专利名称：大功率稀土永磁方波电动机驱动电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及永磁电机的驱动技术，特别是一种大功率稀土永磁方波电机的驱动电路。
背景技术：
稀土永磁方波电动机是一种采用稀土永磁材料作为激磁源，气隙磁场按方波分布，定子 绕组反电势为梯形波和定子绕组电流为方波电流的永磁无刷直流电动机，其效率高、调速特 性好、可靠性高、结构简单等优点，在民用和工业上有着十分广泛的应用。
目前已有的稀土永磁方波电动机的驱动电路多采用分立元件设计或单片机设计，线路复 杂，且只适用于输出功率在几百瓦级以下的小功率电动机。 发明内容
为了解决上述问题，本实用新型提供了一种大功率稀土永磁方波电动机驱动电路，其目 的是采用专用集成电路芯片，设计一种线路简单，运行可靠，适用于低压、大电流、大功率 的稀土永磁方波电动机的驱动电路。
本实用新型包括主控制芯片电路[l]，起动电路[2]，功率管驱动电路[3]，逆变电路[4], 过流保护电路[5],转子位置传感器电路[6]，永磁方波电动机本体[7]，直流电源[8],控制
电源[9];
其中，起动电路[2]的输出、转子位置传感器电路[6]的输出、过流保护电路 [5]的输出与主控制芯片电路[1]的输入连接，主控制芯片电路[1]的输出与功率管驱动电路[3] 的输入连接，功率管驱动电路[3]的输出与逆变电路[4]的输入连接，逆变电路[4]的输出与永 磁方波电动机本体[7]连接，逆变电路[4]的输出与过流保护电路[5]连接，永磁方波电动机本 体[7]与转子位置传感器电路[6]连接，直流电路[8]与逆变电路[4]、控制电源[9]连接，控制 电源[9]与主控制芯片电路[1]、功率管驱动电路[3]连接；
所述主控制芯片电路的主控制芯片为MC33035，该芯片将产生的驱动永磁方波电动机逆变 器的六个驱动开关信号送至功率管驱动电路；
所述的逆变电路包含有十二个功率开关管MOSFET，其中每两个开关管MOSFET并联，组成 逆变器的六个功率开关；
所述的功率管驱动电路由用于驱动逆变器三个桥臂上的六组功率管的Q1、 Q2、 Q3三个相 同模块组成；所述模块由集成电路IR2103、 二极管[D3]、和电容[C4]、 [C7]组成，用于形成 一个桥臂的上下两组功率管的驱动信号。
图1为本实用新型的结构示意框图。
图2为主控制芯片电路、起动电路、过流保护电路的电原理图。
图3 (a)为功率管驱动电路的框图。
图3 (b)为一个驱动管驱动模块的电原理图。
图4为逆变电路的电原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步描述。
如图l所示，本实用新型的起动电路[2]的输出、转子位置传感器电路[6]的输出、过流 保护电路[5]的输出与主控制芯片电路[1]的输入连接，主控制芯片电路[1]的输出与功率管驱 动电路[3]的输入连接，功率管驱动电路[3]的输出与逆变电路[4]的输入连接，逆变电路[4] 的输出与永磁方波电动机本体[7]连接，逆变电路[4]的输出与过流保护电路[5]连接，永磁方 波电动机本体[7]与转子位置传感器电路[6]连接，直流电路[8]与逆变电路[4]、控制电源[9] 连接，控制电源[9]与主控制芯片电路[1]、功率管驱动电路[3]连接。
