一种电机驱动装置的制作方法

1.本实用新型适用于电机驱动技术领域，尤其涉及一种电机驱动装置。


背景技术：

2.如图1所示，在现有电机有感驱动中，通常采用编码器获取电机的位置与角度，并将获取的电机位置参数与角度参数反馈到主控芯片中，由主控芯片利用其内部的驱动算法对获取的参数进行处理，并控制驱动电路实现对电机的精准控制。目前常用的编码器有如下种类：
3.（1）光电编码器。光电编码器通过电机轴带动带有光栅的码盘转动，光源被光栅规律的遮挡从而输出相应的电信号，该编码器采集信号精准，不易受到磁场干扰，但怕油污粉尘等污染，而且成本较高，常用在工作环境好，控制要求高的场合。
4.（2）霍尔编码器。霍尔编码器是利用霍尔效应感应电机在旋转中产生的磁场变化，并输出相应的电信号。霍尔编码器又分为开关霍尔编码器与线性霍尔编码器。开关霍尔编码器将感应到的磁场强度与临界值进行比较，超出临界值则输出高电平，低于临界值则输出低电平，因此开关霍尔编码器的输出为数字信号。线性霍尔编码器通过感应磁场的强弱对应输出相关的电压值，其输出为模拟信号。
5.霍尔编码器具有成本低、不怕粉尘等优点，通常应用于恶劣工况、成本要求低的场合。而线性霍尔编码器对比开关霍尔编码器，具有获取位置精度高的优点，但信号易受干扰，通常应用在控制精度要求高的场合。
6.上述两种编码器中被广泛采用的是霍尔编码器，通常将霍尔编码器放置在电机转子周围以获取电机的位置与角度，电机自带的霍尔编码器种类和型号在电机出厂时已确定。
7.目前，在电机驱动中，由于开关霍尔编码器与线性霍尔编码器的输出信号不同，一块驱动板不能同时兼容开关霍尔编码器和线性霍尔编码器，导致无论是自带开关霍尔编码器的电机（即开关霍尔电机）还是自带线性霍尔编码器的电机（即线性霍尔电机）都需要有专门的驱动板去驱动，即一个驱动板要么只能驱动开关霍尔电机，要么只能驱动线性霍尔电机，不能两者兼顾。这样的驱动方式存在以下问题：
8.（1）一块驱动板不能同时兼容开关霍尔编码器和线性霍尔编码器，从而开关霍尔电机和线性霍尔电机不能共用一块驱动板，导致一旦更换了不同霍尔编码器的电机，原有的驱动板就不能继续使用，必须更换与之匹配的驱动板，过程繁琐且增加成本；
9.（2）在实际操作中，可能会出现忽视或者不知道当前电机自带哪种类型霍尔编码器的情况，这时有可能导致所选驱动板与当前电机的霍尔编码器不匹配。如果在驱动板与电机霍尔编码器不匹配时直接驱动电机，可能造成电机失控，严重时会损坏电机或驱动板，存在安全隐患。


技术实现要素：

10.有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种电机驱动装置，以解决现有技术中一块驱动板不能同时兼容开关霍尔编码器和线性霍尔编码器的问题。
11.基于上述目的，提供一种电机驱动装置的技术方案，所述电机驱动装置包括：
12.主控芯片，所述主控芯片包括至少两个数字信号引脚和至少两个模拟信号引脚；
13.霍尔编码器接口，所述霍尔编码器接口的输入端用于与电机的霍尔编码器输出端连接；
14.切换电路，所述切换电路包括至少一条信号线路，每条信号线路包括一个输入端、两个可控开关、一个数字信号输出端和一个模拟信号输出端，每条信号线路的第一可控开关串联在该线路的输入端与数字信号输出端之间，第二可控开关串联在该线路的输入端与模拟信号输出端之间；每条信号线路的输入端连接所述霍尔编码器接口的输出端，每条信号线路的数字信号输出端对应连接所述主控芯片的数字信号引脚，每条信号线路的模拟信号输出端对应连接所述主控芯片的模拟信号引脚；所述主控芯片的第一数字信号引脚控制连接所有信号线路的第一可控开关，同时经反相器控制连接所有信号线路的第二可控开关；
15.信号检测电路，所述信号检测电路的输入端与所述切换电路中的任一信号线路的输入端连接，所述信号检测电路的输出端连接所述主控芯片的第一模拟信号引脚。
16.在一个实施例中，所述主控芯片包括四个数字信号引脚和四个模拟信号引脚；所述切换电路包括三条信号线路，第一条信号线路的数字信号输出端连接所述主控芯片的第二数字信号引脚，第一条信号线路的模拟信号输出端连接所述主控芯片的第二模拟信号引脚；第二条信号线路的数字信号输出端连接所述主控芯片的第三数字信号引脚，第二条信号线路的模拟信号输出端连接所述主控芯片的第三模拟信号引脚；第三条信号线路的数字信号输出端连接所述主控芯片的第四数字信号引脚，第三条信号线路的模拟信号输出端连接所述主控芯片的第四模拟信号引脚。
