[发明专利]一种无刷直流电机驱动芯片及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无刷直流电机驱动芯片及系统，属于电机控制的技术领域。

背景技术

无刷电动机利用电子换向替代了机械换向，克服了传统直流电机由于电刷摩擦而产生的一系列问题，并且具有调速性能好、体积小、效率高等优点，因而广泛应用于国民经济生产的各个领域以及人们的日常生活中。

随着控制理论、材料科学、微电子技术等的发展，电机控制日趋复杂和智能化。传统的以模拟信号处理为主的电机芯片设计，一方面难以提供高度智能化的电机控制，另一方面芯片设计的可移植性和灵活性较差，导致设计周期和难度都大幅增加。此外，当前的应用方案中电机控制与驱动通常是分离的，由至少两颗芯片来完成各自功能，这增加了应用难度和系统成本，同时由于寄生电感、电容等的存在也不利于异常的及时、可靠的保护。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无刷直流电机驱动芯片及系统，解决现有电机的电机控制与驱动通常是分离的，由至少两颗芯片来完成各自功能，且可移植性和灵活性较差的技术问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种无刷直流电机驱动芯片，包括：

时钟产生电路，用于产生芯片的系统时钟；

电源管理电路，用于产生芯片的供电电压；

模数转换电路，用于检测获得电机控制参数、电机状态参数的模拟信号并将其转换为数字信号；

位置检测电路，用于将位置传感器的输出信号转换为数字信号，获取电机转子的位置信息及当前转速；

数字处理单元，用于根据所述电机转子位置与当前转速、电机控制参数、电机状态参数，以及所设置的调制算法输出电机各相线圈PWM信号；

栅极驱动电路，用于通过自举电路将所述电机各相线圈PWM信号转换为与功率器件相适应的高压驱动信号及将高压驱动信号输出。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述芯片的所有电路及单元均集成于同一衬底上。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述芯片具有开环调速和闭环调速模式。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述芯片采用开环调速模式时，所述电机控制参数包括与施加于电机各相线圈PWM信号的占空比成比例关系的模拟电压；所述芯片采用闭环调速模式时，所述电机控制参数包括与电机目标转速成比例关系的模拟电压。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述位置检测电路包括信号放大和比较电路，用于对位置传感器的输出信号进行放大比较。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述电机状态参数包括母线电流的取样电压。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述数字处理单元包括：

三角载波产生电路，用于产生固定频率的三角载波；

占空比控制单元，用于根据所述电机控制参数生成PWM信号占空比的控制信号；

调制函数产生电路，用于根据调制算法及所述PWM信号占空比的控制信号产生调制函数；

PWM生成单元，用于利用所述三角载波对所述调制函数进行调制后，根据所述电机转子的位置生成电机各相线圈PWM信号。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述数字处理单元包括闭环调速单元，用于根据电机目标转速及所述位置检测电路获取的当前转速，调节电机各相线圈PWM信号的占空比以使电机转速逐渐达到目标转速。

本发明还提出一种无刷直流电机驱动系统，所述系统包括：位置传感器、功率管，以及上述权利要求1-8任一权项所述的无刷电机驱动芯片；其中，所述位置传感器用于检测电机转子位置；所述无刷电机驱动芯片用于获取电机转子位置及当前转速，及结合获得的电机控制参数、电机状态参数通过功率管向无刷直流电机的各相线圈施加PWM信号。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

（1）本发明所提供的无刷直流电机驱动芯片及系统，通过将无刷直流电机控制与驱动芯片集成在一起，大大提高了芯片集成度，降低了系统应用的难度和成本，提高了应用的灵活性，同时各种异常保护机制可以直接作用于栅极驱动电路，能够更加及时、可靠地实施保护。