CN219999242U - 内置foc的三相无传感器永磁同步电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及新能源电动汽车领域，公开了一种内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，包括：驱动芯片U1，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，TVS管D1和二极管D2。通过采用无传感器永磁同步驱动负载，驱动芯片U1内部集成了FOC算法，输出正弦驱动信号。通过使用FOC算法向负载输送连续正弦波驱动电流，从而实现超低噪音和振动，可帮助汽车制造商降低汽车运行噪音，延长电池寿命，同时每次充电可提供更远的续航里程，降低车辆的碳排放。

Description

内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路

技术领域

本实用新型涉及新能源电动汽车领域，特别涉及一种内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路。

背景技术

随着新能源电动汽车的飞速发展，新能源汽车电池在大电流工作或充电的过程中会因蓄电池的内阻而产生大量的热能，从而引起蓄电池温度快速升高和电解液的汽化，如不对其进行强制散热，温度过高后可能导致蓄电池爆炸而产生危险。受布置空间和整车质心位置的限制，蓄电池无法布置在前舱通风处以充分利用汽车行驶过程中的空气流进行散热，在充电过程中，也缺少流动空气带走大量热量，因此需要采用散热风扇进行强制散热以抑制蓄电池在汽车行驶或充电过程中的温升。

通过不断的设计优化，目前电动汽车和混合动力汽车已经能够做到比传统的内燃机汽车更加安静，尤其是在停止的时侯，这就使驾驶员和乘客对冷却风扇等组件产生的噪音越来越敏感。在目前新能源电动汽车电池冷却风扇的应用中，对风扇驱动系统的稳定性有着很高的要求，对产品的集成度越来越注重，在保证噪音低的情况下，同时提高冷却性能的优势越来越明显。一般的驱动IC存在着发热高、噪音大、算法效率不高等问题，如何在保证驱动电路功能完整性的同时，能减小风扇运行的噪音和振动，并让风扇可靠性高、寿命长、效率高、减少碳排量已经成为了主要的技术难题。

因此，目前需要一种能够减小散热风扇运行时的噪音和振动、延长电池寿命并降低车辆的碳排放的风扇驱动电路。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，通过采用无传感器永磁同步驱动负载，能够减小散热风扇运行时的噪音和振动、延长电池寿命并降低车辆的碳排放。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式公开了一种内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，包括：芯片U1，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，TVS管D1和二极管D2；

芯片U1的引脚VREG连接电容C6，用于为外部电路提供偏置电流；芯片U1的引脚SENN和SENP之间连接电阻R1，用于测量FOC算法和限流的总线电流；芯片U1的引脚CP1和CP2之间连接电容C7，用于将电压提高到VBB以上；芯片U1的引脚VBB和VCP之间连接电容C9，用于高侧驱动电压；芯片U1的引脚VBB分别连接二极管D2的阴极、电容C1的一端、电容C2的一端和电容C8的一端，二极管D2的阳极连接输入电源，电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C8另一端分别接地；TVS管D1的一端连接输入电源，TVS管D1的另一端接地；芯片U1的引脚CHA连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接NMOS管Q1的栅极；芯片U1的引脚CHB连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接NMOS管Q3的栅极；芯片U1的引脚CHC连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接NMOS管Q5的栅极；芯片U1的引脚GLA连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接NMOS管Q2的栅极；芯片U1的引脚GLB连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接NMOS管Q4的栅极；芯片U1的引脚GLC连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接NMOS管Q6的栅极；NMOS管Q1的源极连接NMOS管Q2的漏极，NMOS管Q1的漏极连接二极管D2的阴极，电容C5连接在NMOS管Q1的漏极和NMOS管Q2的源极之间；NMOS管Q3的源极连接NMOS管Q4的漏极，NMOS管Q3的漏极连接二极管D2的阴极，电容C4连接在NMOS管Q3的漏极和NMOS管Q4的源极之间；NMOS管Q5的源极连接NMOS管Q6的漏极，NMOS管Q5的漏极连接二极管D2的阴极，电容C3连接在NMOS管Q5的漏极和NMOS管Q6的源极之间；NMOS管Q2的源极、NMOS管Q4的源极和NMOS管Q6的源极均与芯片U1的引脚SENP连接；芯片U1的引脚FG、FAULT、DIR、SPD、BRAKE分别与外部MCU连接；芯片U1的引脚SA与NMOS管Q1的源极连接，芯片U1的引脚SB与NMOS管Q3的源极连接，芯片U1的引脚SC与NMOS管Q5的源极连接；芯片U1的引脚SA、SB、SC分别与外部负载连接。

