一种直流电机的控制电路及其实现方法与流程

1.本发明涉及电子与信息技术领域，具体涉及一种直流电机的控制电路以及应用该电路的实现方法。


背景技术：

2.随着科技的发展，电机的应用范围越来越广，目前的电机按工作电源分类主要包括直流电机和交流电机。直流电机具有响应快速、较大的起动转矩、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能。
3.由于市场上对于直流电机安静运行的要求越来越高，直流电机也被广泛应用于各种场合，在直流电机驱动控制电路中，电机所需的电压往往是不稳定的，电机电压不稳定会造成电机转动圈数不确定，不利于直流电机的精准控制。
4.目前，现有的电机驱动电路由于电阻和三极管或者mos等功率器件繁多，会使得计算量繁琐复杂，不利于技术的简单实现。并且在直流电机实际运行过程中，不可避免的会遇到电机过载或者堵转状况，严重时会造成电机损坏。
5.另外，很多家电及工业领域都要用到直流电动机做传动控制，但是，在低温时电机常遇到启动困难，甚至失败的情况，影响电器或设备的使用适应性。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种直流电机的控制电路及其方法，该电路和方法可以解决现有技术中电压不稳定，计算量繁琐复杂，容易造成电机损坏等问题，从而使得电机能够稳定，精准的运行。
7.为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.一种直流电机的控制电路，包括：直流电源模块、处理模块、升压模块以及驱动控制电路，所述直流电源模块接入电源，并输出直流电源信号至所述处理模块和升压模块，所述升压模块将所述直流电源信号转换为升压信号输出至所述驱动控制电路，所述处理模块用于对mcu输入到电机的控制信号进行比对和处理，并根据该控制信号输出驱动信号至所述驱动控制电路；所述驱动控制电路包括两组半桥驱动集成芯片以及四个mos管，由每组所述半桥驱动集成芯片控制两个所述mos管导通或关断，当mos管q1、q4导通时，电机正转，当mos管q2、q3导通时，电机反转。
9.进一步的方案是，所述处理模块包括第一处理芯片、第二处理芯片，所述第一处理芯片的a0引脚与所述第二处理芯片的a0引脚连接后接mcu输入到电机的控制信号，所述第二处理芯片的b0引脚与所述第一处理芯片的vcc引脚、电源连接，所述第二处理芯片的a1引脚与所述第一处理芯片的a3引脚连接，所述第二处理芯片的d1引脚接hiv_b2_lin，所述第二处理芯片的d0引脚接lin_a1_lin，所述第一处理芯片的b0引脚通过三极管接hiv_b2_lin，所述第一处理芯片的b3引脚通过三极管接lin_a1_lin，所述第一处理芯片的d1引脚接hiv_b2，所述第一处理芯片的d2引脚接hiv_o2。
10.更进一步的方案是，所述第一半桥驱动集成芯片的hin引脚接hiv_b2，所述第一半桥驱动集成芯片的lin引脚接lin_a1_lin，所述第一半桥驱动集成芯片的ho引脚与mos管q1的栅极连接，所述第一半桥驱动集成芯片的vs引脚接mot1，所述第一半桥驱动集成芯片的lo引脚与mos管q2栅极连接。
11.更进一步的方案是，所述第二半桥驱动集成芯片的hin引脚接hiv_d2，所述第二半桥驱动集成芯片的lin引脚接hiv_b2_lin，所述第二半桥驱动集成芯片的ho引脚与mos管q3的栅极连接，所述第二半桥驱动集成芯片的vs引脚接mot2，所述第二半桥驱动集成芯片的lo引脚与mos管q4栅极连接。
12.更进一步的方案是，所述升压模块为tp7660h电荷泵电压反转器。
13.更进一步的方案是，所述直流电源模块为降压转换芯片。
14.更进一步的方案是，所述第一处理芯片、第二处理芯片采用74vhc08高速与门ic。
15.一种直流电机的控制电路的实现方法，该电路应用于上述的一种直流电机的控制电路进行实现，该方法包括；电路初始化；
