一種無刷直流電機無位置傳感器驅動芯片及系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種無刷直流電機無位置傳感器驅動芯片及系統，屬于電機控制的技術領域。
【背景技術】
[0002]無刷電動機利用電子換向替代了機械換向，克服了傳統直流電機由于電刷摩擦而產生的一系列問題，并且具有調速性能好、體積小、效率高等優點，因而廣泛應用于國民經濟生產的各個領域以及人們的日常生活中。
[0003]隨著控制理論、材料科學、微電子技術等的發展，電機控制日趨復雜和智能化，應用也越來越廣泛。首先，位置傳感器帶來的安裝空間、安裝誤差、可靠性等問題限制了有位置傳感器芯片及方案在諸如抽油煙機等領域的應用。其次，當前的系統應用中電機控制與驅動通常是分離的，這增加了應用難度和系統成本，同時也不利于在異常狀態出現時及時、可靠地實施保護。

【發明內容】

[0004]本實用新型所要解決的技術問題在于克服現有技術的不足，提供一種無刷直流電機無位置傳感器驅動芯片及系統，解決現有的無刷直流電機因位置傳感器帶來的安裝空間、安裝誤差、可靠性等問題，及控制與驅動通常是分離和不利于實施保護的問題。
[0005]本實用新型具體采用以下技術方案解決上述技術問題:
[0006]一種無刷直流電機無位置傳感器驅動芯片，包括:
[0007]時鐘及電壓產生電路，用于產生芯片的系統時鐘及供電電壓；
[0008]模數轉換電路，其輸入端與時鐘及電壓產生電路、數字處理單元的輸出端分別相連，用于檢測獲得電機控制參數、狀態參數的模擬信號轉換并將其為數字信號；
[0009]過零檢測單元，用于檢測電機非導通相的端電壓以獲取該相的反電動勢過零點，進而獲取電機轉子位置及當前轉速；
[0010]數字處理單元，其輸入端與模擬轉換電路、過零檢測單元的輸出端分別相連，用于向電機各相線圈施加驅動電壓及輸出電機各相線圈PffM信號；
[0011]柵極驅動電路，其輸入端與數字處理單元的輸出端相連，用于通過自舉電路將所述電機各相線圈PWM信號轉換為高壓驅動信號輸出；
[0012]保護電路，與柵極驅動電路的輸入端相連，用于檢測芯片和電機的異常狀態，并在出現異常時阻斷所述高壓驅動信號。
[0013]進一步地，作為本實用新型的一種優選技術方案，所述芯片的所有電路及單元均集成于同一襯底上。
[0014]進一步地，作為本實用新型的一種優選技術方案，所述芯片還包括閉環調速單元，所述閉環調速單元與數字處理單元的輸入端相連。
[0015]進一步地，作為本實用新型的一種優選技術方案，所述數字處理單元包括三角載波產生電路、占空比控制單元及PWM生成單元，所述三角載波產生電路、占空比控制單元分別與PffM生成單元相連。
[0016]進一步地，作為本實用新型的一種優選技術方案，所述芯片還包括相位調整單元，所述相位調整單元與數字處理單元相連。
[0017]本實用新型還提供一種無刷直流電機無位置傳感器驅動系統，包括檢測單元、功率管，以及上述的電機驅動芯片；其中，所述檢測單元，用于檢測電機控制參數及狀態參數；所述電機驅動芯片，其輸入端與檢測單元的輸出端相連，且電機驅動芯片的輸出端與功率管相連；該電機驅動芯片用于獲得電機控制參數及狀態參數，并結合獲得的電機轉子位置及當前轉速通過功率管向無刷直流電機的各相線圈施加PWM信號。
[0018]本實用新型采用上述技術方案，能產生如下技術效果:
[0019]本實用新型所提供的無刷直流電機無位置傳感器驅動芯片及系統，通過反電動勢過零檢測獲取電機轉子位置，節省了對溫度等環境因素敏感的位置傳感器，降低了成本，提高了可靠性；將無位置傳感器無刷直流電機控制與驅動芯片集成在一起，大大提高了芯片集成度，降低了系統應用的難度和成本，提高了應用的靈活性，同時各種異常保護機制可以直接作用于柵極驅動電路，能夠更加及時、可靠地實施保護。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0021]圖1為現有技術中一種典型無刷直流電機驅動系統的模塊示意圖。