17.在一个实施例中，所述主控芯片包括三个数字信号引脚和三个模拟信号引脚；所述切换电路包括两条信号线路，第一条信号线路的数字信号输出端连接所述主控芯片的第二数字信号引脚，第一条信号线路的模拟信号输出端连接所述主控芯片的第二模拟信号引脚；第二条信号线路的数字信号输出端连接所述主控芯片的第三数字信号引脚，第二条信号线路的模拟信号输出端连接所述主控芯片的第三模拟信号引脚。
18.在一个实施例中，所述主控芯片包括两个数字信号引脚和两个模拟信号引脚；所述切换电路包括一条信号线路，该条信号线路的数字信号输出端连接所述主控芯片的第二数字信号引脚，该条信号线路的模拟信号输出端连接所述主控芯片的第二模拟信号引脚。
19.在一个实施例中，所述信号检测电路包括一电阻支路，该电阻支路的输入端与所述切换电路中的任一信号线路的输入端连接，该电阻支路的输出端连接所述主控芯片的第一模拟信号引脚。
20.在一个实施例中，所述可控开关为电子开关。
21.在一个实施例中，所述可控开关为三极管。
22.在一个实施例中，所述可控开关为npn型三极管，每条信号线路的第一可控开关的集电极连接该线路的输入端、发射极连接该线路的数字信号输出端；每条信号线路的第二
可控开关的集电极连接该线路的输入端、发射极连接该线路的模拟信号输出端；所述主控芯片的第一数字信号引脚控制连接所有信号线路的第一可控开关的基极，同时经反相器控制连接所有信号线路的第二可控开关的基极。
23.在一个实施例中，每条信号线路的第一可控开关的发射极和基极之间还串接有电阻，且发射极还经电阻接地；每条信号线路的第二可控开关的发射极和基极之间还串接有电阻，且发射极还经电阻接地。
24.在一个实施例中，所述可控开关为继电器。
25.本实用新型与现有技术相比存在的有益效果是：本实用新型的电机驱动装置通过一个霍尔编码器接口与待驱动电机的霍尔编码器连接，用于获取待驱动电机霍尔编码器的输出信号，主控芯片借助信号检测电路对待驱动电机霍尔编码器的输出信号类型进行判断，根据判断结果确定待驱动电机的霍尔编码器是开关霍尔编码器还是线性霍尔编码器。若判断出待驱动电机霍尔编码器的输出信号是数字信号，则确定其为开关霍尔编码器，主控芯片就控制切换电路中所有信号线路的第一可控开关导通、第二可控开关关断，此时开关霍尔编码器产生的数字信号由每条信号线路的数字信号输出端进入主控芯片的数字信号引脚；若判断出待驱动电机霍尔编码器的输出信号是模拟信号，则确定其为线性霍尔编码器，主控芯片就控制切换电路中所有信号线路的第二可控开关导通、第一可控开关关断，此时线性霍尔编码器产生的模拟信号由每条信号线路的模拟信号输出端进入主控芯片的模拟信号引脚，进而主控芯片就能根据所接收到的数字信号或模拟信号，结合预先设置的驱动算法，驱动相关电路对电机进行精确控制。
26.由此可见，本实用新型中仅采用一个霍尔编码器接口，借助信号检测电路、切换电路和主控芯片，就能实现一个霍尔编码器接口对开关霍尔编码器和线性霍尔编码器的复用，即本实用新型的电机驱动装置能够同时兼容开关霍尔编码器和线性霍尔编码器，在使用时，无需事先知道待驱动电机自带的霍尔编码器是开关型还是线性型，通过信号检测电路、切换电路和主控芯片的配合，就能自动识别出待驱动电机自带的霍尔编码器的类型，进而使霍尔编码器产生的信号进入相应的主控芯片引脚，实现电机驱动。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是现有技术中的电机驱动原理示意图；
29.图2是本实用新型实施例一提供的电机驱动装置原理图；
30.图3是本实用新型实施例一提供的电机驱动装置运行示意图；
31.图4是本实用新型实施例二提供的电机驱动装置原理图；
32.图5是本实用新型实施例三提供的电机驱动装置原理图。
具体实施方式
33.以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具
