CN101958679A - 直流电机双向速度稳速控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电机双向速度稳速控制器，属于电子应用技术领域，包括双输入或门、电机电流控制器、高速结型场效应管双向运放、DMOS全桥驱动功率级、分压电阻、恒频率波形发生器、插座；通过电机电流控制器将正向控制信号、反向控制信号、使能信号、速度输入信号、反馈信号及调宽波占空比信号等信号组合成速度闭环回路，整合后输出调宽波信号PWM1、PWM2，通过DMOS全桥驱动功率级的驱动放大功能，以及使能信号的使能，最后由DMOS全桥驱动功率级输出电机控制信号PWM3、PWM4来控制电机转动的大小和方向。本发明实现电机驱动负载恒速、稳速、双向转动，具有结构简单、调整方便、精度高和实用性强等特点。

Description

直流电机双向速度稳速控制器

技术领域

本发明属于电子应用技术领域，特别涉及一种对直流电机双向速度稳速控制器的设计。

技术背景

近年来，随着电力电子技术的发展及其应用技术的进步、各种专用集成元件的不断出现，使得直流伺服电动机控制技术有了显著的进步，应用范围越来越广，尤其是PWM伺服控制技术，受到了人们的普遍重视。

目前，对于采用永磁直流力矩-测速机组双向驱动负载恒速、稳速转动的控制器，大多设计复杂、成本较高、调试繁琐，并且很容易受到电机驱动功率级的电磁干扰，抗干扰能力较差，进而影响到稳速的精度要求和工作稳定性，不利于广泛的应用性要求，针对采用永磁直流力矩-测速机组驱动负载恒速、稳速、双向转动的情况，发明设计了一种直流电机双向速度稳速控制器。它能够通过简单的接口连接，实现电机驱动负载恒速、稳速、双向转动。

发明内容

针对现有技术的不足和缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种能够通过简单的接口连接，实现电机驱动负载恒速、稳速、双向转动的直流电机双向速度稳速控制器。

本发明包括双输入或门、电机电流控制器、高速结型场效应管双向运放、DMOS全桥驱动功率级、分压电阻、恒频率波形发生器、插座；插座接收外部方向控制信号Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号，将其分别连接到双输入或门1的信号输入引脚InA、InB脚，经双输入或门1或比较后由信号输出引脚Out脚输出ENABLE使能信号并连接到电机电流控制器的使能控制引脚Power Enable脚和DMOS全桥驱动功率级的使能控制引脚Enable脚，来使能电机电流控制器和DMOS全桥驱动功率级；同时，插座将Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号送给电机电流控制器的信号输入引脚In1、In2脚作为电机电流控制器的输入信号。插座接收测速机反馈电压信号，将其接入到高速结型场效应管双向运放的信号输入引脚Non-inverting Input脚，经过整合后由高速结型场效应管双向运放的信号输出引脚Out脚输出反馈信号Vout，并将其作为接入到电机电流控制器的反馈信号输入引脚Vsense脚，与分压电阻接入到电机电流控制器的比较信号输入引脚Ref脚的速度输入信号作比较求差，形成一个速度闭环控制回路。恒频率波形发生器经过内部电阻电容的匹配组合，输出调宽波占空比信号，并将其接入电机电流控制器的采样频率控制输入引脚R/C脚，作为电机电流控制器的采样基准。电机电流控制器将Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号、ENABLE使能信号、速度输入信号、反馈信号Vout及调宽波占空比信号等信号内部整合后由电机电流控制器的信号输出引脚Out1脚、Out2脚输出调宽波信号PWM1、PWM2，将其接入给DMOS全桥驱动功率级的信号输入引脚In1脚、In2脚，在引入DMOS全桥驱动功率级的使能控制引脚Enable脚的ENABLE使能信号作用下，最后由DMOS全桥驱动功率级的信号输出引脚Out1脚、Out2脚输出电机控制信号PWM3、PWM4来控制电机转动的大小和方向。

恒频率波形发生器主要包括：电阻和电容；电阻的一端接电源+5V，电容的一端接电源地，电阻的另一端和电容的另一端相连接，根据调宽波占空比DC运算公式：

$T2=0.69C1\frac{R1R_{\mathrm{IN}}}{R1+R_{\mathrm{IN}}}$

T1＝0.69R1C1

$\mathrm{DC}=\frac{T2}{T1+T2}$

计算出电阻和电容匹配组合后所产生的调宽波占空比信号将其接入电机电流控制器的采样频率控制输入引脚R/C脚，作为电机电流控制器的采样基准。公式中，DC为调宽波占空比，C1为电容的容值大小，R1为电阻的阻值大小，R_IN为电机电流控制器的内部电路阻值大小，T1为电机电流控制器在一个开关周期内的截止时间，T2为电机电流控制器在一个开关周期内的导通时间。

