CN211352086U - 一种电机控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电机控制电路，该电机控制电路的PWM信号发生器用于产生两组PWM信号，开关切换电路具有与两组PWM信号对应的两组开关，开关切换电路上的两组开关分别控制电源向电机施加正向励磁电压和反向励磁电压，位置传感器安装在电机的转子上，该位置传感器与PWM信号发生器连接，用于检测电机的转子位置，向PWM信号发生器发送电机相位换向信号，在该电机相位换向信号跳变时，PWM信号发生器产生的两组PWM信号分别控制对应的两组开关的导通状态变化，以控制电源向电机施加的励磁电压换向。通过实施本实用新型，使得电机两端的电压换向快，可以使得电机在换向周期内的通电时间增长，电机可以获得更高的转速。

Description

一种电机控制电路

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术领域，具体涉及一种电机控制电路。

背景技术

无刷直流电机通过霍尔传感器把转子位置反馈回控制电路，使控制器能够获知电机相位换向的准确时间，然后同时控制PWM调制信号进行反向导通，但是电机在实际运行过程中，因外界因素导致电机转速波动时，霍尔周期也会发生变化，例如霍尔周期变短，则此时霍尔跳变沿会在预定位置之前发生，如图 1所示，此时本周期内的PWM导通信号未结束，仍继续沿原方向发生，该周期内电压继续导通，此时会导致电流在下一霍尔周期内继续上升，出现峰值，导致电机继续波动，运行不稳定。

为了解决这一技术问题，现有技术中通过在电机换向的半个周期内，在检测到霍尔跳变沿时，延迟PWM信号导通，在下一跳变沿来临的预测时间点之前，提前关闭PWM信号来调整电压换向，以避免电流在下一霍尔周期继续上升，且保持正负周期PWM个数一致，从而维持电机电流稳定，但是这样的电压换向方式会使得负载(电机)在运行时，正负周期内电压的导通时间减少，从而导致电机在该周期内的性能降低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种电机控制电路，以解决现有技术的电机控制电路，由于正负周期内电压的导通时间减少，会导致电机的性能降低的问题。

根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种电机控制电路，包括：PWM 信号发生器，用于产生两组PWM信号；电源，与开关切换电路的输入端连接；电机，与所述开关切换电路的输出端连接；所述开关切换电路，具有与所述两组PWM信号对应的两组开关，所述两组开关分别控制所述电源向所述电机施加正向励磁电压和反向励磁电压；位置传感器，安装在所述电机的转子上，与所述PWM信号发生器连接，用于检测所述电机的转子位置，向所述PWM信号发生器发送电机相位换向信号；在所述电机相位换向信号跳变时，所述PWM信号发生器产生的两组PWM信号分别控制对应的两组开关的导通状态变化，以控制所述电源向所述电机施加的励磁电压换向。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述开关切换电路的两组开关分别与所述电机的绕组连接，用于向所述绕组施加所述励磁电压。

