CN101764551B - 一种直流电机控制电路及电机装置 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电机控制领域，提供了一种直流电机控制电路；包括：单片机、继电器电路、驱动电路、保护电路、采样电路；继电器电路包括：第一继电器单元以及N个第二继电器单元；第一继电器单元包括：第一二极管以及第一继电器，第一继电器中的线圈连接在第一二极管的两端；第二继电器单元包括：第二二极管以及第二继电器，第二继电器中的线圈连接在第二二极管的两端；第二继电器的公共端通过直流电机连接至第一继电器的公共端。本发明实施例提供的直流电机控制电路通过一个第一继电器单元和N个并联连接的第二继电器单元结合控制N个直流电机的正转和反转，减少了继电器的数量，减少了信号控制线的数量，节约了成本，且电路简单可靠。

Description

一种直流电机控制电路及电机装置

技术领域

本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种直流电机控制电路及电机装置。

背景技术

在对直流电机控制中，涉及到电机的正转和反转，通过继电器来控制直流电机正转和反转时，传统的方式是通过两个继电器来控制电机，其中一个继电器来控制电机的正转，另一个继电器来控制电机的反转。如果在一个系统中要对N个电机进行正反转动控制，那么必须有2N个继电器，2N条信号控制线；比如在YFW6250中用到5个直流电机，此时就需要用到10个继电器和10条信号控制线。继电器的数量和信号控制线过多会增加电路板面积和成本；另外信号控制线过多会增加制作传输导线的难度和成本，同时连接传输线的复杂程度也会随信号控制线的数量而增大，如要把这些控制信号线通过一条电缆线传输，则需要特备电缆线，价格非常昂贵。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种直流电机控制电路，旨在解决现有的电机控制电路中继电器的数量和信号控制线过多导致成本高、电路复杂的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种直流电机控制电路，其包括：继电器电路，连接在所述继电器电路的输入端的驱动电路，连接在所述继电器电路保护端的保护电路，连接在所述继电器电路采样端的采样电路以及单片机；所述单片机的输入端连接至所述采样电路的输出端，所述单片机的输出端连接至所述驱动电路的输入端；所述继电器电路包括：

第一继电器单元以及N个并联连接的第二继电器单元；

所述第一继电器单元包括：第一二极管以及第一继电器，所述第一二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极连接至所述驱动电路的输出端；所述第一继电器中的线圈连接在所述第一二极管的两端；

所述第二继电器单元包括：第二二极管以及第二继电器，所述第二二极管的阳极作为所述继电器电路的保护端，所述第二二极管的阴极连接至所述驱动电路的输出端；所述第二继电器中的线圈连接在所述第二二极管的两端；所述第二继电器的公共端通过一直流电机连接至所述第一继电器的公共端，所述第二继电器的常开端与所述第一继电器的常开端连接后作为所述继电器电路的采样端，所述第二继电器的常闭端连接至所述第一继电器的常闭端后再连接至电源；

所述N为大于等于2的正整数。

本发明实施例的目的还在于提供一种电机装置，其包括：继电器电路，连接在所述继电器电路的输入端的驱动电路，连接在所述继电器电路保护端的保护电路，连接在所述继电器电路采样端的采样电路、单片机及N个直流电机；所述单片机的输入端连接至所述采样电路的输出端，所述单片机的输出端连接至所述驱动电路的输入端；所述继电器电路包括：第一继电器单元以及N个并联连接的第二继电器单元；所述第一继电器单元包括：第一二极管以及第一继电器，所述第一二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极连接至所述驱动电路的输出端；所述第一继电器中的线圈连接在所述第一二极管的两端；所述第二继电器单元包括：第二二极管以及第二继电器，所述第二二极管的阳极作为所述继电器电路的保护端，所述第二二极管的阴极连接至所述驱动电路的输出端；所述第二继电器中的线圈连接在所述第二二极管的两端；所述第二继电器的公共端通过一直流电机连接至所述第一继电器的公共端，所述第二继电器的常开端与所述第一继电器的常开端连接后作为所述继电器电路的采样端，所述第二继电器的常闭端连接至所述第一继电器的常闭端后再连接至电源；所述N为大于等于2的正整数。本发明提供的直流电机控制电路通过一个第一继电器单元和N个并联连接的第二继电器单元结合控制N个直流电机的正转和反转，减少了继电器的数量，减少了信号控制线的数量，节约了成本，且电路简单可靠。