本发明的工作原理：电机电流控制器将Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号、ENABLE使能信号、速度输入信号、反馈信号Vout及调宽波占空比信号等信号组合成速度闭环回路，整合后输出调宽波信号PWM1、PWM2，通过DMOS全桥驱动功率级的驱动放大功能，以及ENABLE使能信号的使能，最后由DMOS全桥驱动功率级输出电机控制信号PWM3、PWM4来控制电机转动的大小和方向。

针对采用永磁直流力矩-测速机组驱动负载恒速、稳速、双向转动的情况，发明设计了一种直流电机双向速度稳速控制器，它能够通过简单的接口连接，实现电机驱动负载恒速、稳速、双向转动。本发明具有结构简单、调整方便、价格低廉、精度高和实用性强的特点，在提高系统集成度的同时，大大提高了系统的抗干扰能力和工作稳定性，并且具有频率、占空比、脉宽延时时间可调，修改设计方便、适应性强的特点。它是目前最先进的数字脉宽调制技术的应用，广泛适用于直流脉宽调速系统，特别适用于对系统集成度要求较高的应用场合，例如精密转台伺服传动等领域。

附图说明：

图1是直流电机双向速度稳速控制器工作原理框图。

图2是恒频率波形发生器的工作原理图。

图中：1为双输入或门，2为电机电流控制器，3为高速结型场效应管双向运放，4为DMOS全桥驱动功率级，5为分压电阻，6为恒频率波形发生器，7为插座，8为电阻，9为电容。

具体实施方式

以下结合附图1、附图2给出的实施例子对本发明作进一步详细描述。参照图1所示，包括双输入或门1、电机电流控制器2、高速结型场效应管双向运放3、DMOS全桥驱动功率级4、分压电阻5、恒频率波形发生器6、插座7；插座7接收外部控制方向信号Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号，将其分别连接到双输入或门1的信号输入引脚InA、InB脚，双输入或门1采用TI公司的SN54LS32，用于将插座7接收外部控制方向信号Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号整合产生ENABLE使能信号；经双输入或门1或比较后由信号输出引脚Out脚输出ENABLE使能信号并连接到电机电流控制器2的使能控制引脚Power Enable脚和DMOS全桥驱动功率级4的使能控制引脚Enable脚，来使能电机电流控制器2和DMOS全桥驱动功率级4；电机电流控制器2采用ST公司的L6506d，用于输出调宽波信号PWM1、PWM2；同时，将Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号送给电机电流控制器2的信号输入引脚In1、In2脚作为电机电流控制器2的输入信号。插座7接收测速机反馈电压信号，将其接入到高速结型场效应管双向运放3的信号输入引脚Non-invertingInput脚，经过整合后由高速结型场效应管双向运放3的信号输出引脚Out脚输出反馈信号Vout，并将其作为接入到电机电流控制器2的反馈信号输入引脚Vsense脚，与分压电阻5接入到电机电流控制器2的比较信号输入引脚Ref脚的速度输入信号作比较求差，形成一个速度闭环控制回路。其中高速结型场效应管双向运放3采用ST公司的TL602，用于输出反馈信号Vout；恒频率波形发生器6经过内部电阻电容的匹配组合，输出调宽波占空比信号，并将其接入电机电流控制器2的采样频率控制输入引脚R/C脚，作为电机电流控制器2的采样基准。电机电流控制器2将Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号、ENABLE使能信号、速度输入信号、反馈信号Vout及调宽波占空比信号等信号内部整合后由电机电流控制器2的信号输出引脚Out1脚、Out2脚输出调宽波信号PWM1、PWM2，将其接入给DMOS全桥驱动功率级4的信号输入引脚In1脚、In2脚，DMOS全桥驱动功率级4采用ST公司的L6203，用于输出电机控制信号PWM3、PWM4来控制电机转动的大小和方向；在引入DMOS全桥驱动功率级4的使能控制引脚Enable脚的ENABLE使能信号作用下，最后由DMOS全桥驱动功率级4的信号输出引脚Out1脚、Out2脚输出电机控制信号PWM3、PWM4来控制电机转动的大小和方向。其工作原理图见图1。

上述恒频率波形发生器6主要包括：电阻8和电容9。电阻8的一端接电源+5V，电容9的一端接电源地，电阻8的另一端和电容9的另一端相连接，根据调宽波占空比DC运算公式：

$T2=0.69C1\frac{R1R_{\mathrm{IN}}}{R1+R_{\mathrm{IN}}}$

T1＝0.69R1C1

$\mathrm{DC}=\frac{T2}{T1+T2}$

计算出电阻8和电容9匹配组合后所产生的调宽波占空比信号将其接入电机电流控制器2的采样频率控制输入引脚R/C脚，作为电机电流控制器2的采样基准。公式中，DC为调宽波占空比，C1为电容9的容值大小，R1为电阻8的阻值大小，R_IN为电机电流控制器2的内部电路阻值大小，T1为电机电流控制器2在一个开关周期内的截止时间，T2为电机电流控制器2在一个开关周期内的导通时间，其工作原理图如图2所示。

