CN107294466A - 电动工具及其电机驱动*** - Google Patents

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罗育东
陈金舟
高永生
邹建勋
陈松
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Johnson Electric Shenzhen Co Ltd
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Abstract

一种电机驱动***，包括：逆变器，连接于电源的两端，包括多个半导体开关元件并用于将电源提供的电压转换为交流电以驱动电机；微控制器，连接于电源的两端，该微控制器具有操作模式及睡眠模式，该微控制器在操作模式下，用于输出驱动信号控制该逆变器中半导体开关元件的通电方式；该微控制器在睡眠模式下，停止输出驱动信号至该逆变器；及开关本体，该开关本体的两端与该微控制器连接，用于输出响应信号至该微控制器，其中，该微控制器用于根据该响应信号，将该微控制器从操作模式切换至睡眠模式或从睡眠模式切换至操作模式。本发明还提供一种电动工具，在不切断该微控制器与该电源之间连接的情况下，达到省电之效果。

Description

电动工具及其电机驱动***
技术领域
本发明涉及一种电动工具，尤其涉及一种可应用于该电动工具的电机驱动***。
背景技术
电动工具被广泛应用于人们生产生活中。目前，切断电动工具的微控制器与电源之间的连接可使得电机停止运转。但是有时仅需要该电动工具停止运转较短时间，此时需要对该电动工具的微控制器频繁的上电和下电，如此将影响该微控制器的寿命，而如果不切断该微控制器与电源之间的连接，将会浪费电能。
发明内容
本发明提供一种电动工具和电机驱动***，在不切断微控制器与电源之间连接的情况下，达到省电之效果。
本发明的实施例提供一种电机驱动***，包括：
逆变器，连接于电源的两端，包括多个半导体开关元件并用于将电源提供的电压转换为交流电以驱动电机；
微控制器，连接于电源的两端，该微控制器具有操作模式及睡眠模式，该微控制器在操作模式下，用于输出驱动信号控制该逆变器中半导体开关元件的通电方式；该微控制器在睡眠模式下，停止输出驱动信号至该逆变器；及
开关本体，该开关本体的两端与该微控制器连接，用于输出响应信号至该微控制器，其中，该微控制器用于根据该响应信号，将该微控制器从操作模式切换至睡眠模式或从睡眠模式切换至操作模式。
较佳的，当该开关本体闭合时，该开关本体输出闭合响应信号至该微控制器，触发该微控制器从睡眠模式切换至操作模式，当该开关本体断开时，该开关本体输出断开响应信号至该微控制器，且当该电机停止转动时，该微控制器根据该断开响应信号从操作模式切换至睡眠模式。
较佳的，当该开关本体闭合时，该开关本体输出闭合响应信号至该微控制器，且当该电机停止转动时，该微控制器根据该闭合响应信号从操作模式切换至睡眠模式，当该开关本体断开时，该开关本体输出断开响应信号至该微控制器，触发该微控制器从睡眠模式切换至操作模式。
较佳的，该电机驱动***还侦测该电机转子的磁极位置，该微控制器在该侦测的电机转子的磁极位置不变时，确定该电机停止运转，该微控制器才从操作模式切换至睡眠模式。
较佳的，当该微控制器在操作模式下输出制动信号来控制该逆变器中半导体开关元件的通电方式时，该逆变器使得该电机停止运转，当该电机停止运转时，该微控制器进入睡眠模式。
较佳的，该逆变器包括上半桥和下半桥，该上半桥和下半桥分别包括至少两个半导体开关元件，该微控制器在制动时，发送驱动信号交替控制上半桥的半导体开关元件两两导通及下半桥的半导体开关元件两两导通，电机定子绕组与导通的半导体开关元件形成回路。
较佳的，该微控制器交替在电机转动的前半周中控制该逆变器的下半桥的半导体开关元件两两导通，并在电机转动的后半周中控制该逆变器的上半桥的半导体开关元件两两导通。
较佳的，该电机定子绕组的数量为至少两个时，当该微控制器在制动时，根据该电机转子磁极位置确定产生最大反电动势的第一电机定子绕组和产生最小反电动势的第二电机定子绕组；该微控制器发送驱动信号交替控制上半桥中半导体开关元件和下半桥中半导体开关元件导通，其中，该导通的上半桥半导体开关元件为上半桥中分别控制该第一电机定子绕组和该第二电机定子绕组的第一半导体开关元件和第二半导体开关元件，该导通的下半桥半导体开关元件为下半桥中分别控制该第一电机定子绕组和该第二电机定子绕组的第三半导体开关元件和第四半导体开关元件，从而该第一电机定子绕组和第二电机定子绕组通过导通的第一半导体开关元件和导通的第二半导体开关元件或通过导通的第三半导体开关元件和导通的第四半导体开关元件短接。