结合第一方面，在第一方面第二实施方式中，所述开关切换电路包括：第一开关、第二开关、第三开关及第四开关，所述第一开关和所述第四开关为第一组开关，所述第二开关和所述第三开关为第二组开关；所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关及所述第四开关的控制端分别与所述PWM信号发生器的输出端连接；所述第一开关的输出端连接所述第二开关的输入端，所述电机的绕组的第一端连接在所述第一开关的输出端与所述第二开关的输入端之间；所述第三开关的输出端与所述第四开关的输入端连接，所述电机绕组的第二端连接在所述第三开关的输出端与所述第四开关的输入端之间。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述两组PWM 信号包括：第一PWM信号、第二PWM信号、第三PWM信号及第四PWM信号；其中，所述第一PWM信号和所述第四PWM信号为第一组PWM信号，所述第二PWM 信号和所述第三PWM信号为第二组PWM信号；在所述电机相位换向信号跳变时，所述第一PWM信号和所述第四PWM信号用于控制所述第一开关与所述第四开关之间为导通状态，所述第二PWM信号和所述第三PWM信号用于控制所述第二开关与所述第三开关为断开状态，所述励磁电压由正向电压切换为反向电压；或者，在所述电机相位换向信号跳变时，所述第一PWM信号和所述第四PWM信号用于控制所述第一开关与所述第四开关之间为断开状态，所述第二PWM信号和所述第三PWM信号用于控制所述第二开关与所述第三开关之间为导通状态，所述励磁电压由反向电压切换为正向电压。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第四实施方式中，在电机相位换向信号的第一个周期内，在第一半周期，所述第一PWM信号和所述第四PWM信号分别控制所述第一开关和所述第四开关以相同频率间歇导通，所述第二PWM 信号和所述第三PWM信号均处于低电平状态，以控制所述第二开关和所述第三开关断开，所述电源向所述电机施加正向励磁电压；在第二半周期，所述第二 PWM信号和所述第三PWM信号分别控制所述第二开关和所述第四开关以相同频率间歇导通，所述第一PWM信号和所述第四PWM信号均处于低电平状态，以控制所述第一开关和所述第四开关断开，所述电源向所述电机施加反向励磁电压。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第五实施方式中，在电机相位换向信号的第一个周期内，在第一半周期，所述第一PWM信号控制所述第一开关间歇导通，所述第二PWM信号控制所述第二开关与所述第二开关互补导通；其中，所述第一PWM信号由高电平切换为低电平时，所述第二PWM信号由低电平延迟第一预设时间切换为高电平，所述第一PWM信号由低电平切换为高电平时，所述第二PWM信号由高电平提前第二预设时间切换为低电平，以使所述第二开关相对于所述第一开关延迟导通和提前关闭；所述第三PWM信号处于低电平状态，以使所述第三开关断开，所述第四PWM信号处于高电平状态，以使所述第四开关闭合，所述电源向所述电机施加正向励磁电压；在第二半周期，所述第三PWM信号控制所述第三开关间歇导通，所述第四PWM信号控制所述第四开关与所述第三开关互补导通；其中，所述第三PWM信号由高电平切换为低电平时，所述第四PWM信号由低电平延迟第三预设时间切换为高电平，所述第三PWM信号由低电平切换为高电平时，所述第四PWM信号由高电平提前第四预设时间切换为低电平，以使所述第四开关相对于所述第三开关延迟导通和提前关闭；所述第一PWM信号处于低电平状态，以使所述第一开关断开，所述第二PWM信号处于高电平状态，以使所述第二开关闭合，所述电源向所述电机施加反向励磁电压。

结合第一方面第二实施方式，在第一方面第六实施方式中，所述第一开关的输入端和所述第三开关的输入端分别与所述电源的正极连接；所述第二开关的输出端和所述第四开关的输出端分别与所述电源的负极连接。

结合第一方面第三实施方式，在第一方面第七实施方式中，所述电压换向电路还包括：放大电路；所述放大电路，输入端与所述PWM信号发生器连接，输出端与所述开关切换电路连接，用于接收所述第一PWM信号、所述第二PWM 信号、所述第三PWM信号及所述第四PWM信号，并将所述第一PWM信号、所述第二PWM信号、所述第三PWM信号及所述第四PWM信号放大后输出至所述开关切换电路。

结合第一方面第七实施方式，在第一方面第八实施方式中，所述放大电路包括：第一子放大电路和第二子放大电路；所述第一子放大电路，输入端与所述PWM信号发生器连接，输出端分别与所述第一开关的控制端和所述第二开关的控制端连接；所述第二子放大电路，输入端与所述PWM信号发生器连接，输出端分别与所述第三开关的控制端和所述第四开关的控制端连接。

