[發明專利]直流電機控制電路及方法

在審

• 申請號: 201910236455.6
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN110149079A
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 李萬霞;羅朋;屠佳樂
• 申請（專利權）人: 上海滬工汽車電器有限公司
• 主分類號: H02P7/28
• 分類號: H02P7/28;H02P7/03
• 代理公司: 上海伯瑞杰知識產權代理有限公司 31227
• 代理人: 孟旭彤

一種直流電機控制電路，用于對直流電機啟動、停止和運行控制，該控制電路包括2個電磁繼電器和1個電子開關，2個電磁繼電器分別是第一電磁繼電器和第二電磁繼電器。第一電磁繼電器的公共觸點連接一個直流電機電源輸入端，第一電磁繼電器的輸出回路接入直流電機的供電電源，用于控制直流電機正轉。第二電磁繼電器的公共觸點連接另一個直流電機電源輸入端，第二電磁繼電器的輸出回路接入直流電機的供電電源，用于控制直流電機反轉。第一電磁繼電器輸出回路的接地端與第二電磁繼電器輸出回路的接地端并接，然后與電子開關連接后接地。

技術領域

本發明屬于電機控制技術領域，特別涉及一種直流電機控制電路及方法。

背景技術

直流有刷電機的應用非常廣泛，在汽車中就有如門鎖電機、車窗電機、尾門電機、天窗、座椅電機等。對于這些電機的全橋控制方式業界目前主要有兩種方式。

如圖1所示，是一種直流有刷電機的全橋控制電路，通過電磁繼電器完成對電機電極性的正反轉控制以達到電機正反轉的功能。也可以將兩個繼電器作成一體成為雙胞胎繼電器，通過RN1對電流進行采樣，然后由RV1、C43、R87、RV2組成的繼電器觸點保護電路對繼電器觸點進行保護和限制電機在關閉時的反電勢沖擊。該電路的優點是電路簡單，在低電壓應用上成本很低。這種電路的缺點是：可切換的電機功率有限，可控制的電機的額定功率比較低。在繼電器吸合和釋放的過程中容易產生電弧，這是由于當電機電壓比較高時，電磁繼電器的拉弧無法避免，有很大概率會損傷繼電器觸點，造成繼電器壽命有限，更無法進行電機的PWM調速控制。商用車的電機驅動，如果使用繼電器控制，則時常發生由于繼電器觸點燒蝕引起的故障。

電磁繼電器發生的拉弧長度與其工作電壓和功率有關，功率越大、電壓越高，拉弧長度越大，這樣對電磁繼電器觸點間隙是一個挑戰。而電機負載的特性則是在啟動和堵轉功率顯著大于正常工作的額定功率，通常為額定功率的3倍以上。例如，車窗電機通常是車窗上升到頂部堵住之后才控制繼電器斷開停止，這樣繼電器在斷開的情況下功率實際是正常功率的數倍。這種現象在我國北方地區夜間溫度比較低的情況下更嚴重。因為電機在低溫情況下啟動和堵轉電流也會顯著增大。

隨著額定電壓的升高，電磁繼電器的制作難度和成本顯著上升。例如，全球有上百家生產廠商可以生產適用電源電壓12V的汽車控制用的PCB繼電器，而只有數家廠商生產適用24V電源電壓的汽車控制用的PCB繼電器，兩者價格差距十分巨大。即使是12V乘用車系統的電磁繼電器拉弧比較短，但是電弧也會顯著改變觸點端的金屬表面接觸點，并且隨著一段時間的觸點拉弧后，觸點的電性能和電壽命有顯著的影響。所以當12V乘用車采用該方式驅動的控制器，也會有一定的失效比例。

第二種全橋控制電路是全開關管(包括晶體三極管、MOSFET)組合的全橋控制電路。這種控制電路又分為晶體管或MOSFET全橋控制電路有兩種形式。由于半導體制程的因素P型晶體管和P型MOSFET造價比較高，P型晶體管和P型MOSFET的功率比較小。對于小功率的電機可采用P型開關管，不需要預驅電路了。在實際的應用當中由于P型開關的價格和功率問題，主要通過4個N型MOSFET控制電機電極性的正反轉控制以達到電機正反轉的功能。這種全橋控制電路的優點是可以進行PWM控制，并且響應迅速，根據電機功率，控制器可小型化，結構緊湊，壽命長。缺點是成本很高，4顆功率MOSFET價格很高，還需要額外的充電泵預驅電路。

發明內容

本發明提供了一種直流電機控制電路及方法，用以解決現有的的采用電磁繼電器的直流電機控制電路，電磁繼電器容易發生拉弧現象，導致壽命減損的問題，在控制性能上又能夠接近全開關管全橋電路的性能，且具有顯著的成本優勢。

本發明實施例之一，一種直流電機控制電路，用于對直流電機啟動、停止和運行控制，該控制電路包括2個電磁繼電器和1個電子開關，2個電磁繼電器分別是第一電磁繼電器和第二電磁繼電器。

第一電磁繼電器的公共觸點連接一個直流電機電源輸入端，第一電磁繼電器的輸出回路接入直流電機的供電電源，用于控制直流電機正轉。