较佳的，该电机驱动***还包括位置传感器，该位置传感器根据转子磁极位置输出霍尔信号，该逆变器包括上半桥和下半桥，该上半桥包括第一开关、第二开关及第三开关，该下半桥包括第四开关、第五开关及第六开关，其中，第一开关与第四开关之间形成节点，第二开关与第五开关之间形成节点，第三开关与第六开关之间形成节点，当位置传感器输出的霍尔信号为101时，该微控制器导通第五开关和第六开关，当位置传感器输出的霍尔信号为100时，该微控制器导通第四开关和第五开关，当位置传感器输出的霍尔信号为110时，该微控制器导通第四开关和第六开关，当位置传感器输出的霍尔信号为010时，该微控制器导通第二开关和第三开关，当位置传感器输出的霍尔信号为011时，该微控制器导通第一开关和第二开关，当位置传感器输出的霍尔信号为001时，该微控制器导通第一开关和第三开关。
较佳的，该电机定子绕组的数量为一个，该微控制器在制动时，根据转子磁极位置发送驱动信号交替控制上半桥的半导体开关元件导通及下半桥的半导体开关元件导通，该电机定子绕组与导通的半导体开关元件形成回路。
较佳的，该电机驱动***还包括位置传感器，该位置传感器根据转子磁极位置输出霍尔信号，该逆变器包括上半桥和下半桥，该上半桥包括第一开关和第二开关，该下半桥包括第三开关和第四开关，其中，第一开关与第三开关之间形成节点，第二开关与第四开关之间形成节点，当位置传感器输出的霍尔信号为10时，该微控制器导通第三开关和第四开关，当位置传感器输出的霍尔信号为01时，该微控制器导通第一开关和第二开关。
较佳的，该电机驱动***还包括变阻器，该变阻器与该微控制器连接，通过滑动而提供不同的输入信号至该微控制器，该微控制器在该输入信号满足一第一预定条件时输出制动信号至该逆变器，来控制该电机停止运转。
较佳的，该电机驱动***还包括触发器，该触发器用于用户手动操作而带动该变阻器及该开关本体运动，当该触发器被按压时，该触发器带动该变阻器和该开关本体朝同一方向运动，当该触发器被释放时，该触发器带动该变阻器运动，使得该变阻器提供给该微控制器的输入信号触发该微控制器输出制动信号，当该触发器被释放时，该触发器还带动该开关本体运动，使得该开关本体在该触发器被释放后一第一预定时间触发该微控制器从操作模式切换至睡眠模式。
较佳的，当该触发器被按压时，该触发器带动该开关本体运动触发该微控制器从睡眠模式切换至操作模式，当该触发器被按压时，该触发器还带动该变阻器运动，使得该微控制器根据该变阻器提供给该微控制器的输入信号调整输出的驱动信号占空比，来改变电机的转速。
较佳的，当该触发器被按压时，该变阻器提供给该微控制器的输入信号根据该触发器被按压的力度的不同变为不同预设值，使得在对该触发器的按压力度不同时，该电机的转速达到不同值。
较佳的，当该触发器被按压时，该变阻器提供给该微控制器的输入信号逐渐变大至一预设值，使得该触发器被按压时，该电机的转速逐渐增大至一定值。
较佳的，该开关本体在该变阻器提供给微控制器的输入信号使得该微控制器输出制动信号后一第二预定时间触发该微控制器从操作模式切换至睡眠模式。
较佳的，当该变阻器提供给该微控制器的输入信号小于一第一预定电压值时，该微控制器输出制动信号至该逆变器，来驱动该电机停止运转，当该变阻器提供给该微控制器的输入信号大于该第一预定电压值时，该微控制器根据该输入信号调整输出的驱动信号占空比，来改变该电机的转速。
较佳的，该变阻器包括第一定触点、第二定触点及动触点，该第一定触点及该第二定触点与该微控制器的电源端及该微控制器的接地端连接，该动触点与该微控制器的输入端连接，通过滑动而朝该第一定触点或朝该第二定触点滑动而提供不同的输入信号至该微控制器，其中，当该动触点朝该第一定触点滑动时，该变阻器提供给该微控制器的输入信号逐渐变大，当该动触点朝该第二定触点滑动时，该变阻器提供给该微控制器的输入信号逐渐变小。
本发明的实施例还提供一种电动工具，包括：壳体、伸出壳体的工作头、用于驱动工作头的电机及如上任意一项所述的电机驱动***。
上述电动工具，将微控制器与电源连接，在电动工具的电机停止转动时，将微控制器从操作模式切换至睡眠模式，从而该微控制器不输出信号，从而在不切断微控制器与该电源之间连接的情况下，达到省电之效果。
主要元件符号说明
电机 10
电源 20
微控制器 30
逆变器 40
触发开关 50
触发器 51
开关本体 52
变阻器 53
第一定触点 531
第二定触点 532
动触点 533
输入端 301
位置传感器 60
附图说明
附图中：
图1是本发明的电机驱动***的模块示意图。
图2是本发明第一实施方式的电机驱动***的具体电路图。
图3是本发明的第一实施方式的电机驱动***的霍尔信号波形图与反电动势波形图。
图4是本发明第一实施方式的电机驱动***在霍尔信号为101时制动的示意图。
图5是本发明第二实施方式的电机驱动***的具体电路图。
图6是本发明第二实施方式的电机驱动***在霍尔信号为10时制动的示意图。
图7是本发明的开关本体状态与输入信号之间的对应关系图。
图8为应用上述电机驱动***的电动工具示意图。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为便于清晰描述，而并不限定比例关系。
