CN101615878A

CN101615878A - 一种直流电机补偿控制电路

Info

Publication number: CN101615878A
Application number: CN200910111827A
Authority: CN
Inventors: 吴世德; 曾维尔
Original assignee: ZHANGZHOU WEIDE WELDING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: ZHANGZHOU WEIDE WELDING TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2009-05-14
Filing date: 2009-05-14
Publication date: 2009-12-30
Anticipated expiration: 2029-05-14
Also published as: CN101615878B

Abstract

本发明公开了一种直流电机补偿控制电路，它包括一测速电路、一速度指令调理电路、一速度指令控制电路及一驱动缓冲制动电路。该测速电路，它采集直流电机二端的对地电压信号U1、U2，并产生速度测试信号Uv。该速度指令调理电路，将速度指令信号电压整流为单极性电平并输出电机正反转控制信号，将整流后的速度指令信号偏置放大为与速度测试信号Uv范围规格一致的速度指令信号Vg。该速度指令控制电路包括一误差放大器及一比例积分电路，该误差放大器放大速度测试信号Uv和速度指令信号Vg之间的误差比较，并产生控制半导体开关器件的脉冲信号，该比例积分电路控制误差放大器。该驱动缓冲制动电路的半导体开关器件受脉冲信号控制，用于驱动缓冲制动直流电机。

Description

一种直流电机补偿控制电路

技术领域

本发明涉及一种直流电机补偿控制电路。

背景技术

直流电机补偿控制电路，一般包括测速电路、速度指令调速电路及驱动缓冲制动电路。传统的测速电路需要一个外部物理传感器来测量电机转速，传感器的输出信号还需要经过解调和滤波电路处理才能得到可用的速度信号，电路复杂，所需器件多，成本高，速度信号准确性不高。传统的速度指令调速电路采用开环PWM电路，电路复杂，所需器件多，成本高，速度控制存在静态误差。传统的驱动缓冲制动电路没有采用半导体开关，开关速度慢，接近us，开关功耗大。

发明内容

本发明提供一种直流电机补偿控制电路，其克服了现有的直流电机补偿控制电路所存在的不足。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种直流电机补偿控制电路，它包括：

一测速电路，它包括一第一运算放大器，该第一运算放大器采集直流电机二端的对地电压信号U1、U2，并产生速度测试信号Uv；

一速度指令闭环调速电路，它包括：

一速度指令调理电路，它包括一第一比较电路及一第二比较电路，该第一比较电路用于将速度指令信号电压整流为单极性电平并输出电机正反转控制信号，该第二比较电路用于将整流后的速度指令信号偏置放大为与速度测试信号Uv范围规格一致的速度指令信号Vg；

一速度指令控制电路，它包括一误差放大器及一比例积分电路，该误差放大器连接测试电路和速度指令调理电路以放大速度测试信号Uv和速度指令信号Vg之间的误差比较，并产生控制半导体开关器件的脉冲信号，该比例积分电路连接误差放大器以控制误差放大器，其中，该误差放大器与比例积分电路组成闭环反馈控制；

一驱动缓冲制动电路，它连接速度指令控制电路和直流电机，它包括有半导体开关器件，其中，该速度指令控制电路的脉冲信号控制驱动缓冲制动电路的半导体开关器件以驱动缓冲制动直流电机。

本发明一较佳实施例中，该测速电路还包括一平滑电路，它连接第一运算放大器，用于平滑第一运算放大器动态特性。

本发明一较佳实施例中，该速度指令控制电路还包括一提升电路，它连接误差放大器，以展宽脉冲信号的控制范围。

本发明一较佳实施例中，该速度指令控制电路还包括一输出旁路驱动电路，它连接误差放大器，以消除误差放大器自身的共地耦合干扰，以消除自激干扰。

本发明一较佳实施例中，该速度指令控制电路还包括一电流过载保护和短路控制电路，它连接误差放大器。

本发明一较佳实施例中，该驱动缓冲制动电路，它包括：

一开关快速驱动电路，它包括三极管T2、二极管D7及电容C13，该开关快速驱动电路开通时直接通过加速电容C13和D7加速开通，开关快速驱动电路关断时由T2导通，C13反压快速关断；

