一种BLDC电机控制器的制作方法

本实用新型涉及直流无刷电机技术领域，特别是涉及一种BLDC电机控制器。

背景技术：

BLDC(Brushless Direct Current，直流无刷)电机主要由电机主体和BLDC电机驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。无刷电机是指无电刷和换向器(或集电环)的电机，又称无换向器电机。直流无刷电机一经产生就在工业生产中取得了广泛的应用，具有体积小、重量轻、效率高、噪音低、容量大以及可靠性高等特点，因而极有希望代替传统的直流电机称为电机驱动系统的主流。

BLDC电机控制器用于驱动电机主体，如图1所示，BLDC电机控制器主要包括电源保护电路模块1、控制器模块(MCU)2、驱动器模块(MOS Driver IC)3、相位桥模块(MOS Model)4、为控制器模块提供5V低工作电压的低电压输出模块(LDO)5、PWM输入模块(PWM_IN)6和PWM输出模块(PWM_OUT)7。其中，控制器模块2输出的六路PWM波都为5V，所以需要使用驱动器模块3，将六路PWM波由5V变为电压为VDH的PWM波输出；如图1中的PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L以及PWM3H/PWM3L分别为电压幅度5V的MCU PWM输出信号，用来驱动驱动器模块3中的MOS Driver IC芯片，使得5V的PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L以及PWM3H/PWM3L分别对应MOS Driver IC芯片的输出管脚为GH1/GL1、GH2/GL2以及GH3/GL3，这些输出管脚的电压为VDH可直接驱动相位桥模块4，从而驱动电机主体8。

从图1所示的整个框图中可以看出，现有BLDC电机控制器的工作模块比较多，因此会有较多不足之处，主要在于：(1)从设计方面看：元器件多，成本高；(2)从PCB布局方面看：元器件多，使PCB板体积大，由于现在生产的产品越来越趋向于小型化，现有BLDC电机控制器无竞争优势；(3)从售后维修方面看：元器件多，BLDC电机控制器一旦出现问题，不易立刻排查出问题所在。

为此，本实用新型提出了一种改进的BLDC电机控制器，以解决上述BLDC电机控制器的诸多不足之处。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种BLDC电机控制器，用于解决现有技术中BLDC电机控制器工作模块较多造成的元器件多、成本高、PCB板体积大，以及故障时排查困难的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种BLDC电机控制器，用于驱动电机主体，其中，所述BLDC电机控制器至少包括：