从图2可见，本实用新型的起动电路由电位器R15、电阻R16、电容C23和双连开关S2 组成。起动电路的作用是降低起动过程加在电动机绕组上的平均电压，从而是减小电动机的 起动电流。本实用新型在电动机停止状态时，S2的两个开关触点都处在闭合位置，主控制芯 片U2的8脚和11脚接地，主控制芯片U2不输出驱动开关信号，电动机停止不动。当S2的 两个开关触点处同时打开时，主控制芯片U2的8脚悬空，允许主控制芯片U2输出驱动开关 信号，但受U2的11脚输入电平的控制。电位器R15、电阻R16和电容C23组成充电电路， 使U2的11脚的输入电平缓慢上升，控制主控制芯片U2产生脉宽调制信号，从而降低加在电 动机绕组上的平均电压。起动电路的连接关系是R15的一端接主控制芯片U2的8脚，另一 端接电源的地GND，中间可调端接R16的一端。R16的另一端接C23的正极端、主控制芯片 U2的11脚和S2的开关触点1的一端，C23的负极端接电源的地GND。 S2的另一个开关触点 2的一端接主控制芯片U2的7脚，S2的两个开关触点l、 2的另一端都接电源的地GND。
从图2可见，本实用新型的过流保护电路由电位器R21、电阻R19、电容C24以及图4逆 变电路中的R20组成。过流保护电路的作用是防止电动机在任何情况下的过电流，从而保护 逆变器的功率器件。本实用新型对流过逆变器的电流通过电阻R20取样，再经过电位器R21、 电阻R19和电容C24滤波和调节，送到主控制芯片U2的9脚。当产生过电流时，送到U2的 9脚的电平信号超过保护阀值，在U2的内部关闭驱动开关信号的输出。过流保护电路的连接 关系是图4逆变电路中的R20的一端接逆变器下桥臂的母线N端，另一端接电源的地GND。 R21的一端接逆变器下桥臂的母线N端，另一端接电源的地GND，中间可调端接R19的一端，R19的另一端接C24的一端和主控制芯片U2的9脚，C24的另一端接电源的地GND。 从图2可见，本实用新型的主控制芯片U2采用MC33035，由该芯片产生驱动永 磁方波电动机逆变器的六个驱动开关信号，由U2的引脚2、 1、 24、 21、 20和19输出。本实 用新型改变了 MC33035原有驱动开关信号的输出逻辑，将原有控制接电源正极P的逆变器上 桥臂的三个功率开关的信号AT、 BT、 CT和控制接电源负极N的逆变器下桥臂的三个功率开关 的信号AB、 BB、 CB对调，再配合后面的功率管驱动电路，形成电路简单、能控制大功率永磁 方波电动机逆变器的控制电路；所述的信号AT、 BT、 CT、 AB、 BB、 CB分别由芯片MC33035的 2、 1、 24、 21、 20、 19引脚输出。芯片U2与其他外围元件的连接关系是R17的一端接主 控制芯片U2的8脚，另一端接U2的10脚和C24的一端，C24的另一端接电源的地GND。故 障指示电路由R18和发光二极管D2组成，D2的阴极接U2的14脚，D2的阳极接R18的一端， R18的另一端接电源的正极VCC。 U2的3脚接电机转向选择开关Sl的一端，Sl的另一端接电 源的地GND。 U2的4、 5和6脚分别和接转子位置传感器电路中三个霍尔元件的三个输出端 SA、 SB和SC。 U2的12与13脚相连。U2的15、 16、 22和23接电源的地GND， U2的17和 18接电源的正极VCC。
从图3 (a)可见，本实用新型的功率管驱动电路由Ql、 Q2、和Q3模块组成，分别用于 驱动逆变器三个桥臂上的六组功率开关，其中Q1驱动逆变器A桥臂的上、下两组功率管，Q2 驱动逆变器B桥臂的上、下两组功率管，Q3驱动逆变器C桥臂的上、下两组功率管。他们的 连接关系是Ql、 Q2和Q3的VCC端与电源正极VCC连接，Ql、 Q2和Q3的GND端与电源的地 GND连接。Ql的HIN端与图2中U2的21脚连接，LIN端与U2的2脚连接。Q2的HIN端与图 2中U2的20脚连接，LIN端与U2的1脚连接。Q2的HIN端与图2中U2的19脚连接，LIN 端与U2的24脚连接。Ql、 Q2和Q3的HO、 HS和LO端分别与逆变器中三个桥臂对应功率开 关管的G极和S极相连接。
