軟開關(guān)控制模塊以及直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及直流無刷電機驅(qū)動技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種應(yīng)用于直流無刷電機驅(qū)動電路的漸變占空比軟開關(guān)控制模塊以及直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在直流無刷電機驅(qū)動電路的設(shè)計中，對于單向的電機驅(qū)動，只要用一個大功率三極管或場效應(yīng)管或繼電器直接帶動電機即可；對于雙向的電機驅(qū)動，可以使用由4個功率元件組成的H橋電路或者使用一個雙刀雙擲的繼電器；如果需要調(diào)速，可以使用三極管、場效應(yīng)管等開關(guān)元件實現(xiàn)PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)速。
[0003]參考圖1，一種典型的直流無刷單相電機驅(qū)動電路的簡化示意圖。如圖1所示，電機(示意圖中簡化為電感Motor)連接在由4個功率開關(guān)S1-S4組成的功率逆變器的輸出A點和B點之間，通過控制逆變器H橋臂四個功率開關(guān)來改變電機電流方向。當(dāng)SI和S4導(dǎo)通，S2和S3斷開時，電機電流分別從A端流向B端；當(dāng)SI和S4斷開，S2和S3導(dǎo)通時，電流從B端流向A端。換相時四個功率開關(guān)的動作順序不同會產(chǎn)生不同的電流波形。下面以從電流A到B換相到電流B到A的過程為例，給出傳統(tǒng)開關(guān)以及改進型開關(guān)的電流示意圖。
[0004]參考圖2，傳統(tǒng)開關(guān)換相時電流不意圖。傳統(tǒng)開關(guān)的開關(guān)順序為:S1、S4均導(dǎo)通—S1、S4均斷開一死區(qū)一S2、S3均導(dǎo)通；在死區(qū)時間內(nèi)，四個開關(guān)均斷開。由于電機電感的續(xù)流效應(yīng)，電流將通過S2和S3的寄生二極管續(xù)流，如圖2所示。此時A端電壓約為_Vdi。，B端電壓約為Vbus+Vdi。，電感Motor兩端電壓差很大Vab= -(Vbus+2V di0)，換相時電流急劇下降，因此也稱為快速開關(guān)。其缺陷是電流變化太快，造成噪聲和EMI (Electro MagneticInterference 電磁干擾)。
[0005]參考圖3，一種改進型開關(guān)換相時電流不意圖。改進型開關(guān)的開關(guān)順序為:S1、S4均導(dǎo)通一SI導(dǎo)通、S4斷開一死區(qū)I — S2斷開、S3導(dǎo)通一死區(qū)2 — S2、S3均導(dǎo)通。在死區(qū)I中，電感Motor兩端電流下降；在死區(qū)2中，電感Motor兩端電流上升。如圖3所示，在死區(qū)I中，電流通過S3的寄生二極管續(xù)流洫端電壓為Vbus，B端電壓為Vbus+Vd1，電感Motor兩端電壓差很小Vab=-V di。，主要靠電機本身的反生電動式來減小電流，因此也稱為慢速開關(guān)。其優(yōu)點是電流變化慢，噪聲??；其缺點是電流線性變化，死區(qū)時間固定，對于不同電流和轉(zhuǎn)速的電機存在效率下降的問題。
【實用新型內(nèi)容】
[0006]本實用新型的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中直流無刷單相電機驅(qū)動電路存在的問題，提供一種軟開關(guān)控制模塊以及直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)，實現(xiàn)漸變占空比軟開關(guān)，在換相過程中電流非線性緩慢變化，波形更加平滑，實現(xiàn)超低噪聲和EMI。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種軟開關(guān)控制模塊，適用于直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)，所述直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)包括直流無刷電機以及至少一功率開關(guān)管，軟開關(guān)控制模塊包括:一 ADJ控制單元、一 OSC振蕩器、一延時單元、一比較器、一邏輯單元以及一驅(qū)動單元；所述ADJ控制單元分別與所述延時單元以及比較器相連，用于獲取直流無刷電機的轉(zhuǎn)速信號，并根據(jù)所述轉(zhuǎn)速信號獲取調(diào)速信號后輸入至所述比較器的第一輸入端，同時根據(jù)所述調(diào)速信號分別獲取軟開關(guān)電流下降時間和軟開關(guān)電流上升時間并傳輸至所述延時單元；所述OSC振蕩器與所述比較器相連，用于產(chǎn)生預(yù)設(shè)周期的鋸齒波信號，并輸入至所述比較器的第二輸入端；所述延時單元與所述邏輯單元相連，用于將獲取到的所述至少一功率開關(guān)管的開關(guān)控制邏輯信號延時所述軟開關(guān)電流下降時間或軟開關(guān)電流上升時間后輸入至所述邏輯單元；所述比較器與所述邏輯單元相連，用于比較所述調(diào)速信號和鋸齒波信號產(chǎn)生占空比可調(diào)的PWM波形，并輸入至所述邏輯單元；所述邏輯單元與驅(qū)動單元相連，用于根據(jù)所述延時單元與比較器的輸出調(diào)制所述驅(qū)動單元；所述驅(qū)動單元與所述至少一功率開關(guān)管相連，用于控制所述至少一功率開關(guān)管的軟開關(guān)。