帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種驅(qū)動電路，尤其是帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路。帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路，其特征在于，包括：懸浮式開關(guān)電源模塊、開關(guān)電源輸出模塊、穩(wěn)壓輸出模塊、保護模塊、運放模塊、外部MCU控制模塊。由于采用了懸浮式開關(guān)電源模塊的設(shè)計使得整個系統(tǒng)實現(xiàn)了高效率的電平轉(zhuǎn)化；并且采用特定的200V耐壓可懸浮芯片內(nèi)部隔離島電壓的CMOS工藝平臺技術(shù)，實現(xiàn)了多功能模塊的全集成化；通過內(nèi)部合理的邏輯運算和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋Ｗo設(shè)計，大大提高了電路的可靠性。
【專利說明】帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明公開了一種驅(qū)動電路，尤其是帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在我們?nèi)粘Ｊ褂玫碾妱榆囍?，其電源都是由電動車電瓶提供的，其提供的電壓存在輸入電壓高、只有單路電壓輸出、輸出電壓無限流保護的特點，這樣就使得傳統(tǒng)的電動車馬達(dá)驅(qū)動控制模板中，需要建立多路電源輸出，并且其元器件都要具有高壓特性，特別是馬達(dá)的上橋驅(qū)動更要具有懸浮電壓驅(qū)動特性。目前為了保證控制模板的可靠性，整個模板中除了 MCU控制芯片采用集成電路外，其它功能都是由分離器件來完成的，這樣整個控制模板就存在面積較大、元器件多、效率差、可靠性不高等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對上述【背景技術(shù)】的不足，提供了帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路。
[0004]本發(fā)明為實現(xiàn)上述發(fā)明目的采用如下技術(shù)方案:
[0005]帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路，其特征在于，包括:懸浮式開關(guān)電源模塊、開關(guān)電源輸出模塊、穩(wěn)壓輸出模塊、保護模塊、運放模塊、外部MCU控制模塊；
[0006]所述懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸入端接外部電源，懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸出端接開關(guān)電源輸出模塊的第一輸入端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第一輸出端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸出端接開關(guān)電源輸出模塊的第二輸入端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第二輸出端，穩(wěn)壓輸出模塊的第一輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第三輸出端，保護模塊的第一輸入端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，保護模塊的第一輸出端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第四輸入端，保護模塊的第二輸入端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，保護模塊的第二輸出端接穩(wěn)壓輸出模塊的第二輸入端，三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的控制端與保護模塊的第三輸出端連接，三相半橋模塊控制端與三相馬達(dá)驅(qū)動模塊輸出端連接，三相半橋輸出端接三相馬達(dá)線圈，運放模塊的第一輸入端接穩(wěn)壓輸出模塊的輸出端，三相半橋模塊采樣電路輸出端接運放模塊的第二輸入端，運放模塊的輸出端接外部MCU控制模塊的輸入端，外部MCU控制模塊的輸出端接三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的輸入端；
[0007]懸浮式開關(guān)電源模塊將外部電源轉(zhuǎn)換為懸浮電壓，開關(guān)電源輸出模塊由懸浮電壓控制恒定輸出15V直流電，穩(wěn)壓輸出模塊降壓處理15V直流電后恒定輸出5V直流電，三相馬達(dá)驅(qū)動模塊在外部MCU控制模塊輸出信號作用下控制三相半橋?qū)ㄟM而給三相馬達(dá)線圈充電，運放模塊根據(jù)采集的三相半橋中開關(guān)管電流調(diào)節(jié)外部MCU控制模塊的輸入量；