16.对mcu设置信号输入，输入信号为：chop checkb_1＝0/1；chop checka_1＝1/0，由mcu经过电机座j3输入信号至处理模块；
17.当输入信号为：chop checkb_1＝0；chop checka_1＝1；
18.得到的信号为：
19.lin_ai_lin为0；hiv_b2为0；
20.lin_b2_lin为1；hiv_o2为1；
21.此时第二半桥驱动集成芯片的hin、lin引脚接收到信号，开始工作，第二半桥驱动集成芯片的ho引脚输入电压信号，则mos管q3导通，mot2得电；
22.第二半桥驱动集成芯片的lo引脚输出低电平，mos管q4关断；
23.则mos管q3、q2导通，mos管q4，q1关断，电机正转；
24.反之，若输入信号为：chop checkb_1＝1；chop checka_1＝0；第一半桥驱动集成芯片工作，控制mos管q4、q1导通，mos管q3，q2关断，电机反转。
25.进一步的方案是，电路初始化包括：为供电座j2提供24v电压，各个电路得电，通过直流电源模块进行降压，并将降压后的电压信号提供给处理模块和升压模块，然后再由升压模块进行升压，提供12v电压至半桥驱动集成芯片的vcc引脚，以及提供30v电压供到半桥驱动集成芯片的vb引脚，完成电路初始化。
26.更进一步的方案是，当输入信号为：chop checkb_1＝0；chop checka_1＝1时；
27.chop checkb_1从第二处理芯片的a0引脚输入，此时第二处理芯片的a0引脚为0，b0引脚为1，则网络lin_ai_lin为0，当lin_ai_lin为0时，则第一处理芯片的b3引脚为1；由于chop checka_1＝1，第一处理芯片的a3引脚与b3引脚形成一个与门，第一处理芯片的d3引脚为1，则网络b2_o3为1，hiv_o2为1；
28.chop checka_1＝1从第二处理芯片的a1引脚输入，此时第二处理芯片的a1引脚为1，b1引脚为1，则网络lin_b2_lin为1，当lin_b2_lin为1时，则第一处理芯片的b0引脚为1；由于chop checkb_1＝0，第一处理芯片的a0引脚与b0引脚形成一个与门，第一处理芯片的o1引脚为0，则网络hiv_b2为0。
29.因此，相比现有技术，本发明通过dcdc电源芯片保证了电机的供电电压稳定，可使
直流电机的转速不受输入电压的变化而影响；采用处理芯片对mcu输入到电机的控制信号进行比对和处理；通过升压模块起到升压作用，把电压升到电路需要的电压；通过半桥驱动集成芯片的死区时间控制，可以避免出现磨多个mos管同时导通的情况，即不管控制信号多频繁进行翻转变换，也不会产生电路短路。所以，本发明可以解决频繁的无级快速启动，制动和反转，能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求，能够保证电机启动与运行过程的平稳、高效，稳定，精准的控制直流电机快速启动，制动和反转，具有结构简单，控制效率、可靠性高等优点，具有极大的应用前景。
30.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
附图说明
31.图1是本发明一种直流电机的控制电路实施例的原理图。
32.图2是本发明一种直流电机的控制电路实施例中处理单元的电路原理图。
33.图3是本发明一种直流电机的控制电路实施例中直流电源模块的电路原理图。
34.图4是本发明一种直流电机的控制电路的实现方法实施例中接口插座的原理图。
35.图5是本发明一种直流电机的控制电路的实现方法实施例中第一半桥驱动集成芯片的电路原理图。
36.图6是本发明一种直流电机的控制电路的实现方法实施例中第二半桥驱动集成芯片的电路原理图。
37.图7是本发明一种直流电机的控制电路的实现方法实施例中升压模块的电路原理图。
38.图8是本发明一种直流电机的控制电路的实现方法实施例中第一二极管串联电路的电路原理图。