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型還提供了一種直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)，包括一直流無刷電機以及至少一功率開關(guān)管，所述至少一功率開關(guān)管電學(xué)連接所述直流無刷電機，通過控制所述至少一功率開關(guān)管來改變所述直流無刷電機電流方向，所述直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)包括本實用新型所述的軟開關(guān)控制模塊；所述軟開關(guān)控制模塊中的所述ADJ控制單元耦接至所述直流無刷電機的位置傳感器，以根據(jù)所述位置傳感器的位置輸入信號獲取直流無刷電機的轉(zhuǎn)速信號；所述軟開關(guān)控制模塊中的所述延時單元耦接至所述直流無刷電機的位置傳感器，以根據(jù)所述位置傳感器的位置輸入信號獲取所述至少一功率開關(guān)管的開關(guān)控制邏輯信號；所述軟開關(guān)控制模塊中的所述驅(qū)動單元電學(xué)連接所述至少一功率開關(guān)管，以控制所述至少一功率開關(guān)管的軟開關(guān)。
[0009]本實用新型的優(yōu)點在于:本實用新型提供的直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)了漸變占空比軟開關(guān)，在換相過程中電流非線性緩慢變化，波形更加平滑，實現(xiàn)超低噪聲和EMI。同時，換相時間隨電機轉(zhuǎn)速變化，轉(zhuǎn)速越快，時間越短，從而避免了效率下降。
【附圖說明】
[0010]圖1，一種典型的直流無刷單相電機驅(qū)動電路的簡化示意圖；
[0011]圖2，傳統(tǒng)開關(guān)換相時電流不意圖；
[0012]圖3，一種改進型開關(guān)換相時電流不意圖；
[0013]圖4，本實用新型所述的直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)一實施方式的示意圖；
[0014]圖5，本實用新型所述的ADJ控制單元一實施方式的示意圖；
[0015]圖6，本實用新型所述的直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)一實施例所示開關(guān)換相時電流示意圖；
[0016]圖7為圖6所述實施例各個節(jié)點的工作波形示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型提供的軟開關(guān)控制模塊以及直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)做詳細(xì)說明。
[0018]參考圖4，本實用新型所述的直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)一實施方式的示意圖。所述直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)包括一直流無刷電機(圖中以位置傳感器49示意直流無刷電機)以及至少一功率開關(guān)管，所述至少一功率開關(guān)管電學(xué)連接所述直流無刷電機，一軟開關(guān)控制模塊40。所述直流無刷電機可以為單相/三相直流無刷電機；通過控制所述至少一功率開關(guān)管來改變所述直流無刷電機電流方向；所述軟開關(guān)控制模塊40用以控制所述至少一功率開關(guān)管的軟開關(guān)。通過漸變占空比軟開關(guān)調(diào)制逐漸關(guān)閉/打開所述至少一功率開關(guān)管，讓直流無刷電機電流平滑緩慢變化，實現(xiàn)超低噪聲和EMI。本實施方式以控制一外置于軟開關(guān)控制模塊40的功率開關(guān)管Ml的軟開關(guān)為例進行說明，所述功率開關(guān)管Ml可以為直流無刷電機驅(qū)動系統(tǒng)中上橋臂或下橋臂的功率開關(guān)，所述功率開關(guān)管Ml可以采用NOMS，PMOS或者其他功率開關(guān)；在其它實施方式中所述功率開關(guān)管Ml也可以內(nèi)置于軟開關(guān)控制模塊40中。
[0019]所述軟開關(guān)控制模塊40包括:一 ADJ控制單元41、一 OSC振蕩器42、一延時單元43、一比較器44、一邏輯單元45以及一驅(qū)動單元46。
[0020]所述ADJ控制單元41分別與所述延時單元43以及比較器