技术领域
[0001] 本公开涉及电
力电子领域，具体地，涉及一种电机驱动电路和电机。
背景技术
[0002] 目前，在电机的驱动电路中，通常使用MOS管作为
开关元器件。具体地，PWM控制端根据一定的控制逻辑，依次控制电机驱动电路每相的高边MOS管或者低边MOS管的通断，以控制每相负载绕组的工作
电压或
电流。
[0003] 以星接三相无
传感器直流无刷电机的其中一相为例，该相的负载绕组一端接其他两项负载绕组，一端接所述高边MOS管源极和所述低边MOS管漏极。在该相高边MOS管关断，并且低边MOS管开启的情况下，电流通过该负载绕组流经低边MOS管再流回电源。若PWM控制端控制该低边MOS管关断，则在关断低边MOS管的瞬间，由于负载绕组具有阻止线路中电流变化的感性特质，会在低边MOS管的漏极形成尖峰电压。过大的尖峰电压
加速MOS管的损耗，甚至击穿MOS管导致电机故障。
发明内容
[0004] 本公开提供一种电机驱动电路和电机，以解决相关技术中的电机驱动电路在关断MOS管时形成漏极尖峰电压的问题。
[0005] 为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种电机驱动电路，所述电路包括N个相驱动模
块，N为大于0小于或等于M的正整数，M为所述电机的相数；
[0006] 其中，第i相驱动模块100包括高边驱动单元110，低边驱动单元120，尖峰电压抑制单元130，i为大于0小于或等于N的正整数；
[0007] 所述高边驱动单元110包括高边MOS管Qi1；
[0008] 所述高边MOS管Qi1的栅极用于连接控制端Vi1，所述高边MOS管Qi1的漏极用于连接电源
母线Vbus，所述高边MOS管Qi1的源极用于接所述电机的第i负载绕组；
[0009] 所述低边驱动单元120还包括低边MOS管Qi2；
[0010] 所述低边MOS管Qi2的栅极用于连接控制端Vi2，所述低边MOS管Qi2的漏极用于接所述电机的第i负载绕组，所述低边MOS管Qi2的源极用于接地；
[0011] 所述尖峰电压抑制单元130包括电容Ci1，电感Li1，
二极管Di1，二极管Di2；
[0012] 所述电容Ci1的第一端接所述低边MOS管Qi2的漏极，所述电容Ci1的第二端接所述二极管Di1的正极；所述电感Li1的第一端接所述低边MOS管Qi2的源极，所述电感Li1的第二端接所述二极管Di2的正极；所述二极管Di2的负极接所述二极管Di1的正极；所述二极管Di1的负极用于连接所述电源母线Vbus。
[0013] 可选地，所述高边驱动单元110还包括高边栅极电流泄放单元111，所述高边栅极电流泄放单元111包括二极管Di3，
三极管Ti1；
[0014] 所述三极管Ti1的基极用于连接所述控制端Vi1，所述三极管Ti1的发射极接所述高边MOS管Qi1的栅极，所述三极管Ti1的集
电极接所述高边MOS管Qi1的源极；
[0015] 所述二极管Di3的正极接所述三极管Ti1的基极，所述二极管Di3的负极接所述三极管Ti1的发射极。
[0016] 可选地，所述高边驱动单元110包括
电阻Ri1，所述电阻Ri1
串联于所述控制端和所述三极管Ti1的发射极之间。
[0017] 可选地，所述电阻Ri1的阻值为 其中，Ls为所述高边MOS管Qi1的寄生电感，所述寄生电感包括所述高边MOS管Qi1的源极寄生电感和栅极引脚的寄生电感；Ciss为所述高边MOS管Qi1的栅源极输入电容。
[0018] 可选地，所述高边驱动单元110包括电容Ci2，所述电容Ci2的第一端接所述高边MOS管Qi1的栅极，所述电容Ci2的第二端接地。
[0019] 可选地，所述电容Ci2的电容值为 其中，Iq为所述高边MOS管Qi1栅极的最大电流；Dmax为所述控制端Vi1输出
信号的最大占空比，f为所述控制端Vi1
输出信号的工作
频率，Q为所述高边MOS管Qi1的栅极电容的静态电荷，ΔV为所述高边MOS管Qi1的栅源极开启电压。
[0020] 可选地，当所述电路包括多个相驱动模块时，所述多个相驱动模块之间并联连接。
[0021] 本公开第二方面提供一种电机，所述电机包括上述第一方面或第一方面任一项可选实现方式所述的电机驱动电路。
[0022] 本公开第三方面提供一种电机驱动电路的控制方法，所述方法用于控制上述第一方面所述的电机驱动电路，所述方法包括：
