CN102324891B

CN102324891B - 一种电机稳速控制电路及数字pwm控制电路

Info

Publication number: CN102324891B
Application number: CN2011102689496A
Authority: CN
Inventors: 韦钢; 李嘉穗; 李嘉文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-09-10
Filing date: 2011-09-10
Publication date: 2013-04-24
Anticipated expiration: 2031-09-10
Also published as: CN102324891A

Abstract

本发明提供一种电机稳速控制电路及数字PWM控制电路，所述电机稳速控制电路包括时钟信号发生器、PWM比较器、具有转速检测模块的电机、单向计数器、逻辑控制单元和跟踪计数器。由于该电机稳速控制电路中的各种信号均为数字信号，克服了传统脉宽调制技术本身存在的抗噪声性低、对温度敏感、容易随时间漂移等诸多缺陷，从而实现高可靠、抗干扰、高精度的电机转速控制。此外，由于采用了可靠、稳定的时钟信号发生器，可以使得控制电路更为可靠、稳定。所述数字PWM控制电路还可以运用于温度、声音、光、力等物理量的高精度控制领域。所述电机可以由包括动力锂电池(包括电源管理电路)在内的电源供电单元来供电。

Description

一种电机稳速控制电路及数字PWM控制电路

【技术领域】

本发明涉及一种电机控制技术，特别是涉及一种电机稳速控制电路及数字PWM控制电路。

【背景技术】

用脉宽调制(Pulse-width Modulation，以下简称脉宽调制或PWM)技术对电机的转速进行控制具有抗噪性好、节约空间、比较经济等特点，已经在电机速度调节领域得到了广泛使用。

一个典型的脉宽调制电机稳速控制电路主要包括锯齿波发生器、转速检测模块、运算放大器以及一个PWM比较器。工作时，所述锯齿波发生器生成周期固定的三角波信号，所述转速检测模块检测电机的转速并生成反映电机转速的反馈电平信号，所述运算放大器接收基准电平信号和反馈电平信号，并根据基准电平信号和反馈电平信号的差得到误差电平信号，所述PWM比较器比较所述误差电平信号与所述三角波信号，从而产生一个占空比可调的方波信号(或称脉宽调制信号)，该方波信号通过对电机的电压进行调节从而实现对电机转速的控制。

但是由于模拟控制电路本身存在的抗噪声性低、对温度敏感、容易随时间漂移等诸多缺陷，使得使用传统脉宽调制技术去实现高可靠、抗干扰、高精度的电机稳速控制电路的尝试变得非常困难。

因此，有必要提出一种改进的技术方案来解决上述问题。

【发明内容】

本发明的目的之一在于提供一种电机稳速控制电路，其可以实现高可靠、抗干扰、高精度的电机稳速控制。

本发明的目的之一在于提供一种数字PWM控制电路，其可以实现高可靠、抗干扰、高精度的PWM控制。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，本发明提出一种电机稳速控制电路，其包括时钟信号发生器、PWM比较器、具有转速检测模块的电机、单向计数器、逻辑控制单元和跟踪计数器。所述时钟信号发生器用于产生并输出时钟信号。所述单向计数器用于基于所述时钟信号进行计数，并将其计数值输出。所述逻辑控制单元用于接收反映所述电机的基准转速的基准信号和来自所述电机的反映所述电机的实际转速的反馈信号，并根据所述基准信号和所述反馈信号的差输出控制信号。所述跟踪计数器根据所述逻辑控制单元输出的控制信号进行计数，并输出其计数值。所述PWM比较器用于对单向计数器输出的计数值和跟踪计数器输出的计数值进行比较以产生脉宽调制信号。所述电机根据所述PWM比较器产生的脉宽调制信号对所述电机的转速进行控制，所述转速检测模块对所述电机的转速进行检测并产生反映所述电机的实际转速的反馈信号。

进一步的，所述电机稳速控制电路还包括第一分频器和第二分频器，第一分频器对所述时钟信号发生器输出的时钟信号进行分频得到所述基准信号，第二分频器对所述转速检测模块产生的反馈信号进行分频，将分频后的反馈信号提供给所述逻辑控制单元。

