1.本技术涉及电路技术领域，特别是涉及一种直流发电机启动及整流一体化电路。
背景技术：2.永磁直流发电机由发动机带动发电机转子转动，转子内有永磁体，定子上的绕组切割磁力线产生感生交流电流，交流电流经整流电路整流变为直流供直流设备使用。发动机在使用时需要启动，常用手拉启动或者电启动，而电启动比手拉启动应用更加广泛。
3.电启动分为外置电机减速箱启动和无刷电机驱动器直接启动。外置电机减速箱的体积重量远大于无刷电机驱动器这种电子设备，常用于汽车发动机的启动，但一些对体积和重量有要求的设备难以采用外置电机减速箱的启动方式。而无刷电机驱动器启动方式具有体积小、重量轻的优点。如图1所示，无刷电机驱动器启动方式是使用一个无刷电机驱动器驱动发电机转动从而启动发动机，发动机启动后，这个无刷电机驱动器需要脱离绕组，这时发电机发出的交流电经三相整流桥整流为直流输出。由于无刷电机驱动器在发动机启动后需要脱离绕组，因此一般需要加入一个三相交流接触器以控制驱动器的接入和脱离。而无刷电机驱动器、三相整流桥和三相交流接触器的设置，使控制电路复杂化，同时大量的电子元件、接线电缆也会增加设备的体积和重量，特别是在飞行器应用时，这样的体积和重量是不可接受的。
技术实现要素：4.为了解决背景技术中提到的技术问题之一，本技术提供一种直流发电机启动及整流一体化电路，将无刷电机驱动器和三相整流桥在一个回路中实现，简化电路结构，减少电子元件和接线电缆的布置，使直流发电机的回路更加小型化、轻量化。
5.根据本发明第一方面实施例的一种直流发电机启动及整流一体化电路，包括：
6.发电机；
7.多功能转换电路，连接所述发电机，所述多功能转换电路包括六个桥式连接的场效应管，每个所述场效应管上设置有一个续流二极管；
8.切换控制器，所述切换控制器的多个输出端分别连接所述场效应管的控制端；
9.主控制器，连接所述切换控制器；
10.其中，所述发电机启动过程中，所述切换控制器的输出端输出高电平，所述场效应管处于工作状态，多功能转换电路作为驱动器带动所述发电机转动；所述发电机处于发电状态下，所述切换控制器的输出端输出低电平，所述场效应管全部处于开路状态，所述续流二极管组成桥式整流电路，所述发电机输出的三相交流电经过多功能转换电路后整流为直流输出。
11.根据本发明第一方面实施例的直流发电机启动及整流一体化电路，至少具有如下有益效果：本发明的直流发电机启动及整流一体化电路，通过一个多功能转换电路配合切换控制器，就能实现原来的无刷电机驱动器、三相整流桥和三相交流接触器组合的效果。采
用本实施例的直流发电机启动及整流一体化电路，可以大幅度简化电路，极大地减少了系统器件的体积和重量，而且安装接线更加简单方便，提高了系统的效率和可靠性。
12.根据本发明第一方面所述的直流发电机启动及整流一体化电路，还包括驱动器控制芯片，所述驱动器控制芯片连接所述主控制器、所述切换控制器和所述发电机。
13.根据本发明第一方面所述的直流发电机启动及整流一体化电路，所述切换控制器为桥臂功率管驱动ic。
14.根据本发明第一方面所述的直流发电机启动及整流一体化电路，所述多功能转换电路上设置有电流检测电路，所述电流检测电路采集所述多功能转换电路上的电流信号并输出到所述驱动器控制芯片。
15.根据本发明第一方面所述的直流发电机启动及整流一体化电路，所述电流检测电路包括有：
16.检测电阻，连接在所述多功能转换电路上，用于采集所述多功能转换电路的电流值；
17.差分放大器，所述差分放大器的两个输入端通过电阻分别连接在所述检测电阻的两端，所述差分放大器把所述检测电阻的电压变化放大后输出，所述差分放大器的输出端连接所述驱动器控制芯片；
18.比较器，所述比较器的其中一个输入端连接所述差分放大器的输出端，所述比较器的另一个输入端连接预设电压，所述比较器的输出端连接所述驱动器控制芯片。
19.根据本发明第一方面所述的直流发电机启动及整流一体化电路，还包括驱动换相点检测电路，所述驱动换相点检测电路连接所述驱动器控制芯片，所述驱动换相点检测电路采集发电机的反向电动势信号并输出给所述驱动器控制芯片。
20.本技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术而了解。本技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
21.附图用来提供对本技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术的实施例一起用于解释本技术的技术方案，并不构成对本技术技术方案的限制。
22.图1是现有采用无刷电机驱动器启动方式的直流发电机的电路示意图；
23.图2是本技术的直流发电机启动及整流一体化电路示意图；
24.图3是驱动换相点检测电路的示意图。
具体实施方式
25.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