[0023] 低边关断阶段：控制所述控制端Vi1的第一
控制信号处于低电位，以使所述高边MOS管Qi1保持关断状态；控制所述控制端Vi2的第二控制信号由高电位切换至低电位，以使所述低边MOS管Qi2由开启状态切换至关断状态，流经所述第i负载绕组的第一漏极电流向所述电容Ci1的第一端充电；
[0024] 低边开启阶段：控制所述控制端Vi1的第一控制信号处于低电位，以使所述高边MOS管Qi1保持关断状态；控制所述控制端Vi2的第二控制信号由低电位切换至高电位，以使所述低边MOS管Qi2由关断状态切换至开启状态，所述电容Ci1、所述电感Li1和所述二极管Di2形成震荡电路，所述电容Ci1放电生成的第二漏极电流流经所述震荡电路以及所述二极管Di1泄放至电源母线Vbus。
[0025] 可选地，所述电机驱动电路中所述高边驱动单元110还包括高边栅极电流泄放单元111，所述高边栅极电流泄放单元111包括二极管Di3，三极管Ti1；
[0026] 所述三极管Ti1的基极用于连接所述控制端Vi1，所述三极管Ti1的发射极用于连接所述高边MOS管Qi1的栅极，所述三极管Ti1的集电极用于连接所述高边MOS管Qi1的源极；
[0027] 所述二极管Di3的正极接所述三极管Ti1的基极，所述二极管Di3的负极接所述三极管Ti1的发射极；
[0028] 所述方法还包括：
[0029] 高边开启阶段：控制所述控制端Vi2的第二控制信号处于低电位，以使所述低边MOS管Qi2保持关断状态；控制所述控制端Vi1的第一控制信号由低电位切换至高电位，所述二极管Di3开启，所述第一控制信号流经所述二极管Di3向所述高边MOS管Qi1的栅极电容充电，以使所述高边MOS管Qi1由关断状态切换至开启状态；
[0030] 高边关断阶段：控制所述控制端Vi2的第二控制信号处于低电位，以使所述低边MOS管Qi2保持关断状态；控制所述控制端Vi1的第一控制信号由高电位切换至低电位，所述三极管Ti1的发射极和集电极导通，所述高边MOS管Qi1的栅极电容放电生成的栅极电流通过所述三极管Ti1发射极和集电极泄放至所述第i负载绕组。
[0031] 通过上述技术方案，在电机驱动电路的第i相的低边MOS管Qi2漏极接入尖峰电压抑制单元130。这样，在关断所述低边MOS管Qi2时，部分流经第i相感性绕组负载的电流会对接于所述低边MOS管Qi2漏极的电容Ci1充电；在下一次开启所述低边MOS管Qi2时，所述尖峰电压抑制单元130中的电容Ci1、电感Li1和二极管Di2形成震荡电路，电容Ci1放电生成的电流经所述震荡电路再流经二极管Di1至电源母线Vbus。由此，抑制了在关断所述低边MOS管Qi2时产生的漏极尖峰电压，从而降低所述低边MOS管的
开关损耗。
附图说明
[0032] 附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成
说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：
[0033] 图1是本公开一示例性
实施例示出的一种电机驱动电路线路图。
[0034] 图2是本公开一示例性实施例示出的另一种电机驱动电路线路图。
[0035] 图3是本公开一示例性实施例示出的一种等效电路线路图。
[0036] 图4是本公开一示例性实施例示出的一种电机线路图。
[0037] 附图标记说明
[0038] 电机驱动电路10 第i相驱动模块100 高边驱动单元110[0039] 低边驱动单元120 尖峰电压抑制单元130 电机400
[0040] 低边栅极电流泄放单元121 高边栅极电流泄放单元111
[0041] PWM
控制器20 电源30 负载绕组模块40具体实施方式
[0042] 以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。
[0043] 图1是本公开一示例性实施例示出的一种电机驱动电路。所述电机驱动电路10可以包括N个相驱动模块，其中，N为大于0小于或等于M的正整数，M为所述电机的相数。以包括所述电机驱动电路的直流无刷三相电机为例，其相数为3，所述电机驱动电路可以包括3个所述相驱动模块，也可以包括2个所述相驱动模块，本公开在此不做限定。