图3 (a)中三个驱动模块Ql、 Q2和Q3具有相同的电路结构。图3 (b)为其电原理图， 它由集成电路U3 IR2103 、 二极管D3和电容C4、 C7组成，主要作用是形成一个桥臂的上、 下两个功率管的驱动信号。本实用新型中，集成电路IR2103产生互锁保护的上、下桥臂两组 功率管的驱动信号。二极管D3和电容C7产生线路简单的上桥臂驱动电路的自举电源。这些 元件的连接关系为二极管D3的阳极接电源正极VCC， D3的阴极接U3的8脚和电容C7的正 极，电容C7的负极接U3的6脚。 U3的1脚接电源正极VCC， U3的4脚接电源负极GND。 电容C4的正极接电源正极VCC，电容C4的负极接电源负极GND。
由图4可见，本实用新型的逆变电路由十二个功率开关管MOSFET Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6、 T7、 T8、 T9、 TIO、 T11和T12，十二个电阻R3、 R4、 R5、 R6、 R7、 R8、 R9、 RIO、 Rll、R12、 R13、 R14和十二个电容C10、 Cll、 C12、 C13、 C14、 C15、 C16、 C17、 C18、 C19、 C20、 C21等组成。 一个桥臂用两个MOSFET功率开关管并联，每一个功率开关管的栅极驱动回路接 一个电阻和电容，以适合大功率永磁方波电动机的驱动。电路中Tl与T2并连，T7与T8并 连，这四个MOSFET管构成A桥臂。T3与T4并连，T6与TIO并连，这四个MOSFET管构成B 桥臂。T5与T6并连，T11与T12并连，这四个MOSFET管构成C桥臂。逆变电路由一直流电 源供电，正极为P,负极为N。逆变电路的连接关系为:MOSFET管Tl、 T2、 T3、 T4、 T5、 T6 的漏极共同接与直流电源的正极P。电阻R3的一端，电容CIO的一端共同接Tl管的栅极， 电阻R4的一端、电容Cll的一端共同接T2管的栅极，电阻R3的另一端与电阻R4的另一端 并接于图3 (a)中驱动模块Q1的AHG， Tl管的源极、T2的源极、T7管的漏极、T8的漏极、 电容C10的另一端、电容Cll的另一端并接成逆变器的输出端A，并与图3 (a)中驱动模块Ql 的AHS相接。电阻R5的一端，电容C12的一端共同接T3管的栅极，电阻R6的一端、电容 C13的一端共同接T4管的栅极，电阻R5的另一端与电阻R6的另一端并接于图3 (a)中驱动 模块Q2的BHG, T3管的源极、T4的源极、T9管的漏极、T10的漏极、电容C12的另一端、 电容C13的另一端并接成逆变器的输出端B，并与图3 (a)中驱动模块Q2的BHS相接。电 阻R7的一端，电容C14的一端共同接T5管的栅极，电阻R8的一端、电容C15的一端共同接 T6管的栅极，电阻R7的另一端与电阻R8的另一端并接于图3 (a)中驱动模块Q3的CHG， T5管的源极、T6的源极、Tll管的漏极、T12的漏极、电容C14的另一端、电容C15的另一 端并接成逆变器的输出端C，并与图3 (a)中驱动模块Q3的CHS相接。 电阻R9的一端，电容C16的一端共同接T7管的栅极，电阻R10的一端、电容C17的一端共 同接T8管的栅极，电阻R9的另一端与电阻R10的另一端并接于图3 (a)中驱动模块Ql的 ALG。电阻R11的一端，电容C18的一端共同接T9管的栅极，电阻R12的一端、电容C19的 一端共同接T10管的栅极，电阻R11的另一端与电阻R12的另一端并接于图3 (a)中驱动模 块Q2的BLG。电阻R13的一端，电容C20的一端共同接Tll管的栅极，电阻R14的一端、电 容C21的一端共同接T12管的栅极，电阻R13的另一端与电阻R14的另一端并接于图3 (a) 中驱动模块Q3的CLG。 MOSFET管T7的源极、T8的源极、T的源极9、 T10的源极、Tll的源 极、T12的源极、电容C16的另一端、C17的另一端、C18的另一端、C19的另一端、C20的 另一端、C21的另一端共同接在一起，并与电流取样电阻R14的一端相连。取样电阻R20的 另一端与直流电源的负极N相连。
