專利名稱：無刷電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器防過壓反壓保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及調(diào)速電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器防過壓反壓保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
電動(dòng)車采用的直流電動(dòng)機(jī)分有刷直流電動(dòng)機(jī)(簡稱有刷電機(jī))和無刷直流電動(dòng)機(jī) (簡稱無刷電機(jī))兩種，由于無刷電機(jī)具有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大、功率密度高、調(diào)速性能好、體積小、 噪聲低、壽命長等特點(diǎn)，且沒有換向器和電刷組成的機(jī)械換向結(jié)構(gòu)，采用永磁體轉(zhuǎn)子，沒有勵(lì)磁損耗，具有高的能量密度和效率，非常適合電動(dòng)車的運(yùn)行特性，成為直接輪式驅(qū)動(dòng)電動(dòng)車較為理想的驅(qū)動(dòng)電機(jī)，因而在電動(dòng)車上獲得廣泛的應(yīng)用。由于無刷電機(jī)采用電子換向器代替了有刷電機(jī)的機(jī)械換向器，因而控制方法不一樣。其控制線路主要是由功率邏輯開關(guān)單元和位置傳感器信號處理單元兩部分組成。功率邏輯開關(guān)單元將電源的功率以一定邏輯關(guān)系分配給無刷電機(jī)定子上各項(xiàng)繞組，使電機(jī)產(chǎn)生持續(xù)不斷的轉(zhuǎn)矩。而各項(xiàng)繞組導(dǎo)通的順序和時(shí)間主要取決于來自電機(jī)內(nèi)部位置傳感器的信號。無刷電機(jī)電氣原理見圖1所示，其中1代表位置傳感器(霍爾傳感器)，5代表定子繞組。電機(jī)內(nèi)部裝有能感應(yīng)磁場的位置傳感器在無刷電機(jī)中起著測定轉(zhuǎn)子磁極位置的關(guān)鍵作用，為邏輯開關(guān)單元提供正確的換相信息，將轉(zhuǎn)子磁鋼磁極的位置信號轉(zhuǎn)換成電信號，控制電機(jī)定子繞組換相。電動(dòng)車用無刷電機(jī)里的位置傳感器目前使用最廣泛的是霍爾傳感器。市場上常見的霍爾傳感器有SS40系列、0CH141、A3144等多種型號?；魻杺鞲衅魇腔诨魻栃?yīng)原理，用半導(dǎo)體材料制成。它是由反向電壓保護(hù)器、 電壓調(diào)整器、霍爾電壓發(fā)生器、差分放大器、施密特觸發(fā)器和集電極開路輸出級組成。當(dāng)磁性物體接近時(shí)，開關(guān)檢測面上的霍爾元件因霍爾效應(yīng)而使開關(guān)內(nèi)部電路發(fā)生變化，由此識別附近有磁性物體的存在，將變化的磁信號轉(zhuǎn)換成電壓輸出(圖1中AVout、BVout, CVout 端)?；魻杺鞲衅髟试S的工作電壓(圖1中Vcc端)范圍一般在3. 8 MVDC之間，工作電壓最高不得超過其規(guī)定的極限電壓，否則有被擊穿損壞的可能。在電動(dòng)車控制電路中，霍爾傳感器的工作電壓是由控制器采用降壓提供的。無刷電機(jī)霍爾傳感器常見的損壞形式之一是擊穿短路。造成擊穿短路的原因之一是由于電動(dòng)車無刷電機(jī)通常在較大功率下工作，定子繞組會流過大電流，當(dāng)繞組電流快速換相時(shí)，會產(chǎn)生很大的浪涌電壓，經(jīng)通過控制器傳遞給霍爾傳感器的電源輸入端或輸出端， 導(dǎo)致霍爾傳感器受到高壓沖擊損壞；二是控制器本身電路系統(tǒng)及其線路設(shè)計(jì)不合理以及控制器電源設(shè)計(jì)存在缺陷導(dǎo)致霍爾傳感器損壞；三是控制器電源電路短路導(dǎo)致霍爾傳感器的工作電壓長時(shí)間過壓，將霍爾傳感器擊穿短路；四是外界強(qiáng)磁場竄入或干擾控制器電氣系統(tǒng)電源回路而產(chǎn)生感應(yīng)高壓，造成霍爾傳感器損壞；五是供電電壓反接導(dǎo)致霍爾傳感器擊穿。中國實(shí)用新型專利CN200973066Y公開了一種電動(dòng)車用電機(jī)的霍爾傳感器保護(hù)板，如圖2所示，該保護(hù)板上的保護(hù)電路由霍爾傳感器1、二極管D、電阻Ro及導(dǎo)線組成，二極管D連接在霍爾傳感器1的輸出端Vo，電阻Ro —端與二極管D的陰極端連接，另一端與霍爾傳感器1的接地端連接。當(dāng)磁鋼高速劃過鐵芯的霍爾傳感器表面時(shí)，霍爾傳感器輸出開通，霍爾傳感器內(nèi)部導(dǎo)線感應(yīng)的電動(dòng)勢通過其內(nèi)部三極管和線路板上的電阻形成回路， 由于電阻接在霍爾傳感器引腳附近，分布參數(shù)引起的因素可以忽略，電阻起到限流保護(hù)的作用，由于電阻還有釋放電荷功能，電機(jī)長線感應(yīng)的電荷堆積不起來，從而解決霍爾傳感器自身擊穿的問題。當(dāng)霍爾傳感器輸出截止時(shí)，元件內(nèi)部導(dǎo)線感應(yīng)的電動(dòng)勢在其輸出端產(chǎn)生正電位，該電壓被二極管所截止，不再通過外接阻容元件和分布參數(shù)形成反向電流，從而實(shí)現(xiàn)對霍爾傳感器進(jìn)行可靠的保護(hù)。