三相微電機風機模組、便攜式風扇及驅動橋電路的制作方法

本技術涉及電子電路，尤其涉及一種用于便攜式風扇的三相微電機風機模組、基于三相微電機的便攜式風扇以及用于三相微電機風機模組或便攜式風扇的驅動橋電路。

背景技術：

1、使用過便攜式風扇的用戶都會了解，便攜式風扇的電機轉速相對較慢，風速和風量有限，震動和噪音也較大，導致用戶在不同環境和需求下無法獲得最佳的舒適體驗。

2、因為現有的一般使用單相電機，作為對比，三相電機的工作轉速則可以在幾萬到十幾萬轉每分鐘(rpm)不等。但由于這些設備需要強大的動力支持，三相電機通常使用市電供電，電壓范圍從110v到240v不等，以確保電機能提供穩定的高轉速輸出。另外，高速電機的制造成本相對較高，一般在幾十元到上百元不等。所以，三相電機的應用領域主要涉及工業設備、電動工具、航空航天和汽車等，例如，工業設備中機床中需要高速電機的高速旋轉來提高生產效率和加工精度，汽車需要高速電機的高速旋轉來提高動力輸出和燃油效率。

3、在2022年之前，整個行業都沒有將三相電機應用到小型便攜式風扇中的先例。這是由于高速電機的高成本和高功耗特性，與小型便攜式風扇的低成本、低功耗需求不相符。直到2023年，本技術人首次推動三相電機落地到便攜式風扇，并在國內外得到消費者的高度認可，同時帶動了整個行業的快速發展，但是，2023至今，無論是本技術人的產品，或者同行的仿品，使用三相電機時均采用方波進行驅動，而方波驅動存在很明顯的技術缺陷，噪音大、抖動明顯，電機及其轉軸的尖銳聲尤其明顯，所以，本技術的發明人一直在嘗試解決方波驅動的混合噪音問題。

4、在兩年的時間內，申請人及其發明人對整個電機行業進行調查，例如對戴森、徠芬這些電機風扇頭部企業，以及東莞風冷、中驅電機、恒馳電機、大疆創新以及德昌電機調研發現，在三相電機微型化的研發方面非常欠缺，對電機噪聲更沒有深入的研究，微電機及其控制技術停滯不前，尤其是市面上在售的手持便攜吹塵器、手持風扇，噪聲擾人，而續航僅僅只能維持20分鐘不到，尤其是使用三相電機的風扇設備，其啟動之后所伴隨的嘯叫聲能傳到百米左右的范圍，即使強如大疆公司的無人機，在天空中飛行的時候，氣流的噪聲和電機的轟鳴聲相信每位接觸過的都深有體會。顯而易見的，三相電機在微電機方面的技術亟待開發，尤其是如何控制三相電機在微電機方面的驅動，亟需出現新的應用技術。

技術實現思路

1、本技術實施例提供一種基于用于便攜式風扇的三相微電機風機模組、基于三相微電機的便攜式風扇以及用于三相微電機風機模組或便攜式風扇的驅動橋電路，以解決上述技術問題。

2、本技術實施例第一方面提供了一種用于便攜式風扇的三相微電機風機模組，所述三相微電機風機模組包括驅動橋電路、三相微電機以及扇葉，所述扇葉與所述三相微電機連接，所述驅動橋電路的三個輸出端連接所述三相微電機的三個電極，其中，所述驅動橋電路用于產生正弦波的三相交流電驅動所述三相微電機啟動、停機或變速。

3、在一些實施例中，所述驅動橋電路包括三個驅動橋臂，每個所述驅動橋臂包括串聯在供電母線正極和供電母線負極之間的上橋臂、下橋臂，三個所述驅動橋臂的三個串聯節點構成所述驅動橋電路的三個輸出端，三個所述上橋臂的被控制端、三個所述下橋臂的被控制端分別用于連接至所述便攜式風扇控制器的六個控制管腳。