26.在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接或活动连接，也可以是可拆卸连接或不可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通
过中间媒介、中间结构间接相连，可以是两个元件内部的连通、间接连通或两个元件的相互作用关系。
27.在本技术的描述中，需要说明的是，若干的含义是一个或者多个，多个(或多项)的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
28.下面结合附图，对本技术实施例作进一步阐述。
29.参照图1，图1所示的现有采用无刷电机驱动器启动方式的直流发电机的电路示意图，包括有发电机100、三相整流桥200、无刷电机驱动器300、主控制器400和三相交流接触器500。
30.发电机100的转子由发动机带动转动，转子内有永磁体，定子上的绕组切割磁力线产生感生交流电流，交流电流经三相整流桥200整流变为直流输出，供直流设备使用。如图1所示，三相整流桥200由六个二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6组成。
31.发动机在使用时需要启动，这时三相交流接触器500处于接通状态，无刷电机驱动器300接到主控制器400的启动信号后，驱动发电机100的转子转动，从而带动发动机启动；发动机启动后，带动发电机100发电，这时主控制器400发出信号断开三相交流接触器500，无刷电机驱动器300脱离绕组，发电机100输出的三相交流电通过三相整流桥200整流变为直流输出。但是，无刷电机驱动器300、三相整流桥200和三相交流接触器500的设置，使控制电路复杂化，同时大量的电子元件、接线电缆也会增加设备的体积和重量，特别是在飞行器应用时，这样的体积和重量是不可接受的。
32.通过分析无刷电机驱动器300的内部驱动电路，可以发现无刷电机驱动器300主要由六个大功率场效应管组成，而且每个大功率场效应管都内置了大功率的续流二极管，当全部场效应管开路时，这些二极管可构成经典的三相整流桥电路。基于这个原理，本实施例在图2中提出了直流发电机启动及整流一体化电路。
33.参照图2，图2的实施例提供了一种直流发电机启动及整流一体化电路，包括有发电机100、多功能转换电路600、切换控制器610和主控制器400。
34.如图2所示，发电机100连接多功能转换电路600，多功能转换电路600主要包括六个桥式布置的场效应管mf1、mf2、mf3、mf4、mf5、mf6，六个场效应管mf1、mf2、mf3、mf4、mf5、mf6上分别设置有一个续流二极管d11、d12、d13、d14、d15、d16。切换控制器610优选为专用的桥臂功率管驱动ic，也可以为其他适配的ic。切换控制器610的其中三个输入端ma、mb、mc连接发电机100的三相输出，切换控制器610的六个输出端gah、gal、gbh、gbl、gch、gcl分别连接六个场效应管mf1、mf2、mf3、mf4、mf5、mf6的控制端，此外，切换控制器610连接主控制器400。
35.本实施例的工作原理如下：当需要启动发动机时，切换控制器610的输出端输出高电平，六个场效应管mf1、mf2、mf3、mf4、mf5、mf6为连通状态，多功能转换电路600作为带动发电机100转动的驱动器，从而带动发动机启动；当发动机启动后，带动发电机100发电，发电机100输出三相电流，切换控制器610接收到发电机100的三相电流后，切换控制器610的输出端输出低电平，六个场效应管mf1、mf2、mf3、mf4、mf5、mf6全部开路，由六个续流二极管
d11、d12、d13、d14、d15、d16构成桥式整流电路，多功能转换电路600作为三相整流电路，把发电机100输出的三相交流电整流为直流电输出。
36.进一步的，本实施例中还包括有驱动器控制芯片900，驱动器控制芯片900连接主控制器400、切换控制器610和发电机100。驱动器控制芯片900收到主控制器400的启动指令后，执行完整的无刷电机pwm驱动程序，驱动发电机100旋转从而启动发动机，这时多功能转换电路600作为驱动器使用。
37.本实施例通过一个多功能转换电路600配合切换控制器610，就能实现原来的无刷电机驱动器300、三相整流桥200和三相交流接触器500组合的效果。采用本实施例的多功能转换电路600和切换控制器610，可以大幅度简化电路，成倍地减少器件的体积和重量，同时安装更加简单方便，成倍地提高可靠性，其有益效果显而易见。