本实用新型在使用时，断开双连开关S2,起动电动机。利用开关S1来选择电动机的转向。 调节电位器R15，可以改变电机的旋转速度，达到调速的目的。
而且本实用新型线路简单，运行可靠，适用于低压、大电流、大功率的稀土永磁方波电动机的驱动。
权利要求1. 一种大功率稀土永磁方波电动机驱动电路，包括主控制芯片电路[1]，起动电路[2]，功率管驱动电路[3]，逆变电路[4]，过流保护电路[5]，转子位置传感器电路[6]，永磁方波电动机本体[7]，直流电源[8]，控制电源[9]；其中，起动电路[2]的输出、转子位置传感器电路[6]的输出、过流保护电路[5]的输出与主控制芯片电路[1]的输入连接，主控制芯片电路[1]的输出与功率管驱动电路[3]的输入连接，功率管驱动电路[3]的输出与逆变电路[4]的输入连接，逆变电路[4]的输出与永磁方波电动机本体[7]连接，逆变电路[4]的输出与过流保护电路[5]连接，永磁方波电动机本体[7]与转子位置传感器电路[6]连接，直流电路[8]与逆变电路[4]、控制电源[9]连接，控制电源[9]与主控制芯片电路[1]、功率管驱动电路[3]连接；所述主控制芯片电路的主控制芯片为MC33035，该芯片将产生的驱动永磁方波电动机逆变器的六个驱动开关信号送至功率管驱动电路；所述的逆变电路包含有十二个功率开关管MOSFET，其中每两个开关管MOSFET并联，组成逆变器的六个功率开关；所述的功率管驱动电路由用于驱动逆变器三个桥臂上的六组功率管的Q1、Q2、Q3三个相同模块组成；所述模块由集成电路IR2103、二极管[D3]、和电容[C4]、[C7]组成，用于形成一个桥臂的上下两组功率管的驱动信号。
2、 根据权利要求l所述大功率稀土永磁方波电动机驱动电路，其特征在于，所述的起动电路 由电位器[R15]、电阻[R16]、电容[C23]和双开关S2组成，用于降低起动过程加在电动机 绕组上的平均电压。
3、 根据权利要求l所述大功率稀土永磁方波电动机驱动电路，其特征在于所述主控制芯片电 路，其改变了MC33035原有驱动开关信号的输出逻辑，将原有控制接电源正极P的逆变器 上桥臂的三个功率开关的信号AT、 BT、 CT和控制接电源负极N的逆变器下桥臂的三个功 率开关的信号AB、 BB、 CB对调，再配合后面的功率管驱动电路，形成能控制大功率永磁 方波电动机逆变器的控制电路；所述的信号AT、 BT、 CT、 AB、 BB、 CB分别由芯片MC33035 的2、 1、 24、 21、 20、 19引脚输出。
专利摘要本实用新型公开了一种大功率稀土永磁方波电动机驱动电路，其包括主控制芯片电路[1]，起动电路[2]，功率管驱动电路[3]，逆变电路[4]，过流保护电路[5]，转子位置传感器电路[6]，永磁方波电动机本体[7]，直流电源[8]，控制电源[9]。本实用新型线路简单，运行可靠，适用于低压、大电流、大功率的稀土永磁方波电动机的驱动。
文档编号H02P27/04GK201234233SQ20082010323
公开日2009年5月6日 申请日期2008年8月1日 优先权日2008年8月1日
发明者珍 林, 汤宁平, 黄灿水 申请人:福州大学