请参考图1，本发明的电机驱动***用于驱动电机运转或者停止运转，本实施方式中，该电机10为无刷直流电机(Brushless Direct Current Motor,BLDC)，包括定子和可相对定子旋转的转子，定子具有定子铁心及绕设于定子铁心上的定子绕组。定子铁心可由纯铁、铸铁、铸钢、电工钢、硅钢等软磁材料制成。转子具有永磁铁和散热风扇。
电源20为该电机10提供电力，本实施方式中，该电源20为锂离子电池，其他实施方式中，该电源20可为其他类型电池，例如镍氢电池、锂聚合物电池、燃料电池、太阳能电池等；该电源20也可为充电电池，该电池以可拆卸的方式安装在设有该电机10的电动工具内；该电源20还可为市电。
该电机驱动***包括微控制器30、逆变器40、触发开关50及位置传感器60。
在本实施方式中，该微控制器30连接在电源20的两端，该微控制器30用于输出信号控制该逆变器40的通电方式。在其他实施方式中，该电机驱动***还包括电压调节器及驱动器。该电压调节器用于将电源20提供的电压进行降压处理来提供给微控制器30。该驱动器用于将微控制器30输出的信号进行升压或者电流放大处理后传送给该逆变器40。
该微控制器30具有操作模式及睡眠模式。该微控制器30在操作模式下用于输出驱动信号至逆变器40的半导体开关元件，以控制电机10的通电方式，以实现电机的换相及/或速度控制。在本实施方式中，该微控制器30在操作模式下输出驱动信号以控制电机10的通电方式来驱动该电机10运转或者控制电机10的通电方式来使得该电机10停止运转。该微控制器30在睡眠模式下，停止输出信号至该逆变器40。在本实施方式中，该驱动信号为PWM信号。在本实施方式中，在制动时，该驱动信号为制动信号，因此，在制动时，该微控制器30输出制动信号来控制电机10的通电方式来使得该电机10停止运转。
该逆变器40连接于电源20两端，并连接至电机10。该逆变器40包括上半桥和下半桥，该上半桥和下半桥分别包括至少两个半导体开关元件。在本实施方式中，该半导体开关元件为MOSFET管。该逆变器40用于将电源20提供的电压转换为交流电以驱动电机10。
在本实施方式中，该触发开关50包括触发器51(如图8所示)、开关本体52及变阻器53。该触发器51用于供用户手动操作而带动该开关本体52及该变阻器53运动。
该开关本体52的两端与该微控制器30连接。在本实施方式中，当该开关本体52闭合时，该开关本体52输出闭合响应信号至该微控制器30，触发该微控制器30从睡眠模式切换至操作模式。当该开关本体52断开时，该开关本体52输出断开响应信号至该微控制器30，且当该电机10停止转动时，触发该微控制器30从操作模式切换至睡眠模式。
在本实施方式中，该变阻器53为滑动变阻器或者电位计。该变阻器53与该微控制器30连接，该变阻器53包括第一定触点531、第二定触点532及动触点533。在本实施方式中，该第一定触点531与该第二定触点532分别与该微控制器30的电源端VCC及该微控制器30的接地端GND连接。该动触点533与该微控制器30的输入端301连接，该动触点533通过滑动而朝该第一定触点531或朝该第二定触点532滑动而提供不同的输入信号至该微控制器30。在本实施方式中，当该触发器51被按压时，该触发器51带动该动触点533朝该第一定触点531滑动。当该触发器51被释放时，该触发器51带动该动触点533朝该第二定触点532滑动。在本实施方式中，该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号为电压值。在本实施方式中，当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号小于一第一预定电压值(如0.5伏或0.8伏等)时，该微控制器30输出制动信号至该逆变器40。当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号大于该第一预定电压值(如0.5伏或0.8伏等)时，该微控制器30根据该输入信号改变该微控制器30输出的PWM信号的占空比，从而改变电机10的转速。
在本实施方式中，当该触发器51被按压时，该触发器51带动该开关本体52闭合。同时，当该触发器51被按压时，该触发器51带动该变阻器53的动触点533朝该第一定触点531滑动，该变阻器53提供给微控制器30的输入信号根据该触发器51被按压的力度的不同变为不同预设值，使得在对该触发器51的按压力度不同时，该电机10的转速达到不同值。如当按压的力度为8牛顿时，该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号为8伏，该电机10的转速达到800转/秒，当按压的力度从8牛顿变为5牛顿时，该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号从8伏变为5伏，该电机10的转速从800转/秒变为500转/秒。当该触发器51被释放时，该触发器51带动该变阻器53的动触点533朝该第二定触点532滑动，该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号逐渐变小至一预设值(如0伏或0.2伏等)。当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号小于该第一预定电压值(如0.5伏或0.8伏等)时，该微控制器30输出制动信号至该逆变器40。同时，当该触发器51被释放时，该触发器51带动该开关本体52在该触发器51被释放后第一预定时间(如7秒)断开。在本实施方式中，该触发开关50还包括延时模块，该延时模块使得该开关本体52在该触发器51被释放后第一预定时间(如7秒)断开。