[0044] 如图1所示，其中，所述第i相驱动模块100包括高边驱动单元110，低边驱动单元120，尖峰电压抑制单元130。其中，i为大于0小于或等于N的正整数。
[0045] 所述高边驱动单元110包括高边MOS管Qi1。所述高边MOS管Qi1的栅极用于连接控制端Vi1，所述高边MOS管Qi1的漏极用于连接电源母线Vbus，所述高边MOS管Qi1的源极用于接所述电机的第i负载绕组。
[0046] 其中，所述控制端Vi1可以是PWM控制器的一部分。所述PWM控制器可以根据所述电机的
载荷变化调整每一控制端输出信号的占空比，以通过控制所述高边MOS管Qi1的栅极电压控制所述高边MOS管Qi1开启或者关断。在具体实施时，也可以采用其他具有类似上述功能的控制器。
[0047] 参考上述高边驱动单元110的连接方式，在控制端Vi1的输出信号为高电平时，所述高边MOS管Qi1的栅极电压达到所述高边MOS管Qi1的开启电压，所述高边MOS管Qi1漏源极导通，电流从电源母线Vbus流经所述高边MOS管Qi1的漏源极流向所述第i负载绕组。
[0048] 所述低边驱动单元120还包括低边MOS管Qi2。所述低边MOS管Qi2的栅极用于连接控制端Vi2，所述低边MOS管Qi2的漏极用于接所述电机的第i负载绕组，所述低边MOS管Qi2的源极用于接地。
[0049] 其中，开启或者关断所述低边MOS管Qi2的控制方式可以参考上文针对所述高边MOS管Qi1的描述。
[0050] 所述尖峰电压抑制单元130包括电容Ci1，电感Li1，二极管Di1，二极管Di2。所述电容Ci1的第一端接所述低边MOS管Qi2的漏极，所述电容Ci1的第二端接所述二极管Di1的正极；所述电感Li1的第一端接所述低边MOS管Qi2的源极，所述电感Li1的第二端接所述二极管Di2的正极；所述二极管Di2的负极接所述二极管Di1的正极；所述二极管Di1的负极接所述电源母线Vbus。
[0051] 以包括三相星接负载绕组的直流无刷电机为例，在电机正常工作时，控制第1相驱动模块的高边驱动单元110中的MOS管Q11，以及第2相驱动模块的低边驱动单元中的MOS管Q22同时开启，电源母线Vbus中的电流流经所述MOS管Q11的漏源极后流向第1相负载绕组，再流经第2相负载绕组后流经所述MOS管Q22的漏源极后流向地线。下一阶段，控制所述MOS管Q22关断，并控制第3相驱动模块的低边驱动单元中的MOS管Q32开启，则电流在流经第1相负载绕组后流向第3相负载绕组，再通过所述MOS管Q32的漏源极后流向地线。由此可以控制电源母线Vbus上的电流依次流入每两负载绕组，从而控制电机的
转子结构根据一定转速和转向转动。
[0052] 值得说明的是在相关技术中，所述第i相负载绕组具有阻止电流的变化的感性特质，在关断第i相低边驱动单元的MOS管的瞬间，会继续向所述低边MOS管的输出电容和电路中的寄生电容中充电，导致低边MOS管的漏极和源极电压迅速升高，并在所述低边MOS管的漏极形成压值超过母线电压的尖峰电压。该尖峰电压可使低边MOS管击穿，导致电路故障。在低边MOS管关断时，其开关损耗中可被近似为∫I(t)V(t)dt。关断低边MOS管时瞬间升高的漏极电压增大了其中V(t)项数值，增加了低边MOS管的开关损耗。在电机正常工作时，电机驱动电路中的每个MOS管的开关频率通常在10～500KHz范围内。每次关断所述低边MOS管时所述尖峰电压导致的
电能损耗会部分转化为热量，对电机驱动电路的
散热提出了更高要求。
[0053] 而采用本公开实施例提供的技术方案，在电机驱动电路的第i相的低边驱动单元120中，所述低边MOS管Qi2的漏极接入尖峰电压抑制单元130，这样，在关断所述低边MOS管Qi2时，部分流经第i相感性绕组负载的电流对接于所述低边MOS管Qi2漏极的电容Ci1的第一端充电。所述电容Ci1的第二端被所述二极管Di1钳位至母线电压。
[0054] 在下一次开启所述低边MOS管Qi2时，所述尖峰电压抑制单元130中的电容Ci1、电感Li1和二极管Di2形成震荡电路，其震荡频率为 其中L1是所述电感Li1的电感值，C1是所述电容Ci1的电容值。值得说明的是，所述震荡电路的震荡周期应该小于所述低边MOS管Qi2的最小开启时间，本领域技术人员可以根据具体使用需要对上述元器件进行选型。
