一種BLDC電機控制器的製作方法

2023-07-29 05:58:56 1

本實用新型涉及直流無刷電機技術領域，特別是涉及一種BLDC電機控制器。

背景技術：

BLDC(Brushless Direct Current，直流無刷)電機主要由電機主體和BLDC電機驅動器組成，是一種典型的機電一體化產品。無刷電機是指無電刷和換向器(或集電環)的電機，又稱無換向器電機。直流無刷電機一經產生就在工業生產中取得了廣泛的應用，具有體積小、重量輕、效率高、噪音低、容量大以及可靠性高等特點，因而極有希望代替傳統的直流電機稱為電機驅動系統的主流。

BLDC電機控制器用於驅動電機主體，如圖1所示，BLDC電機控制器主要包括電源保護電路模塊1、控制器模塊(MCU)2、驅動器模塊(MOS Driver IC)3、相位橋模塊(MOS Model)4、為控制器模塊提供5V低工作電壓的低電壓輸出模塊(LDO)5、PWM輸入模塊(PWM_IN)6和PWM輸出模塊(PWM_OUT)7。其中，控制器模塊2輸出的六路PWM波都為5V，所以需要使用驅動器模塊3，將六路PWM波由5V變為電壓為VDH的PWM波輸出；如圖1中的PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L以及PWM3H/PWM3L分別為電壓幅度5V的MCU PWM輸出信號，用來驅動驅動器模塊3中的MOS Driver IC晶片，使得5V的PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L以及PWM3H/PWM3L分別對應MOS Driver IC晶片的輸出管腳為GH1/GL1、GH2/GL2以及GH3/GL3，這些輸出管腳的電壓為VDH可直接驅動相位橋模塊4，從而驅動電機主體8。

從圖1所示的整個框圖中可以看出，現有BLDC電機控制器的工作模塊比較多，因此會有較多不足之處，主要在於：(1)從設計方面看：元器件多，成本高；(2)從PCB布局方面看：元器件多，使PCB板體積大，由於現在生產的產品越來越趨向於小型化，現有BLDC電機控制器無競爭優勢；(3)從售後維修方面看：元器件多，BLDC電機控制器一旦出現問題，不易立刻排查出問題所在。

為此，本實用新型提出了一種改進的BLDC電機控制器，以解決上述BLDC電機控制器的諸多不足之處。

技術實現要素：

鑑於以上所述現有技術的缺點，本實用新型的目的在於提供一種BLDC電機控制器，用於解決現有技術中BLDC電機控制器工作模塊較多造成的元器件多、成本高、PCB板體積大，以及故障時排查困難的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種BLDC電機控制器，用於驅動電機主體，其中，所述BLDC電機控制器至少包括：

用以接入電源電壓並在所述電源電壓未反接時輸出直流輸入電壓的電源防反接保護電路模塊；

與所述電源防反接保護電路模塊連接的用以使所述直流輸入電壓升高的升壓模塊；

分別與所述電源防反接保護電路模塊、所述升壓模塊連接的用以基於升高後的直流輸入電壓產生驅動信號的控制器晶片模塊；以及

分別與所述電源防反接保護電路模塊、所述控制器晶片模塊連接的用以基於所述驅動信號控制其自身通斷，以控制驅動所述電機主體的相位橋模塊。

優選地，所述升壓電路至少包括：電荷泵電路或者增壓電容。

優選地，所述控制器晶片模塊至少包括：與所述電荷泵電路或者增壓電容連接的電源驅動電路。

優選地，所述電源驅動電路至少包括：串聯連接的兩個MOS電晶體。

優選地，所述控制器晶片模塊還包括：與所述電源防反接保護電路模塊連接的用以將所述直流輸入電壓轉換為供所述控制器晶片模塊正常工作的工作電壓的電壓轉換電路。

優選地，所述直流輸入電壓的電壓範圍為5.5V～40V。

優選地，所述控制器晶片模塊還包括：與所述電源防反接保護電路模塊連接的用以使所述直流輸入電壓降低為第一低電壓並輸出至外部的第一低電壓輸出電路。

優選地，所述控制器晶片模塊還包括：與所述第一低電壓輸出電路連接的用以使所述第一低電壓降低為第二低電壓並輸出至外部的第二低電壓輸出電路。

優選地，所述BLDC電機控制器還包括：

與所述控制器晶片模塊連接的用以將採樣電源電壓進行濾波的濾波模塊；

其中，所述控制器晶片模塊還包括：與所述濾波模塊連接的用以檢測濾波後的採樣電源電壓輸入是否正確的電壓檢測電路。

優選地，所述BLDC電機控制器還包括：

與所述控制器晶片模塊連接的用以輸入產生所述驅動信號時所需的PWM脈衝信號的PWM輸入模塊；

與所述控制器晶片模塊連接的用以輸出不同佔空比的PWM脈衝信號的PWM輸出模塊。

如上所述，本實用新型的BLDC電機控制器，具有以下有益效果：本實用新型與現有技術相比，將多個工作模塊集成於一個控制器晶片模塊中，體積小、集成度高，周圍所用元器件少、成本低；在設計時更方便，畫PCB板時可使空間縮小；在BLDC電機控制器出現問題時，更容易排查出問題所在。本實用新型可廣泛應用於燃油泵、水泵及風扇等中小型控制器中。