在本实施方式中，该位置传感器60较佳的可以为霍尔效应传感器，其设置于电机10内的定子上或定子内靠近转子的位置处，用于检测转子磁极位置。在其他实施方式中，该位置传感器60可被替换为无位置传感器检测方式，来检测转子磁极位置。在本实施方式中，该位置传感器60与该微控制器30连接。
该微控制器30根据该位置传感器60检测的转子磁极位置输出PWM信号控制该逆变器40中的半导体开关元件的通断，以控制该电机10的通电方式，来驱动该电机10运转或使得该电机10停止运转。其中，该微控制器30控制该逆变器40驱动该电机10运转的原理和过程与传统的控制器控制逆变器40驱动电机10运转的原理和过程相似，在此不进行详述。在本实施方式中，该微控制器30在制动时，发送PWM信号交替控制上半桥的半导体开关元件两两导通及下半桥的半导体开关元件两两导通。该些定子绕组与导通的半导体开关元件形成回路，产生相电流。该相电流的方向与该定子绕组在电机旋转时产生的反电动势方向相同。此时，该相电流能阻碍该电机10的旋转，实现了该电机10制动的目的。且同时，在制动时交替控制上半桥的半导体开关元件两两导通及下半桥的半导体开关元件两两导通，从而可防止半导体开关元件由于长时间导通而烧毁。
其中，在本实施方式中，该微控制器30在制动时，发送PWM信号交替控制上半桥的半导体开关元件两两导通及下半桥的半导体开关元件两两导通具体为：
该微控制器30交替在电机10转动的前半周中控制该逆变器40的下半桥的半导体开关元件两两导通，并在电机10转动的后半周中控制该逆变器40的上半桥的半导体开关元件两两导通。
在其他实施方式中，该微控制器30在制动时，发送PWM信号交替控制上半桥的半导体开关元件两两导通及下半桥的半导体开关元件两两导通具体为：
该微控制器30交替在电机10转动的前半周中控制该逆变器40的上半桥的半导体开关元件两两导通，并在电机10转动的后半周中控制该逆变器40的下半桥的半导体开关元件两两导通。或者为该微控制器30交替控制该逆变器40的上半桥的两半导体开关元件导通及下半桥的两半导体开关元件导通。
在其他实施方式中，该微控制器30在制动时，发送PWM信号仅控制下半桥的半导体开关元件导通来产生相电流。
现对电机驱动***的工作原理进行描述。
当该触发器51被按压时，该触发器51带动该开关本体52闭合，该开关本体52输出闭合响应信号至该微控制器30，触发该微控制器30从睡眠模式切换至操作模式。同时，当该触发器51被按压时，该触发器51带动该变阻器53的动触点533朝该第一定触点531滑动，该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号根据该触发器51被按压的力度的不同变为不同预设值。当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号大于该第一预定电压值时，该微控制器30根据该输入信号及该位置传感器60检测的转子磁极位置输出PWM信号控制该逆变器40驱动该电机10运转。
当该触发器51被释放时，该触发器51带动该变阻器53的动触点533朝该第二定触点532滑动，该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号逐渐变小。当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号小于该第一预定电压值时，该微控制器30发送PWM信号交替控制上半桥的半导体开关元件两两导通及下半桥的半导体开关元件两两导通。该些定子绕组与导通的半导体开关元件形成回路，产生相电流。该相电流的方向与该定子绕组在电机10旋转时产生的反电动势方向相同。同时，当该触发器51被释放时，该触发器51带动该开关本体52在该触发器51被释放后第一预定时间断开。当该开关本体52断开时，该开关本体52发送断开响应信号至该微控制器30，触发该微控制器30从操作模式切换至睡眠模式。该微控制器30停止输出信号至该逆变器40。其中，该第一预定时间由用户设定或***默认，使得该电机10在该触发器51被释放第一预定时间后停止运转，此时，该开关本体52才断开，该微控制器30从操作模式切换至睡眠模式，停止输出信号至该逆变器40，从而防止该电机10在惯性的作用下，不能快速停止运转。