[0055] 在前半震荡周期，所述电容Ci1放电生成的电流经所述震荡电路，将存储在电容Ci1上的电能传递至所述电感Li1中存储；在后半震荡周期，所述电感Li1第二端的电压上升，所述二极管Di1和所述二极管Di2开启，存储在电感Li1中的电能以电流的形式被泄放至电源母线Vbus。
[0056] 这样，原本在关断所述低边MOS管Qi2时导致漏极产生尖峰电压的电能被存储于所述电容Ci1，在下一次开启所述低边MOS管Qi2时再经所述尖峰电压抑制单元130中的振荡电路泄放至电源母线Vbus。由此，可抑制在关断所述低边MOS管Qi2时产生的漏极尖峰电压，从而降低所述低边MOS管Qi2的开关损耗。
[0057] 为使本领域技术人员更加清晰的理解上述技术方案，基于相同的思路，本公开实施例还提供一种电机驱动电路的控制方法，所述方法用于控制如图1所示的电机驱动电路，所述方法包括：
[0058] 低边关断阶段：控制所述控制端Vi1的第一控制信号处于低电位，以使所述高边MOS管Qi1保持关断状态；控制所述控制端Vi2的第二控制信号由高电位切换至低电位，以使所述低边MOS管Qi2由开启状态切换至关断状态，流经所述第i负载绕组的第一漏极电流向所述电容Ci1的第一端充电。
[0059] 低边开启阶段：控制所述控制端Vi1的第一控制信号处于低电位，以使所述高边MOS管Qi1保持关断状态；控制所述控制端Vi2的第二控制信号由低电位切换至高电位，以使所述低边MOS管Qi2由关断状态切换至开启状态，所述电容Ci1、所述电感Li1和所述二极管Di2形成震荡电路，所述电容Ci1放电生成的第二漏极电流流经所述震荡电路以及所述二极管Di1泄放至电源母线Vbus。
[0060] 其中，在所述控制端为PWM控制器的输出端时，可以分别通过调整PWM控制端Vi1或控制端Vi2的输出信号的占空比来调整高边MOS管Qi1或低边MOS管Qi2的开启和关断时长，以及
输出电压。上述针对低边关断阶段和低边开启阶段的划分方式仅是为清晰说明所述低边MOS管Qi2开启或者关断瞬间电路电流变化。在电机的实际运转过程中，上述低边关断阶段和低边开启阶段并不是连续的时间段。本发明并不受所描述的各阶段顺序的限制。
[0061] 在图1所示电机驱动电路的
基础上，如图2所示，所述高边驱动单元110还包括高边栅极电流泄放单元111，所述高边栅极电流泄放单元111包括二极管Di3，三极管Ti1。所述三极管Ti1的基极用于连接所述控制端Vi1，所述三极管Ti1的发射极接所述高边MOS管Qi1的栅极，所述三极管Ti1的集电极接所述高边MOS管Qi1的源极；所述二极管Di3的正极接所述三极管Ti1的基极，所述二极管Di3的负极接所述三极管Ti1的发射极。
[0062] 下面以本公开实施例提供的另一种电机驱动电路的控制方法对上述高边栅极电流泄放单元111的作用进行详细说明。所述方法包括：
[0063] 高边开启阶段：控制所述控制端Vi2的第二控制信号处于低电位，以使所述低边MOS管Qi2保持关断状态；控制所述控制端Vi1的第一控制信号由低电位切换至高电位，所述二极管Di3开启，所述第一控制信号流经所述二极管Di3向所述高边MOS管Qi1的栅极电容充电，以使所述高边MOS管Qi1由关断状态切换至开启状态；
[0064] 高边关断阶段：控制所述控制端Vi2的第二控制信号处于低电位，以使所述低边MOS管Qi2保持关断状态；控制所述控制端Vi1的第一控制信号由高电位切换至低电位，所述三极管Ti1的发射极和集电极导通，所述高边MOS管Qi1的栅极电容放电生成的栅极电流通过所述三极管Ti1发射极和集电极泄放至所述第i负载绕组。
[0065] 值得说明的是，所述三极管Ti1为PNP型三极管，所述三极管Ti1的发射极和集电极开启条件为基射极电压大于预设电压
阈值，例如0.7V。在所述控制端Vi1由高电位切换至低电位时，所述高边MOS管Qi1的栅极电容电压变化滞后，此时所述三极管Ti1的基射极电压大于预设电压阈值，所述栅极电容中存储的电能以电流的形式经三极管Ti1泄放至所述第i负载绕组。通过在所述高边MOS管Qi1的栅极增加所述高边栅极电流泄放单元111，增加了关断所述高边MOS管Qi1时的电流泄放路径，加快了所述高边MOS管Qi1的关断速度。
