專利名稱：一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及直流電機開關(guān)調(diào)速的節(jié)能控制電路，具體涉及一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路。
背景技術(shù)：
在直流電機的線性控制方案中，F(xiàn)ET、晶體管或其他功率器件均工作在線性放大模式，與分壓電阻調(diào)速控制一樣，額外的功率均轉(zhuǎn)化為分壓電阻或功率器件上熱量被白白浪費，并且需要增加相應(yīng)的散熱裝置進行冷卻。與線性控制不同，直流電機調(diào)速方案也可以采用對供電電源進行0N/0FF控制，來進行開關(guān)控制。圖1是一種采用MOSFET作為功率器件構(gòu)成的直流電機開關(guān)控制的典型控制框圖。如圖1所示，該控制電路主要由M0SFET、二極管及控制信號三個部分組成。當 MOSFET閉合時，電流流過電機；當MOSFET斷開時，電機線圈作為電感所存儲的電流通過蓄流二極管返回到電機。由于這個蓄流電流得到了利用并加到了負載上，因此開關(guān)電機調(diào)速控制方案比線性控制方案擁有更高的效率。電機開關(guān)控制中最常用的形式是PWM(脈寬調(diào)制)控制，通過改變PWM的占空比，改變電機兩端的工作電壓。需要說明的是，開關(guān)控制中的PWM控制信號的開關(guān)頻率必須足夠高(通常20kHz左右)，才能使電機中的電樞電感正常工作。如果電感中的電流已放電完畢但開關(guān)還沒有重新導通，那么電機的轉(zhuǎn)矩就會波動 (表現(xiàn)為電機的振動)。只要開關(guān)頻率足夠高，電感作為儲能元件不僅能保證電機上電流連續(xù)，還在一定程度上濾去MOSFET開關(guān)過程所產(chǎn)生的高頻分量，從而降低了轉(zhuǎn)矩紋波以及振動。開關(guān)直流電機控制目前已逐步取代線性控制而得到了廣泛的應(yīng)用。但是圖1所示的電機調(diào)速電路，當電機的旋轉(zhuǎn)電壓低于電池的供電電壓時，多余的能量將被系統(tǒng)白白耗費，不能實現(xiàn)能量的有效回收。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，本發(fā)明將對電機開關(guān)調(diào)速控制電路進行優(yōu)化，使其具有制動再生功能，這樣當電機的旋轉(zhuǎn)電壓低于電池的供電電壓時，可將多余的能量儲存到電池中。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，包括反相器，將E⑶提供的PWM控制信號的相位反轉(zhuǎn)180度；以及死區(qū)補償邏輯控制單元，將反相器和ECU提供的一對互補的PWM控制信號交替輸出；以及預(yù)驅(qū)動放大電路，對死區(qū)補償邏輯控制單元的輸出信號進行放大；以及并聯(lián)于直流電機兩端的同步整流開關(guān)管，根據(jù)預(yù)驅(qū)動放大電路提供的驅(qū)動信號導通，并為直流電機提供一個電流雙向流動的通道；以及功率開關(guān)，根據(jù)預(yù)驅(qū)動放大電路提供的驅(qū)動信號實行與同步整流開關(guān)管交替導通，該功率開關(guān)一端連接直流電機，另一端接地。采用了上述方案，當功率開關(guān)關(guān)斷，同步整流開關(guān)管導通時，直流電機產(chǎn)生的電壓通過同步整流開關(guān)管被短路回到了它自身。由于同步整流管開關(guān)管是個可以允許電流雙向流動的功率器件，這就為直流電機提供了一個制動力和一個反方向通過電機的電流。因此在開關(guān)周期另外半個周期內(nèi)，即同步整流管開關(guān)管關(guān)斷，功率開關(guān)開通時，由于直流電機電樞電感兩端的電流不能突變，只能流入電池，從而實現(xiàn)對電池充電，實現(xiàn)整個直流電機的制動過程。因此，本發(fā)明具有制動再生功能，當直流電機的旋轉(zhuǎn)電壓低于電池的供電電壓時， 可以將多余的能量儲存到電池中，減少能量浪費。下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。


圖1為現(xiàn)在技術(shù)中直流電機開關(guān)控制框圖；圖2為本發(fā)明的帶制動功能的直流電機開關(guān)電路控制框圖；圖3為死區(qū)補償邏輯控制單元的電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為預(yù)驅(qū)動放大電路的電路結(jié)構(gòu)示意具體實施例方式參照圖2至圖4，本發(fā)明的一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，由反相器，死區(qū)補償邏輯控制單元，預(yù)驅(qū)動放大電路，同步整流開關(guān)管，以及功率開關(guān)組成。反相器將ECU提供的PWM控制信號的相位反轉(zhuǎn)180度，ECU輸出的PWM控制信號一路提供給反相器，另一路直接提供給死區(qū)補償邏輯控制單元，其中提供給反相器的一路經(jīng)反相器反相180，這樣，相當于死區(qū)補償邏輯控制單元接收到的兩路PWM控制信號為兩個互補的信號。死區(qū)補償邏輯控制單元，將反相器和ECU提供的一對互補的PWM控制信號交替輸出。通過死區(qū)補償邏輯控制單元可以確保兩個互補的PWM控制信號可靠交替輸出，避免使兩路信號直接通往同步整流開關(guān)管以及功率開關(guān)的情況。死區(qū)補償邏輯控制單元包括第一反相器U1、第二反相器U2以及連接在第一反相器和第二反相器之間的濾波器。濾器器包括電阻R以及電容C，電阻R —端連接第一反相器Ul的輸出端，電阻R的另一端連接第二反相器U2的輸入端，電容C的一容與電阻R連接，電容C另一端接地。