該專利克服了外界強(qiáng)磁場竄入而產(chǎn)生感應(yīng)高壓的問題， 而不能克服其他原因而造成的霍爾傳感器由于瞬間高壓、過壓或反壓造成擊穿短路而被破壞的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種保護(hù)霍爾傳感器免受瞬間高壓、長時(shí)間過壓或反壓破壞無刷電機(jī)霍爾傳感器的防過壓反壓保護(hù)裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案一種無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器防過壓反壓保護(hù)裝置，包括一設(shè)于電動(dòng)車無刷直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的印刷電路板；所述印刷電路板一端通過電機(jī)引出線的連接器連接電動(dòng)車控制器供電輸出電源端子，另一端接無刷電機(jī)霍爾傳感器工作電源端子；所述印刷電路板設(shè)置過壓反壓保護(hù)電路；所述過壓反壓保護(hù)電路包括過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器以及串聯(lián)在電源線上的N溝道 MOSFET (金氧半場效應(yīng)晶體管)和P溝道MOSFET (金氧半場效應(yīng)晶體管)。所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器采用MAX6495-MAX6499/MAX6397/MAX6398系列保護(hù)器件中任意一種。所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的GATE引腳連接N溝道MOSFET的柵極，所述N 溝道MOSFET的漏極連接有電阻三的一端以及過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的IN引腳、SHDN 引腳，在所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的IN和GND間連接有無極性電容，所述電阻三另一端連接過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的OVSET引腳和電阻一、電阻二之間，所述電阻一另一端連接N溝道MOSFET的源極，所述N溝道MOSFET的漏極連接P溝道MOSFET的源極，所述 P溝道MOSFET的柵極連接過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的GATEP引腳，所述P溝道MOSFET 的漏極連接過壓反壓保護(hù)電路的電源輸入端VIN，所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的OUTFB 引腳連接電阻四，所述電阻四的另一端連接N溝道MOSFET的源極連接過壓反壓保護(hù)電路的輸出端V0UT，所述電阻一和電阻二并聯(lián)有極性電容一以及電阻五，所述過壓反壓保護(hù)電路的電源輸入端VIN還連接有極性電容二，所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的GND引腳連接的接地導(dǎo)線均與無極性電容、有極性電容一、有極性電容二、過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的 GND引腳、電阻二、電阻五的一端連接。本實(shí)用新型的工作原理在于當(dāng)霍爾傳感器工作電壓超過保護(hù)電路所設(shè)置的過壓門限時(shí)，控制電路拉低N溝道MOSFET的柵極，從而關(guān)斷M0SFET，將霍爾傳感器電路與輸入電源斷開；通過外部串聯(lián)P溝道MOSFET替換外部電源反接保護(hù)二極管來降低功率損耗，并在電源反接時(shí)，P溝道MOSFET被關(guān)斷，從而將霍爾傳感器電路與輸入電源斷開。本實(shí)用新型的有益效果是1.采用MAX6495-MAX6499/MAX6397/MAX6398系列保護(hù)器件所構(gòu)成的過壓反壓保護(hù)電路可以做到電路的小型化、集成化、低功耗，可在不改變無刷電機(jī)內(nèi)部設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的條件下進(jìn)行PCB (印刷電路板)安裝。2.電路有較寬的直流輸入電壓范圍+5. 5V至+72V，適用于電動(dòng)車、汽車和工業(yè)產(chǎn)品等應(yīng)用中的大電壓跳變系統(tǒng)。3.電路能監(jiān)視輸入電壓狀態(tài)，在出現(xiàn)輸入過壓反壓時(shí)，控制外部η溝道與ρ溝道 MOSFET開關(guān)，隔離輸出負(fù)載，有效保護(hù)霍爾傳感器。電路可根據(jù)負(fù)載大小的設(shè)計(jì)要求選擇最合適的外接MOSFET開關(guān)，并可根據(jù)設(shè)計(jì)需要設(shè)置調(diào)整過壓保護(hù)門限以及電路參數(shù)。