发明内容

本发明的目的是针对基于SiC MOSFET的三相全桥电机驱动器应用场景，提供一种数字化智能电机驱动器及驱动方法，为解决SiC MOSFET智能驱动问题、数字电路与功率驱动电路数据交互抗干扰问题、桥臂串扰问题、死区时间自适应优化问题、功率驱动器过流过压保护问题、电机霍尔及位置传感器供电问题等提供一种行之有效的解决方案。

该电机驱动器具有磁耦隔离、二次电源变换、霍尔换相控制、过压泄放抑制、过流限流保护、短路软关断保护、死区时间自适应优化、驱动参数智能调节、温度采样、电流采样等功能，能够根据数字信息处理平台传来的差分式PWM信号及方向信号，实现一路舵机的驱动控制，能够对舵机运行过程中反电动势造成的过压浪涌进行泄放抑制，能够对舵机工作电流进行限流，能够在短路故障时及时安全的关断功率电路，能够根据功率回路电流大小自适应调节死区时间，能够根据负载条件自动调节驱动参数，能够通过差分总线实时反馈舵机驱动器内部温度、电流，能够对CAN接口反馈位置传感器和电机霍尔进行供电，并完成反馈位置传感器与信息处理平台信息交互的中转。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案。第一方面，本发明提供一种基于SiCMOSFET的三相全桥数字化智能电机驱动器，所述三相电机驱动器主要由功率板、调理板及结构体构成，无内置软件。包括功率板、调理板及结构体构成；所述功率板采用铝基电路板，用于实现电能转换、功率驱动、能量泄放及电流采样功能，利用铝基电路板散热良好的优势，将铝基电路板与散热结构体固联，实现功率驱动器的良好散热；所述调理板用于实现接口信号处理、数字信号转换、状态监控、故障保护功能；所述结构体主要用于固联功率板和调理板，并为功率器件提供良好的散热载体。

进一步，所述功率板采用铝基电路板，主要用于实现电能转换、功率驱动、能量泄放及电流采样等功能，包含防倒灌电路、泄放电路、功率驱动电路、功率桥式电路、过流保护电路、电流隔离采样电路部分，利用铝基电路板散热良好的优势，将铝基电路板与散热结构体固联，实现功率驱动器的良好散热。所述调理板采用FR4环氧树脂板，用于实现接口信号处理、数字信号转换、状态监控、故障保护等功能，主要包含信号处理电路、差分接口电路、磁隔离接口电路、隔离电源变换电路、二次电源变换电路、霍尔接口电路、霍尔换相逻辑变换电路、电流采样转换电路、温度采样电路。所述结构体主要用于固联功率板和调理板，并为功率器件提供良好的散热载体。

所述防倒灌电路，针对功率电路和控制电路单独设计，功率电路部分选用1200V耐压，120A额定过电流能力的功率二极管，串入功率驱动器电源正线中，用于防止电机制动时功率母线VP的电流倒流至供电电源输入端；控制电路部分选用耐压250V，额定过电流能力6A的功率二极管，串入功率驱动器电源正线中用于防止控制母线VK的电流倒流至供电输入端；

所述泄放电路，采用PMOS作为功率控制器件，采用功率电阻作为耗散负载，当防倒灌功率二极管后级电压大于二极管前级电压3V以上时，PMOS器件导通，功率母线VP上的电流经电阻进行泄放，从而避免母线电压进一步上升，其中泄放电阻采用外置方式。

所述功率驱动电路，采用BM6104-FV作为驱动芯片，该芯片根据霍尔换相逻辑电路计算输出的PWM信号，将控制信号放大，输出用于三相桥式电路门极驱动信号。BM6104-FV内部集成了短路保护功能及有源篏位输出功能。短路保护功能可以检测SiC MOSFET漏源电流大小，在过流时会通过大电阻回路PROOUT进行软关断，在缓冲时间内若电流恢复正常，则后续驱动芯片会恢复正常工作，若缓冲时间过后仍检测到过电流，则判定为短路，进行强制关断。软关断电路一方面可以及时限制过流，另一方面也留出缓冲，避免瞬间关断过电流功率回路导致瞬态电流变化率过高产生的极限尖峰电压将功率器件甚至整个驱动器击穿。有源篏位输出功能可以在驱动电路的正常工作中依时序在功率器件关断后将有源米勒篏位MOSFET打开，通过米勒电容吸收高频开关及桥臂串扰对驱动回路产生的干扰电压，同时在功率器件开通前将有源米勒篏位MOSFET关断，切断米勒电容与栅源极的连接，避免影响SiCMOSFET的高速开关。

所述三相功率桥式电路，由3个耐压不小于1200V，过电流能力不小于400A的SiCMOSFET半桥功率模块通过桥式连接方式构成，桥式电路母线上并联容值不小于100uF，耐压不小于1200V的无极性电容器。

所述过流保护电路，利用SiC MOSFET的输出特性，结合功率驱动芯片BM6104-FV内置的去饱和检测电路，通过调节分压电阻的值来确定过流电流对应的漏源电压，由于去饱和电压与功率电流存在对应关系，因此可以通过SiC MOSFET的负载特性确定限流电流的大小，例案中的设计值为120A。

