直流无刷电机驱动电路制造技术

本发明专利技术提供一种直流无刷电机驱动电路，通过增加上电自举电路，使直流无刷电机在上电不转动或堵转不转动的时候，所述堵转保护模块输出堵转信号至所述旋转监测指示节点，所述旋转监测指示节点输出第一电平并导通所述上电自举电路，所述上电自举电路拉高所述驱动单元的低侧输入端的电平，所述驱动单元的低侧输出端控制导通所述下MOS管，使所述自举电容得到充电，充电后使所述驱动单元的高侧输出端处于准备导通所述上MOS管状态，当所述驱动单元接收到一电机转动信号时，所述驱动单元的高侧输出端导通所述上MOS管，以使所述三相桥臂单元输出驱动信号，驱动所述直流无刷电机。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电路结构，特别涉及一种直流无刷电机驱动电路。
技术介绍
为了响应节能化的需求，直流无刷变频电机的应用越来越广泛，比如变频空调、变频风扇、变频控制器等。直流无刷变频电机采用电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损、故障率低，寿命比有刷电机提高了数倍，代表了未来的发展方向，主要的优点是效率闻和体积小；直流无刷电机要靠回路进行控制，来实现换向。有些使用MCU(微控制单元)进行控制，也有些使用专用集成电路进行控制。在有些应用领域，使用者认为专用集成电路内部逻辑固定，相对更可靠，而使用MCU可能存在高低温或强干扰条件下的程序跑飞的问题。常规的三相双极型PWM预驱动电路可以实现直流无刷电机的驱动，包括的功能有三相双极驱动，直接PWM驱动，电流保护，欠压保护，故障保护自动恢复等。图1为现有技术中一直流无刷电机驱动电路的电路结构示意图，在现有的技术中，采用传统的直流无刷电机驱动电路驱动直流无刷电机，图2为图1所示的直流无刷电机驱动电路工作过程的波形图。结合图1和图2，直流无刷电机驱动电路的电路结构示意图如图1所示，由于三相双极输出信号端UH/UL/VH/VL/WH/WL均设置有下拉电阻，所以在刚上电的时候，这几个引脚均表现为低电平，经过高压栅极驱动器件(HVIC)，无法驱动三相桥臂单元的MOSFET导通，即使是在霍尔信号出现的任何一个阶段，也只会有一个输入端HIN为高和另一个输入端LIN为高，比如三相双极输出信号端WH为高时则UL也为高，而当UL为高时，可以驱动低侧桥臂单元MUL开启，电源电压端VCC通过自举二极管DU、自举电容CU和低侧桥臂单元MUL这个通路给自举电容⑶充电，而刚上电时三相双极输出信号端WH虽然为高却不会开启高侧桥臂单元MWH，因为，这时候自举电容CW上还未充电，自举电容CW上还没有电压，无法去开启高侧桥臂单元MWH，所以这种情况下直流无刷电机的线圈上无电流通过，直流无刷电机也就不会运转，则如图2中实线所示，各个信号端均无信号，电机处于其他位置上也同样不会运转，因此要让电机在上电启动的时候就运转，除非启动的时候，人工用手转动电机轴，使得轮流给每个自举电容充满电，这样等输入端HIN信号再来的时候，电机才能正常运转，各个信号端才能形成如图2虚线所示的信号，因此传统的直流无刷电机驱动电路在直流无刷电机启动的时候，会产生直流无刷电机无法正常启动的问题。其原因在于，三相桥臂单元的高侧桥臂单元采用NMOS管，这些NMOS管的栅极电压需比漏极电压高阈值电压以上，才能使这些晶体管正常导通，但是传统的直流无刷电机驱动电路没有自举功能或没内置charge-pump(电荷泵)功能，且都为单电源供电。所以无法在电机转动之前先产生一个自举电压，故无法给高侧桥臂单元的NMOS管产生栅源偏置电压。为了解决这个问题，业界把三相桥臂单元中的高侧桥臂单元的功率驱动NMOS管改为了 PMOS管，具体结构如图3所示，在图3中，三相桥臂单元的高侧桥臂单元MUH/MVH/MWH均为PMOS管，PMOS管的输入信号是是经过反向器单元中的NPN管QU1/QV1/QW1的反向后得到的。三相桥臂单元的高侧桥臂单元MUH/MVH/MWH采用PMOS管，则其栅极不需要比源级更高的电压，因此，在电机启动初期就可以正常驱动电机。然而，采用PMOS管进行驱动仍然具有其不可忽视的缺陷1、驱动电源电压端VDC的电压不能过高，如果驱动电源电压端VDC电压过高，且高于高侧桥臂单元MUH/MVH/MWH的PMOS的栅氧耐压时，这3个晶体管就会被击穿损坏，因此其工作电压受到限制；2、PM0S的导通电阻比NMOS的导通电阻大，在相同的规格下PMOS管的导通电阻比NMOS管的要大很多，因此PMOS管的损耗大、温升高、寿命短，则高侧桥臂单元的工作稳定性较差；3、PM0S管的开关时间比NMOS管的开关时间长，且寄生电容亦大，导致PMOS管开关时间过长时易导致开关损耗大、温升高、寿命短，同样导致高侧桥臂单元的工作稳定性较差。