附圖說明

圖1顯示為本實用新型現有技術中的BLDC電機控制器示意圖。

圖2顯示為本實用新型實施例的BLDC電機控制器的結構示意圖。

圖3顯示為本實用新型實施例的BLDC電機控制器的原理示意圖。

元件標號說明

1 電源保護電路模塊

2 控制器模塊

3 驅動器模塊

4 相位橋模塊

5 低電壓輸出模塊

6 PWM輸入模塊

7 PWM輸出模塊

8 電機主體(Motor)

10 電源防反接保護電路模塊

20 升壓模塊

30 控制器晶片模塊

31 電源驅動電路

32 電壓轉換電路

33 第一低電壓輸出電路

34 第二低電壓輸出電路

35 電壓檢測電路

40 相位橋模塊

50 電機主體

60 濾波模塊

70 PWM輸入模塊

80 PWM輸出模塊

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基於不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖2和圖3，本實用新型一實施例涉及一種BLDC電機控制器，用於驅動電機主體50。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，遂圖式中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪製，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為複雜。

如圖2所示，本實施例的BLDC電機控制器至少包括：用以接入電源電壓並在所述電源電壓未反接時輸出直流輸入電壓的電源防反接保護電路模塊10；與所述電源防反接保護電路模塊10連接的用以使所述直流輸入電壓升高的升壓模塊20；分別與所述電源防反接保護電路模塊10、所述升壓模塊20連接的用以基於升高後的直流輸入電壓產生驅動信號的控制器晶片模塊30；以及分別與所述電源防反接保護電路模塊10、所述控制器晶片模塊30連接的用以基於所述驅動信號控制其自身通斷，以控制驅動所述電機主體的相位橋模塊40。

請繼續參閱圖3，作為本實施例的BLDC電機控制器的一個示例，升壓電路20至少包括：電荷泵電路或者增壓電容。相應的，所述控制器晶片模塊30至少包括：與所述電荷泵電路或者增壓電容連接的電源驅動電路31。優選地，所述電源驅動電路31至少包括：串聯連接的兩個MOS電晶體。

此外，如圖3所示，在本實施方式中，所述控制器晶片模塊30還包括：與所述電源防反接保護電路模塊10連接的用以將所述直流輸入電壓轉換為供所述控制器晶片模塊30正常工作的工作電壓的電壓轉換電路32。

在本實施例或者其他的實施例中，如圖3所示，所述控制器晶片模塊30還包括：與所述電源防反接保護電路模塊10連接的用以使所述直流輸入電壓降低為第一低電壓並輸出至外部的第一低電壓輸出電路33。以及，作為一個更優的選擇，所述控制器晶片模塊還可以包括：與所述第一低電壓輸出電路33連接的用以使所述第一低電壓降低為第二低電壓並輸出至外部的第二低電壓輸出電路34。

請繼續參閱圖3，本實施例的BLDC電機控制器的工作原理如下：電源防反接保護電路模塊10接入電源電壓VBAT，若電源電壓VBAT反接，則電源防反接保護電路模塊10截止，整個BLDC電機控制器不工作；若電源電壓VBAT未反接，則電源防反接保護電路模塊10輸出直流輸入電壓VDH，並且將該直流輸入電壓VDH分為至少三路。其中一路直流輸入電壓VDH通過控制器晶片模塊30的VS埠輸入到電壓轉換電路32，電壓轉換電路32將所述直流輸入電壓VDH轉換為供控制器晶片模塊30正常工作的工作電壓。另一路直流輸入電壓VDH經過升壓模塊20使直流輸入電壓VDH升高，且升高後的直流輸入電壓VDH的幅度可供電源驅動電路31產生控制相位橋模塊40通斷的驅動信號，作為一個示例，由兩個MOS管共同輸出一個驅動信號，該驅動信號為具有三路高電平和三路低電平的PWM波形信號，如圖3中的PWM1H/PWM1L、PWM2H/PWM2L以及PWM3H/PWM3L，在使用時通過預先設置它們的出場時序來控制它們的輸出。第三路直流輸入電壓VDH作為相位橋模塊40的工作電壓。相位橋模塊40受驅動信號控制導通時，控制驅動電機主體50。

