阅读说明：本技术 一种采用nmos的双绕组无刷直流电机半波驱动电路 (Adopt NMOS's duplex winding brushless DC motor half-wave drive circuit ) 是由 于昊昱 于佳衣 衣美凤 于 2020-03-11 设计创作，主要内容包括：本发明是关于一种双绕组无刷直流电机半波(半控)驱动电路,属无刷直流电机技术领域,可用于径向两极转子、双绕组无刷直流电机的驱动,这种无刷直流电机可用于车用电动水泵。发明的目的是为提高驱动电路的驱动能力。其特征是,采用锁存型双输出霍尔器件,并通过高低电平反转和电平转换电路分别控制驱动输出级的开关,进而控制电机绕组产生交变磁场,用稳压管吸收驱动电路内的过电压,高低电平反转和电平转换电路采用PNP型共射放大电路,驱动输出级采用NMOS场效应管,续流电路采用稳压管和肖特基二极管串联电路。(The invention relates to a half-wave (half-control) driving circuit of a double-winding brushless direct current motor, which belongs to the technical field of brushless direct current motors and can be used for driving a radial two-pole rotor and the double-winding brushless direct current motor. The purpose of the invention is to improve the driving capability of a driving circuit. The high-low level inversion and level conversion circuit adopts a PNP type common-emitter amplifying circuit, the driving output stage adopts an NMOS field-effect tube, and the follow current circuit adopts a series circuit of a voltage-regulator tube and a Schottky diode.)

一种采用NMOS的双绕组无刷直流电机半波驱动电路

技术领域

本发明是关于一种采用NMOS的双绕组无刷直流电机半波驱动电路，属无刷直流(微)电机技术领域，可用于径向两极永磁转子、双绕组半波驱动无刷直流电机的驱动，这种双绕组无刷直流电机可用于一种车用电动水泵(内燃机水冷却系统、电动汽车动力电机水冷却系统和机动车暖风系统循环泵或增压泵等)，也可以用于其它电器或设备的水冷却系统的循环泵及其它用途的水泵及具有类似结构的风扇(微型风机)。

背景技术

近年来，一些汽车零部件制造商开始尝试研发、制造用于发动机冷却系统的电动循环泵，一般称为电动水泵(EWP，Electric Water Pump)。一些汽车制造商(宝马、丰田等)也开始尝试采用电动水泵。基于电动水泵技术的发动机冷却系统，能根据发动机温度和负荷调节电动水泵的流量和冷却系统的散热量，不仅电动水泵本身功率消耗小，而且发动机升温快，因此能显著提高发动机燃油效率、降低排放等。

电动水泵包括水泵、无刷直流电机(BLDCM)及其驱动电路三部分，有多种技术方案，其中包括一种名称《一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵》的技术方案(专利号：ZL201010185641.0)。在这种方案中，电动水泵为内转子结构，转子在水泵内，其电机是具有U型定子铁芯的单相两极无刷直流电机，转子采用径向两极充磁的磁体(极)结构，U形铁心端部有两个相对的极靴，极靴的极弧形状可形成有利于提高电机性能的不对称气隙，集中式定子绕组安装在定子铁心上组成定子，驱动电路以全控(全波)或半控(半波)驱动方式连接到绕组上，灌封材料将定子和需要安装到定子槽内的驱动电路灌封在定子槽内。实际上这种方案多采用所谓半控(半波)驱动方式，即其驱动电路驱动两个独立的电机绕组交替工作产生交变(脉振)磁场驱动两极永磁转子旋转。本发明是关于这种采用径向两极转子、双电机绕组无刷直流电机的一体化电动水泵的驱动电路的改进。

