本实用新型涉及一种电机驱动器，特别是涉及一种叠层电路板的温控系统及大电流无刷伺服电机驱动器。
背景技术：
大电流无刷伺服电机驱动器目前广泛应用于电动汽车、精密仪器、医疗器械、机器人等领域，是驱动无刷直流电机的核心部件。驱动器一般采用一层电路板设计，这种结构的控制器体积一般很大，在应用于大电流无刷电机，体积会非常大，不便于安装，并且功率器件和逻辑器件之间容易产生信号互相干扰，同时大电流无刷伺服电机的功率器件工作时会产生大量热量，该热量会引起逻辑器件的工作环境温度增高，其工作性能下降。
现有技术中公开号为cn207069950u的中国专利披露了一种风冷式隔离型bldcm控制器结构，其包括第一pcb板、第二pcb板、第三pcb板、第四pcb板四块pcb板，散热器，小型直流风扇组，ipm模块，母线电容，母线电容充电限流电阻、母线电容充电限流开关管，刹车电阻，第一屏蔽铝板、第二屏蔽铝板两块信号隔离铝板，及其他组成控制电路的元件和外部接口；采用分层设计实现弱电与强电可靠隔离，最底层是功率电路部分，再往上一层是模拟信号和电源变换电路部分，顶层是数字信号电路部分，并设计了适用于无刷直流电动机控制系统的风冷强迫散热方式。该专利虽然采用根据电路板功能分层设计，并加入了屏蔽铝板，实现强电和弱电有效隔离，削弱强弱电的电磁干扰，将易发热的功率元件紧贴底层散热器，尽可能的增大散热面积，并配有风扇以加快散热速度，控制器壳体上开有通风散热槽，以及时将pcb板上的热量释放。但是，该专利中的风扇组通过散热器仅对底层功率元件风冷降温，由于功率元件是最大的热源，通过热传导会使得上层pcb板的温度升高，进而影响其上器件的工作性能，而该专利对此问题并未涉及；同时，风扇组的转速不能跟随pcb板的实际温度调节，存在温度较低时风扇持续工作浪费能源，温度较高时风扇的风冷能力不能满足散热需求的问题。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种叠层电路板的温控系统及大电流无刷伺服电机驱动器。
为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第一个方面，本实用新型提供了一种叠层电路板的温控系统，包括至少两个可全部或部分重叠放置的电路板，在所述电路板重叠部分设置有板间间隙，在每个电路板上设置有至少一个与其它电路板连接的连接器，至少一个吹风方向相同且对准全部或部分电路板的侧面和/或板间间歇的风扇，在全部或部分电路板上设置有第一温度传感器，以及控制模块；
所述控制模块接收第一温度传感器的温度信号并输出与所述温度信号对应的控制信号至风扇的转速调节端。
上述技术方案的有益效果为：根据电路板的实际温度控制风扇的转速，避免了低温风扇工作浪费能源，高温风扇风速不满足制冷需求的问题，使叠层电路板工作于合适的温度中；另外，让风扇对准全部或部分电路板的侧面和/或板间间歇，这样使得各电路板及其上方的热空气通过电路板附近空间和/或板间间隙转移出去，进行了电路板间热量隔离，不会进入其他电路板，减少了板间热量的串扰。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述第一温度传感器设置在电路板的发热元件附近。
上述技术方案的有益效果为：获得电路板上温度最高点的温度，避免发热元件周围的温度达到其极限而被损坏或工作故障，提高温控的可靠性。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述板间间隙通过设置在电路板两个对角顶点或四个顶点上的支撑柱形成。
上述技术方案的有益效果为：便于机械安装，板间间隙的宽度可以调整。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述支撑柱为隔热材料制成。
上述技术方案的有益效果为：避免因支撑柱的热传导加快电路板间的热量串扰。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述连接器与其所在电路板邻近的电路板的连接器连接，相互连接的连接器为相互配合的直插式的插针和插座，当两者直插时形成板间间隙。