附图说明

图1是本发明实施例提供的直流电机控制电路的模块结构示意图；

图2是本发明实施例提供的直流电机控制电路中继电器电路的电路图；

图3是本发明实施例提供的控制四个直流电机的控制电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供的直流电机控制电路通过一个第一继电器单元和N个并联连接的第二继电器单元结合控制N个直流电机的正转和反转，减少了继电器的数量，减少了信号控制线的数量，节约了成本，且电路简单可靠。

图1示出了本发明实施例提供的直流电机控制电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

直流电机控制电路包括：单片机1、驱动电路2、继电器电路3、采样电路4和保护电路5；其中，单片机1的输出端连接至驱动电路2的输入端，驱动电路2的输出端连接至继电器电路3的输入端，继电器电路3的采样端连接至采样电路4的输入端，继电器电路3的保护端连接保护电路5，继电器电路3的输出端连接直流电机6；采样电路4的输出端连接至单片机1的输入端；单片机1根据采样电路4采集的直流电机的状态信息输出控制信号，通过驱动电路2控制继电器对直流电机进行进一步控制。

本发明实施例提供的直流电机控制电路主要是通过对继电器电路3的连接方式进行改进，从而解决了多电机控制系统中继电器和控制信号线过多的问题，减少了电路板面积和成本。继电器电路3的具体电路图如图2所示，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下。

继电器电路3包括：第一继电器单元31以及N个并联连接的第二继电器单元32；其中，第一继电器单元31包括：第一二极管D0以及第一继电器K0，第一二极管D0的阳极接地，第一二极管D0的阴极连接至驱动电路2的输出端；第一继电器K0中的线圈L0的两端连接在第一二极管D0的两端；第二继电器单元32包括：第二二极管D1以及第二继电器K1，第二二极管D1的阳极作为继电器电路3的保护端，其中第二二极管D1的阴极连接至驱动电路2的输出端；第二继电器K1中的线圈L1的两端连接在第二二极管D1的两端；第二继电器K1的公共端通过一个直流电机6连接至第一继电器K0的公共端，第二继电器K1的常开端与第一继电器K0的常开端连接后作为继电器电路3的采样端，第二继电器K1的常闭端连接至第一继电器K0的常闭端后再连接至电源VCC(12V)；N为大于等于2的正整数。

在本发明实施例中，驱动电路2包括：第一驱动单元以及N个第二驱动单元；其中第一驱动单元包括：第一MOS管QA0、第二MOS管Q0和电阻R7；第一MOS管QA0的漏极连接至第一二极管D0的阴极，第一MOS管QA0的栅极连接至第二MOS管Q0的漏极，第一MOS管QA0的源极连接至电源VCC(12V)；第二MOS管Q0的源极接地，第二MOS管的栅极连接至单片机1的输出端；电阻R7连接在第一MOS管QA0的源极与第一MOS管QA0的栅极之间；第二驱动单元包括：第三MOS管QA1、第四MOS管Q1和电阻R8；第三MOS管QA1的漏极连接至第二二极管D1的阴极，第三MOS管QA1的栅极连接至第四MOS管Q1的漏极，第三MOS管QA1的源极连接至电源VCC(12V)；第四MOS管Q1的源极接地，第四MOS管Q1的栅极连接至单片机1的输出端；电阻R8连接在第三MOS管QA1的源极与第三MOS管QA1的栅极之间。

在本发明实施例中，采样电路4包括：电阻R6，其中电阻R6的一端连接至继电器电路3的采样端P1，电阻R6的一端还连接至单片机1的输入端，电阻R6的另一端接地。

在本发明实施例中，保护电路5包括：N个并联连接的开关保护单元；其中开关保护单元包括：连接在电源VCC与第二二极管D1的阳极之间的第一行程开关，依次串联连接在地与第二二极管D1的阳极之间的第二行程开关和第一保险丝。作为本发明的一个实施例，开关保护单元还包括：连接在第二二极管D1的阳极与地之间的电阻R1，以及连接在保险丝与第二行程开关之间的电阻R13。