[0008]保護模塊在開關(guān)電源輸出模塊的輸出電壓超過閾值時，發(fā)送關(guān)斷懸浮式開關(guān)電源模塊、穩(wěn)壓輸出模塊的信號，所述閾值為大于開關(guān)電源輸出模塊恒定輸出電壓的一參考電壓；
[0009]開關(guān)電源輸出模塊在芯片過熱或者輸出電壓未達(dá)到懸浮電壓時，電壓保護模塊發(fā)送關(guān)斷懸浮式開關(guān)電源模塊、5V穩(wěn)壓輸出模塊、三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的信號。
[0010]進一步的，懸浮式開關(guān)電源模塊包括:啟動電壓模塊、內(nèi)部基準(zhǔn)電源模塊、導(dǎo)通時間控制模塊、第一邏輯模塊、最小關(guān)閉時間模塊、反饋比較器模塊、第二邏輯模塊、RS觸發(fā)器、驅(qū)動模塊、欠壓/過溫保護模塊、輸出過壓保護模塊、過流保護模塊；
[0011]所述啟動電壓模塊的輸入端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸入端，驅(qū)動模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸出端，驅(qū)動模塊的正工作電源端口為懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸入端，驅(qū)動模塊的負(fù)工作電源端口為懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸出端，過流保護模塊的輸入端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸入端，欠壓/過溫保護模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，輸出過壓保護模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第四輸入端；
[0012]啟動穩(wěn)壓模塊的第一輸出端接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓模塊的輸入端，啟動穩(wěn)壓模塊的第二輸出端接欠壓/過溫保護模塊的輸入端，第一邏輯模塊的第一輸入端接欠壓/過溫保護模塊的輸出端，第一邏輯模塊的第二輸入端接導(dǎo)通時間控制模塊的輸出端，第一邏輯模塊的第三輸入端接輸出過壓保護模塊的輸出端，第一邏輯模塊的第四輸入端接過流保護模塊的輸出端，第二邏輯模塊的第一輸入端接最小關(guān)閉時間模塊的輸出端，第二邏輯模塊的第二輸入端接反饋比較器模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第一輸入端接第一邏輯模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第二輸入端接第二邏輯模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第一輸出端接驅(qū)動模塊的第一輸入端，RS觸發(fā)器的第二輸出端接驅(qū)動模塊的第二輸出端,反饋比較器模塊的第一輸入端接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓模塊的輸出端，輸出過壓保護模塊的輸入端、反饋比較器模塊的第二輸入端分別接過流保護模塊的輸入端。
[0013]進一步的，所述懸浮式開關(guān)電源模塊還包括自舉電路，所述自舉電路包括二極管、電容，二極管陽極與啟動穩(wěn)壓電路輸入端連接，電容一極、二極管陰極分別與驅(qū)動模塊的正工作電源端口連接，電容另一極與驅(qū)動模塊的負(fù)工作電源端口連接。
[0014]進一步的，所述三相馬達(dá)驅(qū)動模塊包括:施密特觸發(fā)輸入模塊、三個單相驅(qū)動模塊，施密特觸發(fā)輸入模塊將外部MCU控制模塊的輸出量轉(zhuǎn)換為三個單相驅(qū)動模塊的觸發(fā)信號，各單相驅(qū)動模塊在觸發(fā)信號作用下控制各相半橋工作進而驅(qū)動各相馬達(dá)線圈；
[0015]每個單相驅(qū)動模塊都具有輸入端、輸出端、浮動高壓輸入端、相對地端以及自舉電路，自舉電路包括二極管以及電容，單相驅(qū)動模塊的輸入端與施密特觸發(fā)輸入模塊的輸出端連接，單相驅(qū)動模塊的輸出端與一相半橋的控制端連接，二極管陽極與開關(guān)電源輸出模塊的輸出端連接，二極管陰極、電容一極分別與單相驅(qū)動模塊的浮動高壓輸入端連接，單相驅(qū)動模塊的相對地端與一相半橋的橋臂中點連接。
[0016]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，具有以下有益效果:實現(xiàn)了高效率的電平轉(zhuǎn)化、多功能模塊的全集成化，大大提高了電路的可靠性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路的框圖。