更进一步的，所述单向计数器基于所述时钟信号从第一基准值开始进行计数，在计数值达到第二基准值时使所述计数值复位至第一基准值重新进行计数。

再进一步的，所述逻辑控制单元获得所述基准信号和分频后的反馈信号的相位差，并基于所述相位差输出控制信号以调整所述跟踪计数器的计数。进一步优选的，所述跟踪计数器根据接收到的所述逻辑控制单元输出的控制信号在第一基准值和第二基准值之间进行双向计数，所述逻辑控制单元输出的控制信号包括加控制信号和减控制信号，当所述跟踪计数器接收到加控制信号时，所述跟踪计数器对其计数值进行增加计数，当所述跟踪计数器接收到减控制信号时，所述跟踪计数器对其计数值进行减少计数。

更进一步的，通过调整第一分频器的分频因子来调整所述电机的基准转速。

根据本发明的另一个方面，本发明提供一种数字PWM控制电路，其包括时钟信号发生器、PWM比较器、受控单元、单向计数器、逻辑控制单元和跟踪计数器。所述时钟信号发生器用于产生并输出时钟信号。所述单向计数器用于基于所述时钟信号进行计数，并将其计数值输出。所述逻辑控制单元用于接收反映受控信号的基准值的基准信号和来自所述受控单元的反映受控信号的实际值的反馈信号，并根据所述基准信号和所述反馈信号的差输出控制信号。所述跟踪计数器根据所述逻辑控制单元输出的控制信号进行计数，并输出其计数值。所述PWM比较器用于对单向计数器输出的计数值和跟踪计数器输出的计数值进行比较以产生脉宽调制信号。所述受控单元根据所述PWM比较器产生的脉宽调制信号对所述受控单元的受控信号进行控制，检测所述受控信号并产生反映所述受控信号的实际值的反馈信号。

进一步的，所述单向计数器基于所述时钟信号从第一基准值开始进行计数，在计数值达到第二基准值时使所述计数值复位至第一基准值重新进行计数。

再进一步的，所述跟踪计数器根据接收到的所述逻辑控制单元输出的控制信号在第一基准值和第二基准值之间进行双向计数，所述逻辑控制单元输出的控制信号包括加控制信号和减控制信号，当所述跟踪计数器接收到加控制信号时，所述跟踪计数器对其计数值进行增加计数，当所述跟踪计数器接收到减控制信号时，所述跟踪计数器对其计数值进行减少计数。

与现有技术相比，本发明中采用了数字化的控制电路，这样克服了模拟电路的抗噪声性低、对温度敏感、容易随时间漂移等诸多缺陷，从而实现高可靠、抗干扰、高精度的控制。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：

图1为本发明中的电机稳速控制电路在一个实施例中的功能方框图。

【具体实施方式】

本发明的详细描述主要通过程序、步骤、逻辑块、过程或其他象征性的描述来直接或间接地模拟本发明技术方案的运作。为透彻的理解本发明，在接下来的描述中陈述了很多特定细节。而在没有这些特定细节时，本发明则可能仍可实现。所属领域内的技术人员使用此处的这些描述和陈述向所属领域内的其他技术人员有效的介绍他们的工作本质。换句话说，为避免混淆本发明的目的，由于熟知的方法和程序已经容易理解，因此它们并未被详细描述。

图1为本发明中的电机稳速控制电路100在一个实施例中的功能框图。所述电机稳速控制电路100包括时钟信号发生器102、单向计数器104、逻辑控制单元106、跟踪计数器108、PWM比较器110、电机112、第一分频器114和第二分频器116。

所述时钟信号发生器102可以输出具有固定周期的时钟信号。在一个实施例中，所述时钟信号发生器102为一晶体振荡电路，其产生的时钟信号精度高、稳定性高、受温度影响小。

所述单向计数器104用于基于所述时钟信号从第一基准值开始进行计数，在计数值达到第二基准值时使所述计数值复位至第一基准值继续进行计数，通过不断的循环可以产生数字化的锯齿波信号。所述单向计数器104可以为加法计数器或者减法计数器，在为加法计数器时第一基准值大于第二基准值，在为减法计数器时第一基准值小于第二基准值，其中第一基准值可以为0或其他值。所述单向计数器104将其产生的计数值提供给PWM比较器110。

第一分频器114对所述时钟信号发生器102输出的时钟信号进行分频后得到基准时钟信号，并将所述基准时钟信号输出给所述逻辑控制单元106。由于所述基准时钟信号是由所述时钟信号发生器102输出的时钟信号分频后得到，因此其也具有稳定性高、受温度影响小的特点。所述基准时钟信号反映了电机的基准转速(或称目标转速)。