为了更进一步说明本发明实施例提供的直流电机控制电路，现以四个直流电机M1、M2、M3、M4为例，结合图3所示的电路图详述如下。

继电器电路3包括：二极管D0、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、继电器K0、继电器K1、继电器K2、继电器K3和继电器K4；其中二极管D0的阳极接地，继电器K0的线圈L0的两端连接在二极管D0的两极；继电器K1的线圈L1的两端连接在二极管D1的两极；继电器K2的线圈L2的两端连接在二极管D2的两极；继电器K3的线圈L3的两端连接在二极管D3的两极；继电器K4的线圈L4的两端连接在二极管D4的两极；继电器K1的公共端通过直流电机M1连接至继电器K0的公共端，继电器K1的常闭端连接至电源VCC；继电器K2的公共端通过直流电机M2连接至继电器K0的公共端，继电器K2的常闭端连接至电源VCC；继电器K3的公共端通过直流电机M3连接至继电器K0的公共端，继电器K3的常闭端连接至电源VCC；继电器K4的公共端通过直流电机M4连接至继电器K0的公共端，继电器K4的常闭端连接至电源VCC；继电器K1的常开端与继电器K2的常开端、继电器K3的常开端、继电器K4的常开端连接后作为继电器电路3的采样端。

驱动电路2包括：MOS管QA0、MOS管QA1、MOS管QA2、MOS管QA3、MOS管QA4、MOS管Q0、MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10和电阻R11；其中MOS管QA0的漏极连接至二极管D0的阴极，MOS管QA0的栅极通过电阻R7连接至MOS管QA0的源极，MOS管QA0的源极连接至电源VCC，MOS管QA0的栅极还连接至MOS管Q0的漏极，MOS管Q0的源极接地，MOS管Q0的栅极连接至单片机1的输出端；MOS管QA1的漏极连接至二极管D1的阴极，MOS管QA1的栅极通过电阻R8连接至MOS管QA1的源极，MOS管QA1的源极还连接至电源VCC，MOS管QA1的栅极还连接至MOS管Q1的漏极，MOS管Q1的源极接地，MOS管Q1的栅极连接至单片机1的输出端；MOS管QA2的漏极连接至二极管D2的阴极，MOS管QA2的栅极通过电阻R9连接至MOS管QA2的源极，MOS管QA2的源极还连接至电源VCC，MOS管QA2的栅极还连接至MOS管Q2的漏极，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的栅极连接至单片机1的输出端；MOS管QA3的漏极连接至二极管D3的阴极，MOS管QA3的栅极通过电阻R10连接至MOS管QA3的源极，MOS管QA3的源极还连接至电源VCC，MOS管QA3的栅极还连接至MOS管Q3的漏极，MOS管Q3的源极接地，MOS管Q3的栅极连接至单片机1的输出端；MOS管QA4的漏极连接至二极管D4的阴极，MOS管QA4的栅极通过电阻R11连接至MOS管QA4的源极，MOS管QA4的源极还连接至电源VCC，MOS管QA4的栅极还连接至MOS管Q4的漏极，MOS管Q4的源极接地，MOS管Q4的栅极连接至单片机1的输出端。

采样电路4中的电阻R6是一个大功率的小电阻，用于采集直流电机的运行信息，信息通过单片机1处理，就可以大概知道这四个直流电机的运行状态，在出现故障时，单片机能够及时的做出相应处理，增加了系统的安全性和可靠性。

保护电路5包括：行程开关S1、行程开关S2、行程开关S3、行程开关S4、行程开关S5、行程开关S6、行程开关S7、行程开关S8、保险丝F1、保险丝F2、保险丝F3、保险丝F4、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R13、电阻R14、电阻R15和电阻R16；其中行程开关S1连接在电源VCC与二极管D1的阳极之间，电阻R1连接在二极管D1的阳极与地之间，行程开关S2的一端接地，行程开关S2的另一端通过依次串联连接的电阻R13和保险丝F1连接至二极管D1的阳极；行程开关S3连接在电源VCC与二极管D2的阳极之间，电阻R2连接在二极管D2的阳极与地之间，行程开关S4的一端接地，行程开关S4的另一端通过依次串联连接的电阻R14和保险丝F2连接至二极管D2的阳极；行程开关S5连接在电源VCC与二极管D3的阳极之间，电阻R3连接在二极管D3的阳极与地之间，行程开关S6的一端接地，行程开关S6的另一端通过依次串联连接的电阻R15和保险丝F3连接至二极管D3的阳极；行程开关S7连接在电源VCC与二极管D4的阳极之间，电阻R4连接在二极管D4的阳极与地之间，行程开关S8的一端接地，行程开关S8的另一端通过依次串联连接的电阻R16和保险丝F4连接至二极管D4的阳极。