结合第一方面任一实施方式，在第一方面第九实施方式中，所述位置传感器为霍尔传感器。

本实用新型实施例技术方案，具有如下优点：

本实用新型实施例提供了一种电机控制电路，该电机控制电路包括PWM信号发生器、电源、电机、位置传感器和开关切换电路，其中该PWM信号发生器用于产生两组PWM信号，开关切换电路具有与两组PWM信号对应的两组开关，电源与开关切换电路的输入端连接，电机与开关切换电路的输出端连接，开关切换电路上的两组开关分别控制电源向电机施加正向励磁电压和反向励磁电压，位置传感器安装在电机的转子上，该位置传感器与PWM信号发生器连接，用于检测电机的转子位置，向PWM信号发生器发送电机相位换向信号，在该电机相位换向信号跳变时，PWM信号发生器产生的两组PWM信号分别控制对应的两组开关的导通状态变化，以控制电源向电机施加的励磁电压换向。通过本实用新型实施例的电机控制电路，对位置传感器检测到的波形进行实时监测，当接收到电机相位换向信号时，立刻通过PWM信号控制开关切换电路的两组开关的导通状态变化，即将此时正导通状态的PWM波关断，并且立刻反向导通，即 PWM信号控制励磁电压正向关断，反向导通，从而使得电机两端的电压换向快，相较于现有技术中的电机控制方式，可以使得电机在换向周期内的通电时间增长，电机可以获得更高的转速，并且电机在此周期内的电流波形不会继续上升出现峰值，且正负半个换向周期内，PWM波总的导通时间相同，因此正负周期内的电流波形基本相同，即正负周期内电流峰值一致，使得电机运行平稳。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有技术中当霍尔跳变沿来临时，PWM信号未结束而导致出现的电流峰值示意图；

图2是根据本实用新型实施例的电机控制电路的一个结构示意图；

图3是根据本实用新型实施例的电机控制电路的另一个结构示意图；

图4a是根据本实用新型实施例的电机控制电路的一个波形示意图；

图4b是根据本实用新型实施的电机控制电路的另一个波形示意图；

附图标记：11-PWM信号发生器，12-开关切换电路，121-第一开关，122- 第二开关，123-第三开关，124-第四开关，13-电源，14-电机，15-放大电路， 151-第一子放大电路，152-第二子放大电路，16-位置传感器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

本实用新型实施例提供了一种电机控制电路，如图2所示，该电机切换电路包括：PWM信号发生器11、开关切换电路12、电源13、电机14及位置传感器16，其中该PWM信号发生器11用于产生两组PWM信号，该开关切换电路12 的控制端连接PWM信号发生器11的输出端，该开关切换电路12的输入端连接电源13，输出端连接电机14，该开关切换电路12具有使电机14的两端通正向电压的第一状态和使电机14的两端通反向电压的第二状态，当该开关切换电路 12接收到PWM信号发生器11发送的PWM信号时，立刻由第一状态切换为第二状态或者由第二状态切换为第一状态。具体地，开关切换电路12具有与两组 PWM信号对应的两组开关，两组开关分别控制电源13向电机14施加正向励磁电压和反向励磁电压，电机14的转子上安装有位置传感器16，该位置传感器 16与PWM信号发生器11连接，用于检测电机14的转子位置，向PWM信号发生器11发送电机相位换向信号，这里的位置传感器16为霍尔传感器，该电机相位换向信号即为霍尔信号，在电机相位换向信号(霍尔信号)跳变时，PWM信号发生器11产生的两组PWM信号分别控制对应的两组开关的导通状态变化，即若此时第一组开关之间的状态为导通状态，则其对应的第一组PWM信号控制其立刻断开，若此时第二组开关之间的状态断开状态，则其对应的第二组PWM信号控制其立刻导通，反之亦然，从而控制电源13向电机14施加的励磁电压换向，即控制励磁电压由正向电压切换为反向电压，或者由反向电压切换为正向电压。