[0066] 同时，还有部分栅极电流经过所述三极管Ti1的发射极和基极，再流经所述二极管Di3。二极管Di3在此起到续流作用，将该部分栅极电流限制在由三极管发射极、基极以及所述二极管Di3组成的回路中，减少了流经所述高边MOS管Qi1输入电容的电流，加快高边MOS管Qi1的关断速度。另外，二极管Di3起到的续流作用可以保护所述三极管的基射结，避免该基射结被反向击穿。
[0067] 可选地，所述高边驱动单元110包括电阻Ri1，所述电阻Ri1串联于所述控制端和所述三极管Ti1的发射极之间。
[0068] 由于高边MOS管Qi1封装接线处和
电路板线路上均存在寄生电感Ls，在所述控制端Vi1的控制信号由低电平切换到高电平时，该寄生电感Ls与所述高边MOS管Qi1的栅源极输入电容Ciss形成LC串联共振效应，具体请参考如图3所示的等效电路。该LC串联共振效应会导致所述高边MOS管Qi1的栅极形成电压震荡。通过调节电阻Ri1的阻值，可以抑制所述LC串联共振效应，从而加快所述高边MOS管Qi1的开启速度。
[0069] 在一种可选实施例中，所述电阻Ri1的阻值为 其中，Ls为所述高边MOS管Qi1的寄生电感，所述寄生电感包括所述高边MOS管Qi1的源极寄生电感和栅极引脚的寄生电感；Ciss为所述高边MOS管Qi1的栅源极输入电容。
[0070] 可选地，所述高边驱动单元110包括电容Ci2，所述电容Ci2的第一端接所述高边MOS管Qi1的栅极，所述电容Ci2的第二端接地。
[0071] 在开启所述高边MOS管Qi1时，所述电容Ci2可以为所述高边MOS管Qi1的栅极电容提供充电电荷，加速高边MOS管Qi1的开启速度。若所述控制端Vi1为PWM控制器的输出端，在一种可选实施例中，所述电容Ci2的电容值为 其中，Iq为所述高边MOS管Qi1栅极的最大电流，Iq的值可以近似为所述控制端Vi1的第一控制信号处于高电位时的电压值除以所述电阻Ri1的阻值的商。Dmax为所述第一控制信号的最大占空比。f为所述控制端Vi1输出信号的工作频率。Q为所述高边MOS管Qi1的栅极电容的静态电荷，即，所述第一控制信号处于低电位时所述栅极电容的总电荷。ΔV为所述高边MOS管Qi1的栅源极开启电压。
[0072] 在具体实施时，本领域工程人员可以根据实际使用的元器件各项参数以及使用需要设置所述电阻Ri1阻值和所述电容Ci2的电容值。
[0073] 可选地，当所述电路包括多个相驱动模块时，所述多个相驱动模块之间并联连接。
[0074] 为使本领域技术人员更加清晰的了解本发明技术方案，本公开实施例还提供一种三相直流无刷电机的结构示意图，如图4所示，所述电机400包括所述电机驱动电路10，PWM控制器20，电源30，以及负载绕组模块40。其中，所述负载绕组模块40中各相负载绕组采用星接方式连接。所述PWM控制器包括控制端Vi1～Vi6。
[0075] 以第i相驱动模块100的具体结构为例，如图4所示，与第i相驱动模块100中的高边驱动单元110相似，所述低边驱动单元120包括接于所述低边MOS管Qi2栅极的低边栅极电流泄放单元121，以及电阻Ri2、电容Ci3。所述低边栅极电流泄放单元121还包括三极管Ti2和二极管Di4。上述低边驱动单元120中各元器件连接关系与所述高边驱动单元110中各元器件连接关系相似，关于这些元器件的作用可以参照上文对高边驱动单元110的描述，此处不再赘述。
[0076] 其中，所述电机驱动电路10包括3个相驱动模块，3个相驱动模块之间并联连接。每个相驱动模块与所述负载绕组模块40中的对应相负载绕组连接，每个相驱动模块的高边驱动单元和低边驱动单元分别与所述PWM控制器20的对应控制端口相接。每个相驱动单元的具体连接结构可以参照上文对第i相驱动模块100的描述，此处不再赘述。
[0077] 以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。
[0078] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，例如，只有低边驱动单元中包括低边栅极电流泄放单元，而高边驱动单元不包括高边栅极电流泄放单元。本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0079] 此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。
