本發(fā)明涉及電子電路技術領域，尤其涉及一種優(yōu)化永磁直流無刷電機驅動器損耗的電路及方法。

背景技術：

目前，隨著新能源汽車不斷發(fā)展，永磁直流無刷電機廣泛應用電動汽車中，比如電動汽車主驅動，電動汽車空調壓縮機驅動。用于電動汽車的各種驅動器，一方面防護等級需要高，至少達到ip65(ingressprotection)，防護等級高意味著散熱難，就需要設計低損耗的驅動器；另一方面電機能量來自電池，為了延長待機時間，要求驅動器效率高，也需要設計低損耗的驅動器。

然而，市場上已有的永磁直流無刷電機驅動器，一些是使用優(yōu)化的斬波方法(參考文獻：五種pwm方式對直流無刷電機系統(tǒng)換向轉矩脈動的影響；電機與控制學報2013年7月)，減少功率管的開關損耗，但是這種方法并沒有降低功率管導通損耗；一些是針對導通損耗做了優(yōu)化，做同步整流方案(參考文獻：pwmmanagementfor3-phasebldcmotordrivesusingst7mc，意法半導體應用文檔an2009)，而這種優(yōu)化只是針對負載在中載、重載時的優(yōu)化，在輕載時損耗反倒會比未做同步整流時要大。

也就是說，如何找到一種在負載電流的輕載、中載、重載的情況下，都能夠減少永磁直流無刷電機驅動器的損耗，成為亟待解決的問題。

技術實現要素：

針對上述問題中存在的不足之處，本申請?zhí)峁┮环N優(yōu)化永磁直流無刷電機驅動器損耗的電路及方法，進而能夠在負載電流的輕載、中載、重載的情況下，都能夠減少永磁直流無刷電機驅動器的損耗。

本申請第一方面提供一種優(yōu)化永磁直流無刷電機驅動器損耗的電路，應用于永磁無刷直流電機驅動器中，所述永磁無刷直流電機驅動器包括第一支路橋臂、第二支路橋臂以及第三支路橋臂，所述第一支路橋臂、所述第二支路橋臂以及所述第三支路橋臂的一端分別與電源的正極相連，另一端與電源的負極相連；所述第一支路橋臂上設置第一電阻，所述第一電阻的一端與所述第一支路橋臂相連，另一端與所述電源的負極相連；和/或

所述第二支路橋臂上設置第二電阻，所述第二電阻的一端與所述第二支路橋臂相連，另一端所述電源的負極相連；和/或

所述第三支路橋臂上設置第三電阻，所述第三電阻的一端與所述第三支路橋臂相連，另一端所述電源的負極相連。

在一種可能的實施方式中，檢測所述第一電阻或所述第二電阻或第三電阻的支路電流；當所述支路電流大于或等于預設第一電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用同步整流方式來降低功耗；當所述支路電流小于或等于預設第二電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用斬波方式來降低功耗；其中，所述第一電流值大于所述第二電流值。

在一種可能的實施方式中，所述第一電流值或所述第二電流值根據支路的額定電流值設定。

在一種可能的實施方式中，所述電路還包括第四電阻，所述第四電阻設置在所述電源的負極主路上；其中，所述第四電阻的一端與所述電源的負極相連，另一端分別與所述第一電阻、所述第二電阻以及所述第三電阻相連。

在一種可能的實施方式中，檢測所述第四電阻的主路電流；當所述主路電流大于或等于預設第三電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用同步整流方式來降低功耗；當所述主路電流小于或等于預設第四電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用斬波方式來降低功耗；其中，所述第三電流值大于所述第四電流值。

在一種可能的實施方式中，所述第三電流值或所述第四電流值根據負極主路的額定電流值設定。

在一種可能的實施方式中，所述電路包括溫度檢測器件，所述溫度檢測器件用于檢測所述第一支路橋臂或所述第二支路橋臂或所述第三支路橋臂中的功率管的溫度，以及所述功率管未工作時的環(huán)境溫度；

