本實(shí)用新型涉及一種有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
驅(qū)動(dòng)IGBT電壓型功率件有許多種具有保護(hù)及隔離功能的集成驅(qū)動(dòng)模塊。這些模塊具有多種保護(hù)功能、隔離驅(qū)動(dòng)、電路參數(shù)一致性好、運(yùn)行穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)，但其相對(duì)價(jià)格較高，只能驅(qū)動(dòng)單個(gè)功率管；在傳統(tǒng)方案中，以單片機(jī)直接控制數(shù)字電路，運(yùn)算速度慢，控制運(yùn)行負(fù)載繁瑣，并且以往的電機(jī)控制器在換向的時(shí)候由于繞組電感等因素的影響，會(huì)造成換向是的電流波動(dòng)，影響采集的數(shù)據(jù)，采集精度低。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型公開了一種有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其所采用的控制驅(qū)動(dòng)電路通過多路傳感器檢測(cè)和反饋電機(jī)繞組的位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)信息，并結(jié)合H橋電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)控制閉環(huán)系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確采集，精確控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)。
具體的說(shuō)，本實(shí)用新型是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：
一種有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括控制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模組和反饋信號(hào)模組，其中控制模塊包括連接到上位機(jī)的微處理器單元、微處理器單元連接邏輯輸入單元，邏輯輸入單元連接光隔離放大單元，光隔離放大單元連接電平轉(zhuǎn)換單元；功率驅(qū)動(dòng)模組包括連接到電機(jī)繞組上的H橋模塊單元，在所述H橋模塊單元上連接有輸出保護(hù)單元、控制模塊的電平轉(zhuǎn)換單元、自舉電路單元和電源輸入單元；反饋信號(hào)模組包括連接到電機(jī)繞組的電流傳感器、編碼器和霍爾傳感器，電流傳感器、編碼器和霍爾傳感器均連接微處理器單元。
通過上述結(jié)構(gòu)改進(jìn)，利用編碼器獲得電機(jī)繞組的計(jì)數(shù)碼值，并通過差分信號(hào)轉(zhuǎn)換電路傳輸?shù)轿⑻幚砥?，從而得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置信息；利用霍爾傳感器獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，通過霍爾信號(hào)接口電路單元傳輸?shù)轿⑻幚砥鳎瑥亩玫诫姍C(jī)轉(zhuǎn)子的位置和速度信息；利用電流傳感器獲得電機(jī)轉(zhuǎn)子的電路電流，并通過電流檢測(cè)單元電路傳輸?shù)轿⑻幚砥?，從而得到電機(jī)轉(zhuǎn)子的電流信息；上述三組反饋信號(hào)，使得微處理器能夠準(zhǔn)確采集位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)信息，利用這些信息微處理器能產(chǎn)生數(shù)字控制量，微處理器的GPIO口讀取數(shù)字控制量并比較產(chǎn)生PWM控制信號(hào)經(jīng)過光電隔離放大單元輸出，驅(qū)動(dòng)功率單元上下橋臂的開關(guān)信號(hào)。調(diào)節(jié)電機(jī)兩端的電壓，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制。同時(shí)，上位機(jī)可向微處理器中傳輸控制指令，調(diào)整其數(shù)字控制量。
其中，微處理器單元通過串口擴(kuò)展芯片RS232接口電路與上微機(jī)連接。
其中，邏輯輸入單元為施密特觸發(fā)器。
其中，H橋模塊單元電路為4個(gè)MOS管，自舉電路單元連接提供上管高壓側(cè)MOS管導(dǎo)通電壓，邏輯輸入單元的PWM信號(hào)控制下管低壓側(cè)MOS管的導(dǎo)通。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型的有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電路結(jié)構(gòu)連接示意圖。
具體實(shí)施方式
為了更好的說(shuō)明本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)器電路的工作原理和功能，在下述實(shí)施中申請(qǐng)人結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)、連接以及各部件的規(guī)格、功能等進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明。如下所述僅為示意性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員在理解和掌握本實(shí)用新型發(fā)明實(shí)質(zhì)基礎(chǔ)上所進(jìn)行的調(diào)整和改進(jìn)依舊屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