38.参照图2，在本实施例中，为了保护多功能转换电路600的场效应管，在多功能转换电路600处设置有电流检测电路700。电流检测电路700包括检测电阻r1、差分放大器ar1、比较器ar2和若干限流用电阻r2、r3、r4、r5、r6。其中，检测电阻r1连接在多功能转换电路600处，用于采集多功能转换电路600的电流信号；第一电阻r2和第二电阻r3分别连接在检测电阻r1两端，采集检测电阻r1的电压信号，并连接到差分放大器ar1的两个输入端；差分放大器ar1上设置有反馈用的第三电阻r4；差分放大器ar1的输出端经过第四电阻r5连接到驱动器控制芯片900；差分放大器ar1的输出端还经过第五电阻r6作为比较器ar2的输入，比较器ar2的输出连接驱动器控制芯片900。电流检测电路700通过检测电阻r1的压降计算实时的连续电流值。由于检测电阻r1长期工作在大电流状态，因此其阻值应尽可能小以减少损耗降低温升，优选的，检测电阻r1为康铜线或康铜板。检测电阻r1的阻值低意味着压降信号微弱，需要一个高灵敏度的差分放大器ar1调理这个信号，senscurrent信号送入驱动器控制芯片900，其ad值就是实时连续电流值，这个信号经比较器ar2输出ocp触发信号，触发驱动器控制芯片900内部硬件逻辑电路，实现微秒级的限流和斩波功能。多功能转换电路600的场效应管工作在数十khz，软件计算和动作的延时无法及时响应，这里必须使用硬件的高速逻辑电路来处理精细到单个脉冲的过流或斩波，以保护场效应管，确保电路性能。
39.参照图3，在本实施例中，还设置有驱动换相点检测电路800。驱动换相点检测电路800由多个二极管d1、d2、d3、d4、d5、d6和多个电阻r7、r8、r9、r10、r11、r12、r13、r14、r15构成，其布置如图3所示。在没有霍尔传感器的电机驱动中，需要通过检测各相绕组的反向电动势来获得换相驱动的准确时刻。驱动换相点检测电路800将各绕组的反向电动势信号送入驱动器控制芯片900计算出准确的换相时刻。采用驱动换相点检测电路800，可以减省霍尔传感器器件和结构件的硬件开销，减少体积和重量，降低成本。
40.以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的共享条件下还可作出种种等同的变形或替换，这些等同的变形或替换均包括在本技术权利要求所限定的范围内。
技术特征：1.一种直流发电机启动及整流一体化电路，其特征在于，包括：发电机；多功能转换电路，连接所述发电机，所述多功能转换电路包括六个桥式连接的场效应管，每个所述场效应管上设置有一个续流二极管；切换控制器，所述切换控制器的多个输出端分别连接所述场效应管的控制端；主控制器，连接所述切换控制器；其中，所述发电机启动过程中，所述切换控制器的输出端输出高电平，所述场效应管处于工作状态，所述多功能转换电路作为驱动器带动所述发电机转动；所述发电机处于发电状态下，所述切换控制器的输出端输出低电平，所述场效应管全部处于开路状态，所述续流二极管组成桥式整流电路，所述发电机输出的三相交流电经过所述多功能转换电路后整流为直流输出。2.根据权利要求1所述的直流发电机启动及整流一体化电路，其特征在于，还包括驱动器控制芯片，所述驱动器控制芯片连接所述主控制器、所述切换控制器和所述发电机。3.根据权利要求1所述的直流发电机启动及整流一体化电路，其特征在于，所述切换控制器为桥臂功率管驱动ic。4.根据权利要求2所述的直流发电机启动及整流一体化电路，其特征在于，所述多功能转换电路上设置有电流检测电路，所述电流检测电路采集所述多功能转换电路上的电流信号并输出到所述驱动器控制芯片。5.根据权利要求4所述的直流发电机启动及整流一体化电路，其特征在于，所述电流检测电路包括有：检测电阻，连接在所述多功能转换电路上，用于采集所述多功能转换电路的电流值；差分放大器，所述差分放大器的两个输入端通过电阻分别连接在所述检测电阻的两端，所述差分放大器把所述检测电阻的电压变化放大后输出，所述差分放大器的输出端连接所述驱动器控制芯片；比较器，所述比较器的其中一个输入端连接所述差分放大器的输出端，所述比较器的另一个输入端连接预设电压，所述比较器的输出端连接所述驱动器控制芯片。6.根据权利要求2所述的直流发电机启动及整流一体化电路，其特征在于，还包括驱动换相点检测电路，所述驱动换相点检测电路连接所述驱动器控制芯片，所述驱动换相点检测电路采集发电机的反向电动势信号并输出给所述驱动器控制芯片。
技术总结本申请公开了直流发电机启动及整流一体化电路，包括发电机；多功能转换电路，包括六个桥式连接的场效应管，每个场效应管上设置有一个续流二极管；切换控制器，切换控制器的输出端分别连接场效应管的控制端；主控制器，连接切换控制器；其中，发电机启动过程中，切换控制器的输出端输出高电平，场效应管处于工作状态，多功能转换电路带动发电机转动；发电机处于发电状态下，切换控制器输出低电平，场效应管处于开路状态，续流二极管组成桥式整流电路，发电机输出的三相交流电经过多功能转换电路后整流为直流输出。采用本发明的直流发电机启动及整流一体化电路，可以大幅度简化电路，极大地减少了系统器件的体积和重量，提高了系统的效率和可靠性。统的效率和可靠性。统的效率和可靠性。
技术研发人员：黄学禹 吴景堂 陈炎松 周卓江
受保护的技术使用者：广东智联航空科技有限公司
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/11/1