當所述電路的負載穩(wěn)定時，得到所述第一支路橋臂或所述第二支路橋臂或所述第三支路橋臂中的功率管的溫升值；其中，所述功率管的溫升值為所述功率管的溫度減去環(huán)境的溫度，且在斬波方式下為第一溫升值，在同步整流方式下為第二溫升值；

當所述電路負載穩(wěn)定時，比較所述第一溫升值與所述第二溫升值，采用較小的溫升值對應的方式來降低功耗。

本申請第二方面提供一種優(yōu)化永磁直流無刷電機驅動器損耗的方法，應用于如上所述的電路中，所述方法包括：當所述支路電流大于或等于預設第一電流值或所述主路電流大于或等于預設第三電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用同步整流方式來降低功耗；當所述支路電流小于或等于預設第二電流值或所述主路電流小于或等于預設第四電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用斬波方式來降低功耗；其中，所述第一電流值大于所述第二電流值，所述第三電流值大于所述第四電流值。

在一種可能的實現方式中，當所述電路的負載穩(wěn)定時，得到所述第一支路橋臂或所述第二支路橋臂或所述第三支路橋臂中的功率管的溫升值；其中，所述功率管的溫升值為所述功率管的溫度減去環(huán)境的溫度，且在斬波方式下為第一溫升值，在同步整流方式下為第二溫升值；當所述電路負載穩(wěn)定時，比較所述第一溫升值與所述第二溫升值，采用較小的溫升值對應的方式來降低功耗。

在一種可能的實現方式中，所述第一電流值或所述第二電流值根據支路的額定電流設定；所述第三電流值或所述第四電流值根據負極主路的額定電流值設定。

本申請通過檢查主路電流或支路電流來判斷負載輕重；在輕載時，切換到斬波方式；在中載、重載時，切換到同步整流方式；進而做到全負載范圍內永磁直流無刷電機驅動器損耗最低。

附圖說明

圖1為現有技術提供的一種永磁直流無刷電機驅動器的電路示意圖；

圖2為現有技術提供的斬波的五種優(yōu)化方式示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種優(yōu)化永磁直流無刷電機驅動器損耗的電路示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種優(yōu)化永磁直流無刷電機驅動器損耗的方法流程示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例中，“第一”、“第二”的出現，僅僅是為了作區(qū)分和描述方便，不應理解為對本發(fā)明實施例做的限定。

圖1為現有技術提供的一種永磁直流無刷電機驅動器的電路示意圖。如圖1所示，所述永磁無刷直流電機驅動器包括第一支路橋臂、第二支路橋臂以及第三支路橋臂，所述第一支路橋臂、所述第二支路橋臂以及所述第三支路橋臂的一端分別與電源的正極相連，另一端與電源的負極相連。第一支路橋臂包括功率管pwm1h和功率管pwm1l，它們同時與無刷直流電機的u極相連；第二支路橋臂包括功率管pwm2h和功率管pwm2l，它們同時與無刷直流電機的v極相連；第三支路橋臂功率管pwm3h和pwm3l，它們同時與無刷直流電機的w極相連。功率管一般為mos管。

圖2為現有技術提供的斬波的五種優(yōu)化方式示意圖。如圖2所示，斬波的方法一般由5種方式，分別是h_on-l_pwm(a)、h_pwm-l_on(b)、on_pwm(c)、pwm_on(d)、h_pwm-l_pwm(e)。(參考文獻：五種pwm方式對直流無刷電機系統(tǒng)換向轉矩脈動的影響；電機與控制學報；2013年7月)。從圖2可以看出，除了第五種方式e外，前四種斬波方式，即a、b、c和d均是對管在一個時刻，只有一個管子做開關頻率的通-斷，這樣就減少了開關次數，降低了開關損耗。但是這種方式雖然降低了開關損耗，由于電流續(xù)流時仍是走的二極管，而二極管的壓降遠比mos管的壓降要大，導通損耗大。

