軟開關控制模塊以及直流無刷電機驅動系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及直流無刷電機驅動技術領域，尤其涉及一種應用于直流無刷電機驅動電路的漸變占空比軟開關控制模塊以及直流無刷電機驅動系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]在直流無刷電機驅動電路的設計中，對于單向的電機驅動，只要用一個大功率三極管或場效應管或繼電器直接帶動電機即可；對于雙向的電機驅動，可以使用由4個功率元件組成的H橋電路或者使用一個雙刀雙擲的繼電器；如果需要調速，可以使用三極管、場效應管等開關元件實現(xiàn)PWM(脈沖寬度調制)調速。
[0003]參考圖1，一種典型的直流無刷單相電機驅動電路的簡化示意圖。如圖1所示，電機(示意圖中簡化為電感Motor)連接在由4個功率開關S1-S4組成的功率逆變器的輸出A點和B點之間，通過控制逆變器H橋臂四個功率開關來改變電機電流方向。當SI和S4導通，S2和S3斷開時，電機電流分別從A端流向B端；當SI和S4斷開，S2和S3導通時，電流從B端流向A端。換相時四個功率開關的動作順序不同會產生不同的電流波形。下面以從電流A到B換相到電流B到A的過程為例，給出傳統(tǒng)開關以及改進型開關的電流示意圖。
[0004]參考圖2，傳統(tǒng)開關換相時電流不意圖。傳統(tǒng)開關的開關順序為:S1、S4均導通—S1、S4均斷開一死區(qū)一S2、S3均導通；在死區(qū)時間內，四個開關均斷開。由于電機電感的續(xù)流效應，電流將通過S2和S3的寄生二極管續(xù)流，如圖2所示。此時A端電壓約為_Vdi。，B端電壓約為Vbus+Vdi。，電感Motor兩端電壓差很大Vab= -(Vbus+2V di0)，換相時電流急劇下降，因此也稱為快速開關。其缺陷是電流變化太快，造成噪聲和EMI (Electro MagneticInterference 電磁干擾)。
[0005]參考圖3，一種改進型開關換相時電流不意圖。改進型開關的開關順序為:S1、S4均導通一SI導通、S4斷開一死區(qū)I — S2斷開、S3導通一死區(qū)2 — S2、S3均導通。在死區(qū)I中，電感Motor兩端電流下降；在死區(qū)2中，電感Motor兩端電流上升。如圖3所示，在死區(qū)I中，電流通過S3的寄生二極管續(xù)流洫端電壓為Vbus，B端電壓為Vbus+Vd1，電感Motor兩端電壓差很小Vab=-V di。，主要靠電機本身的反生電動式來減小電流，因此也稱為慢速開關。其優(yōu)點是電流變化慢，噪聲??；其缺點是電流線性變化，死區(qū)時間固定，對于不同電流和轉速的電機存在效率下降的問題。
【實用新型內容】
[0006]本實用新型的目的在于，針對現(xiàn)有技術中直流無刷單相電機驅動電路存在的問題，提供一種軟開關控制模塊以及直流無刷電機驅動系統(tǒng)，實現(xiàn)漸變占空比軟開關，在換相過程中電流非線性緩慢變化，波形更加平滑，實現(xiàn)超低噪聲和EMI。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供了一種軟開關控制模塊，適用于直流無刷電機驅動系統(tǒng)，所述直流無刷電機驅動系統(tǒng)包括直流無刷電機以及至少一功率開關管，軟開關控制模塊包括:一 ADJ控制單元、一 OSC振蕩器、一延時單元、一比較器、一邏輯單元以及一驅動單元；所述ADJ控制單元分別與所述延時單元以及比較器相連，用于獲取直流無刷電機的轉速信號，并根據(jù)所述轉速信號獲取調速信號后輸入至所述比較器的第一輸入端，同時根據(jù)所述調速信號分別獲取軟開關電流下降時間和軟開關電流上升時間并傳輸至所述延時單元；所述OSC振蕩器與所述比較器相連，用于產生預設周期的鋸齒波信號，并輸入至所述比較器的第二輸入端；所述延時單元與所述邏輯單元相連，用于將獲取到的所述至少一功率開關管的開關控制邏輯信號延時所述軟開關電流下降時間或軟開關電流上升時間后輸入至所述邏輯單元；所述比較器與所述邏輯單元相連，用于比較所述調速信號和鋸齒波信號產生占空比可調的PWM波形，并輸入至所述邏輯單元；所述邏輯單元與驅動單元相連，用于根據(jù)所述延時單元與比較器的輸出調制所述驅動單元；所述驅動單元與所述至少一功率開關管相連，用于控制所述至少一功率開關管的軟開關。