所述电机112内具有转速检测模块，所述转速检测模块检测所述电机的实际转速并生成反映电机实际转速的反馈时钟信号，所述第二分频器116对所述反馈时钟信号进行分频，将分频后的反馈时钟信号输出给所述逻辑控制单元106。

第一分频器和第二分频器都包括有分频因子或分频参数，每个分频器输出的时钟信号的频率为输入的时钟信号的频率与分频因子的乘积，比如分频因子为1/N，N为自然数。

所述逻辑控制单元106接收所述基准时钟信号和分频后的反馈时钟信号，获得所述基准时钟信号和分频后的反馈时钟信号的相位差，并基于所述相位差输出控制信号以调整所述跟踪计数器的计数。所述跟踪计数器108为双向计数器，其根据接收到的所述逻辑控制单元106输出的控制信号在第一基准值和第二基准值之间进行双向计数，并输出计数值给所述PWM比较器110。具体的，所述逻辑控制单元106输出的控制信号包括加控制信号UP、减控制信号DN，当所述跟踪计数器108接收到加控制信号UP时，所述跟踪计数器对其计数值进行增加计数，并将计数结果作为新的计数值存储并输出；当所述跟踪计数器108接收到减控制信号DN时，所述跟踪计数器108对其计数值进行减少计数，并将计数结果作为新的计数值存储并输出。所述逻辑控制单元106可以控制所述跟踪计数器108的计数值不超过第一基准值和第二基准值，其还可以保证不会有两个同样的控制信号提供给所述跟踪计数器106。

所述PWM比较器110用于对单向计数器104输出的计数值和跟踪计数器108输出的计数值进行比较，从而产生相应占空比的脉宽调制信号(或称之为方波信号)。比如，当单向计数器104输出的计数值高于所述跟踪计数器输出的计数值时，所述PWM比较器110输出一个高电平信号，当单向计数器104输出的计数值低于所述跟踪计数器108输出的计数值时，所述PWM比较器110输出一个低电平信号。

所述电机112根据所述PWM比较器输出的脉宽调制信号对电机的转速进行控制，所述转速检测模块检测所述电机的转速并生成反映电机的实际转速的反馈时钟信号。比如，可以通过该方波信号对电机的电压进行调节从而实现电机转速的控制。在一个实施例中，所述电机112可以由包括动力锂电池(包括电源管理电路)在内的电源供电单元来供电。

在所述电机稳速控制电路100进行转速控制过程中，所述逻辑控制单元106根据反映电机的基准转速的基准时钟信号和反映电机的实际转速的反馈时钟信号来调整所述跟踪计数器108的计数值，从而控制所述PWM比较器110输出的脉宽调制信号，进而控制所述电机的转速，直到所述电机的实际转速收敛于所述基准转速。在此实施例中，基准时钟信号和反馈时钟信号的频率分别反映了电机的基准转速和实际转速，而所述逻辑控制单元106是根据所述基准时钟信号和所述分频后的反馈时钟信号的相位差进行控制。

由于该电机稳速控制电路中的各种信号均为数字信号，克服了传统脉宽调制技术本身存在的抗噪声性低、对温度敏感、容易随时间漂移等诸多缺陷，从而实现高可靠、抗干扰、高精度的电机转速控制。此外，由于采用了晶体振荡器作为时钟信号发生器，其更不易受到温度和时间的干扰，增加了控制系统的稳定性。

在一个实施例中，通过调节第一分频器114的分频因子，可以调节电机的基准转速，从而可以调节所述电机的实际转速。

需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。比如，在一个实施例中，可以不设置第一分频器和/或第二分频器，此时相当于第一分频器和/或第二分频器的分频因子为1。再比如，在一个实施例中，可以用其他信号来反映基准转速和反馈的实际转速，只要能合理的代表转速就可以，而所述逻辑控制单元106则根据基准信号和反馈信号之间的差来调整所述跟踪计数器108的计数值。

需要说明的是，本发明只是给出了将本电路运用于电机稳速控制领域的实施例，但是该控制电路完全可以运用于温度、声音、光、力等物理量的高精度控制领域。如通过霍尔元件将温度信号转换成电信号后就可以运用本发明的控制原理实现温度的高精度控制。具体来讲，可以将所述电机112替换成其他受控单元，所述受控单元112提供给所述逻辑控制单元106的是反映其内受控信号的实际值的反馈信号，所述逻辑控制单元106还接收反映受控信号的基准值的基准信号，并根据受控信号的反馈信号和受控信号的基准信号的差来调整所述跟踪计数器108的计数值，进而实现受控信号的PWM控制。举例来说，所述受控信号为温度时，可以由温度敏感的振荡器来测量所述温度的实际值，所述温度敏感的振荡器产生的时钟信号就可以反映所述温度的实际值，可以产生一个基准时钟信号来反映所述温度的基准值。根据类似原理，可以将所述数字PWM控制电路运用于温度、声音、光、力等物理量的高精度控制领域。