4、能夠解決以下五種原因造成的霍爾傳感器電路擊穿而給霍爾傳感器造成破壞的問題一是由于電動(dòng)車無刷電機(jī)通常在較大功率下工作，定子繞組會流過大電流，當(dāng)繞組電流快速換相時(shí)，會產(chǎn)生很大的浪涌電壓，經(jīng)通過控制器傳遞給霍爾傳感器的電源輸入端或輸出端，導(dǎo)致霍爾傳感器受到高壓沖擊損壞；二是控制器本身電路系統(tǒng)及其線路設(shè)計(jì)不合理以及控制器電源設(shè)計(jì)存在缺陷導(dǎo)致霍爾傳感器損壞；三是控制器電源電路短路導(dǎo)致霍爾傳感器的工作電壓長時(shí)間過壓，將霍爾傳感器擊穿短路；四是外界強(qiáng)磁場竄入或干擾控制器電氣系統(tǒng)電源回路而產(chǎn)生感應(yīng)高壓，造成霍爾傳感器損壞；五是供電電壓反接導(dǎo)致霍爾傳感器擊穿。

圖1為背景技術(shù)中無刷電機(jī)電氣原理圖。圖2為背景技術(shù)中電動(dòng)車用電機(jī)的霍爾傳感器保護(hù)板的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型電路工作原理框圖。圖4為印刷電路板中過壓反壓保護(hù)電路電路原理圖。圖5為含有霍爾傳感器過壓反壓保護(hù)電路的無刷電機(jī)電氣原理圖。圖中1-霍爾傳感器2-磁鋼3-印刷電路板4-電動(dòng)車控制器5-定子繞組31-過壓反壓保護(hù)電路310-過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器Cl-無極性電容、C2-有極性電容一、C3-有極性電容二Ql-N 溝道 MOSFET Q2-P 溝道 MOSFETRl-電阻一 R2-電阻二 R3-電阻三R4-電阻四 R5-電阻五具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步闡述如圖3、圖4、圖5所示，一種無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器防過壓反壓保護(hù)裝置，包括一設(shè)于電動(dòng)車無刷直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的印刷電路板3，所述印刷電路板3 —端通過電機(jī)引出線的連接器連接電動(dòng)車控制器4供電輸出電源端子，另一端接無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器1工作電源端子；所述印刷電路板3設(shè)置過壓反壓保護(hù)電路31 ；所述過壓反壓保護(hù)電路 31包括過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310以及串聯(lián)在電源線上的N溝道MOSFET (金氧半場效應(yīng)晶體管)Ql和P溝道MOSFET (金氧半場效應(yīng)晶體管)Q2。[0033]所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310采用MAX6495-MAX6499/MAX6397/MAX6398系列保護(hù)器件中任意一種。所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310的GATE引腳連接N溝道MOSFET的柵極，所述N溝道MOSFET的漏極連接有電阻三R3的一端以及過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310的IN 引腳、SHDN引腳，在所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310的IN和GND間連接有無極性電容 Cl，所述電阻三R3另一端連接過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310的OVSET引腳和電阻一 R1、 電阻二 R2之間，所述電阻一 Rl另一端連接N溝道MOSFET的源極，所述N溝道MOSFET的漏極連接P溝道MOSFET的源極，所述P溝道MOSFET的柵極連接過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器 310的GATEP引腳，所述P溝道MOSFET的漏極連接過壓反壓保護(hù)電路31的電源輸入端VIN， 所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310的OUTFB引腳連接電阻四R4，所述電阻四R4的另一端連接N溝道MOSFET的源極連接過壓反壓保護(hù)電路的輸出端V0UT，所述電阻一 Rl和電阻二 R2并聯(lián)有極性電容一 C2以及電阻五R5，所述過壓反壓保護(hù)電路31的電源輸入端VIN還連接有極性電容二 C3，所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310的GND引腳連接的接地導(dǎo)線均與無極性電容Cl、有極性電容一 C2、有極性電容二 C3、過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器310的GND 引腳、電阻二 R2、電阻五R5的一端連接。本實(shí)用新型的工作原理在于當(dāng)霍爾傳感器工作電壓超過保護(hù)電路所設(shè)置的過壓門限時(shí)，控制電路拉低N溝道MOSFET的柵極，從而關(guān)斷M0SFET，將霍爾傳感器電路與輸入電源斷開；通過外部串聯(lián)P溝道MOSFET替換外部電源反接保護(hù)二極管來降低功率損耗，并在電源反接時(shí)，P溝道MOSFET被關(guān)斷，從而將霍爾傳感器電路與輸入電源斷開。