因此，由于PMOS管的导通电阻大，寄生的电容大，开关损耗和导通损耗都很大，所以仅仅适合用于低压小功率的直流无刷电机驱动，而不适合高压及较大功率的电机。另外，业界有些驱动方案提出采用MCU(微控制单元)进行控制，在直流无刷电机上电初期造一个自举的启动时间，即先给自举电容充电，这种方案可以解决上电无法启动电机的问题，但是有些工程师担心MCU会在某些情况下产生异常失效，所以通常不敢采用。此外，有些驱动方案使用专用集成电路，但由于集成了复杂的逻辑控制，所以也可以实现上电时的自举启动。其方法是当速度调节信号小于一定电压的时候，打开下臂晶体管在一定的占空比以一定的时间，以给3个自举电容充电并可给上臂晶体管的栅极提供电源。为了选择可靠又便宜简单的方案，部分工程师会选用本专利技术所指的传统直流无刷电机驱动电路，但是在实际应用的过程中出现了电机上机无法正常启动的问题。使用传统直流无刷电机驱动电路无法正常启动电机是个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够避免直流无刷电机上电不转动或堵转不转动的情况的直流无刷电机驱动电路。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种直流无刷电机驱动电路，所述直流无刷电机驱动电路用于驱动直流无刷电机，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路包括控制电路、驱动单元、三相桥臂单元以及上电自举电路；所述控制电路包括霍尔放大矩阵、控制器、预驱动电路、推挽输出模块和堵转保护模块；所述霍尔放大矩阵接收所述直流无刷电机的转动信号并输出霍尔信号给所述控制器，所述控制器输出控制信号至所述预驱动电路并输出堵转信号至所述堵转保护模块，所述堵转保护模块输出堵转信号至一旋转监测指示节点，所述预驱动电路驱动所述推挽输出模块通过三相双极输出信号端推挽输出三相双极输出信号至所述驱动单元，所述驱动单元输出三相桥臂信号至所述三相桥臂单元，所述三相桥臂单元输出驱动信号驱动所述直流无刷电机；所述驱动单元与所述三相桥臂单元相连，每一相桥臂单元均包括一上MOS管、一下MOS管、一自举二极管和一自举电容，所述驱动单元接收所述三相双极输出信号并控制所述上MOS管的导通，所述上MOS管在导通时输出所述直流无刷电极的驱动信号，所述自举电容在充电后能够通过所述驱动单元的输出端导通所述上MOS管；所述驱动单元包括三个低侧输入端、三个高侧输入端、三个低侧输出端、三个高侧输出端以及三对自举电容连接端，其中所述驱动单元的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号、高侧输出端连接于所述上MOS管的控制端、低侧输入端接所述下MOS管的控制端，所述上MOS管和所述下MOS管相连并接于第一电源电压端和地之间，所述自举电容一端连接于所述自举二极管的输出端、另一端连接于所述上MOS管和下MOS管之间、且两端接于所述两自举电容连接端，所述自举二极管的输入端接所述第二电源电压端；所述上电自举电路包括三个用于上电自举效应的自举单元，每一自举单元的控制端均接所述旋转监测指示节点、每一自举单元的一连接端均接第二电源电压端、另一连接端分别接所述驱动单元的一低侧输入端。进一步的，在所述直流无刷电机上电不转动或堵转不转动时，所述堵转保护模块输出堵转信号至所述旋转监测指示节点，所述旋转监测指示节点输出第一电平本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流无刷电机驱动电路，所述直流无刷电机驱动电路用于驱动直流无刷电机，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路包括控制电路、驱动单元、三相桥臂单元以及上电自举电路；所述控制电路包括霍尔放大矩阵、控制器、预驱动电路、推挽输出模块和堵转保护模块；所述霍尔放大矩阵接收所述直流无刷电机的转动信号并输出霍尔信号给所述控制器，所述控制器输出控制信号至所述预驱动电路并输出堵转信号至所述堵转保护模块，所述堵转保护模块输出堵转信号至一旋转监测指示节点，所述预驱动电路驱动所述推挽输出模块通过三相双极输出信号端推挽输出三相双极输出信号至所述驱动单元，所述驱动单元输出三相桥臂信号至所述三相桥臂单元，所述三相桥臂单元输出驱动信号驱动所