上述说明已经充分揭露了本发明的具体实施方式。需要指出的是，熟悉该领域的技术人员对本发明的具体实施方式所做的任何改动均不脱离本发明的权利要求书的范围。相应地，本发明的权利要求的范围也并不仅仅局限于前述具体实施方式。

Claims

1.一种电机稳速控制电路，其特征在于，其包括时钟信号发生器、PWM比较器、具有转速检测模块的电机、单向计数器、逻辑控制单元和跟踪计数器，

所述时钟信号发生器用于产生并输出时钟信号；

所述单向计数器用于基于所述时钟信号进行计数，并将其计数值输出；

所述逻辑控制单元用于接收反映所述电机的基准转速的基准信号和来自所述电机的反映所述电机的实际转速的反馈信号，并根据所述基准信号和所述反馈信号的差输出控制信号；

所述跟踪计数器根据所述逻辑控制单元输出的控制信号进行计数，并输出其计数值；

所述PWM比较器用于对单向计数器输出的计数值和跟踪计数器输出的计数值进行比较以产生脉宽调制信号；

所述电机根据所述PWM比较器产生的脉宽调制信号对所述电机的转速进行控制，所述转速检测模块对所述电机的转速进行检测并产生反映所述电机的实际转速的反馈信号。

2.根据权利要求1所述的电机稳速控制电路，其特征在于，其还包括第一分频器和第二分频器，第一分频器对所述时钟信号发生器输出的时钟信号进行分频得到所述基准信号，第二分频器对所述转速检测模块产生的反馈信号进行分频，将分频后的反馈信号提供给所述逻辑控制单元。

3.根据权利要求2所述的电机稳速控制电路，其特征在于，所述单向计数器基于所述时钟信号从第一基准值开始进行计数，在计数值达到第二基准值时使所述计数值复位至第一基准值重新进行计数。

4.根据权利要求3所述的电机稳速控制电路，其特征在于，所述逻辑控制单元获得所述基准信号和分频后的反馈信号的相位差，并基于所述相位差输出控制信号以调整所述跟踪计数器的计数。

5.根据权利要求4所述的电机稳速控制电路，其特征在于，所述跟踪计数器根据接收到的所述逻辑控制单元输出的控制信号在第一基准值和第二基准值之间进行双向计数，所述逻辑控制单元输出的控制信号包括加控制信号和减控制信号，当所述跟踪计数器接收到加控制信号时，所述跟踪计数器对其计数值进行增加计数，当所述跟踪计数器接收到减控制信号时，所述跟踪计数器对其计数值进行减少计数。

6.根据权利要求2-5任一所述的电机稳速控制电路，其特征在于，通过调整第一分频器的分频因子来调整所述电机的基准转速。

7.一种数字PWM控制电路，其特征在于，其包括时钟信号发生器、PWM比较器、受控单元、单向计数器、逻辑控制单元和跟踪计数器，

所述时钟信号发生器用于产生并输出时钟信号；

所述逻辑控制单元用于接收反映受控信号的基准值的基准信号和来自所述受控单元的反映受控信号的实际值的反馈信号，并根据所述基准信号和所述反馈信号的差输出控制信号；

所述受控单元根据所述PWM比较器产生的脉宽调制信号对所述受控单元的受控信号进行控制，检测所述受控信号并产生反映所述受控信号的实际值的反馈信号。

8.根据权利要求7所述的数字PWM控制电路，其特征在于，所述单向计数器基于所述时钟信号从第一基准值开始进行计数，在计数值达到第二基准值时使所述计数值复位至第一基准值重新进行计数。

9.根据权利要求8所述的数字PWM控制电路，其特征在于，所述跟踪计数器根据接收到的所述逻辑控制单元输出的控制信号在第一基准值和第二基准值之间进行双向计数，所述逻辑控制单元输出的控制信号包括加控制信号和减控制信号，当所述跟踪计数器接收到加控制信号时，所述跟踪计数器对其计数值进行增加计数，当所述跟踪计数器接收到减控制信号时，所述跟踪计数器对其计数值进行减少计数。