在另一优选例中，还包括：

电阻R8、R9、R10、R11、R12；

芯片U1的引脚FG通过电阻R8与外部MCU连接；芯片U1的引脚FAULT通过电阻R9与外部MCU连接；芯片U1的引脚DIR通过电阻R10与外部MCU连接；芯片U1的引脚SPD通过电阻R11与外部MCU连接；芯片U1的引脚BRAKE通过电阻R12与外部MCU连接。

在另一优选例中，所述输入电源为12V直流电。

在另一优选例中，所述芯片U1的型号为A89307。

在另一优选例中，所述芯片U1的引脚GND接地。

在另一优选例中，所述芯片U1的引脚LSS与所述芯片U1的引脚SENP连接。

在另一优选例中，所述外部负载为新能源电动汽车电池冷却风扇。

本实用新型实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：

本实用新型的内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，通过采用无传感器永磁同步驱动负载，能够减小散热风扇运行时的噪音和振动、延长电池寿命并降低车辆的碳排放。

进一步地，通过采用无传感器永磁同步驱动负载，同时该电路使用场定向控制(FOC)算法向负载输送连续正弦波驱动电流，可以实现超低噪音和振动，还能提高冷却性能。

进一步地，通过使用场定向控制(FOC)算法向负载输送连续正弦波驱动电流，从而实现超低噪音和振动，可帮助汽车制造商降低汽车运行噪音，延长电池寿命，同时每次充电可提供更远的续航里程，降低车辆的碳排放。

进一步地，通过内部集成有基于硬件的算法，无需外部传感器或软件开发，用户只需使用简单的图形用户界面(GUI)选择参数并将它们加载到IC的片上E2EPROM。

进一步地，仅使用五种外部组件，通过减少物料清单和构建占用空间非常小的电机内PCB系统，能够帮助设计人员降低材料成本，完全集成的算法甚至可以不再需要单独的微处理器。

进一步地，该内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路通过同时外部栅极驱动使器件具有足够高灵活性，可以驱动功率高达500W的各种电机。

本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述实用新型内容中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经被记载。

附图说明

图1是本实用新型的实施方式中一种内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路的电路示意图。

具体实施方式

在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

本实用新型的第一实施方式涉及一种内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，图1是该内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路的电路示意图。