[0018]圖2為多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路的具體電路圖。[0019]圖3為懸浮式開關(guān)電源模塊與保護模塊、開關(guān)電源輸出模塊的具體連接電路圖。
[0020]圖4為三相馬達(dá)驅(qū)動模塊、三相半橋、三相馬達(dá)線圈的具體連接電路連接圖。
[0021]圖中標(biāo)號說明:C1至C14為第一至第十四電容，Rl至R18為第一至第十八電阻，Dl至D5為第一至第五二極管，Ml至M9為第一至第九MOS管，LI為外部儲能電感。
【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細(xì)說明:
[0023]帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路如圖1所示，包括:懸浮式開關(guān)電源模塊、開關(guān)電源輸出模塊、穩(wěn)壓輸出模塊、保護模塊、運放模塊、外部MCU控制模塊。懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸入端接外部電源，懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸出端接開關(guān)電源輸出模塊的第一輸入端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第一輸出端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸出端接開關(guān)電源輸出模塊的第二輸入端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第二輸出端，穩(wěn)壓輸出模塊的第一輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第三輸出端，保護模塊的第一輸入端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，保護模塊的第一輸出端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第四輸入端，保護模塊的第二輸入端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，保護模塊的第二輸出端接穩(wěn)壓輸出模塊的第二輸入端，三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的控制端與保護模塊的第三輸出端連接，三相半橋模塊控制端與三相馬達(dá)驅(qū)動模塊輸出端連接，三相半橋輸出端接三相馬達(dá)線圈，運放模塊的第一輸入端接穩(wěn)壓輸出模塊的輸出端，三相半橋模塊采樣電路輸出端接運放模塊的第二輸入端，運放模塊的輸出端接外部MCU控制模塊的輸入端，外部MCU控制模塊的輸出端接三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的輸入端。
[0024]懸浮式開關(guān)電源模塊將外部電源轉(zhuǎn)換為懸浮電壓控制外部高壓開關(guān)管(即為圖3中的Ml),開關(guān)電源輸出模塊由懸浮電壓控制恒定輸出15V直流電,穩(wěn)壓輸出模塊降壓處理15V直流電后恒定輸出5V直流電，三相馬達(dá)驅(qū)動模塊在外部MCU控制模塊輸出信號作用下控制三相半橋?qū)ㄟM而給三相馬達(dá)線圈充電，運放模塊根據(jù)采集的三相半橋中開關(guān)管電流調(diào)節(jié)外部MCU控制模塊的輸入量。保護模塊在開關(guān)電源輸出模塊的輸出電壓超過18V時，發(fā)送關(guān)斷懸浮式開關(guān)電源模塊、穩(wěn)壓輸出模塊的信號，開關(guān)電源輸出模塊在芯片過熱或者輸出電壓未達(dá)到懸浮時，電壓保護模塊發(fā)送關(guān)斷懸浮式開關(guān)電源模塊、5V穩(wěn)壓輸出模塊、三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的信號。
[0025]帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路的具體電路圖如圖2所示，懸浮式開關(guān)電源模塊與開關(guān)輸出模塊的具體電路連接圖如圖3所示，三相馬達(dá)驅(qū)動模塊、三相半橋、三相馬達(dá)線圈的具體連接電路連接圖如圖4所示。