通过本实用新型实施例的电机控制电路，PWM信号发生器11在产生两组PWM 信号时，这两组PWM信号能够控制开关切换电路12立刻由第一状态切换为第二状态，切换速度快，从而使得电机14两端的电压换向快，相较于现有技术中的电机控制方式，可以使得电机14在换向周期内的通电时间增长，电机14可以获得更高的转速，并且在电机14的半个换向周期内，当下一霍尔跳变沿来临时，将施加于电机14的励磁电压正向关断，反向导通，这就使得在此周期内的电机 14的电流波形不会继续上升出现峰值，且电机14的正负半个换向周期内，PWM 波总的导通时间相同，因此正负周期内的电流波形基本相同，即正负周期内电流峰值一致，使得电机14运行平稳。

在一个较佳实施方式中，开关切换电路12的两组开关与电机14的绕组连接，该开关切换电路12用于向绕组施加励磁电压。具体地，如图3所示，该开关切换电路12包括：第一开关121、第二开关122、第三开关123及第四开关 124，该第一开关121、第二开关122、第三开关123及第四开关124的控制端分别与PWM信号发生器11的输出端连接，该第一开关121的输出端连接第二开关122的输入端，该电机14的绕组的第一端连接在第一开关121的输出端与第二开关122的输入端之间，该第三开关123的输出端与第四开关124的输入端连接，绕组的第二端连接在第三开关123的输出端与第四开关124的输入端之间。第一开关121的输入端和第三开关123的输入端分别与电源13的正极连接，第二开关122的输出端和第四开关124的输出端分别与电源13的负极连接。

在一个具体实施方式中，在霍尔信号跳变时，该PWM信号发生器11产生四个PWM信号：第一PWM信号、第二PWM信号、第三PWM信号和第四PWM信号，该四个PWM信号分别用于控制第一开关121、第二开关122、第三开关123及第四开关124断开或闭合，这里的四个开关为IGBT开关。具体地，当霍尔信号跳变时，PWM信号发生器11发出第一PWM信号、第二PWM信号、第三PWM信号及第四PWM信号，其中，第一PWM信号和第四PWM信号用于控制第一开关121与第四开关124之间为导通状态，第二PWM信号和第三PWM信号用于控制第二开关122与第三开关123之间为断开状态，此时电压励磁电压由反向电压切换为正向电压，或者在霍尔信号跳变时，第一PWM信号和第四PWM信号控制第一开关121和第四开关124之间为断开状态，第二PWM信号和第三PWM信号用于控制第二开关122与第三开关123之间为导通状态，励磁电压此时由正向电压切换为反向电压。

具体地，如图4a所示，在电机相位换向信号的第一个周期内，在第一半周期，即霍尔信号的上半周期内，第一PWM信号以脉冲形式高低电平切换，第四 PWM信号与第一PWM信号的脉冲形式相同，从而分别控制第一开关121和第四开关124以相同频率间歇导通，在该上半周期内，第二PWM信号和第三PWM信号均处于低电平状态，从而分别控制第二开关122和第三开关123断开，此时电源13向电机14施加正向励磁电压，电流从绕组的第一端流向第二端；在第二半周期，即霍尔信号的上半周期内，第二PWM信号以脉冲形式高低电平切换，第三PWM信号与第二PWM信号的脉冲形式相同，从而分别控制第二开关122和第四开关124以相同频率间歇导通，此时第一PWM信号和第四PWM信号均处于低电平状态，从而分别控制第一开关121和第四开关124断开，此时电源13 向电机14施加反向励磁电压，电流从绕组的第二端流向第一端。