上述技术方案的有益效果为：安装简便。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述控制模块包括第一比较器、第一参考电源、电子开关、第二参考电源和加法电路，第一温度传感器的输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一参考电源的输出端与第一比较器的负向输入端连接，第一比较器的输出端与电子开关的导通控制端连接，电子开关的第一端与第二参考电源连接，电子开关的第二端与加法电路的第一输入端连接，第一温度传感器的输出端还与加法电路的第二输入端连接，加法电路的输出端与风扇的转速调节端连接；
所述第一参考电源的输出电压值为当第一温度传感器感测的温度达到启动风冷的阈值温度时输出的电压值；所述第二参考电源的输出电压值为风扇的转速调节端的最小输入电压与第一温度传感器最小输出电压的差值。
上述技术方案的有益效果为：公开了控制模块的一种硬件电路结构，该硬件电路结构简单可靠，无需算法和程序介入，能够自动调节风扇转速实现温度的自动化管理。
在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括与底部的电路板的底面接触连接的散热器。
上述技术方案的有益效果为：进一步地对底部电路板散热，增强系统的降温性能。
为了实现本实用新型的上述目的，根据本实用新型的第二个方面，本实用新型提供了一种大电流无刷伺服电机驱动器，具有本实用新型所述的温控系统，重叠的电路板从下到上依次包括第一电路板、第二电路板和第三电路板。
上述技术方案的有益效果为：除了具有上述温控系统的有益效果外，还具有因温控系统带来的输出的电机控制信号精度高，提高了电机工作性能的有益效果。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述第一电路板上设置有驱动电机线圈中电流换向的驱动电路和第一温度传感器，所述风扇向第一电路板的侧面和/或第一电路板上方板间间隙吹风；
所述第二电路板上设置有信号调理电路和a/d转换电路；
所述第三电路板上设置有外部接口和控制模块。
上述技术方案的有益效果为：公开了三个电路板上的主要器件，从下到上，电路板上器件的发热量逐渐减小，第一电路板上设置有包含功率元件的发热元件，发热量较大，通过风扇能够针对性的将产生的热量及时排出，极大地减小了对其他电路板的影响。
在本实用新型的一种优选实施方式中，所述外部接口包括与上位机通信的串行接口、感测电机温度的第二温度传感器的信号输入接口、风扇控制接口、感测电机转子位置的位置传感器的信号输入接口和测量电机轴扭矩的扭矩传感器的信号输入接口中的部分或全部。
上述技术方案的有益效果为：便于与外部电机、电机上的传感器以及用户的上位机连接。
附图说明
图1是本实用新型一具体实施方式中温控系统结构的正面示意图；
图2是本实用新型一具体实施方式中温控系统结构的俯瞰示意图；
图3是本实用新型一具体实施方式中控制模块的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本实用新型提出了一种叠层电路板的温控系统，在该温控系统的一种优选实施方式中，该温控系统如图1和图2所示，包括至少两个可全部或部分重叠放置的电路板，在电路板重叠部分设置有板间间隙，在每个电路板上设置有至少一个与其它电路板连接的连接器，至少一个吹风方向相同且对准全部或部分电路板的侧面和/或板间间歇的风扇，在全部或部分电路板上设置有第一温度传感器，以及控制模块；
控制模块接收第一温度传感器的温度信号并输出与温度信号对应的控制信号至风扇的转速调节端。
在本实施方式中，风扇位于叠层电路板的侧部，其出风口正对叠层板侧面和/或板间间隙，风扇可固定在叠层电路板上或者通过另设支架固定。优选的，风扇只对准发热量最大的电路板和/或其上方的板间间隙吹风，这样成本最低、温控收益最大。