4、在一些實施例中，每個所述上橋臂包括第一開關管，每個所述下橋臂包括第二開關管，所述第一開關管與所述第二開關管串聯在供電母線正極和供電母線負極之間，所述第一開關管與所述第二開關管的一個串聯節點構成所述驅動橋電路的一個輸出端。

5、在一些實施例中，每個所述上橋臂還包括第三開關管，所述第一開關管的控制端連接至所述第三開關管的第一端，所述第三開關管的第二端接地，所述第三開關管的控制端構成所述上橋臂的被控制端。

6、在一些實施例中，所述便攜式風扇的輸出電壓為3伏～4.2伏或6伏～8.4伏，所述便攜式風扇的可充電電池為1節、兩節或多節，所述三相微電機包括外轉子三相微電機，以通過大扭矩的外轉子三相微電機提升對可充電電池的使用效率進而提高便攜使用時的續航時間。

7、本技術實施例第二方面提供了一種基于三相微電機的便攜式風扇，所述便攜式風扇包括殼體，以及安裝在所述殼體內的供電電路、控制器、驅動橋電路、三相微電機和扇葉，所述扇葉與所述三相微電機連接，所述供電電路包括可充電電池，所述供電電路與所述控制器的供電端和所述驅動橋電路的供電母線連接，所述控制器的控制管腳用于與所述驅動橋電路的被控制端連接，所述驅動橋電路的三個輸出端連接所述三相微電機的三個電極，所述控制器用于輸出控制信號控制所述驅動橋電路產生正弦波或方波的三相交流電驅動所述三相微電機啟動、停機或變速。

8、在一些實施例中，所述驅動橋電路包括三個驅動橋臂，每個所述驅動橋臂包括串聯在供電母線正極和供電母線負極之間的上橋臂、下橋臂，三個所述驅動橋臂的三個串聯節點構成所述驅動橋電路的三個輸出端，三個所述上橋臂的被控制端、三個所述下橋臂的被控制端用于分別連接至所述控制器的六個控制管腳。

9、在一些實施例中，每個所述上橋臂包括第一開關管，每個所述下橋臂包括第二開關管，所述第一開關管與所述第二開關管串聯在供電母線正極和供電母線負極之間，所述第一開關管與所述第二開關管的一個串聯節點構成所述驅動橋電路的一個輸出端，一個所述第一開關管的控制端用于連接至所述控制器的一個控制管腳，一個所述第二開關管的控制端用于連接至所述控制器的一個控制管腳。

10、在一些實施例中，每個所述上橋臂還包括第三開關管，所述第一開關管的控制端連接至所述第三開關管的第一端，所述第三開關管的第二端接地，所述第三開關管的控制端構成所述上橋臂的被控制端。