[0026]15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊包括:啟動電壓模塊、內(nèi)部基準(zhǔn)電源模塊、導(dǎo)通時間控制模塊、第一邏輯模塊、最小關(guān)閉時間模塊、反饋比較器模塊、第二邏輯模塊、RS觸發(fā)器、驅(qū)動模塊、欠壓/過溫保護模塊、輸出過壓保護模塊、過流保護模塊。啟動電壓模塊的輸入端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸入端，驅(qū)動模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸出端，驅(qū)動模塊的正工作電源端口為懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸入端，驅(qū)動模塊的負(fù)工作電源端口為懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸出端，過流保護模塊的輸入端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸入端，欠壓/過溫保護模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，輸出過壓保護模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第四輸入端。啟動穩(wěn)壓模塊的第一輸出端接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓模塊的輸入端，啟動穩(wěn)壓模塊的第二輸出端接欠壓/過溫保護模塊的輸入端，第一邏輯模塊的第一輸入端接欠壓/過溫保護模塊的輸出端，第一邏輯模塊的第二輸入端接導(dǎo)通時間控制模塊的輸出端，第一邏輯模塊的第三輸入端接輸出過壓保護模塊，第一邏輯模塊的第四輸入端接過流保護模塊的輸出端，第二邏輯模塊的第一輸入端接最小關(guān)閉時間模塊的輸出端，第二邏輯模塊的第二輸入端接反饋比較器模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第一輸入端接第一邏輯模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第二輸入端接第二邏輯模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第一輸出端接驅(qū)動模塊的第一輸入端，RS觸發(fā)器的第二輸出端接驅(qū)動模塊的第二輸出端，反饋比較器模塊的第一輸入端接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓模塊的輸出端，輸出過壓保護模塊的輸入端、反饋比較器模塊的第二輸入端分別接過流保護模塊的輸入端。
[0027]開關(guān)電源輸出模塊包括:第一、第二、第三電阻Rl、R2、R3,第一、第二、第三、第四、第五電容Cl、C2、C3、C4、C5，第一電感L1、第一 MOS管Ml (外部高壓NMOS管)，第一二極管D1、第二二極管D2 (外部續(xù)流二極管)、第三電容C3。第一電容Cl 一極、第一電阻Rl —端、第二電阻R2 —端、第一 MOS管Ml漏極分別接外部電源,第一電容Cl另一極接地,第二電容C2—極、第一二極管Dl (自舉充電二極管)陽極分別與啟動穩(wěn)壓模塊輸入端連接，第二電阻R2另一端、第一二極管Dl陰極、第三電容C3(外部自舉電容)一極分別與驅(qū)動模塊正工作電源端口連接，第三電容C3另一極與驅(qū)動模塊負(fù)工作電源端口連接，第一 MOS管Ml柵極與驅(qū)動模塊輸出端連接，第一 MOS管Ml源極、第三電容C3另一極、第二二極管D2陰極分別與第一電感LI (外部儲能電感)一端連接，第二二極管D2陽極接地,第一電感LI另一端、第三電阻R3 (外部采樣電阻)一端分別與過流保護模塊的一個輸入端連接，第三電阻R3另一端、第四電容C4(外部濾波電容)正極、第五電容(外部濾波電容)C5正極分別與過流保護模塊的另一個輸入端連接，第四電容C4負(fù)極、第五電容C5負(fù)極均接地。懸浮式開掛電源模塊中的驅(qū)動模塊包括:比較器、第九電阻R9、第十電阻R10、第八MOS管M8、第九MOS管M9，第八MOS管M8柵極即為驅(qū)動模塊的第一輸入端，第九MOS管M9柵極即為驅(qū)動模塊的第二輸入端，比較器的正工作電源端口即為驅(qū)動模塊的正工作電源端口，比較器的負(fù)工作電源端口即為驅(qū)動模塊的負(fù)工作電源端口，第八MOS管M8柵極即為驅(qū)動模塊的第二輸入端，第八MOS管M8漏極經(jīng)過第九電阻R9與比較器的正工作電源端口連接，第九MOS管M9漏極經(jīng)過第十電阻RlO與比較器的正工作電源端口連接，第八、第九MOS管M8、M9的源極均接地，第四、第五電容C4、C5與第三電阻R3的連接點作為15V穩(wěn)壓輸出端口。