在本发明的第一实施方式中，该电机定子绕组的数量为至少两个，该电机10在制动时，该微控制器30根据该电机转子磁极位置确定产生最大反电动势的第一定子绕组和产生最小反电动势的第二定子绕组。该微控制器30发送PWM信号交替控制上半桥中半导体开关元件和下半桥中半导体开关元件导通，其中，该导通的上半桥半导体开关元件为上半桥中分别控制该第一电机定子绕组和该第二电机定子绕组的第一半导体开关元件和第二半导体开关元件，该导通的下半桥半导体开关元件为下半桥中分别控制该第一电机定子绕组和该第二电机定子绕组的第三半导体开关元件和第四半导体开关元件，从而该第一定子绕组和第二定子绕组通过导通的第一半导体开关元件和导通的第二半导体开关元件或通过导通的第三半导体开关元件和第四半导体开关元件短接，并在第一定子绕组和第二定子绕组所产生的反电动势作用下产生相电流。由于导通的是产生最大反电动势的第一定子绕组和产生最小反电动势的第二定子绕组，则该第一定子绕组和第二定子绕组之间所形成的电压差最大。因此，流经该第一定子绕组和该第二定子绕组的相电流最大，产生的制动力矩最大，从而，该电机10能更快的制动。
在本发明的第二实施方式中，该电机定子绕组的数量为一个，此时，上半桥的半导体开关元件的数量为两个，下半桥的半导体开关元件的数量为两个。该电机10在制动时，该微控制器30根据该位置传感器60检测的转子磁极位置发送PWM信号交替控制上半桥的两半导体开关元件导通及下半桥的两半导体开关元件导通。该定子绕组与导通的半导体开关元件形成回路，产生相电流。该相电流的方向与该定子绕组在电机10旋转时产生的反电动势方向相同。
请参考图2，为本发明第一实施方式的电机驱动***的具体电路图。该逆变器40采用由半导体开关元件Q1-Q6构成的三相全桥逆变器。其中，半导体开关元件Q1-Q3构成上半桥，半导体开关元件Q4-Q6构成下半桥。半导体开关元件Q1与Q4之间的节点输出第一相电流给定子绕组L1，半导体开关元件Q2与Q5之间的节点输出第二相电流给定子绕组L2，半导体开关元件Q3与Q6之间的节点输出第三相电流给定子绕组L3。
请同时参考图3，为本发明第一实施方式的霍尔信号波形图与反电动势波形图。其中，图3以电机10正转，位置传感器60的数量为3个，且各位置传感器60互成120度为例。在驱动该电机10运转时，该微控制器30根据该位置传感器60输出的霍尔信号来输出PWM信号控制该逆变器40中的半导体开关元件的通断，以控制该电机10的通电方式，来驱动该电机10运转。此原理和过程与传统的电动控制器所执行操作的原理和过程相似，在此不进行详述。其中，图3中，1、2、3、4、5及6分别为扇区1、扇区2、扇区3、扇区4、扇区5及扇区6，Hall A、Hall B和Hall C分别为3个位置传感器60所输出的霍尔信号，eU、eV和eW分别为定子绕组L1、定子绕组L2和定子绕组L3的反电动势。电机转子磁极位置转到某一扇区，位置传感器60检测对应的霍尔信号，则扇区与位置传感器60检测的霍尔信号一一对应。反电动势与电机转子位置一一对应，而位置传感器60输出的霍尔信号反映电机转子的位置，因此可以根据位置传感器60输出的霍尔信号来确定反电动势。
该微控制器30根据霍尔信号对该逆变器40的上半桥或下半桥进行PWM调制来实现制动。在本实施方式中，相应的扇区、霍尔信号和导通半导体开关元件如表1所示。
表1
当该变阻器53触发该微控制器30制动，该位置传感器60感测转子的磁极位置在扇区1，输出霍尔信号为101时，电机中产生最大反电动势的第一定子绕组为定子绕组L3，产生最小反电动势的第二定子绕组为定子绕组L2。此时下半桥中控制该第一定子绕组和该第二定子绕组的第一半导体开关元件和第二半导体开关元件为半导体开关元件Q6和半导体开关元件Q5。该微控制器30导通半导体开关元件Q6和半导体开关元件Q5，则定子绕组L2、定子绕组L3、导通的半导体开关元件Q5和导通的半导体开关元件Q6构成回路(如图4所示)，形成相电流。由于eV<0，eW>0，且分别为最小反电动势和最大反电动势，则定子绕组L3与定子绕组L2之间所形成的电压差最大，产生的相电流最大，所产生的制动力矩最大。该电机10转速下降，当转子转至扇区2，位置传感器60输出霍尔信号100，此时电机制动过程和原理如同转子转至扇区1时的制动过程和原理，以此类推，该电机10按表1的顺序循环导通半导体开关元件来制动，直至电机10停转。
在本实施方式中，当该变阻器53触发该微控制器30制动时，该转子可在其他扇区，如扇区2，该位置传感器60输出与扇区对应的霍尔信号为100，该微控制器30根据该霍尔信号100相应的输出制动信号。此时，该微控制器30在电机10转动时导通半导体开关元件的顺序不是依照表1的顺序循环，该微控制器30导通半导体开关元件的顺序为依照Q4Q5、Q4Q6、Q5Q6、Q1Q2、Q1Q3、Q2Q3循环。在其他实施方式中，该微控制器30依照表1的顺序循环导通半导体开关元件，如该微控制器30导通半导体开关元件的顺序按照Q4Q5、Q4Q6、Q2Q3、Q1Q2、Q1Q3、Q5Q6循环。