一电机制动电路，它包括一半导体开关N1及一半导体开关P1，该直流电动机高速运转时，N1基本不起作用，当直流电动机在低速状态时或要求降速时，N1开通会形成再生制动，使得直流电动机能够快速停下来。

本发明一较佳实施例中，该电机制动电路还包括一瞬态电压抑制二极管TVS，它连接开关快速驱动电路，以用来保护半导体开关的驱动极。

本技术方案与背景技术相比：本测速电路实现简单，对于特定的直流电机只要知道电机的特性参数，经过参数配置就可测量到电机的速度，特别对于Ta时间常数小的小功率直流电动机具有满意的测速性能。采用了比例积分调节闭环反馈控制，使得速度控制无静态误差。采用简单的提升电路来展宽PWM的控制范围，而常规多采用负电源偏置。输出旁路驱动，消除了芯片自身的共地耦合干扰，消除了因此而产生的自激干扰，与传统这类芯片控制相比，使得直流电动机在低速控制下有极好的平稳性，功耗低。传统的过载保护为恒流保护，很容易在恒流点发生高频开关控制切换，导致开关芯片发热量大，需要大功率的散热器，本电路采用施密特保护不会产生高频开关保护动作，死区控制使得开关功耗比正常工作时还低。与传统开环PWM速度控制相比，采用单电源进行速度指令的调理，并且同时输出极性信号，电路简单可靠。本电路实现了半导体开关速度快，开关速度低达几十ns，传统驱动方式的开关速度接近us，因而本电路开关功耗大大降低，对散热要求降低；本电路设有再生制动，低速控制特性有明显改善，综合电枢的补偿测速反馈效果，低速下直流电动机的机械运行特性的变硬，低速平稳性较传统的优势明显。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一较佳实施例的补偿控制电路的电路图。

图2是本发明一较佳实施例的测速电路的电路图。

图3是本发明一较佳实施例的速度指令调理电路的电路图。

图4是本发明一较佳实施例的速度指令控制电路的电路图。

图5是本发明一较佳实施例的驱动缓冲制动电路的电路图。

具体实施方式

请查阅图1，一种直流电机补偿控制电路，它包括一测速电路、一速度指令闭环调速电路及一驱动缓冲制动电路。该速度指令闭环调速电路包括一速度指令调理电路及一速度指令控制电路。

该测速电路，请查阅图2，它包括一第一运算放大器、电阻R1、2、3、4、5、6、8、电容C1、2、4。该第一运算放大器采集直流电机二端的对地电压信号U1、U2，并产生速度测试信号Uv。该R1、2、3、4、5、6、8、C1、2、4组成平滑电路，用于平滑第一运算放大器动态特性。本测速电路的工作原理为：

根据直流电机的电枢方程：

E＝K_an

U = L_{a} \frac{di}{dt} + R_{a} i + E

由上述方程可以得到电机的转速公式：

n = \frac{E}{K_{a}} = \frac{U - R_{a} i - L_{a} di / dt}{K_{a}},

考虑到电枢时间参数Ta＝La/Ra较小只有几ms，落去电感对电流的惯性作用，那么电机的转速公式为：

n = \frac{U - R_{a} i}{K_{a}}

上式中，U是电机两端电压，i是电机电枢电流，由于都是电量可以很容易测量，Ra，Ka对于特定电机来说是固定值，因而根据上式可以设计出相应的测速电路。

n = \frac{U - R_{a} i}{K_{a}} = \frac{(U_{1} - U_{2}) - R_{a} U_{2} / R_{c}}{K_{a}} = k_{1} U_{1} - k_{2} U_{2}