[0028]15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊首先由外部電源VCC通過第一電阻Rl和第二電阻R2對電路內(nèi)部進行上電或掉電復(fù)位啟動，并通過內(nèi)部啟動穩(wěn)壓模塊的穩(wěn)壓處理,在15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸入端建立約13V的直流穩(wěn)壓工作點，再通過內(nèi)部基準(zhǔn)源模塊生成內(nèi)部需要的基準(zhǔn)電壓，從而消除在外部電源VCC電壓變化時對15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊工作狀態(tài)的影響；在15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊工作時，導(dǎo)通時間控制模塊會輸出一個固定時間(約Ius)的控制信號通過第一邏輯模塊傳到RS觸發(fā)器模塊的R端，再通過M8、M9的電平轉(zhuǎn)化控制驅(qū)動模塊，使外部高壓NMOS管Ml打開；這時電流從VCC通過Ml流進外部儲能電感LI，再通過外部采樣電阻R3，對電容C4、C5充電，此時15V穩(wěn)壓輸出端口電壓會上升；當(dāng)一個開通周期完成后，會將15V穩(wěn)壓輸出端口的當(dāng)前電壓通過第十一、第十二電阻R11、R12分壓后反饋給反饋比較器模塊，當(dāng)檢測到15V穩(wěn)壓輸出端口的電壓〈15V時，反饋比較器模塊不會輸出有效控制信號給第二邏輯模塊，第二邏輯模塊會將最小關(guān)閉時間模塊的有效控制信號傳到RS觸發(fā)器模塊的S端，控制外部高壓NMOS管Ml的關(guān)閉時間，由于固定開通時間和最小關(guān)閉時間在內(nèi)部配以合適比例，所以此狀態(tài)外部儲能電感LI儲能多，15V穩(wěn)壓輸出端口電壓會逐周期上升；當(dāng)檢測到15V穩(wěn)壓輸出端口的電壓>15V時，反饋比較器模塊將會輸出一個有效控制信號給第二邏輯模塊，有效信號的時間長度為外部高壓NMOS管Ml關(guān)閉開始至15V穩(wěn)壓輸出端口的電壓降至15V以下結(jié)束；反饋比較器模塊傳出的有效控制信號時間和最小關(guān)閉時間模塊傳出的有效控制信號時間通過第二邏輯模塊選擇(選時間長的有效)，進入RS觸發(fā)器模塊的S端，再通過控制驅(qū)動模塊，使外部高壓NMOS管Ml關(guān)閉；這樣就完成了通過判定15V穩(wěn)壓輸出端口的電壓下降至15V的時間來調(diào)節(jié)外部高壓NMOS管Ml的關(guān)閉時間，從而調(diào)節(jié)開關(guān)信號的占空比，達(dá)到穩(wěn)壓系統(tǒng)的負(fù)反饋特性，實現(xiàn)了在15V穩(wěn)壓輸出端口的動態(tài)穩(wěn)壓輸出特性。同時為了保證模塊的可靠性，在內(nèi)部集成了欠壓/過溫保護模塊、輸出過壓保護模塊和過流保護模塊，在特定條件下，當(dāng)這些保護模塊被觸發(fā)啟動后，將直接將有效控制信號傳入第一邏輯模塊，第一時間中斷導(dǎo)通控制信號，使最終外部高壓NMOS管Ml關(guān)閉。
[0029]由于整個15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的工作電壓都遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于外部電源VCC的電壓，那么要有效驅(qū)動外部高壓NMOS管Ml的打開，就必須提升驅(qū)動模塊的輸出電壓。本發(fā)明中，設(shè)計了自舉結(jié)構(gòu)，通過外部自舉充電二極管Dl對外部自舉電容C3在外部高壓NMOS管Ml關(guān)閉時充電，在外部高壓NMOS管Ml打開時，外部自舉電容C3就可以將驅(qū)動模塊的電源電壓抬升上去，但驅(qū)動模塊本身的工作壓差保持不變，即為圖2所示第三電容C3兩極電壓差基本保持不變，這樣就形成了驅(qū)動模塊的懸浮工作狀態(tài)(最低電位不是O電平)。這樣就保證了能有效驅(qū)動外部高壓NMOS管Ml。
[0030]通過對15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸入端口電壓進行比較和計算，在15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸出端口輸出脈寬調(diào)制信號，以控制外部高壓NMOS管Ml的開關(guān)，從而控制外部儲能電感LI在每個周期的儲能和泄放能量的時間，形成負(fù)反饋回路；同時在所述模塊的每個工作周期中，通過15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的內(nèi)部控制，使外部自舉電容C3的儲能和泄放周期與15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸出端口的輸出信號同步，即當(dāng)外部高壓匪OS管Ml關(guān)閉時，通過外部自舉充電二極管Dl對外部自舉電容C3充電，使外部自舉電容C3的兩端達(dá)到13V左右，當(dāng)外部高壓NMOS管Ml導(dǎo)通時，15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸出端口的電壓變?yōu)榻咏谕獠侩娫碫CC的電壓,夕卜部自舉充電二極管Dl停止對外部自舉電容C3充電，并利用外部自舉電容C3的儲能，使15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸入端口的電壓保持比15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸出端口的電壓高約13V，從而保證外部高壓NMOS管Ml的正常驅(qū)動能力；通過外部高壓NMOS管Ml的負(fù)反饋導(dǎo)通控制，并配以外部續(xù)流二極管D2、外部儲能電感L1、外部采樣電阻R3和外部濾波電容C4、C5,就實現(xiàn)了懸浮式開關(guān)電源的15V穩(wěn)壓輸出。