在本实施方式中，第一温度传感器优选的设置于发热量最大的电路板上，如功率元件最多的电路板上，优选的，其靠近发热元件设置。第一温度传感器优选但不限于为ntc电阻，ntc电阻与参考电阻串接，参考电阻一端与电源端连接，另一端与ntc电阻的第一端连接，ntc电阻的第二端与地连接，ntc电阻的第一端作为第一温度传感器的输出端。
在本实施方式中，风扇优选但不限于为微型直流电风扇，如风之源公司的直流风扇，风扇的转速即风量可通过输入的直流电压的大小调节，如型号可为fd3007s1h-ap00或fd3007s2h-ap00。由于风扇的输入电压有一个范围，第一温度传感器的输出信号为了与该范围匹配，优选的，控制模块为一个本领域常规的由运放搭建而成的加法电路，加法电路的正向输入端分别连接有第一温度传感器的输出端和第二参考电源，加法电路的输出端与风扇的电压输入端连接，第二参考电源的输出电压值取值范围为风扇的输入电压范围减去第一温度传感器的输出电压范围，可选择ti或adi公司对应电压的电压基准芯片及其外围电路获得，具体电路结构请参照选用芯片的技术手册，在此不再赘述。当风扇为多个时，优选的，将多个风扇的电压输入端并联，如将加法电路的输出端分别与各风扇的电压输入端连接。
在本实施方式中，连接器之间优选但不限于通过排线或fpc软板电连接，其用于输出所在电路板的信号至其他电路板，或者接收来自其他电路板的信号。
在本实用新型的一种优选实施方式中，板间间隙通过设置在电路板两个对角顶点或四个顶点上的支撑柱形成。
在本实施方式中，支撑柱可为铜柱或塑料柱，在电路板的顶点上设置有与支撑柱匹配的安装孔，通过螺母、垫片等紧固件实现电路板之间的重叠放置。优选的，支撑柱两端或全部为隔热材料制成。
在本实用新型的一种优选实施方式中，连接器与其所在电路板邻近的电路板的连接器连接，相互连接的连接器为相互配合的直插式的插针和插座，当两者直插时形成板间间隙。
在本实用新型的一种优选实施方式中，如图3所示，控制模块包括第一比较器a1、第一参考电源、电子开关s、第二参考电源和加法电路，第一温度传感器的输出端与第一比较器a1的正向输入端连接，第一参考电源的输出端与第一比较器a1的负向输入端连接，第一比较器a1的输出端与电子开关s的导通控制端连接，电子开关s的第一端与第二参考电源连接，电子开关s的第二端与加法电路的第一输入端连接，第一温度传感器的输出端还与加法电路的第二输入端连接，加法电路的输出端与风扇的转速调节端连接；
第一参考电源的输出电压值为当第一温度传感器感测的温度达到启动风冷的阈值温度时输出的电压值；第二参考电源的输出电压值为风扇的转速调节端的最小输入电压与第一温度传感器最小输出电压的差值。
在本实施方式中，第一参考电源和第二参考电源可选择ti或adi公司对应电压的电压基准芯片及其外围电路获得，具体电路结构请参照选用芯片的技术手册，在此不再赘述。启动风冷的阈值温度优选的低于发热量最大的电路板或温度最高的电路板上器件的最小额定使用温度，如为80℃。加法电路为本领域常规的由运放搭建的模拟加法电路，在此不再赘述。第一比较器a1优选但不限于为lm324。电子开关s优选但不限于为nmos开关管、三极管等。
在本实用新型的一种优选实施方式中，还包括与底部的电路板的底面接触连接的散热器。
在本实施方式中，散热器优选但不限于为铝制型材散热器。
本实用新型提供了一种大电流无刷伺服电机驱动器，其具有本实用新型的温控系统，重叠的电路板从下到上依次包括第一电路板、第二电路板和第三电路板。
在本实用新型的一种优选实施方式中，第一电路板上设置有驱动电机线圈中电流换向的驱动电路和第一温度传感器，风扇向第一电路板的侧面和/或第一电路板上方板间间隙吹风；
第二电路板上设置有信号调理电路和a/d转换电路；
第三电路板上设置有外部接口和控制模块。