11、在一些實施例中，所述便攜式風扇包括一三相微電機風機模組，所述三相微電機風機模組包括所述驅動橋電路、所述三相微電機以及所述扇葉。

12、在一些實施例中，還包括：

13、輸入模塊，所述輸入模塊連接所述控制器，所述輸入模塊用于受用戶操作產生輸入信號至所述控制器；

14、檢測電路，所述檢測電路與所述控制器、所述驅動橋電路和所述三相微電機連接，用于檢測并輸出所述三相微電機和所述驅動橋電路的工作電參數；

15、所述控制器還用于根據所述輸入信號、所述工作電參數調制所述控制信號以調節所述三相交流電，實現所述三相微電機的轉速調節、啟動或停機。

16、在一些實施例中，所述檢測電路包括：

17、電壓檢測電路，與供電母線正極連接，用于檢測所述供電電路的供電電壓，并輸出電壓檢測信號；

18、電流檢測電路，與供電母線負極連接，用于檢測所述三相微電機的工作電流，并輸出電流檢測信號；

19、反電動勢檢測電路，與所述驅動橋電路的三個輸出端連接，用于檢測所述三相微電機的反電動勢并輸出。

20、在一些實施例中，所述檢測電路還包括過流保護電路，所述過流保護電路與供電母線負極連接，用于在所述三相微電機的工作電流達到過流閾值的情況下，輸出過流觸發信號；

21、所述控制器還用于根據所述過流觸發信號控制所述驅動橋電路關斷所述三相電的輸出。

22、在一些實施例中，所述電流檢測電路包括：

23、第一采樣電阻，串聯在所述供電電路與所述驅動橋電路之間的供電母線負極上；和

24、第一差分放大電路，所述第一差分放大電路的正極輸入端、負極輸出端分別連接所述第一采樣電阻的兩端，所述第一差分放大電路的輸出端連接至所述控制器。

25、在一些實施例中，所述電流檢測電路包括：

26、兩個第二采樣電阻，分別串聯在所述驅動橋電路的任意兩個驅動橋臂連接至的供電母線負極的一端；和

27、兩個第二差分放大電路，兩個所述第二差分放大電路分別與兩個所述第二采樣電阻連接，兩個所述第二差分放大電路的輸出端連接至所述控制器；

28、其中，每個所述第二差分放大電路的正極輸入端、負極輸出端分別連接對應的所述第二采樣電阻的兩端。

29、在一些實施例中，所述電流檢測電路包括：

30、三個第二采樣電阻，分別串聯在所述驅動橋電路的三個驅動橋臂連接至的供電母線負極的一端；和

31、三個第二差分放大電路，三個所述第二差分放大電路分別與三個所述第二采樣電阻連接，三個所述第二差分放大電路的輸出端連接至所述控制器；

32、其中，每個所述第二差分放大電路的正極輸入端、負極輸出端分別連接對應的所述第二采樣電阻的兩端。

33、在一些實施例中，所述反電動勢檢測電路包括三個反電動勢檢測子電路，各反電動勢檢測子電路包括第一分壓器、第二分壓器和濾波器，所述第一分壓器和第二分壓器串聯在所述三相微電機的對應電極與地端之間，所述第二分壓器與所述濾波器并聯，所述第一分壓器和第二分壓器的串聯節點還連接至所述控制器的反電動勢參考管腳以及反電動勢的檢測管腳。

34、在一些實施例中，所述輸入模塊包括按鈕輸入單元、觸控輸入單元、語音輸入單元中的至少一項。

35、在一些實施例中，所述可充電電池的輸出電壓為3伏～4.2伏或6伏～8.4伏，所述可充電電池為1節、兩節或多節，所述供電電路還包括電源電路，所述可充電電池的正極用于連接至所述驅動橋電路的供電母線正極和所述電源電路的正極，所述可充電電池的負極用于連接至所述驅動橋電路的供電母線負極和所述電源電路的負極，所述電源電路的輸出連接所述控制器的供電端。

36、在一些實施例中，所述控制器還用于驅動所述驅動橋電路基于所述可充電電池的輸出電壓輸出正弦波的三相交流電至所述三相微電機，以磁場矢量控制的方式控制所述三相微電機轉動。

37、本技術實施例第三方面提供了一種用于上述任一實施例的三相微電機風機模組，或用于上述任一實施例的便攜式風扇的驅動橋電路，所述驅動橋電路包括電路基板以及形成于所述電路基板上的三個輸出端，所述三個輸出端分別連接所述便攜式風扇的三相微電機的三個電極，其中，所述驅動橋電路用于產生正弦波的三相交流電驅動所述三相微電機啟動、停機或變速。

38、本技術實施例的技術效果為：本技術實施例的技術方案使用控制器直接控制驅動橋電路產生三相交流電驅動三相微電機，實現三相微電機的啟動、停機或變速，一方面省略了驅動橋電路的驅動芯片，節約了成本，同時實現三相微電機的低電壓驅動和策略控制；另一方面，基于三相微電機使用正弦波的三相電流驅動，相對于方波三相電流驅動而言，由于驅動電流更加平滑，大大降低了三相微電機的噪聲以及功耗，提升了續航能力，提供了一種高效、低噪音、可調節風速、長續航的便攜式風扇解決方案，提升了用戶體驗。