[0031]5V穩(wěn)壓輸出模塊如圖2所不,利用15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的15V穩(wěn)壓輸出電壓，在內(nèi)部設(shè)計了一個LDO (低壓差線性穩(wěn)壓器)，可輸出有一定帶載能力的穩(wěn)定5V直流電壓。
[0032]運放模塊如圖2所示，為單通道運放，在內(nèi)部設(shè)定了固定為6倍的放大倍數(shù)，主要完成對外部第五電阻R5 (外部采樣電阻)所采有用信號的濾波和放大處理，并輸出傳遞給外部MCU控制模塊的ADC端口分析判斷。
[0033]三相半橋包括三個分別驅(qū)動三相馬達(dá)線圈的橋臂。驅(qū)動A相馬達(dá)線圈的橋臂包括第二、第三MOS管M2、M3，第三二極管D3、第九電容C9組成的自舉電路，第十二電容C12，第二 MOS管漏極接外部電源VCC，第三MOS管漏極接第二 MOS管源極，第十二電容一極與第三MOS管M3源極連接，第十二電容C12另一極與第二 MOS管M2漏極連接，第三二極管D3陽極接15V穩(wěn)壓輸出端口，第三二極管D3陰極與第九電容C9 一極連接，第九電容C9另一極、A相馬達(dá)線圈均連接該橋臂中點(第二 MOS管M2源極與第三MOS管M3漏極的連接點)；驅(qū)動B相馬達(dá)線圈的橋臂包括:第四、第五MOS管M4、M5，第四二極管D4、第十電容ClO組成的自舉電路，第十三電容C13，第四MOS管M4漏極接外部電源VCC，第五MOS管M5漏極接第四MOS管M4源極，第十三電容C13 —極與第五MOS管源極連接，第十三電容C13另一極與第四MOS管漏極連接，第四二極管D4陽極連接15V穩(wěn)壓輸出端口，第四二極管D4陰極、B相馬達(dá)線圈均連接該橋臂中點(第四MOS管M4源極與第五MOS管漏極的連接點)；驅(qū)動C相馬達(dá)線圈的橋臂包括:第六、第七MOS管M6、M7，第五二極管D5、第十一電容Cll組成的自舉電路，第十四電容C14，第六MOS管漏極接外部電源VCC，第七MOS管M7漏極接第六MOS管M6源極，第五二極管D5陽極連接15V穩(wěn)壓輸出端口，第五二極管D5陰極、C相馬達(dá)線圈分別與該橋臂中點(第六MOS管M6源極與第七MOS管M7漏極的連接點)連接。與第三、第五、第七MOS管M3、M5、M7源極連接的第五電阻R5用于采集MOS管導(dǎo)通時的電流。
[0034]運放模塊的工作電源輸入端口連接于5V穩(wěn)壓輸出模塊的第一輸出端口，以提供運放模塊的工作電壓；運放模塊的正輸入端口連接于第四電阻R4(外部輸入電阻)的另一端和第八電容C8 (外部濾波電容)的一極；外部濾波電容C8的另一極接地；運放模塊的負(fù)輸入端口連接于第六電阻R6(內(nèi)部反饋電阻)的一端、第七電阻R7(內(nèi)部增益電阻)的一端和第八電阻R8(外部可調(diào)增益電阻)的一端；內(nèi)部增益電阻R7的另一端接地，外部可調(diào)增益電阻R8的另一端也接地。運放模塊的輸出端口連接于內(nèi)部反饋電阻R6的另一端和外部MCU控制模塊的ADC端 口。運放模塊將外部采樣電阻R5采集的保護電壓信號進行固定增益的放大，并傳入外部MCU控制模塊的ADC端口進行判定，以判斷外部高壓NMOS管M2、M3、M4、M5、M6和M7的工作狀態(tài)是否正常。
[0035]三相馬達(dá)驅(qū)動模塊包括:邏輯保護控制模塊、施密特觸發(fā)輸入模塊、A相驅(qū)動模塊、B相驅(qū)動模塊、C相驅(qū)動模塊。外部MCU控制模塊輸出的AH、BH、CH信號分別經(jīng)過第十三、第十五、第十七電阻(上拉電阻)進入施密特觸發(fā)輸入模塊，外部MCU控制模塊輸出的AL、BL、CL信號分別經(jīng)過第十四、第十六、第十八電阻(下拉電阻)進入施密特觸發(fā)輸入模塊，A相、B相、C相驅(qū)動模塊輸入端分別與施密特觸發(fā)輸入模塊輸出端連接，A相驅(qū)動模塊的VA端口(浮動高壓輸入端口)與第三二極管D3陰極連接，A相驅(qū)動模塊的HA端口、LA端口分別與第二 MOS管M2柵極、第三MOS管M3柵極連接，A相驅(qū)動模塊的UA端口與MOS管M2、M3的連接點相連，B相驅(qū)動模塊的VB端口(浮動高壓輸入端口)與第四二極管D4陰極連接，B相驅(qū)動模塊的HB端口、LB端口分別與第四MOS管M4柵極、第五MOS管M5柵極連接，B相驅(qū)動模塊的UB端口與MOS管M4、M5的連接點相連，C相驅(qū)動模塊的VC端口(浮動高壓輸入端口)與第六二極管D6陰極連接，C相驅(qū)動模塊的HC端口、LC端口分別與第六MOS管M6柵極、第七MOS管M7柵極連接，C相驅(qū)動模塊的UC端口與MOS管M6、M7的連接點相連。A相信號由輸入端口 AH和AL輸入，經(jīng)過內(nèi)部邏輯運算、死區(qū)控制和驅(qū)動轉(zhuǎn)換，由輸出端口 HA和LA輸出，控制外部高壓NMOS管的導(dǎo)通和關(guān)閉，從而控制三相馬達(dá)的A相驅(qū)動端口的狀態(tài)。UA端口主要目的是作為浮動高壓模塊的相對地電位，即是UA、HA、VA里面的組成懸浮高壓驅(qū)動模塊，當(dāng)正常工作時，UA端電位會隨M2管的導(dǎo)通和關(guān)斷抬高和降低，但通過UA、HA、VA里面的組成懸浮高壓驅(qū)動模塊，可以保證在UA端電位抬高時，VA和UA的壓差基本保持為15V。這樣我們內(nèi)部的器件就可設(shè)計為低壓器件，大大降低內(nèi)部器件的要求。其輸入輸出對應(yīng)邏輯關(guān)系為下面計算公式:
[0036]HA = AH Π AL
[0037]LA = AU U AL
[0038]其中，HA為A相上橋柵極驅(qū)動輸出端口信號，LA為A相下橋柵極驅(qū)動輸出端口信號；AH為A相高端邏輯輸入信號，AL為A相低端邏輯輸入信號；外部自舉充電二極管D3和外部自舉電容C9形成自舉回路，可給VA端口提供浮動高壓的能力，保證上橋具有正常的導(dǎo)通驅(qū)動能力；外部C12為濾波電容。同理，模塊內(nèi)部的B相和C相通路的工作原理與A相通
道一樣。
[0039]外部MCU控制模塊的AH信號輸出端口、AL信號輸出端口、BH信號輸出端口、BL信號輸出端口、CH信號輸出端口和CL信號輸出端口分別為三相馬達(dá)驅(qū)動模塊103提供可編程信號，三相馬達(dá)驅(qū)動模塊是將外部MCU控制模塊的可編程信號通過三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的處理和計算，轉(zhuǎn)化為具有驅(qū)動能力的和一定邏輯關(guān)系的三相驅(qū)動信號，分別驅(qū)動外部三相馬達(dá)并控制三相馬達(dá)的轉(zhuǎn)速和相位。
[0040]本發(fā)明由于采用了 15V輸出懸浮式開關(guān)電源模塊的設(shè)計使得整個系統(tǒng)實現(xiàn)了高效率的電平轉(zhuǎn)化；并且采用特定的200V耐壓可懸浮芯片內(nèi)部隔離島電壓的CMOS工藝平臺技術(shù)，實現(xiàn)了多功能模塊的全集成化；通過內(nèi)部合理的邏輯運算和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋Ｗo設(shè)計，大大提高了電路的可靠性。
【權(quán)利要求】
1.帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路，其特征在于，包括:懸浮式開關(guān)電源模塊、開關(guān)電源輸出模塊、穩(wěn)壓輸出模塊、保護模塊、運放模塊、外部MCU控制模塊； 所述懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸入端接外部電源，懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸出端接開關(guān)電源輸出模塊的第一輸入端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第一輸出端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸出端接開關(guān)電源輸出模塊的第二輸入端，懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第二輸出端，穩(wěn)壓輸出模塊的第一輸入端接開關(guān)電源輸出模塊的第三輸出端，保護模塊的第一輸入端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，保護模塊的第一輸出端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第四輸入端，保護模塊的第二輸入端接懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，保護模塊的第二輸出端接穩(wěn)壓輸出模塊的第二輸入端，三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的控制端與保護模塊的第三輸出端連接，三相半橋模塊控制端與三相馬達(dá)驅(qū)動模塊輸出端連接，三相半橋輸出端接三相馬達(dá)線圈，運放模塊的第一輸入端接穩(wěn)壓輸出模塊的輸出端，三相半橋模塊采樣電路輸出端接運放模塊的第二輸入端，運放模塊的輸出端接外部MCU控制模塊的輸入端，外部MCU控制模塊的輸出端接三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的輸入端； 懸浮式開關(guān)電源模塊將外部電源轉(zhuǎn)換為懸浮電壓，開關(guān)電源輸出模塊由懸浮電壓控制恒定輸出15V直流 電，穩(wěn)壓輸出模塊降壓處理15V直流電后恒定輸出5V直流電，三相馬達(dá)驅(qū)動模塊在外部MCU控制模塊輸出信號作用下控制三相半橋?qū)ㄟM而給三相馬達(dá)線圈充電，運放模塊根據(jù)采集的三相半橋中開關(guān)管電流調(diào)節(jié)外部MCU控制模塊的輸入量， 