[发明专利]直流无刷电机驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及电路结构，特别涉及一种直流无刷电机驱动电路。

背景技术

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，主要的优点是效率高和体积小；

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CU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、PMOS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、PMOS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。