具体地说，如图1所示，该内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，包括：

芯片U1，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，TVS管D1和二极管D2；

芯片U1的引脚VREG连接电容C6，用于为外部电路提供偏置电流；芯片U1的引脚SENN和SENP之间连接电阻R1，用于测量FOC算法和限流的总线电流；芯片U1的引脚CP1和CP2之间连接电容C7，用于将电压提高到VBB以上；芯片U1的引脚VBB和VCP之间连接电容C9，用于高侧驱动电压；芯片U1的引脚VBB分别连接二极管D2的阴极、电容C1的一端、电容C2的一端和电容C8的一端，二极管D2的阳极连接输入电源，电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C8另一端分别接地；TVS管D1的一端连接输入电源，TVS管D1的另一端接地；芯片U1的引脚CHA连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接NMOS管Q1的栅极；芯片U1的引脚CHB连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接NMOS管Q3的栅极；芯片U1的引脚CHC连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接NMOS管Q5的栅极；芯片U1的引脚GLA连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接NMOS管Q2的栅极；芯片U1的引脚GLB连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接NMOS管Q4的栅极；芯片U1的引脚GLC连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接NMOS管Q6的栅极；NMOS管Q1的源极连接NMOS管Q2的漏极，NMOS管Q1的漏极连接二极管D2的阴极，电容C5连接在NMOS管Q1的漏极和NMOS管Q2的源极之间；NMOS管Q3的源极连接NMOS管Q4的漏极，NMOS管Q3的漏极连接二极管D2的阴极，电容C4连接在NMOS管Q3的漏极和NMOS管Q4的源极之间；NMOS管Q5的源极连接NMOS管Q6的漏极，NMOS管Q5的漏极连接二极管D2的阴极，电容C3连接在NMOS管Q5的漏极和NMOS管Q6的源极之间；NMOS管Q2的源极、NMOS管Q4的源极和NMOS管Q6的源极均与芯片U1的引脚SENP连接；芯片U1的引脚FG、FAULT、DIR、SPD、BRAKE分别与外部MCU连接；芯片U1的引脚SA与NMOS管Q1的源极连接，芯片U1的引脚SB与NMOS管Q3的源极连接，芯片U1的引脚SC与NMOS管Q5的源极连接；芯片U1的引脚SA、SB、SC分别与外部负载连接。

进一步地，优选地，在本实施方式中，该内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，还可以包括：

电阻R8、R9、R10、R11、R12；

芯片U1的引脚FG通过电阻R8与外部MCU连接；芯片U1的引脚FAULT通过电阻R9与外部MCU连接；芯片U1的引脚DIR通过电阻R10与外部MCU连接；芯片U1的引脚SPD通过电阻R11与外部MCU连接；芯片U1的引脚BRAKE通过电阻R12与外部MCU连接。

更进一步地，优选地，

所述输入电源为12V直流电。

所述芯片U1的型号为A89307。驱动芯片U1为永磁同步驱动芯片A89307，芯片内部集成了场定向控制(FOC)算法，输出正弦驱动信号。

所述芯片U1的引脚GND接地。

所述芯片U1的引脚LSS与所述芯片U1的引脚SENP连接。

该内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路通过同时外部栅极驱动使器件具有足够高灵活性，可以驱动功率高达500W的各种电机。在本实施方式中，输出负载优选为新能源电动汽车电池冷却风扇。

综上所述，本实用新型的内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，采用了永磁同步驱动芯片A89307，芯片内部集成了场定向控制(FOC)算法，输出正弦驱动信号。通过使用场定向控制(FOC)算法向负载输送连续正弦波驱动电流，从而实现超低噪音和振动，可帮助汽车制造商降低汽车运行噪音，延长电池寿命，同时每次充电可提供更远的续航里程，降低车辆的碳排放。

与现有技术相比，本申请技术方案的优异技术效果包括：

1.通过采用无传感器永磁同步驱动负载，能够减小散热风扇运行时的噪音和振动、延长电池寿命并降低车辆的碳排放。

2.通过采用无传感器永磁同步驱动负载，同时该电路使用场定向控制(FOC)算法向负载输送连续正弦波驱动电流，可以实现超低噪音和振动，还能提高冷却性能。

3.通过使用场定向控制(FOC)算法向负载输送连续正弦波驱动电流，从而实现超低噪音和振动，可帮助汽车制造商降低汽车运行噪音，延长电池寿命，同时每次充电可提供更远的续航里程，降低车辆的碳排放。

4.通过内部集成有基于硬件的算法，无需外部传感器或软件开发，用户只需使用简单的图形用户界面(GUI)选择参数并将它们加载到IC的片上E2EPROM。

5.仅使用五种外部组件，通过减少物料清单和构建占用空间非常小的电机内PCB系统，能够帮助设计人员降低材料成本，完全集成的算法甚至可以不再需要单独的微处理器。

6.该内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路通过同时外部栅极驱动使器件具有足够高灵活性，可以驱动功率高达500W的各种电机。

