一種全隔離式刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種帶有全隔離功能的刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在電氣時(shí)代的今天，電動(dòng)機(jī)在現(xiàn)代化的許多生產(chǎn)、生活方面中起著十分重要的作用，如:工業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、航空航天、機(jī)器人技術(shù)、運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公設(shè)備等方面。資料統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)在有90%以上的動(dòng)力源來(lái)自于電動(dòng)機(jī)。隨著現(xiàn)代化步伐的邁進(jìn)，自動(dòng)化的需求越來(lái)越高，而電機(jī)的復(fù)雜控制成為一項(xiàng)系統(tǒng)工程技術(shù)，應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛。例如:軍事方面的雷達(dá)天線、火炮系統(tǒng)、飛船光電池對(duì)太陽(yáng)的跟蹤控制，數(shù)控機(jī)床等各類工業(yè)設(shè)備。人們對(duì)各類電機(jī)的驅(qū)動(dòng)、控制方法一直在不斷研究中，目前形成了數(shù)字與模擬混合控制系統(tǒng)和純數(shù)字控制系統(tǒng)的應(yīng)用，而功率驅(qū)動(dòng)器件也經(jīng)歷了幾次比較大的變革，電機(jī)本身的原理設(shè)計(jì)，制造工藝都在不斷的進(jìn)步中。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種全隔離式刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:
[0005]—種全隔離式刷式直流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括:BTN7971功率驅(qū)動(dòng)電路、隔
[0006]離型電源管理模塊、光耦數(shù)字隔離單元、基于STM32的微控制器電路、鋰電池組電源、數(shù)字控制電路電源、串口及CAN通訊接口、編碼器及其接口電路；
[0007]基于STM32的微控制器電路、光耦數(shù)字隔離單元、BTN7971功率驅(qū)動(dòng)電路依次連接，鋰電池組電源、隔離型電源管理模塊、數(shù)字控制電路電源依次連接，鋰電池組電源與BTN7971功率驅(qū)動(dòng)電路連接，數(shù)字控制電路電源通過(guò)串口及CAN通訊接口與基于STM32的微控制器電路連接，編碼器及其接口電路與基于STM32的微控制器電路連接。
[0008]所述的BTN7971功率驅(qū)動(dòng)電路包括元件U5、U7、R22，分別為左半橋功率驅(qū)
[0009]動(dòng)器件、右半橋功率驅(qū)動(dòng)器件及高精度20毫歐電流采樣電阻，U5和U7均由BTN7971芯片實(shí)現(xiàn)，R2 2連接U5、U7的地引腳與鋰電池組電源的地引腳，通過(guò)電機(jī)的電流都通過(guò)R2 2。
[0010]所述的隔離型電源管理模塊包括元件U4，去耦電容C14、C15，電感L1、L2。
[0011]所述的光親數(shù)字隔離單元模包括元件optl、opt2、opt3及限流電阻R20、R15、
[0012]1?14，輸出端上拉電阻1?21、1?17、1?16;元件0?丨1、0?丨2、0?丨3均為高速光耦器件，型號(hào)為TLPl130
[0013]所述的基于STM32的微控制器電路包括主控芯片、晶振及復(fù)位電路、SWD下
[0014]載調(diào)試接口、狀態(tài)指示燈，2mm間距接口座子。
[0015]所述的串口及CAN通訊接口包括元件U3，去耦電容C16，MX3.00mm 2腳座子。
[0016]本實(shí)用新型與傳統(tǒng)的刷式直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)器相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0017](I)電路安全可靠，控制快速準(zhǔn)確，可以利用現(xiàn)有的三環(huán)嵌套的PID算法達(dá)到優(yōu)秀的加、減速動(dòng)態(tài)性能及恒速、鎖死的靜態(tài)性能。