所述电流隔离采样电路，采用ACS712隔离电流采样芯片，对电源输入的电流进行采样，并经过PWM调制电路，调制成PWM波，经差分接口电路输出，用于数字处理平台对电流进行实时监控。

所述信号处理电路主控芯片采用DSP控制，接收差分电路发出的PWM形式的电流采样信号和温度采样信号以及指令信号，通过运算得出相应的PWM控制信号及F/R方向信号给驱动电路。由于SiC MOSFET的开关特性与负载电流大小存在较大的关系，因此在不同的电流下开关时间会出现较大的变化，若采用一般的固定死区占比的驱动方式，则需要根据最大的开关时间来设计死区时间，当负载电流变化时，这一死区时间在高开关频率下的占比过大，会影响电机驱动器电流的谐波大小，影响电机工作性能。因此基于SiC MOSFET特性的自适应死区时间驱动技术与一般驱动方式的区别在于，采用创新的死区时间自适应控制方式，通过将死区时间与采样电流建立联系，根据负载动态控制死区时间大小，最大化利用SiC MOSFET高开关速度的优势并减小其对电机性能的影响。

所述差分接口电路采用AM26LS31和AM26LS32作为差分接口芯片，该器件兼容RS422接口电平形式，其中AM26LS31用于发送PWM形式电流采样信号和PWM形式温度采样信息，将TTL电平信号转换成RS422A差分信号。AM26LS32用于接收差分舵机控制PWM信号和FR方向控制信号，将RS422A差分信号转换成TTL信号。

所述磁隔离转换电路，采用ADUM1401器件，该器件具有三路接收和1路发送通道，能够接收差分接口电路传来的舵控PWM信号和FR方向信号。

所述隔离电源变换电路用于将二次电源变换电路变换出来的12V电压信号转换成5V隔离电压信号用于为磁隔离转换电路、差分接口电路及反馈位置传感器供电。

所述二次电源变换电路用于将功率母线电压转换成12V控制电源，具备不小于5W的功率输出能力，为功率驱动器及霍尔传感器供电，并通过LDO转换出非隔离5V信号用于磁隔离芯片功率端供电。

所述霍尔接口电路用于接收电机霍尔信号，采用RC滤波电路进行滤波，并使用齐纳二极管对端口进行保护，霍尔接口电路输入端上拉10k欧姆电阻至霍尔电源。

所述霍尔换相逻辑变换电路，根据将霍尔信号、PWM信号及方向信号，进行逻辑运算，按照受限单极性驱动方式输出6路PWM控制信号。

所述电流采样转换电路，将电流采样电路输出的电压信号转换成2KHz的PWM波，并输出给差分接口电路。

所述温度采样电路，采用PWM接口形式温度传感器，该传感器采用隔离5V供电，温度采样范围-55℃～150℃。PWM输出的温度信号经差分转换后输出。

第二方面，本发明提供一种基于SiC MOSFET的数字化智能三相全桥电机驱动器驱动方法，所述驱动方法主要是根据位置传感器位置反馈信号、温度反馈信号、电流采样信号，按照一定的逻辑顺序输出方向信号以及PWM驱动信号，具体步骤如下：

步骤一,输入电源上电后，信息处理平台读取舵反馈位置信号，上电50ms内，PWM驱动信号需保持为低电平。50ms后，可以根据舵控需求输出PWM信号。

步骤二，若舵机需要正向旋转，则FR信号输出高电平；若舵机需要负向旋转，则FR信号输出低电平。舵机输出占空比由PWM信号占空比决定，PWM信号载波周期可以通过信息处理平台进行配置其可配置区间为(2k～20kHz)，占空比范围为(0～100％)。在舵机控制过程中，信息处理平台实时判读舵反馈位置信息、过流保护信号、温度信号及电流采样信号，通过这些信号进行舵机工作状态诊断，实时调节PWM信号的占空比及死区时间，并输出相应的舵控PWM信号和方向信号。

以上所述，仅为本发明较佳的

具体实施方式

，本发明的保护范围不限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可显而易见的得到的技术方案的简单变化或等效替换均属于本发明保护范围以内。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

1)该电机驱动器接收RS422差分形式舵控PWM指令和方向信号，并实时通过RS422接口电平输出PWM形式的电流信号和温度采样信号，上述信号均通过磁隔离技术与一次电源进行了隔离，并对接口进行了抗干扰设计，传输距离可以达到10米，具有较好的抗干扰性能；

2)该电机驱动器针对无人机、航天器等飞行器平台应用场合设计，具备电机功率驱动功能，同时具备过压、过流、欠压保护和防倒灌功能，以及在18～400V电压范围内40A额定电流功率驱动能力，瞬态耐压不小于1200V，瞬态电流能力不小于120A，具有温度和过流状态遥测输出接口，工作电压范围宽，过电流能力强，集成度高，性能优良。

3)该电机驱动器针对SiC MOSFET的输出特性及开关特性设计，具备死区时间自适应调节功能，智能驱动及软关断功能，有源篏位抗串扰功能，能够保证SiC MOSFET高功率、高频性能的有效实现。

4)该电机驱动器能够为位置传感器供电、霍尔传感器供电，实现了对电机电气接口和位置传感器电气接口的信号整合，接口形式简单，拓扑连接得到简化。