体细节，以便透彻理解本实用新型实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本实用新型。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本实用新型的描述。
34.应当理解，当在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
35.还应当理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
36.另外，在本实用新型说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
37.在本实用新型说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本实用新型的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。
38.为了说明本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
39.参见图2，是本实用新型一实施例提供的电机驱动装置（以下简称电机驱动装置），适用于待驱动电机的霍尔编码器有三路输出的场合。
40.如图2所示，本实施例的电机驱动装置包括主控芯片、霍尔编码器接口、切换电路和信号检测电路，其中：
41.主控芯片包括四个数字信号引脚和四个模拟信号引脚；其中，四个数字信号引脚分别是io1、io2、io3、io4，四个模拟信号引脚分别是adc1、adc2、adc3、adc4。
42.霍尔编码器接口的输入端用于与待驱动电机的霍尔编码器输出端连接；由图2可以看出，本实施例中霍尔编码器接口的输出端有h1、h2、h3三个引脚，这三个引脚与待驱动电机霍尔编码器的三路输出分别一一对应。
43.切换电路包括三条信号线路，这三条信号线路与引脚h1、h2、h3分别一一对应，也就是与待驱动电机霍尔编码器的三路输出分别一一对应。
44.为方便描述，假定待驱动电机霍尔编码器的第一路输出对应引脚h1和切换电路的第一条信号线路（即图2中的最左侧线路），同理，待驱动电机霍尔编码器的第二路输出对应引脚h2和切换电路的第二条信号线路（即图2中的中间线路），第三路输出对应引脚h3和切换电路的第三条信号线路（即图2中的最右侧线路）。
45.其中，切换电路中各信号线路的结构相同，每条信号线路均包括一个输入端、两个可控开关、一个数字信号输出端和一个模拟信号输出端，本实施例的可控开关为npn型三极管。
46.由图2可以看出，每条信号线路的输入端连接霍尔编码器接口的输出端，第一条信号线路中的第一可控开关为npn型三极管q1，第二可控开关为npn型三极管q4，第一条信号线路的数字信号输出端与主控芯片的第二数字信号引脚（即io2）连接，第一条信号线路的模拟信号输出端与主控芯片的第二模拟信号引脚（adc2）连接；
47.第二条信号线路中的第一可控开关为npn型三极管q2，第二可控开关为npn型三极管q5，第二条信号线路的数字信号输出端与主控芯片的第三数字信号引脚（即io3）连接，第二条信号线路的模拟信号输出端与主控芯片的第三模拟信号引脚（adc3）连接；
48.第三条信号线路中的第一可控开关为npn型三极管q3，第二可控开关为npn型三极管q6，第三条信号线路的数字信号输出端与主控芯片的第四数字信号引脚（即io4）连接，第三条信号线路的模拟信号输出端与主控芯片的第四模拟信号引脚（adc4）连接。
49.由于切换电路中各信号线路的结构相同，下面以第一条信号线路为例对进行详细说明。
50.第一条信号线路中q1的集电极连接该线路的输入端、发射极连接该线路的数字信号输出端，q1的发射极和基极之间还串接有电阻，且发射极还经电阻接地；
51.第一条信号线路中q4的集电极连接该线路的输入端、发射极连接该线路的模拟信号输出端，q4的发射极和基极之间还串接有电阻，且发射极还经电阻接地；