用以接入电源电压并在所述电源电压未反接时输出直流输入电压的电源防反接保护电路模块；

与所述电源防反接保护电路模块连接的用以使所述直流输入电压升高的升压模块；

分别与所述电源防反接保护电路模块、所述升压模块连接的用以基于升高后的直流输入电压产生驱动信号的控制器芯片模块；以及

分别与所述电源防反接保护电路模块、所述控制器芯片模块连接的用以基于所述驱动信号控制其自身通断，以控制驱动所述电机主体的相位桥模块。

优选地，所述升压电路至少包括：电荷泵电路或者增压电容。

优选地，所述控制器芯片模块至少包括：与所述电荷泵电路或者增压电容连接的电源驱动电路。

优选地，所述电源驱动电路至少包括：串联连接的两个MOS晶体管。

优选地，所述控制器芯片模块还包括：与所述电源防反接保护电路模块连接的用以将所述直流输入电压转换为供所述控制器芯片模块正常工作的工作电压的电压转换电路。

优选地，所述直流输入电压的电压范围为5.5V～40V。

优选地，所述控制器芯片模块还包括：与所述电源防反接保护电路模块连接的用以使所述直流输入电压降低为第一低电压并输出至外部的第一低电压输出电路。

优选地，所述控制器芯片模块还包括：与所述第一低电压输出电路连接的用以使所述第一低电压降低为第二低电压并输出至外部的第二低电压输出电路。

优选地，所述BLDC电机控制器还包括：

与所述控制器芯片模块连接的用以将采样电源电压进行滤波的滤波模块；

其中，所述控制器芯片模块还包括：与所述滤波模块连接的用以检测滤波后的采样电源电压输入是否正确的电压检测电路。

优选地，所述BLDC电机控制器还包括：

与所述控制器芯片模块连接的用以输入产生所述驱动信号时所需的PWM脉冲信号的PWM输入模块；

与所述控制器芯片模块连接的用以输出不同占空比的PWM脉冲信号的PWM输出模块。

如上所述，本实用新型的BLDC电机控制器，具有以下有益效果：本实用新型与现有技术相比，将多个工作模块集成于一个控制器芯片模块中，体积小、集成度高，周围所用元器件少、成本低；在设计时更方便，画PCB板时可使空间缩小；在BLDC电机控制器出现问题时，更容易排查出问题所在。本实用新型可广泛应用于燃油泵、水泵及风扇等中小型控制器中。

附图说明

图1显示为本实用新型现有技术中的BLDC电机控制器示意图。

图2显示为本实用新型实施例的BLDC电机控制器的结构示意图。

图3显示为本实用新型实施例的BLDC电机控制器的原理示意图。

元件标号说明

1 电源保护电路模块

2 控制器模块

3 驱动器模块

4 相位桥模块

5 低电压输出模块

6 PWM输入模块

7 PWM输出模块

8 电机主体(Motor)

10 电源防反接保护电路模块

20 升压模块

30 控制器芯片模块

31 电源驱动电路

32 电压转换电路

33 第一低电压输出电路

34 第二低电压输出电路

35 电压检测电路

40 相位桥模块

50 电机主体

60 滤波模块

70 PWM输入模块

80 PWM输出模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图2和图3，本实用新型一实施例涉及一种BLDC电机控制器，用于驱动电机主体50。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图2所示，本实施例的BLDC电机控制器至少包括：用以接入电源电压并在所述电源电压未反接时输出直流输入电压的电源防反接保护电路模块10；与所述电源防反接保护电路模块10连接的用以使所述直流输入电压升高的升压模块20；分别与所述电源防反接保护电路模块10、所述升压模块20连接的用以基于升高后的直流输入电压产生驱动信号的控制器芯片模块30；以及分别与所述电源防反接保护电路模块10、所述控制器芯片模块30连接的用以基于所述驱动信号控制其自身通断，以控制驱动所述电机主体的相位桥模块40。

请继续参阅图3，作为本实施例的BLDC电机控制器的一个示例，升压电路20至少包括：电荷泵电路或者增压电容。相应的，所述控制器芯片模块30至少包括：与所述电荷泵电路或者增压电容连接的电源驱动电路31。优选地，所述电源驱动电路31至少包括：串联连接的两个MOS晶体管。

此外，如图3所示，在本实施方式中，所述控制器芯片模块30还包括：与所述电源防反接保护电路模块10连接的用以将所述直流输入电压转换为供所述控制器芯片模块30正常工作的工作电压的电压转换电路32。

在本实施例或者其他的实施例中，如图3所示，所述控制器芯片模块30还包括：与所述电源防反接保护电路模块10连接的用以使所述直流输入电压降低为第一低电压并输出至外部的第一低电压输出电路33。以及，作为一个更优的选择，所述控制器芯片模块还可以包括：与所述第一低电压输出电路33连接的用以使所述第一低电压降低为第二低电压并输出至外部的第二低电压输出电路34。

请继续参阅图3，本实施例的BLDC电机控制器的工作原理如下：电源防反接保护电路模块10接入电源电压VBAT，若电源电压VBAT反接，则电源防反接保护电路模块10截止，整个BLDC电机控制器不工作；若电源电压VBAT未反接，则电源防反接保护电路模块10输出直流输入电压VDH，并且将该直流输入电压VDH分为至少三路。其中一路直流输入电压VDH通过控制器芯片模块30的VS端口输入到电压转换电路32，电压转换电路32将所述直流输入电压VDH转换为供控制器芯片模块30正常工作的工作电压。另一路直流输入电压VDH经过升压模块20使直流输入电压VDH升高，且升高后的直流输入电压VDH的幅度可供电源驱动电路31产生控制相位桥模块40通断的驱动信号，作为一个示例，由两个MOS管共同输出一个驱动信号，该驱动信号为具有三路高电平和三路低电平的PWM波形信号，如图3中的PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L以及PWM3H/PWM3L，在使用时通过预先设置它们的出场时序来控制它们的输出。第三路直流输入电压VDH作为相位桥模块40的工作电压。相位桥模块40受驱动信号控制导通时，控制驱动电机主体50。

