CN102931899A - 电机转速控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有过流保护功能的直流电机转速控制电路，由内基准信号产生和整形电路、外基准信号整形电路、信号选通电路、鉴频鉴相电路、低通滤波电路、驱动电路、取样放大电路、比较电路、电机转速信号整形电路组成。本发明的显著优点是：1、本发明具有过流保护功能，可以起到过流保护作用；2、转速控制精度高，误差在±0.05%以内；3、效率高、功耗小；4、本发明对速度传感器（测速电机）和电机性能要求不高，结构简单，成本低廉。

Description

电机转速控制电路

技术领域：

本发明涉及一种电机转速控制电路，特别涉及一种直流电机转速控制电路。

背景技术：

直流电机因具有响应快、启动力矩大、线性好、易于控制等特点，在驱动和控制领域具有广泛的应用。在许多应用场合，如航空航天、计算机、办公自动化、医疗设备、家用电器等要求电机转速必须非常精确和稳定。因此，电机转速控制电路有广阔的应用前景。现有的直流转速控制电路由于没有过流保护功能，当输出端和地出现短路等使输出电流过大的情况时，将导致转速控制电路损坏。

发明内容：

本发明的目的是为了解决现有技术中因电流过大而导致转速控制电路损坏的缺点及弊端，提供一种具有过流保护功能的直流电机转速控制电路。

为实现本发明的目的，提出了以下技术解决方案：

电机转速控制电路，其特征在于它由内基准信号产生整形电路、外基准信号整形电路、信号选通电路、鉴频鉴相电路、低通滤波电路、驱动电路、取样放大电路、比较电路、电机转速信号整形电路组成；

外基准信号整形电路输入端接受外基准信号，整形后输出到信号选通电路；

内基准信号产生整形电路产生内基准信号并整形后输出基准转速信号给信号选通电路；

信号选通电路当有外基准信号输入时则选通外基准信号，没有外基准信号输入时则选通内基准信号，信号选通电路的输出信号送给鉴频鉴相电路；

鉴频鉴相电路接受信号选通电路的输出信号和电机转速信号整形电路送来的信号，其输出信号送给低通滤波电路；

低通滤波电路接受鉴频鉴相电路的输出信号，并输出到驱动电路；

驱动电路接受低通滤波电路送来的信号和比较电路送来的信号，其输出信号一路送给待稳速的电机控制电机的转速，另一路送给取样放大电路；

电机转速信号整形电路接受测速电机送来的信号然后输出到鉴频鉴相电路；

取样放大电路接受驱动电路送来的信号并输出给比较电路；

比较电路接受取样放大电路的输入信号并输出到驱动电路。

本发明选用锁相环转速控制方式，其主要思想是采用锁相环的自动频率跟踪功能，使测速电机的输出信号的频率稳定于预先给定的频率（基准频率）上，即电机转速稳定于某一转速点上。

本发明通过对电路输出电流进行取样放大，用于控制驱动电路，实现过流保护功能。

当转速控制电路输出电流大于设定值时，取样放大电路将过流信号转换成控制信号，控制驱动电路，使其关闭输出，从而保护转速控制电路不受损坏。

本发明还具有内外基准信号自动切换功能，当无外加基准信号时，转速控制电路的内基准信号起作用；当加上外基准信号时，外基准信号起作用，内基准信号自动被屏蔽掉；当外基准信号去掉后，内基准信号又自动起作用。

本发明的优点：

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

1、本发明具有过流保护功能，可防止因过流而损坏转速控制电路；

2、本发明具有内外基准信号自动切换功能；

3、本发明转速控制精度高，误差在±0.05%以内；

4、本发明对电机的功率驱动采用的是脉冲宽度调制、开关式驱动方式，故效率高、功耗小；

5、本发明对速度传感器（测速电机）和电机性能要求不高；

6、本发明结构简单，成本低廉。

附图说明：

图1是本发明电路的原理框图；

图2是本发明内基准信号产生电路原理框图；

图3是本发明外基准信号整形电路和电机转速信号整形电路原理图；

图4是信号选通电路原理图；

图5是鉴频鉴相电路和低通滤波电路原理图；

图6是驱动电路原理图；

图7是过流保护电路原理图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明的最佳实施事例作进一步详细描述：

如图1所示本发明由内基准信号产生和整形电路、外基准信号整形电路、信号选通电路、鉴频鉴相电路（锁相环）、低通滤波电路、驱动电路、取样和放大电路、电机转速信号整形电路等组成。

如图2所示，内基准信号产生电路由石英晶体振荡器和分频器组成。石英晶体振荡器产生稳定的振荡波形，经分频器后，输出所需要的频率信号，同时对振荡器产生的波形进行了整形，使波形变成具有陡峭上升和下降沿的方波或脉冲信号。