在本实施方式中，驱动电路、信号调理电路、a/d转换电路均采用现有技术中的结构，在此不做详细介绍。优选的，外部接口包括与上位机通信的串行接口、感测电机温度的第二温度传感器的信号输入接口、风扇控制接口、感测电机转子位置的位置传感器的信号输入接口和测量电机轴扭矩的扭矩传感器的信号输入接口中的部分或全部。各接口的结构和管脚定义采用现有技术，在此不做详细介绍。优选的，位置传感器为绝对值编码器或旋转变压器。串行接口可为rs232接口。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
技术特征：
1.一种叠层电路板的温控系统，其特征在于，包括至少两个可全部或部分重叠放置的电路板，在所述电路板重叠部分设置有板间间隙，在每个电路板上设置有至少一个与其它电路板连接的连接器，至少一个吹风方向相同且对准全部或部分电路板的侧面和/或板间间歇的风扇，在全部或部分电路板上设置有第一温度传感器，以及控制模块；
所述控制模块接收第一温度传感器的温度信号并输出与所述温度信号对应的控制信号至风扇的转速调节端。
2.如权利要求1所述的叠层电路板的温控系统，其特征在于，所述第一温度传感器设置在电路板的发热元件附近。
3.如权利要求1所述的叠层电路板的温控系统，其特征在于，所述板间间隙通过设置在电路板两个对角顶点或四个顶点上的支撑柱形成。
4.如权利要求3所述的叠层电路板的温控系统，其特征在于，所述支撑柱为隔热材料制成。
5.如权利要求1所述的叠层电路板的温控系统，其特征在于，所述连接器与其所在电路板邻近的电路板的连接器连接，相互连接的连接器为相互配合的直插式的插针和插座，当两者直插时形成板间间隙。
6.如权利要求1所述的叠层电路板的温控系统，其特征在于，所述控制模块包括第一比较器、第一参考电源、电子开关、第二参考电源和加法电路，第一温度传感器的输出端与第一比较器的正向输入端连接，第一参考电源的输出端与第一比较器的负向输入端连接，第一比较器的输出端与电子开关的导通控制端连接，电子开关的第一端与第二参考电源连接，电子开关的第二端与加法电路的第一输入端连接，第一温度传感器的输出端还与加法电路的第二输入端连接，加法电路的输出端与风扇的转速调节端连接；
所述第一参考电源的输出电压值为当第一温度传感器感测的温度达到启动风冷的阈值温度时输出的电压值；所述第二参考电源的输出电压值为风扇的转速调节端的最小输入电压与第一温度传感器最小输出电压的差值。
7.如权利要求1所述的叠层电路板的温控系统，其特征在于，还包括与底部的电路板的底面接触连接的散热器。
8.一种大电流无刷伺服电机驱动器，其特征在于，具有权利要求1-7之一所述的温控系统，重叠的电路板从下到上依次包括第一电路板、第二电路板和第三电路板。
9.如权利要求8所述的大电流无刷伺服电机驱动器，其特征在于，所述第一电路板上设置有驱动电机线圈中电流换向的驱动电路和第一温度传感器，所述风扇向第一电路板的侧面和/或第一电路板上方板间间隙吹风；
所述第二电路板上设置有信号调理电路和a/d转换电路；
所述第三电路板上设置有外部接口和控制模块。
10.如权利要求9所述的大电流无刷伺服电机驱动器，其特征在于，所述外部接口包括与上位机通信的串行接口、感测电机温度的第二温度传感器的信号输入接口、风扇控制接口、感测电机转子位置的位置传感器的信号输入接口和测量电机轴扭矩的扭矩传感器的信号输入接口中的部分或全部。
技术总结
本实用新型公开了一种叠层电路板的温控系统及大电流无刷伺服电机驱动器。该温控系统包括至少两个可全部或部分重叠放置的电路板，在电路板重叠部分设置有板间间隙，在每个电路板上设置有至少一个与其它电路板连接的连接器，至少一个吹风方向相同且对准全部或部分电路板的侧面和/或板间间歇的风扇，在全部或部分电路板上设置有第一温度传感器，以及控制模块；控制模块接收第一温度传感器的温度信号并输出与所述温度信号对应的控制信号至风扇的转速调节端。根据电路板的实际温度控制风扇的转速，使叠层电路板工作于合适的温度中；风扇对准全部或部分电路板的侧面和/或板间间歇，使各电路板及其上方的热量不会进入其他电路板，减少了板间热量串扰。
技术研发人员：黄宇;王了
受保护的技术使用者：重庆金山医疗机器人有限公司
技术研发日：.03.12
技术公布日：.02.18