上述这种《一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵》具有结构简单的显著优点，尤其是一体化结构使其没有动密封(永磁转子在水泵中因此其轴不需要动密封)；而且其实际采用的半控(半波)驱动方式和驱动电路也具有简单、实用的优点。但现有这种半控(半波)驱动方式的驱动电路存在问题和缺陷，主要是，驱动电路的总体(结构)设计不完善；驱动输出级易发热；对这种无刷直流电机的原理认识不清，对绕组的续流放电电路设计存在偏见，实际上两个电机绕组是紧耦合，互感很大，当工作电流较大时，两组驱动输出级在开关时(导通和截止)电机绕组的两端会感应出很大的过电压(尖峰冲击)，会造成驱动电路发生击穿损坏，也会严重干扰正常的交变磁场使永磁转子和电机的运转不正常。这些问题和缺陷会影响驱动电路的可靠性，并对输出电流构成限制，目前这种半控(半波)驱动方式的驱动电路的输出电流均较小，电机的输出功率也因此较小。

发明内容

本发明的目的是提出一种采用NMOS的双绕组无刷直流电机半波驱动电路，以实现对上述电动水泵的现有半控(半波)驱动方式的驱动电路的改进，主要是，完善驱动电路的总体(结构)设计；选用NMOS器件为驱动输出级；改进电机绕组的续流放电电路，通过这些改进来实现提高驱动电路的可靠性和输出电流及功率的目的。

本发明装置是通过这样的技术方案实现的：

一种采用NMOS的双绕组无刷直流电机半波驱动电路，由锁存型双输出霍尔器件、电阻分压电平转换电路、驱动输出级、电机绕组续流放电电路、防反接二极管和过电压吸收稳压管组成，其特征是，用于驱动采用径向两极永磁转子、双电机绕组半控(半波)驱动的无刷直流电机的一体化电动水泵，其锁存型双输出霍尔器件检测电机永磁转子的极性并根据其极性(变化)输出高低电平互补(一高一低)的两路控制信号，锁存型双输出霍尔器件输出的两路控制信号分别接到其后的两路电阻分压电平转换电路上分别进行电阻分压电平转换并产生与驱动输出级匹配的高低电平互补的两路控制信号，电阻分压电平转换电路产生的两路控制信号分别接到其后的驱动输出级上分别控制驱动输出级的开关(导通和截止)进而分别控制两组电机绕组的励磁电流交替工作从而在定子磁路中产生交变磁场，每路电机绕组续流放电电路并联在每组电机绕组上为电机绕组提供续流通路以降低其过电压，防反接二极管串联在驱动电路电源上以防止因电源误接对驱动电路的损坏，过电压吸收稳压管安装在驱动电路内(防反接二极管后)电源正负极之间。电阻分压电平转换电路采用电阻分压电路；驱动输出级采用NMOS场效应管；电机绕组续流放电电路采用稳压管和肖特基二极管串联电路；防反接二极管串联在驱动电路电源的正极或负极上；防反接二极管采用肖特基二极管；驱动电路和电机绕组以灌封材料灌封。

本发明的工作原理是：

本发明是依据上述《一种一体化及液体润滑永磁无刷直流电机电动水泵》的基本结构对现有半控(半波)驱动方式的驱动电路进行改进，依其基本结构，本发明中的锁存型双输出霍尔器件应在此种电动水泵的定子槽中面对永磁转子安装以检测到永磁转子的位置(极性)并产生相应的控制信号。

锁存型双输出霍尔器件检测电机永磁转子的极性并根据其极性(变化)输出高低电平互补(一高一低)的两路控制信号，极性发生改变其输出的两路即发生反转；由于锁存型双输出霍尔器件是OC门或OD门输出，而本发明的驱动输出级采用NMOS(相对于PMOS，NMOS的导通电阻、管压降和功耗都更小，但门源极间要正偏漏源极才导通)，因此两者之间需要有适合的电平转换电路以为驱动输出级提供合适的控制信号，电阻分压电路(电阻值设计合理)可实现这样的电平转换并为驱动输出级提供适合的控制信号，因此锁存型双输出霍尔器件输出的两路控制信号分别接到其后的两路电阻分压电平转换电路上可分别进行电平转换并产生与驱动输出级匹配的高低电平互补的两路控制信号；电阻分压电平转换电路产生的两路控制信号分别接到其后的驱动输出级上分别控制驱动输出级的开关(导通和截止)进而分别控制两组电机绕组的励磁电流交替工作从而在定子磁路中产生满足永磁转子旋转工作所需要的交变磁场；两路电机绕组续流放电电路分别并联在每组电机绕组上为电机绕组提供续流通路以降低其过电压，电机绕组续流放电电路采用稳压管和肖特基二极管串联电路，其中的肖特基二极管工作频率高可实现更好的续流保护，稳压管可提高电机绕组续流放电电路的导通电压因此能降低续流放电电流、延迟放电开始时间以降低电机绕组续流放电电流对正常交变磁场的干扰和对永磁转子电机运转的不利影响；防反接二极管串联在驱动电路电源的正极或负极输入端以防止因电源误接对驱动电路的损坏，肖特基二极管导通压降小更适合用作本发明中的防反接二极管；过电压吸收稳压管安装在驱动电路内电源正负极之间为驱动电路内的过电压提供泄放电流通路以滤除过电压。驱动电路和电机绕组以灌封材料灌封可起到保护作用并利于散热。