需要说明的是，本实用新型实施方式中提到的各组件或模块都是逻辑模块，在物理上，一个逻辑模块可以是一个物理模块，也可以是一个物理模块的一部分，还可以以多个物理模块的组合实现，这些逻辑模块本身的物理实现方式并不是最重要的，这些逻辑模块所实现的功能的组合才是解决本实用新型所提出的技术问题的关键。此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实用新型上述实施方式并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，这并不表明上述设备实施方式并不存在其它的模块。

需要说明的是，在本专利的申请文件中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

虽然通过参照本实用新型的某些优选实施方式，已经对本实用新型进行了图示和描述，但本领域的普通技术人员应该明白，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。

Claims (7)

1.一种内置FOC的三相无传感器永磁同步电机驱动电路，其特征在于，包括：芯片U1，电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，NMOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，TVS管D1和二极管D2；

芯片U1的引脚VREG连接电容C6，用于为外部电路提供偏置电流；芯片U1的引脚SENN和SENP之间连接电阻R1，用于测量FOC算法和限流的总线电流；芯片U1的引脚CP1和CP2之间连接电容C7，用于将电压提高到VBB以上；芯片U1的引脚VBB和VCP之间连接电容C9，用于高侧驱动电压；芯片U1的引脚VBB分别连接二极管D2的阴极、电容C1的一端、电容C2的一端和电容C8的一端，二极管D2的阳极连接输入电源，电容C1的另一端、电容C2的另一端和电容C8另一端分别接地；TVS管D1的一端连接输入电源，TVS管D1的另一端接地；芯片U1的引脚CHA连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端连接NMOS管Q1的栅极；芯片U1的引脚CHB连接电阻R6的一端，电阻R6的另一端连接NMOS管Q3的栅极；芯片U1的引脚CHC连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接NMOS管Q5的栅极；芯片U1的引脚GLA连接电阻R2的一端，电阻R2的另一端连接NMOS管Q2的栅极；芯片U1的引脚GLB连接电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接NMOS管Q4的栅极；芯片U1的引脚GLC连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端连接NMOS管Q6的栅极；NMOS管Q1的源极连接NMOS管Q2的漏极，NMOS管Q1的漏极连接二极管D2的阴极，电容C5连接在NMOS管Q1的漏极和NMOS管Q2的源极之间；NMOS管Q3的源极连接NMOS管Q4的漏极，NMOS管Q3的漏极连接二极管D2的阴极，电容C4连接在NMOS管Q3的漏极和NMOS管Q4的源极之间；NMOS管Q5的源极连接NMOS管Q6的漏极，NMOS管Q5的漏极连接二极管D2的阴极，电容C3连接在NMOS管Q5的漏极和NMOS管Q6的源极之间；NMOS管Q2的源极、NMOS管Q4的源极和NMOS管Q6的源极均与芯片U1的引脚SENP连接；芯片U1的引脚FG、FAULT、DIR、SPD、BRAKE分别与外部MCU连接；芯片U1的引脚SA与NMOS管Q1的源极连接，芯片U1的引脚SB与NMOS管Q3的源极连接，芯片U1的引脚SC与NMOS管Q5的源极连接；芯片U1的引脚SA、SB、SC分别与外部负载连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括：电阻R8、R9、R10、R11、R12；

芯片U1的引脚FG通过电阻R8与外部MCU连接；芯片U1的引脚FAULT通过电阻R9与外部MCU连接；芯片U1的引脚DIR通过电阻R10与外部MCU连接；芯片U1的引脚SPD通过电阻R11与外部MCU连接；芯片U1的引脚BRAKE通过电阻R12与外部MCU连接。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述输入电源为12V直流电。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述芯片U1的型号为A89307。

5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述芯片U1的引脚GND接地。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述芯片U1的引脚LSS与所述芯片U1的引脚SENP连接。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的电路，其特征在于，所述外部负载为新能源电动汽车电池冷却风扇。