作为一个可替代的实施方式，如图4b所示，在电机相位换向信号的第一个周期内，在第一半周期，即在霍尔信号的上半周期内，第一PWM信号以脉冲形式高低电平切换，从而控制第一开关121间歇导通，第二PWM信号也以脉冲形式高低电平切换，但是第二PWM信号的波形与第一PWM信号的波形为互补导通，从而控制第一开关121与第二开关122互补导通，并且，结合图4b所示，在第一PWM信号由高电平切换为低电平时，第二PWM信号由低电平延迟第一预设时间切换为高电平，第一PWM信号由低电平切换为高电平时，第二PWM信号由高电平提前第二预设时间切换为低电平，以使第二开关122相对于第一开关121 延迟导通和提前关闭，此半个周期内，第三PWM信号处于低电平状态，以使第三开关123断开，第四PWM信号处于高电平状态，以使第四开关124闭合，电源13向电机14施加正向励磁电压，电流从绕组的第一端流向第二端。这里需要说明的是，第二PWM信号与第一PWM信号互补导通是为了在第一PWM信号处于低电平状态时，绕组内部实际上有累积的电流，此时第二PWM信号处于高电平，使得第二开关122闭合，从而使得绕组中的电流从第二开关122流向负极或者接地端；而第二PWM信号相对于第一PWM信号延迟切换为高电平状态和提前关闭高电平状态的目的是，为了避免第一PWM信号和第二PWM信号存在同时处于高电平的情况，这样第一开关121和第二开关122同时闭合，则会导致电流直接从电源13经过第一开关121和第二开关122流向接地端，出现短路现象。

在第二半周期，即在霍尔信号的下半周期内，结合图4b所示，第三PWM 信号控制第三开关123间歇导通，第四PWM信号控制第四开关124与第三开关 123互补导通；其中，第三PWM信号由高电平切换为低电平时，第四PWM信号由低电平延迟第三预设时间切换为高电平，第三PWM信号由低电平切换为高电平时，第四PWM信号由高电平提前第四预设时间切换为低电平，以使第四开关124相对于第三开关123延迟导通和提前关闭；此半个周期内，第一PWM信号处于低电平状态，以使第一开关121断开，第二PWM信号处于高电平状态，以使第二开关122闭合，此时电源13向电机14施加反向励磁电压，即电流从绕组的第二端流向第一端。这里需要说明的是，第三PWM信号和第四PWM信号互补导通的目的，以及第四PWM信号相对于第三PWM信号延迟切换为高电平状态和提前关闭高电平状态的目的均与上半周期内第一PWM信号和第二PWM信号类似，在此不再赘述。

通过本实用新型实施例的电机控制电路，PWM信号发生器11产生四个PWM 信号，该四个PWM信号能够快速地、分别控制开关切换电路12的四个开关闭合或断开，第一开关121与第四开关124同时闭合或断开，第二开关122与第三开关123同时闭合或断开，从而控制绕组两端的电压导通方向快速切换，与现有技术中延迟PWM信号导通和提前关闭PWM信号相比，本实用新型实施例的电机控制电路，在一个电压换向周期内，电压的导通时间加长，使得绕组的导电时间增长，而且由于正负周期内PWM总的导通时间相同，使得正负周期内绕组的电流波形基本相同，即正负周期内电流峰值一致，使得电机性能稳定。

为了更好地使PWM信号控制开关切换电路12切换，在一个较佳实施方式中，如图3所示，本实用新型实施例的电机控制电路还包括：放大电路15，该放大电路15的输入端与PWM信号发生器11连接，输出端与开关切换电路12连接，该放大电路15用于接收PWM信号，并将该PWM信号放大后输出至开关切换电路 12。将该PWM信号发生器11产生的PWM信号经过放大电路15放大后再输入至开关切换电路12，能够使开关切换电路12的开关控制更加准确及时。

具体地，该放大电路15包括：第一子放大电路151和第二子放大电路152，其中第一子放大电路151的输入端与PWM信号发生器11连接，输出端分别与第一开关121的控制端和第二开关122的控制端连接，第二子放大电路152的输入端与PWM信号发生器连11接，输出端分别与第三开关123的控制端和第四开关124的控制端连接，即每两个PWM信号都经过一个放大电路放大后输出至 IGBT开关，提高整个电路的控制精度。