需要說明的是，功率器件的損耗主要有開關損耗和導通損耗。其他的損耗，比如驅動損耗等占的比重很小，一般在損耗優(yōu)化中布不考慮。降低損耗的方向一般也都從降低開關損耗或導通損耗入手。

也就是說，降低開關損耗，一般用優(yōu)化的斬波方法；降低導通損耗，一般用同步整流的方法。通過使用同步整流的技術可以降低導通損耗，大幅提升效率。

同步整流在低壓、大電流的開關電源中已經廣泛應用，在驅動器中也有應用。使用同步整流技術，可以降低導通損耗，但是卻增加了開關損耗。在中載和重載的情況下，降低的導通損耗比增加的開關損耗多，損耗整體是降低的；在輕載的情況下，導通損耗降低不明顯，但是開關損耗增加確沒有顯著變化，損耗整體是增加的；即同步整流的方式，在輕載時整體損耗是增加的。

本發(fā)明實施例是針對同步整流方式與斬波方式之間的切換，來降低永磁直流無刷電機驅動器的損耗。需要說明的是，對于同步整流方式和斬波方式是本領域技術人員的公知常識，本發(fā)明實施例對此不進行詳細說明。

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種優(yōu)化永磁直流無刷電機驅動器損耗的電路示意圖。如圖3所示，所述第一支路橋臂上設置第一電阻301，所述第一電阻301的一端與所述第一支路橋臂相連，另一端與所述電源的負極相連；和/或所述第二支路橋臂上設置第二電阻302，所述第二電阻302的一端與所述第二支路橋臂相連，另一端所述電源的負極相連；和/或所述第三支路橋臂上設置第三電阻303，所述第三電阻303的一端與所述第三支路橋臂相連，另一端所述電源的負極相連。

此時，檢測所述第一電阻或所述第二電阻或第三電阻的支路電流。負載的輕重可以用支路電流大小來判斷。

本發(fā)明實施例中可以使用霍爾等電流檢測器件，將檢測的電流值發(fā)送給控制器(圖中未示出)，控制器接收電流值后與預設的電流值進行比較，進而切換降低損耗的方式；本發(fā)明實施例對于電流檢測的方式、控制器的控制方式不作限定，對此不進行詳細說明。

當所述支路電流大于或等于預設第一電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用同步整流方式來降低功耗；當所述支路電流小于或等于預設第二電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用斬波方式來降低功耗；其中，所述第一電流值大于所述第二電流值。在實際中，電流的波動會有一個范圍，故為了避免電流的微小波動，從而導致永磁無刷直流電機驅動器在同步整流方式與斬波方式之間來回跳動的問題，在第一電流值與第二電流值之間有一個回差，回差保證永磁無刷直流電機驅動器能夠平穩(wěn)運行。例如：該驅動器以同步整流的方式降低損耗，支路電流值在第一電流值附近波動，甚至低于第一電流值，此時不會切換降低損耗的方式，保證該驅動器平穩(wěn)運行；直到支路電流值小于或等于第二電流值，也就是支路電流值下降到一定程度時，切換降低損耗的方式，以斬波的方式來減低損耗。反之，該驅動器以斬波方式減低損耗，支路電流在第二電流值附近波動，此時不會切換降低損耗的方式；當直流電流上升，大于或等于第一電流值時，即上升到一定程度時，切換降低損耗的方式，以同步整流的方式來降低損耗。