權(quán)利要求1.一種無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器防過壓反壓保護(hù)裝置，包括一設(shè)于電動(dòng)車無刷直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的印刷電路板，其特征在于所述印刷電路板一端通過電機(jī)引出線的連接器連接電動(dòng)車控制器供電輸出電源端子，另一端接無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器工作電源端子； 所述印刷電路板設(shè)置過壓反壓保護(hù)電路；所述過壓反壓保護(hù)電路包括過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器以及串聯(lián)在電源線上的N溝道MOSFET和P溝道M0SFET、電阻一、電阻二、電阻三、電阻四、電阻五、有極性電容一、有極性電容二、無極性電容。
2.如權(quán)利要求1所述的一種無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器防過壓反壓保護(hù)裝置，其特征在于所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器采用MAX6495-MAX6499/MAX6397/MAX6398系列保護(hù)器件中任意一種。
3.如權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器防過壓反壓保護(hù)裝置，其特征在于所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的GATE引腳連接N溝道MOSFET的柵極，所述N溝道MOSFET的漏極連接有電阻三的一端以及過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的IN 引腳、SHDN引腳，在所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的IN和GND間連接有無極性電容，所述電阻三另一端連接過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的OVSET引腳和電阻一、電阻二之間，所述電阻一另一端連接N溝道MOSFET的源極，所述N溝道MOSFET的漏極連接P溝道MOSFET的源極，所述P溝道MOSFET的柵極連接過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的GATEP引腳，所述P溝道MOSFET的漏極連接過壓反壓保護(hù)電路的電源輸入端VIN，所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的OUTFB引腳連接電阻四，所述電阻四的另一端連接N溝道MOSFET的源極連接過壓反壓保護(hù)電路的輸出端V0UT，所述電阻一和電阻二并聯(lián)有極性電容一以及電阻五，所述過壓反壓保護(hù)電路的電源輸入端VIN還連接有極性電容二，所述過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的GND 引腳連接的接地導(dǎo)線均與無極性電容、有極性電容一、有極性電容二、過壓保護(hù)開關(guān)/限幅控制器的GND引腳、電阻二、電阻五的一端連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器防過壓反壓保護(hù)裝置，屬于調(diào)速電機(jī)技術(shù)領(lǐng)域。包括一設(shè)于無刷直流電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的印刷電路板，該電路板一端通過電機(jī)引出線的連接器連接電動(dòng)車控制器供電輸出電源端子，另一端接無刷直流電動(dòng)機(jī)霍爾傳感器工作電源端子；所述印刷電路板的電路利用采用美信公司MAX6495-MAX6499/MAX6397/MAX6398系列保護(hù)器件所構(gòu)成的過壓反壓保護(hù)電路構(gòu)成，所述保護(hù)電路通過控制外部串聯(lián)在電源線上的MOSFET管(金氧半場效應(yīng)晶體管)可實(shí)現(xiàn)霍爾傳感器免受瞬間高壓、長時(shí)間過壓或反壓的破壞。
文檔編號H02H7/00GK202134889SQ20112012899
公開日2012年2月1日 申請日期2011年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月27日
發(fā)明者劉蘇平 申請人:上海歐通電動(dòng)車有限公司