保護模塊在開關(guān)電源輸出模塊的輸出電壓超過閾值時，發(fā)送關(guān)斷懸浮式開關(guān)電源模塊、穩(wěn)壓輸出模塊的信號，所述閾值為大于開關(guān)電源輸出模塊恒定輸出電壓的一參考電壓； 開關(guān)電源輸出模塊在芯片過熱或者輸出電壓未達(dá)到懸浮時，電壓保護模塊發(fā)送關(guān)斷懸浮式開關(guān)電源模塊、5V穩(wěn)壓輸出模塊、三相馬達(dá)驅(qū)動模塊的信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路，其特征在于，所述懸浮式開關(guān)電源模塊包括:啟動電壓模塊、內(nèi)部基準(zhǔn)電源模塊、導(dǎo)通時間控制模塊、第一邏輯模塊、最小關(guān)閉時間模塊、反饋比較器模塊、第二邏輯模塊、RS觸發(fā)器、驅(qū)動模塊、欠壓/過溫保護模塊、輸出過壓保護模塊、過流保護模塊； 所述啟動電壓模塊的輸入端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸入端，驅(qū)動模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第一輸出端，驅(qū)動模塊的正工作電源端口為懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸入端，驅(qū)動模塊的負(fù)工作電源端口為懸浮式開關(guān)電源模塊的第二輸出端，過流保護模塊的輸入端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸入端，欠壓/過溫保護模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第三輸出端，輸出過壓保護模塊的輸出端為懸浮式開關(guān)電源模塊的第四輸入端； 啟動穩(wěn)壓模塊的第一輸出端接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓模塊的輸入端，啟動穩(wěn)壓模塊的第二輸出端接欠壓/過溫保護模塊的輸入端，第一邏輯模塊的第一輸入端接欠壓/過溫保護模塊的輸出端，第一邏輯模塊的第二輸入端接導(dǎo)通時間控制模塊的輸出端，第一邏輯模塊的第三輸入端接輸出過壓保護模塊的輸出端，第一邏輯模塊的第四輸入端接過流保護模塊的輸出端，第二邏輯模塊的第一輸入端接最小關(guān)閉時間模塊的輸出端，第二邏輯模塊的第二輸入端接反饋比較器模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第一輸入端接第一邏輯模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第二輸入端接第二邏輯模塊的輸出端，RS觸發(fā)器的第一輸出端接驅(qū)動模塊的第一輸入端，RS觸發(fā)器的第二輸出端接驅(qū)動模塊的第二輸出端，反饋比較器模塊的第一輸入端接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓模塊的輸出端，輸出過壓保護模塊的輸入端、反饋比較器模塊的第二輸入端分別接過流保護模塊的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路，其特征在于，所述懸浮式開關(guān)電源模塊還包括自舉電路，所述自舉電路包括二極管、電容，二極管陽極與啟動穩(wěn)壓電路輸入端連接，電容一極、二極管陰極分別與驅(qū)動模塊的正工作電源端口連接，電容另一極與驅(qū)動模塊的負(fù)工作電源端口連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的帶多路穩(wěn)壓輸出的電動車三相半橋馬達(dá)驅(qū)動電路，其特征在于，所述三相馬達(dá)驅(qū)動模塊包括:施密特觸發(fā)輸入模塊、三個單相驅(qū)動模塊，施密特觸發(fā)輸入模塊將外部MCU控制模塊的輸出量轉(zhuǎn)換為三個單相驅(qū)動模塊的觸發(fā)信號，各單相驅(qū)動模塊在觸發(fā)信號作用下控制各相半橋工作進而驅(qū)動各相馬達(dá)線圈； 每個單相驅(qū)動模塊都具有輸入端、輸出端、浮動高壓輸入端、相對地端以及自舉電路，自舉電路包括二極管以及電容，單相驅(qū)動模塊的輸入端與施密特觸發(fā)輸入模塊的輸出端連接，單相驅(qū)動模塊的輸出端與一相半橋的控制端連接，二極管陽極與開關(guān)電源輸出模塊的輸出端連接，二極管陰極、電容一極分別與單相驅(qū)動模塊的浮動高壓輸入端連接，單相驅(qū)動模塊的相對地端與一相半橋的橋臂中點連接。
【文檔編號】H02P27/06GK103973198SQ201410178605
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月29日
【發(fā)明者】朱偉民, 郭斌, 騰龍, 馬曉輝, 向明亮 申請人:無錫市晶源微電子有限公司