[0022]圖2為本實用新型實施例提供的一種無刷直流電機無位置傳感器驅動芯片的模塊不意圖O
[0023]圖3為本實用新型實施例提供的反電動勢過零檢測實現電路圖。
[0024]圖4(a)為本實用新型實施例提供的一種數字處理單元的框圖；及圖4 (b)為PffM信號產生的示意圖。
[0025]圖5為本實用新型實施例提供的柵極驅動電路的應用示意圖。
[0026]圖6為本實用新型實施例提供的一種無刷直流電機無位置傳感器驅動系統的模塊不意圖O
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本實用新型實施例進行詳細描述。應當明確，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0028]如圖1所示，現有的無刷電機控制系統，通常包含電機控制芯片、柵極驅動芯片、功率器件以及位置傳感器。從可靠性、應用難度、散熱、PCB空間等方面綜合考慮，通常希望系統集成度越高越好。在小功率(比例200W以下)電機控制方面，通常將圖1所示的柵極驅動芯片、功率器件及二極管等部分外圍元器件封裝成一顆芯片，即所謂的智能功率模塊(IPM)0以三相無刷直流電機為例，一個IPM通常包含了 3顆柵極驅動芯片、6個功率器件及若干二極管等10多顆芯片和元器件。如此多的芯片和元器件封裝在一起，封裝的難度、成本等陡然增加，良率下降，同時散熱問題限制了其適用的功率范圍，一般只適用于小功率電機應用。
[0029]本實用新型提出將電機控制芯片與柵極驅動集成一起，成為集成驅動芯片，并且通過反電動勢過零檢測獲取電機轉子位置，可節省位置傳感器。首先，避免了位置傳感器因對溫度敏感帶來的可靠性問題，同時降低了成本及對電機空間的要求；其次，集成驅動芯片的應用更加靈活多樣:a)可以與不同的功率器件配套，以適用于不同功率范圍的應用，b)可以與功率器件封裝在一起，與IPM相比，元器件數目減少了，功能卻增加了，集成度大大提高；再次，電機控制與驅動集成在一起，除集成度提高外，電機的過流、過溫等異常保護可以更加及時、智能。
[0030]本實用新型實施例實施一提供了一種無刷直流電機無位置傳感器驅動芯片，其系統框圖如圖2所示，所述芯片包括保護電路110、時鐘及電壓產生電路120、模數轉換電路130、數字處理單元140、柵極驅動電路150和過零檢測單元160。其中模數轉換電路130的輸入端與時鐘及電壓產生電路120、數字處理單元140的輸出端分別相連；所述數字處理單元140的輸入端與模數轉換電路130的輸出端、過零檢測單元170的輸出端分別相連，且數字處理單元140的輸出端與柵極驅動電路150的輸入端相連；所述保護電路110的輸出端還連接柵極驅動電路150的輸入端；所述芯片的所有電路及單元均集成于同一襯底上。
[0031]時鐘及電壓產生電路120產生芯片的系統時鐘和供電電壓。模數轉換電路130是主要的接口電路，將電機控制參數、電機狀態參數等多通道模擬信號轉換為數字信號，以便于采用數字處理方法來完成電機控制的基本功能，優選地，所述模數轉換電路130獲取的電機狀態參數包括母線電流的取樣電壓等參數和各相端電壓。過零檢測單元160檢測電機非導通相的端電壓以獲取反電動勢過零點，進而獲取電機轉子位置。反電動勢過零點與換相時刻存在直接對應關系，因此可以用于各相PWM的換相。
[0032]為方便進一步的理解，以三相無刷直流電機為例，本實用新型實施例提供了過零檢測單元160的一種電路實現方式，如圖3所示。通過電阻分壓及低通濾波后檢測電機各相端電壓的過零點，低通濾波主要是濾除載波干擾。
[0033]數字處理單元140是芯片的核心部分，主要處理模數轉換電路130和過零檢測單元160獲取的數字信號，其在檢測到電機轉子位置前，按一定次序和周期依次向電機各相線圈施加驅動電壓；及在檢測到電機轉子位置后，根據所述電機轉子位置、所述電機控制參數和狀態參數依據方波調制算法輸出電機各相線圈PWM信號。
[0034]為方便