[0018](2)通過(guò)強(qiáng)電、弱電之間的隔離，模擬、數(shù)字之間的隔離，電路板上系統(tǒng)具有完整性較好、信噪比較低的信號(hào)傳遞，防瞬態(tài)沖擊保護(hù)的功能。
[0019](3)通過(guò)高速光耦作為數(shù)字隔離器件可以實(shí)現(xiàn)刷式直流電機(jī)的單、雙極性驅(qū)動(dòng)，具有適用電機(jī)范圍廣、適用環(huán)境寬的優(yōu)點(diǎn)。
[0020](4)選用的微控制器具有編程、調(diào)試方便，專門做成一塊頂板，可以直接插拔，復(fù)用性高且電路可靠性高，工作穩(wěn)定。
[0021](5)具有串口通訊、CAN通訊的接口，接口豐富可以方便的與其它設(shè)備之間做通訊，具有穩(wěn)定可靠的通訊接口。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1是本實(shí)用新型的BTN7971功率驅(qū)動(dòng)電路原理圖；
[0023]圖2是本實(shí)用新型的隔離型電源管理模塊電路原理圖；
[0024]圖3是本實(shí)用新型的光耦數(shù)字隔離單元電路原理圖；
[0025]圖4是本實(shí)用新型的基于STM32的微控制器電路原理圖；
[0026]圖5是本實(shí)用新型的串口及CAN通訊接口電路原理圖；
[0027]圖6是本實(shí)用新型的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0029]如圖6所示，本實(shí)用新型包括:BTN7971功率驅(qū)動(dòng)電路、隔離型電源管理模塊、光耦數(shù)字隔離單元、基于STM3 2的微控制器電路、串口及CAN通訊接口模塊。其中基于STM3 2的微控制器電路作為頂層電路板，其它部分作為底層電路板，兩板用2mm座子連接。本實(shí)用新型采用兩片BTN7971搭建全H橋并通過(guò)光耦數(shù)字隔離單元以光隔離的形式實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制(PffM)數(shù)字控制信號(hào)與BTN7971強(qiáng)電部分控制信號(hào)之間的全隔離，隔離型電源管理模塊采用隔離型DC-DC芯片WRB2405CS實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電源間的隔離，采用高帶寬隔離放大器實(shí)現(xiàn)對(duì)采樣電阻上的微弱電壓進(jìn)行隔離放大并通過(guò)STM32進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換來(lái)測(cè)量電機(jī)電流并反饋至微控制器，采用編碼器接口電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、位置傳感并反饋至微控制器，采用CAN通訊芯片及接口電路實(shí)現(xiàn)與其它控制裝置之間的信息通訊，并通過(guò)現(xiàn)有的數(shù)字PID算法可以完成對(duì)直流伺服電機(jī)的“位置”、“速度”、“電流”三環(huán)嵌套PID數(shù)字控制算法。
[0030]見(jiàn)圖1，本實(shí)用新型的功率驅(qū)動(dòng)電路部分主要包括元件U5、U7、R22，分別為左半橋功率驅(qū)動(dòng)器件、右半橋功率驅(qū)動(dòng)器件及高精度20毫歐電流采樣電阻，兩片BTN7971同時(shí)構(gòu)成全H橋可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刷式直流電機(jī)的四象限控制。
[0031]單極性驅(qū)動(dòng)時(shí):通過(guò)STM32微控制器的定時(shí)器單元在GP1A的PAl引腳產(chǎn)生PffM信號(hào)經(jīng)光耦隔離后，即為圖1中INH所接信號(hào)Coupl_PAl來(lái)控制BTN7971的使能及失能即控制功率驅(qū)動(dòng)器件BTN7971輸出與否。而微控制器的PA2、PA3引腳設(shè)置為普通10，經(jīng)光耦隔離后分別控制U5、U7的IN引腳，即控制U5、U7半橋的輸出為高或者為低。
[0032]雙極性驅(qū)動(dòng)時(shí):通過(guò)STM32微控制器的定時(shí)器單元在GP1A的PA2、PA3引腳產(chǎn)生PWM信號(hào)經(jīng)光耦隔離后，即為圖1中U5、U7的IN引腳所接信號(hào)Coupl_PA2、Coupl_PA3來(lái)控制BTN7971的低邊導(dǎo)通或高邊導(dǎo)通一即控制功率驅(qū)動(dòng)器件BTN7971輸出高電壓還是低電壓。而微控制器的PAl引腳設(shè)置為普通10，經(jīng)光耦隔離后控制U5、U7的INH