CN104660115A - 一种开关磁阻电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种开关磁阻电机驱动电路，涉及电机控制技术领域。它包括信号放大电路，信号放大电路设有高边放大电路和低边放大电路，高边放大电路电连接有一个上开关管Q4，低边放大电路电连接有若干个下开关管，上开关管Q4和下开关管之间串接有电机线圈，上开关管Q4和下开关管两端并联有电源U，上开关管Q4和电机线圈两端并联有续流二极管，电机线圈和下开关管两端并联有二极管D4。本发明解决了现有技术中开关磁阻电机驱动器体积大成本高的技术问题。本发明有益效果为：减少了上开关管，不仅降低了制造成本，并且大大减小了开关磁阻电机驱动器体积，使开关磁阻电机应用范围更广。

Description

一种开关磁阻电机驱动电路

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，尤其是涉及一种开关磁阻电机的驱动电路。

背景技术

近二十年以来，国内电动工具行业持续快速发展。目前国内电动工具行业大多采用有刷串激电机或者交流异步电机，这两种电机转矩小、转速高的时候力矩波动大，无刷电机，需要外挂控制器，有刷串激电刷的寿命短一般1000-2000小时，恶劣工况下甚至500小时就报废。开关磁阻电机是高速电机的一种，具有结构简单、坚固，制造工艺简单、成本低，工作可靠，能适用于各种恶劣环境的特点，使用领域很广。将开关磁阻电机应用在电动工具上是一种技术进步。电动工具留给电机以及驱动器的位置比较小，一般只有一个可手持的体积。相同输出功率，开关磁阻电机本体的体积一般都是固定的，只有改变控制部分体积是缩小整个电动工具体积有效的措施。常用的开关磁阻电机驱动电路是上下开关结构的不对称桥式驱动电路，每相线圈回路均由上下两个场效应晶体管、两个二极管与电机线圈、电源组成回路。不对称桥式驱动电路的不足是所用开关器件数量多，不但控制电路的成本高，而且整个开关磁阻电机驱动器的体积也大。如中国专利授权公告号CN1223075C，授权公告日2005年10月12日，名称为“开关磁阻电机驱动电路”的发明专利，是一种不对称桥式驱动电路的改进技术方案。它包括将输入电源滤波并向电机提供直流电压的直流电容器C；多相互相并联的多个电机线圈La、Lb、Lc；串联于电机线圈上下的上、下位开关；电机定子上绕制有与电机线圈互相匹配的辅助线圈L，辅助线圈L的上下端与电机定子之间分别串接有第一二极管D1、第二二极管D2，辅助线圈L与第二二极管D2之间接有充电电容器C1，充电电容器C1和第二二极管D2串联后再并联开关元件S，并设有根据充电电容器C1充电电压的高低控制开关元件S通断的控制电路。该技术方案利用辅助线圈L中的续流电流作为上、下开关的控制电源并省去另外的续流二极管，因而可实现开关磁阻电机驱动电路的小型化。但是该技术方案需要在开关磁阻电机的定子上增加辅助线圈L，需要改变开关磁阻电机本体结构，制造工艺复杂，成本高。

发明内容

为了解决现有技术中开关磁阻电机驱动器体积大成本高的技术问题，本发明提供一种在不改变开关磁阻电机本体结构情况下，缩小开关磁阻电机驱动器体积、制造成本低的开关磁阻电机驱动电路。

本发明的技术方案是：一种开关磁阻电机驱动电路，它包括信号放大电路，信号放大电路设有高边放大电路和低边放大电路，高边放大电路电连接有一个上开关管Q4，低边放大电路电连接有若干个下开关管，上开关管Q4和下开关管之间串接有电机线圈，上开关管Q4和下开关管两端并联有电源U，上开关管Q4和电机线圈两端并联有续流二极管，电机线圈和下开关管两端并联有二极管D4。减少了上开关管，减小了开关磁阻电机驱动器体积，降低了制造成本，使开关磁阻电机应用范围更广。

作为优选，上开关管Q4为高边驱动场效应晶体管，下开关管为低边驱动场效应晶体管。

作为优选，高边放大电路由光耦合器U4和推挽放大电路构成；隔绝高边与0电位之间的高压差，光电隔离效果好。

作为优选，低边放大电路为三极管基本放大连接推挽放大的二级放大电路；电路简单，放大倍数高，大大缩短了下开关管导通和截止所需要的时间，开关响应好。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：减少了上开关管，不仅降低了制造成本，并且大大减小了开关磁阻电机驱动器体积，使开关磁阻电机应用范围更广。

附图说明

附图1为本发明电连接示意图。

图中：1-信号放大电路；2-电机驱动电路；11-高边放大电路；12-低边放大电路。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：