在一個例子中，所述第一電流值或所述第二電流值根據所述支路的額定電流值設定。例如：直流無刷電機驅動器在啟動時可以使用斬波方式或者同步整流方式；當啟動時按斬波方式，驅動器一旦工作起來，檢測支路電流，一旦檢測到第一電流值是額定值的30％(用戶可根據需要設定)，控制器就會把pwm發(fā)波方式從斬波方式變換到同步整流方式。同理，如果驅動器工作初始啟動在同步整流方式，一旦檢測到電流值是額定值的30％-10％＝20％(30％是設定值，10％是回差，用戶可根據需要設定)時，控制器就會把pwm發(fā)波方式從同步整流方式變換到斬波方式。通過這種方式一旦設定好了負載點以及回差值，驅動器就會在控制器的控制下在斬波方式和同步整流模式之間切換；實現輕載工作在斬波模式，中載、重載工作在同步整流模式。

本發(fā)明實施例中，所述電路還可以包括第四電阻304，所述第四電阻304設置在所述電源的負極主路上；其中，所述第四電阻304的一端與所述電源的負極相連，另一端分別與所述第一電阻301、所述第二電阻302以及所述第三電阻303相連。

在一個例子中，所述電路也可以只有第四電阻304，沒有第一電阻301、第二電阻302以及第三電阻303。

此時，檢測所述第四電阻的主路電流。

當所述主路電流大于或等于預設第三電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用同步整流方式來降低功耗；當所述主路電流小于或等于預設第四電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用斬波方式來降低功耗；其中，所述第三電流值大于所述第四電流值。

需要說明的是，第三電流值與第四電流值之間的回差值，由用戶根據需要設定。

在一個例子中，所述第三電流值或所述第四電流值根據所述主路的額定電流值設定。

上述的電路中，所述電路還可以包括溫度檢測器件，所述溫度檢測器件用于檢測所述第一支路橋臂或所述第二支路橋臂或所述第三支路橋臂中的功率管的溫度，以及所述功率管未工作時的環(huán)境溫度。

當所述電路的負載穩(wěn)定時，得到所述第一支路橋臂或所述第二支路橋臂或所述第三支路橋臂中的功率管的溫升值。所述功率管的溫升值為所述功率管的溫度減去環(huán)境的溫度；在斬波方式下為第一溫升值，在同步整流方式下為第二溫升值；當所述電路負載穩(wěn)定時，比較所述第一溫升值與所述第二溫升值，采用較小的溫升值對應的方式來降低功耗。

換句話說，在電路負載穩(wěn)定，即支路電流或主路電流穩(wěn)定在一定的范圍內時，當第一溫升值大于第二溫升值時，采用第一溫升值對應的斬波方式來降低功率管的功耗；當第一溫升值小于第二溫升值時，采用第二溫升值對應的同步整流方式來降低功耗。

圖4為本發(fā)明實施例提供的一種優(yōu)化永磁直流無刷電機驅動器損耗的方法流程示意圖。如圖4所示，該方法應用于如上所述的電路中，包括步驟s401-s402。

s401，當所述支路電流大于或等于預設第一電流值或所述主路電流大于或等于預設第三電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用同步整流方式來降低功耗。

s402，當所述支路電流小于或等于預設第二電流值或所述主路電流小于或等于預設第四電流值時，所述永磁無刷直流電機驅動器采用斬波方式來降低功耗；其中，所述第一電流值大于所述第二電流值，所述第三電流值大于所述第四電流值。

在上述方法中，當所述電路的負載穩(wěn)定時，得到所述第一支路橋臂或所述第二支路橋臂或所述第三支路橋臂中的功率管的溫升值。所述功率管的溫升值為所述功率管的溫度減去環(huán)境的溫度，且在斬波方式下為第一溫升值，在同步整流方式下為第二溫升值。

當所述電路負載穩(wěn)定時，比較所述第一溫升值與所述第二溫升值，采用較小的溫升值對應的方式來降低功耗。

本發(fā)明實施例中未盡事宜，詳見圖3以及文字部分所示，在此不在贅述。

本發(fā)明實施例通過檢查母線電流或橋臂電流來判斷負載輕重；在輕載時，切換到斬波方式；在中載、重載時，切換到同步整流方式；進而做到全負載范圍內永磁直流無刷電機驅動器損耗最低。

以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領域的技術人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。