在其他实施方式中，该微控制器30不一定交替在电机10转动的前半周中控制该逆变器40的下半桥的半导体开关元件两两导通，并在电机10转动的后半周中控制该逆变器40的上半桥的半导体开关元件两两导通，该微控制器30还可交替控制该逆变器40的上半桥的两半导体开关元件导通及下半桥的两半导体开关元件导通，如该微控制器30导通半导体开关元件的顺序为依照Q5Q6、Q1Q2、Q4Q6、Q2Q3、Q4Q5、Q1Q3循环。
请参考图5，为本发明第二实施方式的电机驱动***的具体电路图。在本发明的第二实施方式中，位置传感器60的数量为2个。该逆变器40采用由半导体开关元件Q1-Q4构成的单相逆变器。其中，半导体开关元件Q1-Q2构成上半桥，半导体开关元件Q3-Q4构成下半桥。半导体开关元件Q1与Q3之间的节点及半导体开关元件Q2与Q4之间的节点输出相电流给定子绕组L1。
该微控制器30根据霍尔信号对该逆变器40的上半桥或下半桥进行PWM调制来实现制动。在本实施方式中，相应的扇区、霍尔信号和导通半导体开关元件如表2所示。
表2
扇区 1 2
霍尔信号 10 01
导通半导体开关元件 Q3Q4 Q1Q2
当该变阻器53触发该微控制器30制动，该位置传感器60感测转子的磁极位置在扇区1，输出霍尔信号为10时，该微控制器30导通半导体开关元件Q3和半导体开关元件Q4，则定子绕组L1、导通的半导体开关元件Q3和导通的半导体开关元件Q4构成回路(如图6所示)，形成相电流，从而来制动。该电机10转速下降，当转子转至扇区2，位置传感器60输出霍尔信号01，该微控制器30导通半导体开关元件Q1和半导体开关元件Q2，此时电机10制动过程和原理如同转子转至扇区1时的制动过程和原理，以此类推，该电机10按表2的顺序循环导通半导体开关元件来制动直至电机10停转。
显然，当该微控制器30接收到该断开信号时，该转子还可为转到其他扇区，如扇区2，该位置传感器60输出与扇区对应的霍尔信号01，该微控制器30根据该霍尔信号01相应的输出制动信号。此时，该微控制器30在电机10转动时导通半导体开关元件的顺序依照表2的顺序循环，该微控制器30导通半导体开关元件的顺序为依照Q1Q2、Q3Q4循环。
在其他实施方式中，该微控制器30不一定交替在电机10转动的前半周中控制该逆变器40的上半桥的半导体开关元件，并在电机10转动的后半周中控制该逆变器40的下半桥的半导体开关元件导通，该微控制器30还可交替控制该逆变器40的上半桥的两半导体开关元件导通及下半桥的两半导体开关元件导通，如该微控制器30导通半导体开关元件的顺序为依照Q1Q2、Q3Q4循环。
显然，该电机驱动***不仅局限于上述实施方式，在其他实施方式中，该电机驱动***的结构和原理与该电机驱动***的结构和原理相似，不同点在于：
在另一实施方式中，该微控制器30还根据该位置传感器60检测的转子磁极位置确定该转子磁极位置是否变化，并在该转子磁极位置不变时，确定该电机10停止运转。当该触发器51被释放时，该触发器51可带动该开关本体52断开，而非局限于上述的带动该开关本体52在该触发器51被释放后第一预定时间断开。该微控制器30不是仅根据该断开响应信号从操作模式切换至睡眠模式，而是根据该断开响应信号并在侦测到该电机10停止运转时，从操作模式切换至睡眠模式。从而该微控制器30在该电机10停止运转后才停止输出信号至该逆变器40，防止该电机10在惯性的作用下，不能快速停止运转，且在电机10停止转动后该微控制器30进入睡眠模式达到省电之效果。
在另一实施方式中，该微控制器30并非如上述的根据闭合响应信号从睡眠模式切换至操作模式，根据断开响应信号从操作模式切换至睡眠模式，而是根据闭合响应信号从操作模式切换至睡眠模式，根据断开响应信号从睡眠模式切换至操作模式。相应的，该触发器51被按压时，并非带动该开关本体52闭合，而是带动该开关本体52断开，当该触发器51被释放时，并非带动该开关本体52断开，而是带动该开关本体52闭合。
在另一实施方式中，该第一定触点531与该第二定触点532并非如上述实施方式的分别与该微控制器30的电源端VCC及该微控制器30的接地端GND连接，而是分别与该微控制器30的接地端GND及该微控制器30的电源端VCC。相应的，当该触发器51被按压时，该触发器51带动该动触点533朝该第二定触点532滑动，当该触发器51被释放时，该触发器51带动该动触点533朝该第一定触点531滑动。该微控制器30输出制动信号至该逆变器40，并非当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号小于该第一预定电压值(如0.5伏或0.8伏等)时，而是当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号大于一第二预定电压值(如4伏或5伏等)时，且该微控制器30根据该输入信号改变该微控制器30产生的PWM信号的占空比并非当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号大于该第一预定电压值时，而是当该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号小于该第二预定电压值(如4伏或5伏等)时。