52.主控芯片的第一数字信号引脚（即io1）控制连接第一条信号线路中q1的基极，同时io1经反相器（u1）控制连接第一条信号线路中q4的基极。图中，io1经反相器后用表示。本实施例中，io1和q1的基极之间还串接电阻，和q4的基极之间还串接电阻。
53.信号检测电路的输入端与切换电路中的第三条信号线路的输入端连接，信号检测电路的输出端连接主控芯片的第一模拟信号引脚（即adc1）。
54.本实施例的信号检测电路包括一电阻支路，该电阻支路的输入端即信号检测电路的输入端，该电阻支路的输出端即信号检测电路的输出端。
55.作为其他实施方式，信号检测电路的结构还可以采用现有技术中已有的信号检测电路替代，只要所使用的信号检测电路能够获取到待驱动电机霍尔编码器的输出信号即可。
56.实际上，信号检测电路的输入端与切换电路中的任一信号线路的输入端连接，都能获取到待驱动电机霍尔编码器的输出信号，主控芯片就能通过判断该信号的类型，确定出待驱动电机霍尔编码器的类型。因此信号检测电路的输入端与切换电路中的具体哪条信号线路的输入端连接，并不影响本实用新型电机驱动装置的应用，所以，信号检测电路的输入端与哪条信号线路的输入端连接可以根据实际情况选择，不局限于某条线路。
57.本实施例中，选用npn型三极管作为可控开关；作为其他实施方式，还可以选用继电器作为可控开关，或者，选用其他类型的电子开关作为可控开关，例如：pnp型三极管、场效应管等，需要注意的是，完成可控开关的替换后，要对切换电路进行适应性调整，保证切换电路的功能能正常实现。
58.参见图3，是本实施例的电机驱动装置运行示意图，在使用时，将电机驱动装置的霍尔编码器接口与待驱动电机的霍尔编码器输出端连接，本实施例的电机驱动装置的工作过程如下：
59.（1）电机驱动装置上电后，先转动电机使待驱动电机自带的霍尔编码器产生信号，并将信号输出到霍尔编码器接口；
60.（2）主控芯片借助信号检测电路对待驱动电机霍尔编码器（以下简称外接霍尔编码器）的输出信号类型进行判断，根据判断结果确定外接霍尔编码器是开关霍尔编码器还是线性霍尔编码器，并依据判断结果对切换电路进行控制，使主控芯片的相应引脚得到外
接编码器的输出信号，执行内部相应算法进行电机驱动。
61.具体地，主控芯片通过adc1引脚检测并判断外接霍尔编码器的输出信号是数字信号还是模拟信号，若是数字信号，则判断外接霍尔编码器为开关霍尔编码器，若是模拟信号，则判断外接霍尔编码器为线性霍尔编码器。
62.其中，当判断外接霍尔编码器的输出信号是数字信号时，主控芯片的io1引脚输出高电平，q1、q2、q3导通，主控芯片的io2、io3、io4引脚接收外接开关霍尔编码器产生的数字信号，执行内部相关算法进行电机驱动，同时由于反相器u1的存在，q4、q5、q6关断，主控芯片的adc2、adc3、adc4引脚被拉低，不接收信号。
63.当判断外接霍尔编码器的输出信号是模拟信号时，主控芯片的io1引脚输出低电平，q4、q5、q6导通，q1、q2、q3关断，此时外接线性霍尔编码器产生的模拟信号通过主控芯片的adc2、adc3、adc4引脚进入主控芯片，主控芯片执行内部相应算法进行电机驱动。
64.上述转动电机的方式有两种，一是事先在主控芯片中设好程序，自动控制程序短时间执行电机无感运行来实现电机转动，这样可以实现对电机霍尔编码器的自动识别及使用，但这会使程序设计增加难度。二是手动转动电机，这样不会增加程序的设计难度，但有些场合并不适用，因此转动电机的方式需根据实际需要进行选择。
65.本实施例的电机驱动装置具有以下优点：
66.（1）电机驱动装置能同时兼容开关霍尔编码器和线性霍尔编码器，从而开关霍尔电机和线性霍尔电机能共用一个电机驱动装置，提高了电机驱动装置的应用范围及对电机的兼容性，在更换不同霍尔编码器的电机时，原电机驱动装置仍能继续使用，无需更换；
67.（2）电机驱动装置具备对开关霍尔编码器和线性霍尔编码器的自动识别能力，在忽视或不知道电机自带哪种类型的霍尔编码器时可直接使用该电机驱动装置，该电机驱动装置会根据信号检测电路检测到的信号自动识别外接霍尔编码器的种类，并对切换电路进行控制使外接霍尔编码器产生的信号通过相应线路输入到主控芯片，由主控芯片执行对应的驱动算法对电机进行精确控制，避免了驱动装置与电机霍尔编码器不匹配时造成的电机失控问题。