參考圖1，本實(shí)用新型的有刷電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括控制模塊、功率驅(qū)動(dòng)模組和反饋信號(hào)模組，其中控制模塊包括通過RS232電路連接到上位機(jī)的微處理器單元(通常采用CPU作為控制器，也可根據(jù)需要采用特定的SoC、DSP等)、微處理器單元連接邏輯輸入單元，邏輯輸入單元連接光隔離放大單元，光隔離放大單元連接電平轉(zhuǎn)換單元；功率驅(qū)動(dòng)模組包括連接到電機(jī)繞組上的H橋模塊單元，在所述H橋模塊單元上連接有輸出保護(hù)單元、控制模塊的電平轉(zhuǎn)換單元、自舉電路單元和電源輸入單元；反饋信號(hào)模組包括連接到電機(jī)繞組的電流傳感器、編碼器和霍爾傳感器，電流傳感器、編碼器和霍爾傳感器均連接微處理器單元。
其中，微處理器通過編碼器、霍爾傳感器反、電流傳感器獲得電機(jī)的反饋信號(hào)。編碼器用于記錄正交編碼器的脈沖實(shí)現(xiàn)位置和速度反饋，通過編碼器差分信號(hào)MC3486芯片把來(lái)自電機(jī)的編碼器A+、A-、B+、B-、I+、I-6路差分信號(hào)轉(zhuǎn)換為A、B、I三路信號(hào),以便CPU進(jìn)行脈沖采集計(jì)數(shù)；電流傳感器的電流檢測(cè)單元檢測(cè)電機(jī)的電流信息，微處理器CPU通過AD接口采集該信息。所用的電流傳感器單元通常由兩個(gè)電流轉(zhuǎn)電壓檢測(cè)LEM組成，檢測(cè)其中兩路電壓就可以檢測(cè)電流值狀態(tài)。實(shí)現(xiàn)電流閉環(huán)；霍爾傳感器用來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)回零點(diǎn)檢測(cè)，從而將電機(jī)的位置狀態(tài)反饋給微處理器。微處理器器利用電流采樣值，讀取編碼器計(jì)數(shù)，并可結(jié)合來(lái)自上微機(jī)的控制指令執(zhí)行計(jì)算和輸出數(shù)字控制量，微處理器的GPIO口讀取數(shù)字控制量并比較產(chǎn)生PWM控制信號(hào)，PWM經(jīng)過光電耦合隔離放大單元和電平轉(zhuǎn)換單元，輸出控制MOS管，調(diào)節(jié)電機(jī)兩端的電壓大小，實(shí)現(xiàn)電機(jī)的閉環(huán)控制。
在邏輯單元輸入部分，通過邏輯輸入PWM信號(hào),經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換,轉(zhuǎn)換成MOS管需要的電平信號(hào)。邏輯輸入單元采用滯后為0.1VDD的施密特觸發(fā)器，以提高抗干擾能力和接 收緩慢上升的輸入信號(hào)。而且其輸入和柵極驅(qū)動(dòng)之間開通與關(guān)斷傳播延遲為120ns和95ns。其輸出級(jí)由兩個(gè)推挽連接的N溝道MOSFET組成，由輸入電路驅(qū)動(dòng)，每個(gè)MOSFET能夠吸收或給出2A柵級(jí)電流，由于推挽接法，柵極驅(qū)動(dòng)波形的上升時(shí)間比下降時(shí)間慢。用錯(cuò)位的感性負(fù)載，較慢開通可以減少續(xù)流二極管中峰反向恢復(fù)電流，但開通損耗有上升。另一方面，推挽接法的全部2A電流輸出能力柵極放電電流。在推挽法中下側(cè)器件的源極被獨(dú)立地漏極，以便柵極驅(qū)動(dòng)電流形成回路。
其中，自舉電路連接至高壓側(cè)器件的源極，并且隨高壓器件在兩干線擺動(dòng)。高壓側(cè)通道驅(qū)動(dòng)的功率MOSFET的柵電荷自舉電容提供，在上橋臂開關(guān)管處于斷態(tài)，同時(shí)下橋臂開關(guān)管倒通時(shí)，自舉電容通過自舉二極管被VCC電源充電。自舉電路中具有自舉二極管和自舉電容，自舉電容的電壓僅為VCC電源電壓，H橋電路用到4個(gè)MOS管，兩個(gè)上管和兩個(gè)下管。自舉電路提供上管高壓側(cè)MOS管導(dǎo)通電壓。下管低壓側(cè)MOS管通過PWM信號(hào)來(lái)控制導(dǎo)通。
其中，輸出保護(hù)單元采用常見規(guī)格，集成過壓、欠壓、短路、過熱等故障檢測(cè)電路，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性及穩(wěn)定性。
CPU的GPIO接口每隔一定的周期讀取編碼器的脈沖信號(hào)，以及通過AD接口讀取電流信號(hào)，根據(jù)CPU讀取的數(shù)字控制量，比較CPU產(chǎn)生的PWM控制信號(hào)，比較的輸出控制信號(hào)經(jīng)過光耦隔離器放大輸出，再經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換信號(hào)，轉(zhuǎn)換為H橋模塊單元電路MOS管所需要的電壓信號(hào)，來(lái)驅(qū)動(dòng)MOS管上下橋臂開關(guān)信號(hào)，上橋臂借助自舉電路來(lái)控開關(guān)信號(hào)，來(lái)控制電機(jī)兩端的電壓大小，實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的閉環(huán)控制。