在本发明实施例中，行程开关选择的是常开模式，起到限制作用，以行程开关S1和S2为例进行说明如下：行程开关S1和S2在正常工作中不会同时导通，它们代表对直流电机M1的正转和反转方向的转动限制，当直流电机M1正转运动到一定角度时，继电器K0接通高电平，继电器K1接通低电平；行程开关S1关闭，拉高二极管D1左边(正向)电压12V，MOS管QA1导通，输入的电压也是12V，二极管D1两端不存在电压差，从而继电器K1接通高电平，限制直流电机M1正向转动，从而它只能反向转动和停转。但是存在一个问题：当直流电机M1需要反转时，K0接通的是低电平，K2接通的是高电平，而直流电机M1本应该是不转的(设定在同一时间只能控制一个电机)，但是K1此时也是接通高电平，直流电机M1也会反转。这个反转对电机和继电器是有益的，因为这个反转转动一个小角度，行程开关S1断开，继电器K1重新接通低电平，直流电机M1不再转动，这样就延长了行程开关的寿命和节约了能量。作为本发明的一个实施例，电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、保险丝F1、保险丝F2、保险丝F3和保险丝F4起保护作用，为了防止人为因素导致同一组的行程开关同时导通。

在本发明实施例中，由于单片机的驱动能力有限，以12V电压来驱动电机为例，所以要他们共同来驱动，当单片机给定一个电机的旋转信号时候，例如当单片机的第1引脚输出为高电平时，MOS管Q0导通，MOS管QA0也导通，有12V电压输入到继电器驱动的一端；反之，QA0截止，没有电流通过。

四个直流电机M1、M2、M3、M4有一端共同连接在继电器K0的公共端，通过改变继电器K0、K1、K2、K3、K4的电压值来达到直流电机M1、M2、M3、M4的正转、反转或不转。设定继电器接通12V电压定位“1”，接通地线定位“0”；那么可以从表1中得知直流电机M1、M2、M3、M4的运转状态：

表1

从表1中可以得出，通过5个继电器K0、K1、K2、K3、K4和5条控制信号线可以完全实现4个直流电机M1、M2、M3、M4的正转、反转和不转；与传统的控制方式相比，控制功能相同，信号控制线减少了3条，继电器减少了3个。控制的直流电机的个数越多，采用本发明实施例提供的继电器电路3的这种连接方式实现其功能越简单、继电器和控制信号线的数量也越节省。如个是控制N个直流电机正转和反转，用到的继电器和控制信号线数量可以表示成：“N+1”；而传统的控制方式则需要2N个继电器，因此节省的继电器和控制信号线数量可以表示成”2N-(N+1)＝N-1”；随着直流电机个数N的增加，节省的继电器的个数和信号线的数量也增加；因此本发明实施例提供的继电器电路3应用于多个直流电机控制系统中，效果更好。

本发明实施例提供的直流电机控制电路通过一个第一继电器单元和N个并联连接的第二继电器单元结合控制N个直流电机的正转和反转，减少了继电器的数量，减少了信号控制线的数量，节约了成本，且电路简单可靠。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流电机控制电路，其包括：继电器电路，连接在所述继电器电路的输入端的驱动电路，连接在所述继电器电路保护端的保护电路，连接在所述继电器电路采样端的采样电路以及单片机；所述单片机的输入端连接至所述采样电路的输出端，所述单片机的输出端连接至所述驱动电路的输入端；其特征在于，所述继电器电路包括：

第一继电器单元以及N个并联连接的第二继电器单元；

所述第一继电器单元包括：第一二极管以及第一继电器，所述第一二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极连接至所述驱动电路的输出端；所述第一继电器中的线圈连接在所述第一二极管的两端；

所述第二继电器单元包括：第二二极管以及第二继电器，所述第二二极管的阳极作为所述继电器电路的保护端，所述第二二极管的阴极连接至所述驱动电路的输出端；所述第二继电器中的线圈连接在所述第二二极管的两端；所述第二继电器的公共端通过一直流电机连接至所述第一继电器的公共端，所述第二继电器的常开端与所述第一继电器的常开端连接后作为所述继电器电路的采样端，所述第二继电器的常闭端连接至所述第一继电器的常闭端后再连接至电源；