本实用新型实施例的电机控制电路，对霍尔传感器检测到的霍尔波形进行实时监测，当霍尔跳变沿时(即接收到电机相位换向信号时)开通PWM，如果出现霍尔周期变动，在半个霍尔周期内，PWM波未结束时而下一霍尔跳变沿来临时，无论此时本周期内的PWM波发出导通到什么位置，均将该PWM波关断，并且反向导通，即PWM信号控制励磁电压正向关断，反向导通，从而使得电机 14两端的电压换向快，相较于现有技术中的电机控制方式，可以使得电机14 在换向周期内的通电时间增长，电机14可以获得更高的转速，并且电机14在此周期内的电流波形不会继续上升出现峰值，且正负半个霍尔周期内，PWM波总的导通时间相同，因此正负周期内的电流波形基本相同，即正负周期内电流峰值一致，从而使得电机运行平稳。

虽然结合附图描述了本实用新型的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (8)

1.一种电机控制电路，其特征在于，包括：

PWM信号发生器(11)，用于产生两组PWM信号；

电源(13)，与开关切换电路(12)的输入端连接；

电机(14)，与所述开关切换电路(12)的输出端连接；

所述开关切换电路(12)，具有与所述两组PWM信号对应的两组开关，所述两组开关分别控制所述电源(13)向所述电机(14)施加正向励磁电压和反向励磁电压；

位置传感器(16)，安装在所述电机(14)的转子上，与所述PWM信号发生器(11)连接，用于检测所述电机(14)的转子位置，向所述PWM信号发生器(11)发送电机相位换向信号。

2.根据权利要求1所述的电机控制电路，其特征在于，所述开关切换电路(12)的两组开关分别与所述电机(14)的绕组连接，用于向所述绕组施加所述励磁电压。

3.根据权利要求1所述的电机控制电路，其特征在于，所述开关切换电路(12)包括：第一开关(121)、第二开关(122)、第三开关(123)及第四开关(124)，所述第一开关(121)和所述第四开关(124)为第一组开关，所述第二开关(122)和所述第三开关(123)为第二组开关；

所述第一开关(121)、所述第二开关(122)、所述第三开关(123)及所述第四开关(124)的控制端分别与所述PWM信号发生器(11)的输出端连接；

所述第一开关(121)的输出端连接所述第二开关(122)的输入端，所述电机(14)的绕组的第一端连接在所述第一开关(121)的输出端与所述第二开关(122)的输入端之间；

所述第三开关(123)的输出端与所述第四开关(124)的输入端连接，所述绕组的第二端连接在所述第三开关(123)的输出端与所述第四开关(124)的输入端之间。

4.根据权利要求3所述的电机控制电路，其特征在于，所述第一开关(121)的输入端和所述第三开关(123)的输入端分别与所述电源(13)的正极连接；所述第二开关(122)的输出端和所述第四开关(124)的输出端分别与所述电源(13)的负极连接。

5.根据权利要求4所述的电机控制电路，其特征在于，所述两组PWM信号包括：第一PWM信号、第二PWM信号、第三PWM信号及第四PWM信号；其中，所述第一PWM信号和所述第四PWM信号为第一组PWM信号，所述第二PWM信号和所述第三PWM信号为第二组PWM信号。

6.根据权利要求5所述的电机控制电路，其特征在于，还包括：放大电路(15)；

所述放大电路(15)，输入端与所述PWM信号发生器(11)连接，输出端与所述开关切换电路(12)连接，用于接收所述第一PWM信号、所述第二PWM信号、所述第三PWM信号及所述第四PWM信号，并将所述第一PWM信号、所述第二PWM信号、所述第三PWM信号及所述第四PWM信号放大后输出至所述开关切换电路(12)。

7.根据权利要求6所述的电机控制电路，其特征在于，所述放大电路(15)包括：第一子放大电路(151)和第二子放大电路(152)；

所述第一子放大电路(151)，输入端与所述PWM信号发生器(11)连接，输出端分别与所述第一开关(121)的控制端和所述第二开关(122)的控制端连接；

所述第二子放大电路(152)，输入端与所述PWM信号发生器(11)连接，输出端分别与所述第三开关(123)的控制端和所述第四开关(124)的控制端连接。

8.根据权利要求1-7任一所述的电机控制电路，其特征在于，所述位置传感器(16)为霍尔传感器。

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