在另一实施方式中，当该触发器51被释放时，该触发器51可带动该开关本体52运动，使得该开关本体52在该微控制器30输出制动信号后一第二预定时间t1(如5秒或8秒等)断开(如图7所示)，而非局限于上述的该触发器51带动该开关本体52在第一预定时间后断开。在图7中，O点表示在时间T，该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号，使得该微控制器30输出制动信号至该逆变器40。其中，0％表示该变阻器53的动触点533滑动至该第一定触点531时提供给该微控制器30的输入信号，如0伏，100％表示该变阻器53的动触点533滑动至第二定触点532时提供给该微控制器30的输入信号，如5伏。在本实施方式中，该延时模块与该微控制器30连接。该延时模块使得该开关本体52在该变阻器53提供给微控制器30的输入信号使得该微控制器30输出制动信号后该第二预定时间t1(如5秒或8秒等)断开。其中，该第二预定时间由用户设定或***默认，使得该电机10在该微控制器30输出制动信号第二预定时间后停止运转，此时，该开关本体52才断开，该微控制器30从操作模式切换至睡眠模式，从而防止该电机10在惯性的作用下，不能快速停止运转，且在电机10停止转动后该微控制器30进入睡眠模式达到省电之效果。
在另一实施方式中，该变阻器53提供给该微控制器30的输入信号并非根据该触发器51被按压的力度的不同达到不同预设值，使得在对该触发器51的按压力度不同时，该电机10的转速达到不同值，而是逐渐变大至一预设值(如5伏)，使得在该触发器51被按压时，该电机10的转速逐渐增大至一定值(如700转/秒)。
图8为应用上述电机驱动***的电动工具如电钻的示意图，电钻100包括壳体110、伸出壳体110的工作头120、设于壳体110内的如上所述的电机10及电机驱动***。该触发器51设于壳体110下部的手柄上可供用户手动操作，以控制该电钻的开启及关闭。当该触发器51被按压时，该电钻开启，当该触发器51被释放时，该电钻关闭。上述电机驱动***同样适用于电动螺丝刀、手磨机、电锯等电动工具中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种电机驱动***，包括：
逆变器，连接于电源的两端，包括多个半导体开关元件并用于将电源提供的电压转换为交流电以驱动电机；
微控制器，连接于电源的两端，该微控制器具有操作模式及睡眠模式，该微控制器在操作模式下，用于输出驱动信号控制该逆变器中半导体开关元件的通电方式；该微控制器在睡眠模式下，停止输出驱动信号至该逆变器；及
开关本体，该开关本体的两端与该微控制器连接，用于输出响应信号至该微控制器，其中，该微控制器用于根据该响应信号，将该微控制器从操作模式切换至睡眠模式或从睡眠模式切换至操作模式。
2.如权利要求1所述的电机驱动***，其特征在于：
当该开关本体闭合时，该开关本体输出闭合响应信号至该微控制器，触发该微控制器从睡眠模式切换至操作模式，当该开关本体断开时，该开关本体输出断开响应信号至该微控制器，且当该电机停止转动时，该微控制器根据该断开响应信号从操作模式切换至睡眠模式。
3.如权利要求1所述的电机驱动***，其特征在于：
当该开关本体闭合时，该开关本体输出闭合响应信号至该微控制器，且当该电机停止转动时，该微控制器根据该闭合响应信号从操作模式切换至睡眠模式，当该开关本体断开时，该开关本体输出断开响应信号至该微控制器，触发该微控制器从睡眠模式切换至操作模式。
4.如权利要求2或3所述的电机驱动***，其特征在于：
该电机驱动***还侦测该电机转子的磁极位置，该微控制器在该侦测的电机转子的磁极位置不变时，确定该电机停止运转，该微控制器才从操作模式切换至睡眠模式。
5.如权利要求1所述的电机驱动***，其特征在于：
当该微控制器在操作模式下输出制动信号来控制该逆变器中半导体开关元件的通电方式时，该逆变器使得该电机停止运转，当该电机停止运转后，该微控制器进入睡眠模式。
6.如权利要求5所述的电机驱动***，其特征在于：
该逆变器包括上半桥和下半桥，该上半桥和下半桥分别包括至少两个半导体开关元件，该微控制器在制动时，发送驱动信号交替控制上半桥的半导体开关元件两两导通及下半桥的半导体开关元件两两导通，电机定子绕组与导通的半导体开关元件形成回路。
7.如权利要求6所述的电机驱动***，其特征在于：
该微控制器交替在电机转动的前半周中控制该逆变器的下半桥的半导体开关元件两两导通，并在电机转动的后半周中控制该逆变器的上半桥的半导体开关元件两两导通。
8.如权利要求6所述的电机驱动***，其特征在于：
该电机定子绕组的数量为至少两个时，当该微控制器在制动时，根据该电机转子磁极位置确定产生最大反电动势的第一电机定子绕组和产生最小反电动势的第二电机定子绕组；该微控制器发送驱动信号交替控制上半桥中半导体开关元件和下半桥中半导体开关元件导通，其中，该导通的上半桥半导体开关元件为上半桥中分别控制该第一电机定子绕组和该第二电机定子绕组的第一半导体开关元件和第二半导体开关元件，该导通的下半桥半导体开关元件为下半桥中分别控制该第一电机定子绕组和该第二电机定子绕组的第三半导体开关元件和第四半导体开关元件，从而该第一电机定子绕组和第二电机定子绕组通过导通的第一半导体开关元件和导通的第二半导体开关元件或通过导通的第三半导体开关元件和导通的第四半导体开关元件短接。