39.图9是本发明一种直流电机的控制电路的实现方法实施例中第二二极管串联电路的电路原理图。
具体实施方式
40.一种直流电机的控制电路实施例：
41.参见图1至图9，一种直流电机的控制电路，包括：直流电源模块10、处理模块11、升压模块12以及驱动控制电路13，直流电源模块10接入电源，并输出直流电源信号至处理模块11和升压模块12，升压模块12将直流电源信号转换为升压信号输出至驱动控制电路13，处理模块11用于对mcu输入到电机的控制信号进行比对和处理，并根据该控制信号输出驱动信号至驱动控制电路13。
42.在本实施例中，驱动控制电路13包括两组半桥驱动集成芯片以及四个mos管，由每组半桥驱动集成芯片控制两个mos管导通或关断，当mos管q1、q4导通时，电机正转，当mos管q2、q3导通时，电机反转。
43.具体的，本实施例的半桥驱动集成芯片为ir2103s。ir2103s是一款半桥驱动集成芯片，该芯片内部集成了互相独立的控制驱动输出电路，可直接驱动两中功率半导体，动态响应快，驱动能力强，且有多种保护功能，在本实施例使用两个ir2103s，通过两个ir2103s控制4个mos，这4个mos又分为两组，以mos管q1，q4一组，以mos管q2，q3一组，如mos管q1，q4
导通电机正转，那么mos管q2，q3导通则为反转，在此运用到ir2103s死区时间控制，于是不会有mos管q1，q2，q3，q4同时导通的情况，无论控制信号多频繁进行翻转变换，也不会产生电路短路。
44.如图4所示，j1为电机接口，j2为供电座子，j3为接电机控制信号的接口座子。
45.在本实施例中，处理模块11包括第一处理芯片u4、第二处理芯片u5，第一处理芯片u4的a0引脚与第二处理芯片u5的a0引脚连接后接mcu输入到电机的控制信号，第二处理芯片u5的b0引脚与第一处理芯片u4的vcc引脚、电源连接，第二处理芯片u5的a1引脚与第一处理芯片u4的a3引脚连接，第二处理芯片u5的d1引脚接hiv_b2_lin，第二处理芯片u5的d0引脚接lin_a1_lin，第一处理芯片u4的b0引脚通过三极管接hiv_b2_lin，第一处理芯片u4的b3引脚通过三极管接lin_a1_lin，第一处理芯片u4的d1引脚接hiv_b2，第一处理芯片u4的d2引脚接hiv_o2。
46.在本实施例中，第一半桥驱动集成芯片u2的hin引脚接hiv_b2，第一半桥驱动集成芯片u2的lin引脚接lin_a1_lin，第一半桥驱动集成芯片u2的ho引脚与mos管q1的栅极连接，第一半桥驱动集成芯片u2的vs引脚接mot1，第一半桥驱动集成芯片u2的lo引脚与mos管q2栅极连接。
47.在本实施例中，第二半桥驱动集成芯片u3的hin引脚接hiv_d2，第二半桥驱动集成芯片u3的lin引脚接hiv_b2_lin，第二半桥驱动集成芯片u3的ho引脚与mos管q3的栅极连接，第二半桥驱动集成芯片u3的vs引脚接mot2，第二半桥驱动集成芯片u3的lo引脚与mos管q4栅极连接。
48.在本实施例中，升压模块12为tp7660h电荷泵电压反转器(u1)。可见，本实施例的tp7660h起到升压作用，把电压升到各个电路需要的电压，如升到30v，升压的目的是为了保证nce8295ad mos管可以完全打开。
49.在本实施例中，升压模块12还连接有第一二极管串联电路以及第二二极管串联电路，第一二极管串联电路包括依次串联的二极管d4-d9，第二二极管串联电路包括依次串联的二极管d12-d15，由tp7660h电荷泵电压反转器输出tp7660h_2信号至第一二极管串联电路和第二二极管串联电路，由第一二极管串联电路输出24v电压和30v电压，由第二二极管串联电路输出12v电压和5v电压。