述直流无刷电机；所述驱动单元与所述三相桥臂单元相连，每一相桥臂单元均包括一上MOS管、一下MOS管、一自举二极管和一自举电容，所述驱动单元接收所述三相双极输出信号并控制所述上MOS管的导通，所述上MOS管在导通时输出所述直流无刷电极的驱动信号，所述自举电容在充电后能够通过所述驱动单元的输出端导通所述上MOS管；所述驱动单元包括三个低侧输入端、三个高侧输入端、三个低侧输出端、三个高侧输出端以及三对自举电容连接端，其中所述驱动单元的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号、高侧输出端连接于所述上MOS管的控制端、低侧输入端接所述下MOS管的控制端，所述上MOS管和所述下MOS管相连并接于第一电源电压端和地之间，所述自举电容一端连接于所述自举二极管的输出端、另一端连接于所述上MOS管和下MOS管之间、且两端接于所述两自举电容连接端，所述自举二极管的输入端接所述第二电源电压端；所述上电自举电路包括三个用于上电自举效应的自举单元，每一自举单元的控制端均接所述旋转监测指示节点、每一自举单元的一连接端均接第二电源电压端、另一连接端分别接所述驱动单元的一低侧输入端。...

【技术特征摘要】
1.一种直流无刷电机驱动电路，所述直流无刷电机驱动电路用于驱动直流无刷电机，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路包括控制电路、驱动单元、三相桥臂单元以及上电自举电路；所述控制电路包括霍尔放大矩阵、控制器、预驱动电路、推挽输出模块和堵转保护模块； 所述霍尔放大矩阵接收所述直流无刷电机的转动信号并输出霍尔信号给所述控制器，所述控制器输出控制信号至所述预驱动电路并输出堵转信号至所述堵转保护模块，所述堵转保护模块输出堵转信号至一旋转监测指示节点，所述预驱动电路驱动所述推挽输出模块通过三相双极输出信号端推挽输出三相双极输出信号至所述驱动单元，所述驱动单元输出三相桥臂信号至所述三相桥臂单元，所述三相桥臂单元输出驱动信号驱动所述直流无刷电机； 所述驱动单元与所述三相桥臂单元相连，每一相桥臂单元均包括一上MOS管、一下MOS管、一自举二极管和一自举电容，所述驱动单元接收所述三相双极输出信号并控制所述上MOS管的导通，所述上MOS管在导通时输出所述直流无刷电极的驱动信号，所述自举电容在充电后能够通过所述驱动单元的输出端导通所述上MOS管； 所述驱动单元包括三个低侧输入端、三个高侧输入端、三个低侧输出端、三个高侧输出端以及三对自举电容连接端，其中所述驱动单元的低侧输入端和高侧输入端接所述三相双极输出信号、高侧输出端连接于所述上MOS管的控制端、低侧输入端接所述下MOS管的控制端，所述上MOS管和所述下MOS管相连并接于第一电源电压端和地之间，所述自举电容一端连接于所述自举二极管的输出端、另一端连接于所述上MOS管和下MOS管之间、且两端接于所述两自举电容连接端，所述自举二极管的输入端接所述第二电源电压端； 所述上电自举电路包括三个用于上电自举效应的自举单元，每一自举单元的控制端均接所述旋转监测指示节点、每一自举单元的一连接端均接第二电源电压端、另一连接端分别接所述驱动单元的一低侧输入端。2.如权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，在所述直流无刷电机上电不转动或堵转不转动时，所述堵转保护模块输出堵转信号至所述旋转监测指示节点，所述旋转监测指示节点输出第一电平并导通所述上电自举电路，所述上电自举电路拉高所述驱动单元的低侧输入端的电平，所述驱动单元的低侧输出端控制导通所述下MOS管，使所述自举电容得到充电，充电后使所述驱动单元的高侧输出端处于准备导通所述上MOS管状态，当所述驱动单元接收到一电机转动信号时，所述驱动单元的高侧输出端导通所述上MOS管，以使所述三相桥臂单元输出驱动信号，驱动所述直流无刷电机；在所述直流无刷电机正常转动时，所述旋转监测指示节点输出第二电平，所述上电自举电路关闭。3.如权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，在所述上电自举电路中，每一自举单元包括一二极管和一三极管，在每一自举单元中，每一二极管的输入端均接所述旋转监...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴美飞，吴建兴，
申请(专利权)人：杭州士兰微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：