值得一提的是，本實施例的電源驅動電路31輸出的六路基於PWM波形的驅動信號，具有直接控制相位橋通斷的能力，相對於現有技術省去了如圖1中的驅動器模塊3。

需要說明的是，直流輸入電壓VDH的電壓範圍(也即輸入VS埠的電壓範圍)可以為5.5V～40V，相對於現有技術中如圖1中輸入控制器模塊2的VS埠的直流輸入電壓VDH必須控制為5V工作電壓來說，本實施例的BLDC電機控制器的直流輸入電壓VDH範圍更寬。且直流輸入電壓VDH是由接收到的外部電源電壓VBAT通過電源防反接保護電路模塊10而來，電源電壓VBAT在通過電源防反接保護電路模塊10時有一定的損耗，但損耗量較小，通常可以忽略不計，也就是說，電源電壓VBAT約等於直流輸入電壓VDH。因而本實施例的BLDC電機控制器具有可接收的外部電源電壓範圍寬、隔離電壓高的特點。作為一個示例，控制器晶片模塊30正常工作的工作電壓通常為5V，升高後的直流輸入電壓VDH的幅度為VDH+14V。

在本實施例或者其他的實施例中，如圖3所示，BLDC電機控制器的工作原理還包括：直流輸入電壓VDH還具有第四路，第四路直流輸入電壓VDH輸入到第一低電壓輸出電路33中，第一低電壓輸出電路33使所述直流輸入電壓VDH降低為第一低電壓並輸出至外部，第二低電壓輸出電路34使所述第一低電壓降低為第二低電壓並輸出至外部。作為一個示例，直流輸入電壓VDH通過第一低電壓輸出電路33後產生的第一低電壓為5V，第一低電壓5V再通過第二低電壓輸出電路34後產生第二低電壓1.5V，從而使得控制器晶片模塊30具有5V和1.5V的電壓向有需要的外部電路輸出，相對於現有技術省去了如圖1中的低電壓輸出模塊5。

由此可見，本實施例的BLDC電機控制器與現有技術的最大不同之處在於晶片的集成化，如圖3中國的控制器晶片模塊30直接將如圖1中的控制器模塊2、驅動器模塊3和低電壓輸出模塊5集成化，集成化後的控制器晶片模塊30體積小、集成度高，周圍所用元器件少、成本低，在設計時更方便，畫PCB板時可使空間縮小，在BLDC電機控制器出現問題時，更容易排查出問題所在。

在本實施例或者其他的實施例中，如圖3所示，BLDC電機控制器還包括：與所述控制器晶片模塊30連接的用以將採樣電源電壓進行濾波的濾波模塊60。作為一個示例，濾波模塊60至少包括RC濾波電路。其中，所述控制器晶片模塊30還包括：與所述濾波模塊60連接的用以檢測濾波後的採樣電源電壓輸入是否正確的電壓檢測電路35。作為一個示例，電壓檢測電路35至少包括一個模數轉換器。也就是說，控制器晶片模塊30還可以具有電壓檢測功能，將需要採樣的電源電壓VBAT經過簡單RC濾波，直接進入控制器晶片模塊30的電壓檢測埠(如圖3中的MON埠)，然後在模數轉換器通道進行處理，用於判斷電源電壓VBAT輸入是否正確。

另外，本實施例的BLDC電機控制器還包括：與所述控制器晶片模塊30連接的用以輸入產生所述驅動信號時所需的PWM脈衝信號的PWM輸入模塊70；以及與所述控制器晶片模塊30連接的用以輸出代表不同佔空比的PWM脈衝信號的PWM輸出模塊80。其中，根據PWM輸出模塊80輸出的PWM脈衝信號的佔空比不同，可以判斷BLDC電機控制器的不同工作狀態。

值得一提的是，本實施例中所涉及到的各模塊均為邏輯模塊，在實際應用中，一個邏輯單元可以是一個物理單元，也可以是一個物理單元的一部分，還可以以多個物理單元的組合實現。此外，為了突出本實用新型的創新部分，本實施例中並沒有將與解決本實用新型所提出的技術問題關係不太密切的單元引入，但這並不表明本實施例中不存在其它的單元。

綜上所述，本實用新型的BLDC電機控制器，具有以下有益效果：本實用新型與現有技術相比，將多個工作模塊集成於一個控制器晶片模塊中，體積小、集成度高，周圍所用元器件少、成本低；在設計時更方便，畫PCB板時可使空間縮小；在BLDC電機控制器出現問題時，更容易排查出問題所在。本實用新型可廣泛應用於燃油泵、水泵及風扇等中小型控制器中。所以，本實用新型有效克服了現有技術中的種種缺點而具高度產業利用價值。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用於限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及範疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。