輸入的PWM控制信號 (方波信號)通過兩個反相器及一個RC濾波器后，輸出PWM信號的上升沿和下降沿相對輸入信號而言均會有一定的延時，延時時間為T = RC0預(yù)驅(qū)動放大電路，對死區(qū)補償邏輯控制單元的輸出信號進行放大。為簡化設(shè)計，提高電路的可靠性，本發(fā)明中的預(yù)驅(qū)動放大電路采用頂公司生產(chǎn)的頂2110芯片，該芯片的外圍電路主要由四個電容和一個二極管D、驅(qū)動電阻Rl和驅(qū)動電阻R2組成，其中電容Cl為自舉電容，電容C2、電容C3、電容C4均為電源濾波電容。經(jīng)過死區(qū)補償邏輯單元后的上下橋臂控制信號，即PWM_IN_T0P和PWM_IN_B0T，SD為保護邏輯輸入信號，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障，輸入電平信號，IR2110芯片內(nèi)部會自動封鎖輸出PWM信號。輸出控制上下橋臂的兩個驅(qū)動信號經(jīng)過驅(qū)動電阻Rl和R2直接驅(qū)動上下橋臂的兩個MOSFET管。并聯(lián)于直流電機兩端的同步整流開關(guān)管Q1，根據(jù)預(yù)驅(qū)動放大電路提供的驅(qū)動信號
4導通，并為直流電機提供一個電流雙向流動的通道。同步整流開關(guān)管Ql為MOS管。功率開關(guān)Q2根據(jù)預(yù)驅(qū)動放大電路提供的驅(qū)動信號實行與同步整流開關(guān)管交替導通，該功率開關(guān)一端連接直流電機，另一端接地。功率開關(guān)Q2為MOS管。本發(fā)明的制動原理及實現(xiàn)過程如下假定蓄電池兩端的電壓Vbat = Vmotor+Vswitch = 12V，在50%占空比情況下，直流電機M兩端的電壓可近似為Vmotor = 6V，這意味著直流電機M負端對電池負端(地) 的平均電壓也為6V，當輸入占空比變?yōu)?0%，直流電機M兩端的電壓就會提升為Vmotor = 8. 4V，在此開關(guān)周期內(nèi)，當功率開關(guān)Q2關(guān)斷，同步整流開關(guān)管Ql導通時，直流電機M產(chǎn)生的電壓通過同步整流開關(guān)管Ql被短路回到了它自身。由于同步整流管開關(guān)管Ql是個可以允許電流雙向流動的功率器件，這就為直流電機提供了一個制動力和一個反方向通過電機的電流。因此在開關(guān)周期另外半個周期內(nèi)，即同步整流管開關(guān)管Ql關(guān)斷，功率開關(guān)Q2開通時， 由于直流電機M電樞電感兩端的電流不能突變，只能流入電池，從而實現(xiàn)對電池充電，實現(xiàn)整個直流電機的制動過程。
權(quán)利要求
1.一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，其特征在于，包括 反相器，將ECU提供的PWM控制信號的相位反轉(zhuǎn)180度；以及死區(qū)補償邏輯控制單元，將反相器和ECU提供的一對互補的PWM控制信號交替輸出；以及預(yù)驅(qū)動放大電路，對死區(qū)補償邏輯控制單元的輸出信號進行放大；以及并聯(lián)于直流電機兩端的同步整流開關(guān)管，根據(jù)預(yù)驅(qū)動放大電路提供的驅(qū)動信號導通， 并為直流電機提供一個電流雙向流動的通道；以及功率開關(guān)，根據(jù)預(yù)驅(qū)動放大電路提供的驅(qū)動信號實行與同步整流開關(guān)管交替導通，該功率開關(guān)一端連接直流電機，另一端接地。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，其特征在于，所述死區(qū)補償邏輯控制單元包括第一反相器、第二反相器以及連接在第一反相器和第二反相器之間的濾波器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，其特征在于，所述濾器器包括電阻以及電容，電阻一端連接第一反相器的輸出端，電阻的另一端連接第二反相器的輸入端，電容的一容與電阻連接，電容另一端接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，其特征在于，所述預(yù)驅(qū)動放大電路包括頂2110型芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，其特征在于，同步整流開關(guān)管為MOS管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，其特征在于，功率開關(guān)為MOS管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶制動功能的直流電機開關(guān)控制調(diào)速電路，包括反相器，將ECU提供的PWM控制信號的相位反轉(zhuǎn)180度；以及死區(qū)補償邏輯控制單元，將反相器和ECU提供的一對互補的PWM控制信號交替輸出；以及預(yù)驅(qū)動放大電路，對死區(qū)補償邏輯控制單元的輸出信號進行放大；以及并聯(lián)于直流電機兩端的同步整流開關(guān)管，根據(jù)預(yù)驅(qū)動放大電路提供的驅(qū)動信號導通，并為直流電機提供一個電流雙向流動的通道；以及功率開關(guān)，根據(jù)預(yù)驅(qū)動放大電路提供的驅(qū)動信號實行與同步整流開關(guān)管交替導通，該功率開關(guān)一端連接直流電機，另一端接地。當電機的旋轉(zhuǎn)電壓低于電池的供電電壓時，可將多余的能量儲存到電池中，減少能量浪費。
文檔編號H02P3/14GK102570947SQ201110397920
公開日2012年7月11日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者伍春生, 朱建方 申請人:江蘇浩峰汽車附件有限公司