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型還提供了一種直流無刷電機驅動系統(tǒng)，包括一直流無刷電機以及至少一功率開關管，所述至少一功率開關管電學連接所述直流無刷電機，通過控制所述至少一功率開關管來改變所述直流無刷電機電流方向，所述直流無刷電機驅動系統(tǒng)包括本實用新型所述的軟開關控制模塊；所述軟開關控制模塊中的所述ADJ控制單元耦接至所述直流無刷電機的位置傳感器，以根據(jù)所述位置傳感器的位置輸入信號獲取直流無刷電機的轉速信號；所述軟開關控制模塊中的所述延時單元耦接至所述直流無刷電機的位置傳感器，以根據(jù)所述位置傳感器的位置輸入信號獲取所述至少一功率開關管的開關控制邏輯信號；所述軟開關控制模塊中的所述驅動單元電學連接所述至少一功率開關管，以控制所述至少一功率開關管的軟開關。
[0009]本實用新型的優(yōu)點在于:本實用新型提供的直流無刷電機驅動系統(tǒng)實現(xiàn)了漸變占空比軟開關，在換相過程中電流非線性緩慢變化，波形更加平滑，實現(xiàn)超低噪聲和EMI。同時，換相時間隨電機轉速變化，轉速越快，時間越短，從而避免了效率下降。
【附圖說明】
[0010]圖1，一種典型的直流無刷單相電機驅動電路的簡化示意圖；
[0011]圖2，傳統(tǒng)開關換相時電流不意圖；
[0012]圖3，一種改進型開關換相時電流不意圖；
[0013]圖4，本實用新型所述的直流無刷電機驅動系統(tǒng)一實施方式的示意圖；
[0014]圖5，本實用新型所述的ADJ控制單元一實施方式的示意圖；
[0015]圖6，本實用新型所述的直流無刷電機驅動系統(tǒng)一實施例所示開關換相時電流示意圖；
[0016]圖7為圖6所述實施例各個節(jié)點的工作波形示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖對本實用新型提供的軟開關控制模塊以及直流無刷電機驅動系統(tǒng)做詳細說明。
[0018]參考圖4，本實用新型所述的直流無刷電機驅動系統(tǒng)一實施方式的示意圖。所述直流無刷電機驅動系統(tǒng)包括一直流無刷電機(圖中以位置傳感器49示意直流無刷電機)以及至少一功率開關管，所述至少一功率開關管電學連接所述直流無刷電機，一軟開關控制模塊40。所述直流無刷電機可以為單相/三相直流無刷電機；通過控制所述至少一功率開關管來改變所述直流無刷電機電流方向；所述軟開關控制模塊40用以控制所述至少一功率開關管的軟開關。通過漸變占空比軟開關調制逐漸關閉/打開所述至少一功率開關管，讓直流無刷電機電流平滑緩慢變化，實現(xiàn)超低噪聲和EMI。本實施方式以控制一外置于軟開關控制模塊40的功率開關管Ml的軟開關為例進行說明，所述功率開關管Ml可以為直流無刷電機驅動系統(tǒng)中上橋臂或下橋臂的功率開關，所述功率開關管Ml可以采用NOMS，PMOS或者其他功率開關；在其它實施方式中所述功率開關管Ml也可以內置于軟開關控制模塊40中。
[0019]所述軟開關控制模塊40包括:一 ADJ控制單元41、一 OSC振蕩器42、一延時單元43、一比較器44、一邏輯單元45以及一驅動單元46。
[0020]所述ADJ控制單元41分別與所述延時單元43以及比較器