值得一提的是，本实施例的电源驱动电路31输出的六路基于PWM波形的驱动信号，具有直接控制相位桥通断的能力，相对于现有技术省去了如图1中的驱动器模块3。

需要说明的是，直流输入电压VDH的电压范围(也即输入VS端口的电压范围)可以为5.5V～40V，相对于现有技术中如图1中输入控制器模块2的VS端口的直流输入电压VDH必须控制为5V工作电压来说，本实施例的BLDC电机控制器的直流输入电压VDH范围更宽。且直流输入电压VDH是由接收到的外部电源电压VBAT通过电源防反接保护电路模块10而来，电源电压VBAT在通过电源防反接保护电路模块10时有一定的损耗，但损耗量较小，通常可以忽略不计，也就是说，电源电压VBAT约等于直流输入电压VDH。因而本实施例的BLDC电机控制器具有可接收的外部电源电压范围宽、隔离电压高的特点。作为一个示例，控制器芯片模块30正常工作的工作电压通常为5V，升高后的直流输入电压VDH的幅度为VDH+14V。

在本实施例或者其他的实施例中，如图3所示，BLDC电机控制器的工作原理还包括：直流输入电压VDH还具有第四路，第四路直流输入电压VDH输入到第一低电压输出电路33中，第一低电压输出电路33使所述直流输入电压VDH降低为第一低电压并输出至外部，第二低电压输出电路34使所述第一低电压降低为第二低电压并输出至外部。作为一个示例，直流输入电压VDH通过第一低电压输出电路33后产生的第一低电压为5V，第一低电压5V再通过第二低电压输出电路34后产生第二低电压1.5V，从而使得控制器芯片模块30具有5V和1.5V的电压向有需要的外部电路输出，相对于现有技术省去了如图1中的低电压输出模块5。

由此可见，本实施例的BLDC电机控制器与现有技术的最大不同之处在于芯片的集成化，如图3中国的控制器芯片模块30直接将如图1中的控制器模块2、驱动器模块3和低电压输出模块5集成化，集成化后的控制器芯片模块30体积小、集成度高，周围所用元器件少、成本低，在设计时更方便，画PCB板时可使空间缩小，在BLDC电机控制器出现问题时，更容易排查出问题所在。

在本实施例或者其他的实施例中，如图3所示，BLDC电机控制器还包括：与所述控制器芯片模块30连接的用以将采样电源电压进行滤波的滤波模块60。作为一个示例，滤波模块60至少包括RC滤波电路。其中，所述控制器芯片模块30还包括：与所述滤波模块60连接的用以检测滤波后的采样电源电压输入是否正确的电压检测电路35。作为一个示例，电压检测电路35至少包括一个模数转换器。也就是说，控制器芯片模块30还可以具有电压检测功能，将需要采样的电源电压VBAT经过简单RC滤波，直接进入控制器芯片模块30的电压检测端口(如图3中的MON端口)，然后在模数转换器通道进行处理，用于判断电源电压VBAT输入是否正确。

另外，本实施例的BLDC电机控制器还包括：与所述控制器芯片模块30连接的用以输入产生所述驱动信号时所需的PWM脉冲信号的PWM输入模块70；以及与所述控制器芯片模块30连接的用以输出代表不同占空比的PWM脉冲信号的PWM输出模块80。其中，根据PWM输出模块80输出的PWM脉冲信号的占空比不同，可以判断BLDC电机控制器的不同工作状态。

值得一提的是，本实施例中所涉及到的各模块均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实施例中并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的单元。

综上所述，本实用新型的BLDC电机控制器，具有以下有益效果：本实用新型与现有技术相比，将多个工作模块集成于一个控制器芯片模块中，体积小、集成度高，周围所用元器件少、成本低；在设计时更方便，画PCB板时可使空间缩小；在BLDC电机控制器出现问题时，更容易排查出问题所在。本实用新型可广泛应用于燃油泵、水泵及风扇等中小型控制器中。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。