如图1所示，一种开关磁阻电机驱动电路，它包括信号放大电路1和电机驱动电路2。信号放大电路1设有高边放大电路11和低边放大电路12。电机驱动电路2包括一个上开关管Q4、电源U、二极管D4和若干个下开关管、电机线圈、续流二极管。本实施例以三相开关磁阻电机为例说明。在图1和实施例叙述中，LS1、LS2和LS3表示三相开关磁阻电机A、B和C三相电机线圈；Q1、Q2和Q3表示与A、B和C三相电机线圈相对应的下开关管；D1、D2和D3表示与A、B和C三相电机线圈相对应的续流二极管。上开关管Q4为高边驱动场效应晶体管，下开关管Q1、Q2和Q3为低边驱动场效应晶体管。高边放大电路11由光耦合器U4和推挽放大电路构成。光耦合器U4的输入端与控制器（图中未示）的高边输出端电连接，控制器输出信号HS-IN，经过光耦合器U4和由电容C1、电阻R5、电阻R6、三极管Q8和三极管Q9组成的推挽放大电路的放大输出与上开关管Q4的栅极电连接。

低边放大电路12为三极管基本放大连接推挽放大的二级放大电路。以下叙述以三相开关磁阻电机A相为例，B相和C相类同不再重复叙述。第一级放大电路由电阻R1和放大三极管Q5组成。第二级推挽放大电路由电容C2、电阻R8、电阻R9、三极管Q10和三极管Q11组成。电阻R1一端与控制器的低边输出端电连接，电阻R1另一端与放大三极管Q5的基极电连接，放大三极管Q5集电极与推挽放大电路输入端电连接。推挽放大电路的输出端与下开关管Q1的栅极电连接。上开关管Q4和下开关管Q1之间串接有电机线圈LS1。电机线圈LS1一端与上开关管Q4的源极电连接，电机线圈LS1另一端与下开关管Q1的漏极电连接。上开关管Q4和下开关管Q1两端并联电源U。电源U的正极与上开关管Q4的漏极电连接，电源U的负极与下开关管Q1的源极电连接。上开关管Q4和电机线圈LS1两端并联续流二极管D1。续流二极管D1的负极与上开关管Q4的漏极电连接，续流二极管D1的正极与下开关管Q1的漏极电连接。电机线圈LS1和下开关管两端并联二极管D4。二极管D4的负极与上开关管Q4的源极电连接，二极管D4的正极与下开关管Q1的源极电连接。

控制器为单片机，低边输出信号电压为3.3V。控制器输出信号LS1-IN，经过第一级由电阻R1和放大三极管Q5组合的放大电路后，还达不到开启下开关管Q1的开启电压，输入由电容C2、电阻R8、电阻R9、三极管Q10和三极管Q11组成的第二级放大电路。为了在更短的时间里达到下开关管Q1开启或截止电压，电阻R8与电容C2组成基本阻容耦合电路，两个三极管Q10和三极管Q11不会同时开启。当控制器输出经第一级放大后达到三极管Q10的导通电压，三极管Q10导通，同时三极管Q11截止，形成一个类似对下开关管Q1输入充电的电路（此时的下开关管Q1可看作电容）。当输入端的电压达到下开关管Q1的开启电压时，下开关管Q1导通。当控制器输出0V时，三极管Q10截止，三极管Q11导通，此时形成一个对下开关管Q1进行放电的电路，在放电的过程中下开关管Q1输入端电压低于其关断电压，下开关管Q1截止。

当需要开关磁阻电机A相来驱动电机转子，控制器输出电压，经过信号放大电路1放大使上开关管Q4和下开关管Q1达到开启电压，上开关管Q4和下开关管Q1导通，电机线圈LS1导通。电机线圈LS1通电产生的磁场力带动电机转子运动。当开关磁阻电机A相完成这次驱动电机转子，控制器输出电压低于上开关管Q4和下开关管Q1的开启电压，上开关管Q4和下开关管Q1均截止，电机线圈LS1断电。这时，电机线圈LS1还残留通电时产生的感应电动势，需要释放。当上开关管Q4和下开关管Q1均截止，电机线圈LS1、续流二极管D1、电源U以及二极管D4组成强续流回路，线圈LS1的自感电动势迅速释放。

Claims (4)

1.一种开关磁阻电机驱动电路，它包括信号放大电路（1），其特征在于：信号放大电路（1）设有高边放大电路（11）和低边放大电路（12），高边放大电路（11）电连接有一个上开关管Q4，低边放大电路（12）电连接有若干个下开关管，上开关管Q4和下开关管之间串接有电机线圈，上开关管Q4和下开关管两端并联有电源U，上开关管Q4和电机线圈两端并联有续流二极管，电机线圈和下开关管两端并联有二极管D4。

2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机驱动电路，其特征在于：所述上开关管Q4为高边驱动场效应晶体管，下开关管为低边驱动场效应晶体管。

3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机驱动电路，其特征在于：所述高边放大电路（11）由光耦合器U4和推挽放大电路构成。

4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电机驱动电路，其特征在于：所述低边放大电路（12）为三极管基本放大连接推挽放大的二级放大电路。