9.如权利要求8所述的电机驱动***，其特征在于：
该电机驱动***还包括位置传感器，该位置传感器根据转子磁极位置输出霍尔信号，该逆变器包括上半桥和下半桥，该上半桥包括第一开关、第二开关及第三开关，该下半桥包括第四开关、第五开关及第六开关，其中，第一开关与第四开关之间形成节点，第二开关与第五开关之间形成节点，第三开关与第六开关之间形成节点，当位置传感器输出的霍尔信号为101时，该微控制器导通第五开关和第六开关，当位置传感器输出的霍尔信号为100时，该微控制器导通第四开关和第五开关，当位置传感器输出的霍尔信号为110时，该微控制器导通第四开关和第六开关，当位置传感器输出的霍尔信号为010时，该微控制器导通第二开关和第三开关，当位置传感器输出的霍尔信号为011时，该微控制器导通第一开关和第二开关，当位置传感器输出的霍尔信号为001时，该微控制器导通第一开关和第三开关。
10.如权利要求6所述的电机驱动***，其特征在于：
该电机定子绕组的数量为一个，该微控制器在制动时，根据转子磁极位置发送驱动信号交替控制上半桥的半导体开关元件导通及下半桥的半导体开关元件导通，该电机定子绕组与导通的半导体开关元件形成回路。
11.如权利要求10所述的电机驱动***，其特征在于：
该电机驱动***还包括位置传感器，该位置传感器根据转子磁极位置输出霍尔信号，该逆变器包括上半桥和下半桥，该上半桥包括第一开关和第二开关，该下半桥包括第三开关和第四开关，其中，第一开关与第三开关之间形成节点，第二开关与第四开关之间形成节点，当位置传感器输出的霍尔信号为10时，该微控制器导通第三开关和第四开关，当位置传感器输出的霍尔信号为01时，该微控制器导通第一开关和第二开关。
12.如权利要求5所述的电机驱动***，其特征在于：
该电机驱动***还包括变阻器，该变阻器与该微控制器连接，通过滑动而提供不同的输入信号至该微控制器，该微控制器在该输入信号满足一第一预定条件时输出制动信号至该逆变器，来控制该电机停止运转。
13.如权利要求12所述的电机驱动***，其特征在于：
该电机驱动***还包括触发器，该触发器用于用户手动操作而带动该变阻器及该开关本体运动，当该触发器被按压时，该触发器带动该变阻器和该开关本体朝同一方向运动，当该触发器被释放时，该触发器带动该变阻器运动，使得该变阻器提供给该微控制器的输入信号触发该微控制器输出制动信号，当该触发器被释放时，该触发器还带动该开关本体运动，使得该开关本体在该触发器被释放后一第一预定时间触发该微控制器从操作模式切换至睡眠模式。
14.如权利要求13所述的电机驱动***，其特征在于：
当该触发器被按压时，该触发器带动该开关本体运动触发该微控制器从睡眠模式切换至操作模式，当该触发器被按压时，该触发器还带动该变阻器运动，使得该微控制器根据该变阻器提供给该微控制器的输入信号调整输出的驱动信号占空比，来改变电机的转速。
15.如权利要求14所述的电机驱动***，其特征在于：
当该触发器被按压时，该变阻器提供给该微控制器的输入信号根据该触发器被按压的力度的不同变为不同预设值，使得在对该触发器的按压力度不同时，该电机的转速达到不同值。
16.如权利要求14所述的电机驱动***，其特征在于：
当该触发器被按压时，该变阻器提供给该微控制器的输入信号逐渐变大至一预设值，使得该触发器被按压时，该电机的转速逐渐增大至一定值。
17.如权利要求12所述的电机驱动***，其特征在于：
该开关本体在该变阻器提供给微控制器的输入信号使得该微控制器输出制动信号后一第二预定时间触发该微控制器从操作模式切换至睡眠模式。
18.如权利要求12所述的电机驱动***，其特征在于：
当该变阻器提供给该微控制器的输入信号小于一第一预定电压值时，该微控制器输出制动信号至该逆变器，来驱动该电机停止运转，当该变阻器提供给该微控制器的输入信号大于该第一预定电压值时，该微控制器根据该输入信号调整输出的驱动信号占空比，来改变该电机的转速。
19.如权利要求18所述的电机驱动***，其特征在于：
该变阻器包括第一定触点、第二定触点及动触点，该第一定触点及该第二定触点与该微控制器的电源端及该微控制器的接地端连接，该动触点与该微控制器的输入端连接，通过滑动而朝该第一定触点或朝该第二定触点滑动而提供不同的输入信号至该微控制器，其中，当该动触点朝该第一定触点滑动时，该变阻器提供给该微控制器的输入信号逐渐变大，当该动触点朝该第二定触点滑动时，该变阻器提供给该微控制器的输入信号逐渐变小。
20.一种电动工具，包括：壳体、伸出壳体的工作头、用于驱动工作头的电机及如权利要求1～19任意一项所述的电机驱动***。
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