所述N为大于等于2的正整数。

2.如权利要求1所述的直流电机控制电路，其特征在于，所述保护电路包括：N个并联连接的开关保护单元；

所述开关保护单元包括：连接在所述电源与所述第二二极管的阳极之间的第一行程开关，依次串联连接在地与所述第二二极管的阳极之间的第二行程开关和第一保险丝。

3.如权利要求2所述的直流电机控制电路，其特征在于，所述开关保护单元还包括：

连接在所述第二二极管的阳极与地之间的电阻R1，以及

连接在所述第一保险丝与所述第二行程开关之间的电阻R13。

4.如权利要求1所述的直流电机控制电路，其特征在于，所述采样电路包括：

电阻R6，所述电阻R6的一端连接至所述继电器电路的采样端，所述电阻R6的一端还连接至单片机的输入端，所述电阻R6的另一端接地。

5.如权利要求1所述的直流电机控制电路，其特征在于，所述驱动电路包括：第一驱动单元以及N个第二驱动单元；

所述第一驱动单元包括：第一MOS管、第二MOS管、电阻R7；所述第一MOS管的漏极连接至所述第一二极管的阴极，所述第一MOS管的栅极连接至所述第二MOS管的漏极，所述第一MOS管的源极连接至所述电源；所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的栅极连接至单片机的输出端；

所述电阻R7连接在所述第一MOS管的源极与所述第一MOS管的栅极之间；

所述第二驱动单元包括：第三MOS管、第四MOS管、电阻R8；所述第三MOS管的漏极连接至所述第二二极管的阴极，所述第三MOS管的栅极连接至所述第四MOS管的漏极，所述第三MOS管的源极连接至所述电源；所述第四MOS管的源极接地，所述第四MOS管的栅极连接至单片机的输出端；

所述电阻R8连接在所述第三MOS管的源极与所述第三MOS管的栅极之间。

6.一种电机装置，其包括：继电器电路，连接在所述继电器电路的输入端的驱动电路，连接在所述继电器电路保护端的保护电路，连接在所述继电器电路采样端的采样电路、单片机及N个直流电机；所述单片机的输入端连接至所述采样电路的输出端，所述单片机的输出端连接至所述驱动电路的输入端；其特征在于，所述继电器电路包括：

第一继电器单元以及N个并联连接的第二继电器单元；

所述第一继电器单元包括：第一二极管以及第一继电器，所述第一二极管的阳极接地，所述第一二极管的阴极连接至所述驱动电路的输出端；所述第一继电器中的线圈连接在所述第一二极管的两端；

所述第二继电器单元包括：第二二极管以及第二继电器，所述第二二极管的阳极作为所述继电器电路的保护端，所述第二二极管的阴极连接至所述驱动电路的输出端；所述第二继电器中的线圈连接在所述第二二极管的两端；所述第二继电器的公共端通过一直流电机连接至所述第一继电器的公共端，所述第二继电器的常开端与所述第一继电器的常开端连接后作为所述继电器电路的采样端，所述第二继电器的常闭端连接至所述第一继电器的常闭端后再连接至电源；

所述N为大于等于2的正整数。

7.如权利要求6所述的电机装置，其特征在于，所述保护电路包括：N个并联连接的开关保护单元；

所述开关保护单元包括：连接在所述电源与所述第二二极管的阳极之间的第一行程开关，依次串联连接在地与所述第二二极管的阳极之间的第二行程开关和第一保险丝。

8.如权利要求7所述的电机装置，其特征在于，所述开关保护单元还包括：

连接在所述第二二极管的阳极与地之间的电阻R1，以及

连接在所述第一保险丝与所述第二行程开关之间的电阻R13。

9.如权利要求6所述的电机装置，其特征在于，所述采样电路包括：

电阻R6，所述电阻R6的一端连接至所述继电器电路的采样端，所述电阻R6的一端还连接至单片机的输入端，所述电阻R6的另一端接地。

10.如权利要求6所述的电机装置，其特征在于，所述驱动电路包括：第一驱动单元以及N个第二驱动单元；

所述第一驱动单元包括：第一MOS管、第二MOS管、电阻R7；所述第一MOS管的漏极连接至所述第一二极管的阴极，所述第一MOS管的栅极连接至所述第二MOS管的漏极，所述第一MOS管的源极连接至所述电源；所述第二MOS管的源极接地，所述第二MOS管的栅极连接至单片机的输出端；

所述电阻R7连接在所述第一MOS管的源极与所述第一MOS管的栅极之间；

所述第二驱动单元包括：第三MOS管、第四MOS管、电阻R8；所述第三MOS管的漏极连接至所述第二二极管的阴极，所述第三MOS管的栅极连接至所述第四MOS管的漏极，所述第三MOS管的源极连接至所述电源；所述第四MOS管的源极接地，所述第四MOS管的栅极连接至单片机的输出端；

所述电阻R8连接在所述第三MOS管的源极与所述第三MOS管的栅极之间。

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