50.在本实施例中，直流电源模块10为降压转换芯片tps54331dr(u6)，tps54331dr为一个dc-dc电源芯片，具体包括：boot，boot和ph引脚之间需要一个0.1μf的自举电容。如果该电容器上的电压低于最低要求，则强制高端mosfet关断，直到电容器刷新为止；vin，该引脚为3.5至28v输入电源电压；en，该引脚是使能引脚。要禁用，请将电压降至1.25v以下。将此引脚悬空以启用。建议使用两个电阻对输入欠压锁定进行编程；ss，该引脚是慢启动引脚。连接到该引脚的外部电容设置输出上升时间；vsense，该引脚是跨导(gm)误差放大器的反相节点；comp，该引脚是误差放大器输出和pwm比较器的输入。将频率补偿组件连接到此引脚；gnd，接地；ph，ph引脚是内部高端功率mosfet的源极。
51.在本实施例中，第一处理芯片u4、第二处理芯片u5采用74vhc08高速与门ic。可见，本实施例运用到74vhc08芯片，对mcu输入到电机的控制信号进行比对和处理。具体的，本实施例的74vhc08是采用硅栅极cmos技术制造的先进的高速cmos输入and门。它实现了与等效双极型肖特基ttl相似的高速运行，同时保持了cmos低功耗。内部电路由4个级组成(包括缓
冲输出)，可提供高抗扰度和稳定输出。输入保护电路确保0v至7v可应用于输入引脚，无需考虑电源电压。可防止器件因电源和输入电压不匹配而受损。
52.进一步的，本实施例的控制电路还包括用于检测电机当前环境温度的温度检测模块21、用于检测电机储能电压的储能电压检测模块22、用于对升压后的电机驱动电压进行泄放控制的储能电源泄放控制模块23，温度检测模块21分别与储能电压检测模块22、升压模块12、储能电源泄放控制模块23和驱动控制电路13连接，储能电源泄放控制模块23分别与升压模块12和驱动控制电路13连接。
53.一种直流电机的控制电路的实现方法实施例：
54.一种直流电机的控制电路的实现方法，该电路应用于上述的一种直流电机的控制电路进行实现，该方法包括；电路初始化；
55.对mcu设置信号输入，输入信号为：chop checkb_1＝0/1；chop checka_1＝1/0，由mcu经过电机座子j3输入信号至处理模块11。
56.当输入信号为：chop checkb_1＝0；chop checka_1＝1。
57.得到的信号为：
58.lin_ai_lin为0；hiv_b2为0；
59.lin_b2_lin为1；hiv_o2为1；
60.此时第二半桥驱动集成芯片u3的hin、lin引脚接收到信号，开始工作，第二半桥驱动集成芯片u3的ho引脚输入电压信号(30v电压)，则mos管q3导通，mot2得电，电压为24v。
61.第二半桥驱动集成芯片u3的lo引脚输出低电平，mos管q4关断。
62.则mos管q3、q2导通，mos管q4，q1关断，电机正转。
63.反之，若输入信号为：chop checkb_1＝1；chop checka_1＝0；第一半桥驱动集成芯片u2工作，控制mos管q4、q1导通，mos管q3，q2关断，电机反转。
64.在本实施例中，电路初始化包括：为供电座j2提供24v电压，各个电路得电，通过直流电源模块10进行降压，并将降压后的电压信号提供给处理模块11和升压模块12，然后再由升压模块12进行升压，提供12v电压至半桥驱动集成芯片的vcc引脚，以及提供30v电压供到半桥驱动集成芯片的vb引脚，完成电路初始化。
65.其中，当输入信号为：chop checkb_1＝0；chop checka_1＝1时，chop checkb_1从第二处理芯片u5的a0引脚输入，此时第二处理芯片u5的a0引脚为0，b0引脚为1，则网络lin_ai_lin为0，当lin_ai_lin为0时，则第一处理芯片u4的b3引脚为1；由于chop checka_1＝1，第一处理芯片u4的a3引脚与b3引脚形成一个与门，第一处理芯片u4的d3引脚为1，则网络b2_o3为1，hiv_o2为1。