如图3所示，外基准信号整形电路和电机转速信号整形电路由电阻R1～R3、电容C1～C3、二极管V1、V2和运算放大器N1组成，具有滤波、限幅和波形转换功能，可将其它波形信号整形成适合鉴频鉴相器需要的方波或脉冲信号。

如图4所示，当输入端出现外基准信号时，外基准信号经过R1和V1对C1充电。由于R2和C1组成的放电电路时间常数远大于R1和C1组成的充电电路时间常数，因此在A点将维持高电平。该高电平将使分频器保持复位状态，使其关闭输出到D1A或门的2脚的内基准信号，同时外基准信号从D1A或门的1脚输入，从3脚输出端输出，提供给鉴频鉴相电路，作为鉴频鉴相的基准信号。当去掉外基准信号时，C1通过R2放电，A点变成低电平，分频器输出内基准信号到或门的2脚，经或门的3脚输出，送到鉴频鉴相电路，作为鉴频鉴相的基准信号。

如图5所示，D1和R1构成鉴频鉴相电路，基准转速信号从D1的14脚输入，电机转速信号从D1的3脚输入，鉴频鉴相结果从D1的13脚输出。鉴频鉴相器将电机转速信号的频率和相位与基准转速信号的频率和相位进行比较，根据不同的情况产生不同的输出。当电机转速信号的频率低于基准转速信号的频率时，鉴频鉴相器输出高电平；当电机转速信号的频率高于基准转速信号的频率时，鉴频鉴相器输出低电平。当二者的频率相等时，鉴频鉴相器比较二者的相位，当电机转速信号的相位落后于基准转速信号的相位时，鉴频鉴相器输出正脉冲；当电机转速信号的相位超前于基准转速信号的相位时，鉴频鉴相器输出负脉冲。当二者的频率相等且相位相同时，鉴频鉴相器输出为高阻态。

低通滤波器由R2、R3、C1、C2和C3组成，其作用是将鉴频鉴相器输出的脉冲信号滤波平滑为直流电平。

鉴频鉴相器和低通滤波器的共同的作用就是在电机转速低于规定转速时，输出一较高的电平，而在电机转速高于规定转速时，输出一较低的电平。

图6所示，驱动电路为脉冲调制开关驱动方式，驱动电路的功能是当低通滤波器的输出电平较高时，对电机提供较强的驱动，使电机加速；当低通滤波器的输出电平较低时，对电机提供较弱的驱动，使电机减速。

结合图7，过流保护电路由运算放大器N1、比较器N2、电阻Rq、R1～R6和脉宽调制驱动器组成。图7中的Rq即图6中的Rq。当功率管输出电流时，在取样电阻Rq上将产生压降。该压降经放大电路放大后送入比较器N2的同相输入端，和N2的反相输入端的电位进行比较。当功率输出管的输出电流不超过允许的大小时，取样电阻Rq上的压降经放大后小于比较器N2的反相端的参考电压Vref，比较器输出低电平，脉宽调制驱动器正常工作，驱动功率管正常工作。当功率输出管的输出电流超过允许的大小时，取样电阻Rq上的压降经放大后大于比较器N2的反相端的参考电压Vref，比较器输出高电平，脉宽调制驱动器输出高电平，该高电平关闭功率管，从而达到保护功率管的目的。

Claims (1)

1.电机转速控制电路，其特征在于它由内基准信号产生整形电路、外基准信号整形电路、信号选通电路、鉴频鉴相电路、低通滤波电路、驱动电路、取样放大电路、比较电路、电机转速信号整形电路组成；

外基准信号整形电路输入端接受外基准信号，整形后输出到信号选通电路；

内基准信号产生整形电路产生内基准信号并整形后输出基准转速信号给信号选通电路；

信号选通电路当有外基准信号输入时则选通外基准信号，没有外基准信号输入时则选通内基准信号，信号选通电路的输出信号送给鉴频鉴相电路；

鉴频鉴相电路接受信号选通电路的输出信号和电机转速信号整形电路送来的信号，其输出信号送给低通滤波电路；

低通滤波电路接受鉴频鉴相电路的输出信号，并输出到驱动电路；

驱动电路接受低通滤波电路送来的信号和比较电路送来的信号，其输出信号一路送给待稳速的电机控制电机的转速，另一路送给取样放大电路；

电机转速信号整形电路接受测速电机送来的信号然后输出到鉴频鉴相电路；

取样放大电路接受驱动电路送来的信号并输出给比较电路；

比较电路接受取样放大电路的输入信号并输出到驱动电路。

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