68.（3）实现数字信号和模拟信号的切换输出，保证主控芯片同一时刻仅有一组引脚能接收到信号，并且接收信号的引脚类型与外界编码器输出信号的类型一致。
69.参见图4，是本实用新型一实施例提供的兼容开关霍尔编码器和线性霍尔编码器的电机驱动装置（以下简称电机驱动装置），适用于待驱动电机的霍尔编码器有两路输出的场合。
70.如图4所示，本实施例的电机驱动装置包括主控芯片、霍尔编码器接口、切换电路和信号检测电路，其中：
71.主控芯片包括三个数字信号引脚和三个模拟信号引脚；其中，三个数字信号引脚分别是io1、io2、io3，三个模拟信号引脚分别是adc1、adc2、adc3。
72.霍尔编码器接口的输入端用于与待驱动电机的霍尔编码器输出端连接；由图4可以看出，本实施例中霍尔编码器接口的输出端有h1、h2两个引脚，这两个引脚与待驱动电机霍尔编码器的两路输出分别一一对应。
73.切换电路包括两条信号线路，这两条信号线路与引脚h1、h2分别一一对应，也就是与待驱动电机霍尔编码器的两路输出分别一一对应。
74.为方便描述，假定待驱动电机霍尔编码器的第一路输出对应引脚h1和切换电路的第一条信号线路（即图4中的左侧线路），待驱动电机霍尔编码器的第二路输出对应引脚h2和切换电路的第二条信号线路（即图4中的右侧线路）。
75.其中，切换电路中第一条信号线路、第二条信号线路的结构与上述实施例相同，此处不再赘述。
76.本实施例中的信号检测电路结构与上述实施例相同，区别在于本实施例中信号检测电路的输入端与切换电路中的第二条信号线路的输入端连接。
77.参见图5，是本实用新型一实施例提供的兼容开关霍尔编码器和线性霍尔编码器的电机驱动装置（以下简称电机驱动装置），适用于待驱动电机的霍尔编码器只有一路输出的场合。
78.如图5所示，本实施例的电机驱动装置包括主控芯片、霍尔编码器接口、切换电路和信号检测电路，其中：
79.主控芯片包括两个数字信号引脚和两个模拟信号引脚；其中，两个数字信号引脚分别是io1、io2，两个模拟信号引脚分别是adc1、adc2。
80.霍尔编码器接口的输入端用于与待驱动电机的霍尔编码器输出端连接；由图5可以看出，本实施例中霍尔编码器接口的输出端有h1一个引脚，该引脚对应待驱动电机霍尔编码器的一路输出。
81.切换电路包括一条信号线路，该信号线路与引脚h1对应，也就是与待驱动电机霍尔编码器的一路输出对应。
82.其中，切换电路中信号线路的结构与上述实施例中第一条信号线路的结构相同，此处不再赘述。
83.本实施例中的信号检测电路结构与上述实施例相同，信号检测电路的输入端与切换电路中信号线路的输入端连接。
84.结合图2、图4和图5可以看出，切换电路中每条信号线路的结构相同，每条信号线路均包括一个输入端、两个可控开关、一个数字信号输出端和一个模拟信号输出端，每条信号线路的第一可控开关串联在该线路的输入端与数字信号输出端之间，第二可控开关串联在该线路的输入端与模拟信号输出端之间；每条信号线路的输入端连接霍尔编码器接口的输出端，每条信号线路的数字信号输出端对应连接主控芯片的数字信号引脚，每条信号线路的模拟信号输出端对应连接主控芯片的模拟信号引脚；主控芯片的第一数字信号引脚控制连接所有信号线路的第一可控开关，同时经反相器控制连接所有信号线路的第二可控开关。
85.同时，主控芯片的数字信号引脚个数和模拟信号引脚个数，霍尔编码器接口输出端的引脚个数，切换电路的信号个数，均需要按照待驱动电机霍尔编码器的实际输出路数进行相应设置。
86.综上所述，本实用新型中仅采用一个霍尔编码器接口，借助信号检测电路、切换电路和主控芯片，就能实现一个霍尔编码器接口对开关霍尔编码器和线性霍尔编码器的复用，即本实用新型的电机驱动装置能够同时兼容开关霍尔编码器和线性霍尔编码器，在使用时，无需事先知道待驱动电机自带的霍尔编码器是开关型还是线性型，通过信号检测电路、切换电路和主控芯片的配合，就能自动识别出待驱动电机自带的霍尔编码器的类型，进
而使霍尔编码器产生的信号进入相应的主控芯片引脚，实现电机驱动。
87.以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本实用新型的保护范围之内。