66.chop checka_1＝1从第二处理芯片u5的a1引脚输入，此时第二处理芯片u5的a1引脚为1，b1引脚为1，则网络lin_b2_lin为1，当lin_b2_lin为1时，则第一处理芯片u4的b0引脚为1；由于chop checkb_1＝0，第一处理芯片u4的a0引脚与b0引脚形成一个与门，第一处理芯片u4的o1引脚为0，则网络hiv_b2为0。
67.具体的，本发明提供直流电机的控制电路的实现方法具体包括以下步骤：
68.1、给座子j2供24v电压，各个电路得电，通过tps54331dr进行降压，供到74vhc08和tp7660h，然后通过tp7660h再进行升压，升出12v电压供到ir2103s的第1引脚vcc，升出30v供到ir2103s第8引脚vb，此时电路初始完成。
69.2、mcu给座子j3输入信号，对mcu设置信号为：(0 1)或(1 0)两种方式，先以输入信号：chop checkb_1＝0；chop checka_1＝1；然后两组信号流入到74vhc08。
70.3、chop checkb_1从第二处理芯片u5u5的a0输入(a0为0，b0为1)，则网络lin_ai_lin为0，当lin_ai_lin为0，则第一处理芯片u4的第9引脚b3为1；因为chop checka_1＝1，第一处理芯片u4的第10引脚a3与第9引脚b3形成一个与门，于是u4u4的第8引脚d3为1，则网络b2_o3为1，于是hiv_o2为1。
71.4、chop checka_1＝1从第二处理芯片u5u5的a1输入(a1为1，b1为1)则网络lin_b2_lin为1，当lin_b2_lin为1，则第一处理芯片u4的第2引脚为1；因为chop checkb_1＝0，第一处理芯片u4的第1引脚a0与第2引脚b0形成一个与门，于是第一处理芯片u4的第6引脚o1为0，则网络hiv_b2为0。
72.在实际应用中，本发明电路可以运用到产品kt320自动切刀上，当产品完成一次打印周期，mcu就给电机控制板输出一个控制信号，从而控制直流电机完成一次快速启动，制动和反转动作。
73.进一步的，本实施例可以通过温度检测模块21实时检测电机当前环境温度，并判断所述当前环境温度是否高于第一预设温度，若当前环境温度高于第一预设温度，则将储能电源泄放控制模块23关闭，通过升压模块12升压电机驱动电压，驱动控制电路13以正常电压为电机供电，反之，则进行下一步；
74.将储能电压检测模块22检测的电机储能电压与预设电压进行比较，根据比较结果控制储能电源泄放控制模块23的开闭，进而使升压模块12开始或停止驱动电机正反转模块的正反转动，并将计数n加一；
75.判断计数n是否不小于预设次数n，若是，则将储能电源泄放控制模块23关闭，以正常电压为电机供电。
76.因此，相比现有技术，本发明通过dcdc电源芯片保证了电机的供电电压稳定，可使直流电机的转速不受输入电压的变化而影响；采用处理芯片对mcu输入到电机的控制信号进行比对和处理；通过升压模块12起到升压作用，把电压升到电路需要的电压；通过半桥驱动集成芯片的死区时间控制，可以避免出现磨多个mos管同时导通的情况，即不管控制信号多频繁进行翻转变换，也不会产生电路短路。所以，本发明可以解决频繁的无级快速启动，制动和反转，能满足生产过程中自动化系统各种不同的特殊运行要求，能够保证电机启动与运行过程的平稳、高效，稳定，精准的控制直流电机快速启动，制动和反转，具有结构简单，控制效率、可靠性高等优点，具有极大的应用前景。
77.此外，与现有技术相比，本发明通过温度检测模块21检测电机当前环境温度，通过储能电压检测模块22检测电机储能电压，通过升压模块12升压电机驱动电压，通过储能电源泄放控制模块23对升压后的电机驱动电压进行泄放控制，通过驱动控制电路13驱动电机正反转动，从而使电机启动电压与温度成对应关系，根据环境温度调整升压电压和启动电压，在电机启动进入正常转动方向前加入正反转抖动控制，降低初始润滑油粘结的阻力，提高电动机在低温时启动的可靠性且成本较低。
78.上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。