辅助电源、电机驱动电源、控制器、电机、以及如上任意一项实施例记载的电机驱动电路。

若电机为三相无刷直流电机，则需要匹配三路驱动电路，每一驱动电路分别连接至电机的三个相位，从而驱动电机运转，从而带动如轮椅等电子设备的运转。其中，辅助电源可以为12V直流电源，电机驱动电源可以为12V直流电源、24V直流电源，或者其他电压值的直流电源。

电子设备可以是轮椅等需要驱动车轮转动的设备，或者其他的需要电机驱动运转的电子设备。

将上述电机驱动电路应用于电子设备的驱动电路中，通过在驱动芯片的输出端设置滤波电容以形成滤波回路，从而在驱动信号未被开关功率放大器件放大前将驱动信号中的干扰信号滤除，能够有效降低电磁辐射，相比于其他的EMC消除方案，本申请的技术方案降低电磁辐射的效果较好，电磁吸收回路路径短，电路结构简单，易于实现，成本较低。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电机驱动电路，其特征在于，包括至少一路驱动电路，所述驱动电路包括驱动芯片、开关功率放大器件和滤波电容；

所述驱动芯片具有信号输入端、信号输出端、高侧电源参考端和公共端；

所述开关功率放大器件具有第一信号端、第二信号端和受控端；

所述开关功率放大器件的第一信号端用于连接电机驱动电源，其第二信号端形成用于连接电机接线端子的电机连接节点，其受控端连接至所述驱动芯片的信号输出端，所述驱动芯片的信号输入端用于连接控制器的驱动信号输出端；所述驱动芯片用于接收控制器输出的脉冲控制信号，并输出电机驱动信号至所述开关功率放大器件的受控端，触发所述开关功率放大器件的开关导通，触发所述电机连接节点通过所述开关功率放大器件的第二信号端以及第一信号端连接至电机驱动电源；

所述滤波电容连接于所述驱动芯片的信号输出端之后，并与所述驱动芯片的高侧电源参考端或公共端形成电磁吸收回路。

2.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述驱动芯片的信号输出端包括高侧信号输出端和低侧信号输出端；所述滤波电容包括第一滤波电容和/或第二滤波电容；

所述第一滤波电容的第一端连接至所述高侧信号输出端，其第二端连接至所述高侧电源参考端以及所述电机连接节点，和/或，

所述第二滤波电容的第一端连接至所述低侧信号输出端，其第二端连接至所述公共端并接地。

3.根据权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关功率放大器件包括第一开关器件和第二开关器件；所述第一开关器件具有第一信号输入端、第一信号输出端和第一受控端，所述第二开关器件具有第二信号输入端、第二信号输出端和第二受控端；

所述第一开关器件的第一受控端连接至所述高侧信号输出端，其第一信号输入端连接至电机驱动电源，所述第二开关器件的第二受控端连接至所述低侧信号输出端，其第二信号输出端接地，

所述第一开关器件的第一信号输出端与所述第二开关器件的第二信号输入端连接并形成所述电机连接节点。

4.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关功率放大器件为N沟道型场效应管；所述第一信号端为所述场效应管的漏极，所述第二信号端为所述场效应管的源极，所述受控端为所述场效应管的栅极。

5.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关功率放大器件的受控端和所述驱动芯片的信号输出端之间连接有限流电阻。

6.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关功率放大器件的受控端和所述驱动芯片的信号输出端之间连接有调速二极管。

7.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括自举二极管，所述驱动芯片具有高侧电源端，所述高侧电源端通过所述自举二极管连接至辅助电源。

8.根据权利要求7所述的电机驱动电路，其特征在于，所述驱动电路还包括自举电容；所述高侧电源参考端通过所述自举电容以及所述自举二极管连接至辅助电源。

9.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机为三相无刷直流电机，所述三相无刷直流电机具有U相、V相和W相；所述电机驱动电路包括第一驱动电路、第二驱动电路和第三驱动电路；

所述第一驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机的U相，所述第二驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机的V相，所述第三驱动电路的电机连接节点连接至所述三相无刷直流电机的W相。

10.一种电子设备，其特征在于，包括相互电连接的辅助电源、电机驱动电源、控制器、电机、以及如权利要求1至9任意一项所述的电机驱动电路。

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