本发明可产生的有益效果是：

1、本发明可显著提高驱动电路的驱动能力，因此可制成功率足够大的电动水泵，而且结构简单、紧凑、可靠性高，对车用电动水泵的实用化具有特别积极的意义。

2、相比现有三相无刷直流电机电动水泵，本发明的驱动电路及电动水泵在成本及价格上更具明显优势，而且可靠性高，对车用电动水泵的实用化也具有特别积极的意义。

附图说明

附图1是本发明的电路图。

附图1中，1、锁存型双输出霍尔器件，2、电阻分压电平转换电路，3、驱动输出级，4、电机绕组续流放电电路，5、防反接二极管，6、过电压吸收稳压管。

具体实施方式

附图1说明了本发明的技术方案、技术特征和工作原理。

附图1中，锁存型双输出霍尔器件(1)也被称为锁存型(双输出)霍尔电路(或开关)，不同的锁存型双输出霍尔器件(1)其原理和功能基本相同，包括，可检测电机永磁转子的极性并根据其极性(变化)输出高低电平互补(一高一低)的两路控制信号，极性发生改变其输出的两路即发生反转，多采用OC门或OD门输出，可用作前述的具有双电机绕组的微型风扇或微型无刷直流电机的霍尔传感器或直接驱动微型风扇或微型无刷直流电机，有多种品牌和型号可选。电阻分压电平转换电路(2)、驱动输出级(3)、电机绕组续流放电电路(4)各标记了其中一路。电阻分压电平转换电路(2)只要两只电阻阻值设计合理就可以实现所需的电瓶转换。电机绕组续流放电电路(4)采用稳压管和肖特基二极管串联电路，两者串联不分先后。

附图1也公开了本发明的具体实施方式和实施例。

在图1中，供电电源V_S为12V(如供电电源V_S为24V，一般应为锁存型双输出霍尔器件(1)设计降压(稳压)电路(或器件)，如在附图1中增加的稳压管Z₄，Z₄可串联在锁存型双输出霍尔器件(1)电源的正极上)；其它主要器件为，锁存型双输出霍尔器件(1)采用某284型锁存型双输出霍尔器件(其1、4脚分别是电源正负极，2、3脚分别是两路OC门输出，内部设有防电机堵转再启动逻辑电路)；电阻分压电平转换电路(2)中的R₁、R₂阻值分别为560Ω和2.7K碳膜电阻(R₃、R₄相同)；驱动输出级(3)中的T₃、T₄采用4A40V的NMOS。相比于某284型锁存型双输出霍尔器件(可直接驱动电动水泵，但其驱动输出电流限制在小于0.5A)，本实施例的驱动输出级(3)显然具有更大的驱动能力，可为配套的电动水泵(无刷直流电机)提供最大1.5A的工作电流，最大功率可达18W，因此使电动水泵的性能得到极大改善，其扬程可达1.8m，流量可达20L/min；而且由于启动电流和启动转矩加大，电机不易发生堵转，工作可靠性得到极大提高。

在具体实施方式和实施例中，可在本发明的基础上增加控制电路控制无刷直流电机的启停或转数(可以通过不同的技术方案实现PWM调速)，进而控制电动水泵的流量。增加的控制电路可安装在电动水泵上(可集成在本发明的PCB上)，也可以另外安装在电动水泵外部。