Rc为电流采样电阻，对特定的电机，合理配置图中的R1至R6电阻与相应的Ka，Ra，Rc匹配即可得到相应的测速信号。

此测速电路输入电压分别电机两端的对地电压U2，U1，输出一个速度测试信号Uv给速度指令控制电路。

该速度指令调理电路，请查阅图3，它包括一第一比较电路及一第二比较电路。该第一比较电路包括一第二运算放大器A1、电阻R21、22、23、24、25、二极管D1、2、稳压二极管Z2、电抗W1。该第二运算放大器A1采集输入的速度指令信号电压Vref、正反转控制信号，而且，该第二运算放大器A1配合二极管、稳压二极管实现整流与极性鉴别，将Vref外部给定范围为+/-10V整流为单极性电平，并输出电机的正反转控制信号。该第二比较电路包括一第三运算放大器A2、电容C10、电阻R26。第三运算放大器A2用于将整流后的速度指令信号偏置放大为与速度测试信号Uv范围规格一致的速度指令信号Vg。

该速度指令控制电路，请查阅图4，它包括一误差放大器，一比例积分电路、一提升电路、一输出旁路驱动电路、一电流过载保护和短路控制电路。该误差放大器采用PWM芯片TL494；该比例积分电路包括R10和C5；该提升电路包括三极管T1、电容C8；该输出旁路驱动电路包括二极管D6；该电流过载保护和短路控制电路包括R14、15、16、17、电容。

该误差放大器TL494连接测试电路和速度指令调理电路，以比较速度测试信号Uv和速度指令信号Vg，以形成误差信号，以放大误差信号。该比例积分电路的比例积分控制芯片TL494。其中，该误差放大器与比例积分电路组成闭环反馈控制，以使得最终的速度反馈控制没有静态误差。

该由三极管T1构成的稳压电路，能够提升TL494的管脚pin7的参考电位，能够将PWM控制范围从90％展宽到100％。

该TL494的PWM脉冲输出由旁路D6二极管驱动，不仅提高了脉冲的驱动能力，而且从根本上消除了对反馈误差信号的耦合干扰。

该电流过载保护和短路控制电路和芯片TL494配合，组成施密特比较触发器，施密特的回滞死区使得触发保护可靠稳定。

本部分电路输入信号有3个，分别是测速反馈信号Uv、速度指令给定信号Vg，电枢电流检测信号U1，输出PWM脉冲控制信号。

该驱动缓冲制动电路，请查阅图5，它包括一开关快速驱动电路、一电机制动电路。该开关快速驱动电路包括三极管T2、二极管D7、电容C13、R18、19、稳压二极管Z1、瞬态电压抑制二极管TVS。该开关快速驱动电路开通时直接通过加速电容C13和D7加速开通，开关快速驱动电路关断时由T2导通，C13反压快速关断。该瞬态电压抑制二极管TVS连接开关快速驱动电路，以用来保护半导体开关的驱动极。该电机制动电路包括一半导体开关N1、一半导体开关P1、RX、RC、C20、稳压二极管SB560。该直流电动机高速运转时，N1基本不起作用，当直流电动机在低速状态时或要求降速时，N1开通会形成再生制动，使得直流电动机能够快速停下来。

本部分电路输入是PWM控制脉冲，输出接到直流电动机上。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明实施的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims

1.一种直流电机补偿控制电路，其特征是：它包括：

一速度指令闭环调速电路，它包括：

2.根据权利要求1所述的一种直流电机补偿控制电路，其特征是：该测速电路还包括一平滑电路，它连接第一运算放大器，用于平滑第一运算放大器动态特性。

3.根据权利要求1所述的一种直流电机补偿控制电路，其特征是：该速度指令控制电路还包括一提升电路，它连接误差放大器，以展宽脉冲信号的控制范围。

4.根据权利要求1所述的一种直流电机补偿控制电路，其特征是：该速度指令控制电路还包括一输出旁路驱动电路，它连接误差放大器，以消除误差放大器自身的共地耦合干扰，以消除自激干扰。

5.根据权利要求1所述的一种直流电机补偿控制电路，其特征是：该速度指令控制电路还包括一电流过载保护和短路控制电路，它连接误差放大器。

6.根据权利要求1所述的一种直流电机补偿控制电路，其特征是：该驱动缓冲制动电路，它包括：

7.根据权利要求6所述的一种直流电机补偿控制电路，其特征是：该电机制动电路还包括一瞬态电压抑制二极管TVS，它连接开关快速驱动电路，以用来保护半导体开关的驱动极。