另外，分压电阻5选用阻值为10kΩ的电阻，用于产生所需要的速度输入信号；电阻8选用阻值为20kΩ的电阻、电容9选用容值为3.3nF的电容，二者共同组合成恒频率波形发生器6，产生大小为0.05的调宽波占空比信号，用于作为电机电流控制器2的采样基准；插座7选用12芯连接器，用于接收Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号、测速机反馈电压、+5V、-5V、+24V、电源地，以及输出电机控制信号PWM3、PWM4。

Claims (6)

1.直流电机双向速度稳速控制器，其特征在于：包括双输入或门(1)、电机电流控制器(2)、高速结型场效应管双向运放(3)、DMOS全桥驱动功率级(4)、分压电阻(5)、恒频率波形发生器(6)、插座(7)；其中插座(7)接收Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号，将其连接到双输入或门(1)，经双输入或门(1)或比较后输出ENABLE使能信号并连接到电机电流控制器(2)和DMOS全桥驱动功率级(4)，来使能电机电流控制器(2)和DMOS全桥驱动功率级(4)；同时，插座(7)将Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号送给电机电流控制器(2)作为电机电流控制器(2)的输入信号；所述的插座(7)接收测速机反馈电压信号，将其接入到高速结型场效应管双向运放(3)，经过整合后由高速结型场效应管双向运放(3)输出反馈信号Vout，并将其接入到电机电流控制器(2)，与分压电阻(5)接入到电机电流控制器(2)的速度输入信号作比较求差，形成一个速度闭环控制回路；其中恒频率波形发生器(6)经过内部电阻电容的匹配组合，输出调宽波占空比信号，并将其接入电机电流控制器(2)作为电机电流控制器(2)的采样基准；所述的电机电流控制器(2)将Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号、ENABLE使能信号、速度输入信号、反馈信号Vout及调宽波占空比信号内部整合后由电机电流控制器(2)输出调宽波信号PWM1、PWM2，将其接入给DMOS全桥驱动功率级(4)，在引入DMOS全桥驱动功率级(4)的ENABLE使能信号作用下，最后由DMOS全桥驱动功率级(4)输出电机控制信号PWM3、PWM4来控制电机转动的大小和方向。

2.根据权利要求1所述的直流电机双向速度稳速控制器，其特征在于：所述的插座(7)连接到双输入或门(1)的信号输入引脚InA、InB脚，并连接到电机电流控制器(2)的使能控制引脚Power Enable脚和DMOS全桥驱动功率级(4)的使能控制引脚Enable脚，其中插座同时接入到高速结型场效应管双向运放(3)的信号输出引脚Non-inverting Input脚，并经过高速结型场效应管双向运放(3)的信号输出引脚Out脚接入到电机电流控制器(2)的反馈信号输入引脚Vsense脚。

3.根据权利要求1所述的直流电机双向速度稳速控制器，其特征在于：所述的Direction1正向控制信号、Direction2反向控制信号送给电机电流控制器(2)的信号输入引脚In1、In2脚作为电机电流控制器(2)的输入信号。

4.根据权利要求1所述的直流电机双向速度稳速控制器，其特征在于：所述的分压电阻(5)接入到电机电流控制器(2)的比较信号输入引脚Ref脚，恒频率波形发生器(6)接入电机电流控制器(2)的采样频率控制输入引脚R/C脚。

5.根据权利要求1所述的直流电机双向速度稳速控制器，其特征在于：所述电机电流控制器(2)通过信号输出引脚Out1脚、Out2脚输出调宽波信号PWM1、PWM2，将其接入给DMOS全桥驱动功率级(4)的信号输入引脚In1脚、In2脚，在引入DMOS全桥驱动功率级(4)的使能控制引脚Enable脚的ENABLE使能信号作用下，最后由DMOS全桥驱动功率级(4)的信号输出引脚Out1脚、Out2脚输出电机控制信号PWM3、PWM4来控制电机转动的大小和方向。

6.根据权利要求1所述的直流电机双向速度稳速控制器，其特征在于：所述的恒频率波形发生器(6)主要包括：电阻(8)和电容(9)，电阻(8)的一端接电源+5V，电容(9)的一端接电源地，电阻(8)的另一端和电容(9)的另一端相连接，根据调宽波占空比DC运算公式：

$T2=0.69C1\frac{R1R_{\mathrm{IN}}}{R1+R_{\mathrm{IN}}}$

T1＝0.69R1C1

$\mathrm{DC}=\frac{T2}{T1+T2}$

计算出电阻(8)和电容(9)匹配组合后所产生的调宽波占空比信号将其接入电机电流控制器(2)的采样频率控制输入引脚R/C脚，作为电机电流控制器(2)的采样基准，公式中：DC为调宽波占空比，C1为电容(9)的容值大小，R1为电阻(8)的阻值大小，R_IN为电机电流控制器(2)的内部电路阻值大小，T1为电机电流控制器(2)在一个开关周期内的截止时间，T2为电机电流控制器(2)在一个开关周期内的导通时间。

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