CN103138665A

CN103138665A - 具有延时保护的电机驱动控制器

Info

Publication number: CN103138665A
Application number: CN2012104735154A
Authority: CN
Inventors: 焦玉良
Original assignee: Shanghai Silicon Power Electronic Science & Technology O Ltd
Current assignee: Surun Mechanical Technology Suzhou Co ltd
Priority date: 2012-11-20
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2032-11-20
Also published as: CN103138665B

Abstract

本发明公开了一种具有延时保护的电机驱动控制器，包括：控制单元，用于向电机发送运转指令，控制电机的运转方向、及速度；给定方向信号输送电路，用于向控制单元输送电机的运转方向信号；使能信号输送电路，用于向控制单元输送使能信号；速度给定信号输送电路，用于向控制单元输送速度给定信号，由控制单元控制电机的运转速度；其特征在于，所述给定方向信号输送电路包括延时单元，所述延时单元在方向给定信号切换时，暂时切断使能信号输送电路或速度给定信号线路一段时间后再打开使能信号输送电路或速度给定信号线路。本发明电路结构简单，工作可靠，系统响应及时，允许系统在输入正方转信号后自动检测，进行自动延时。

Description

具有延时保护的电机驱动控制器

技术领域

本发明涉及一种具有延时保护的电机驱动控制器。

背景技术

永磁无刷电机用电子换向器取代机械换向器，结构更加简单、维护方便、启动性能和调速性能优，功率密度高，体积小，所以永磁无刷电机应用在机电一体化和转动系统中的应用范围不断增大，其的控制技术的研究也不断提高，其中涉及到的在高速运行过程中的换向问题也是一个很重要的问题。现在很多驱动在换向的时候都采用先停止电机的工作，再切换到相反的方向，这样在使用的时候很麻烦，也造成了很大的不便。

然而这种原理结构所依赖的技术存在明显的不足之处：

1.人为地参与电机的正反转切换在需要快速完成的情况下，是达不到要求的，导致系统的响应时间增大到不可接受的地步。

2.若误操作使电机直接正反转则会损坏电机驱动器，甚至损害电机。

3.不便于系统做扩展应用。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种可在运转方向切换时自动延时输出控制信号的具有延时保护的电机驱动控制器。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

具有延时保护的电机驱动控制器，包括：

控制单元，用于向电机发送运转指令，控制电机的运转方向、及速度；

给定方向信号输送电路，用于向控制单元输送电机的运转方向信号；

使能信号输送电路，用于向控制单元输送使能信号；

速度给定信号输送电路，用于向控制单元输送速度给定信号，由控制单元控制电机的运转速度；

其特征在于，所述给定方向信号输送电路包括延时单元，所述延时单元在方向给定信号切换时，暂时切断使能信号输送电路或速度给定信号线路一段时间后再打开使能信号输送电路或速度给定信号线路。

优选地是，所述延时单元包括电容器；所述延时单元利用电容充电及放电的时间实现在给定方向信号切换时暂时切断使能信号输送电路；电容充电或放电时间为切断使能信号输送电路或速度给定信号线路的时间。

优选地是，所述延时单元包括电容及异或门，所述电容串联于与或门的一个引脚输入电路上。

优选地是，还包括比较器、三极管、锁存器及施密特触发器；所述比较器具有两个输入引脚和一个输出引脚，其中一个输入引脚与始终输入第一方向信号，另一个输入引脚与方向信号控制装置连接；方向信号控制装置与比较器之间连接有第一二极管；所述比较器的输出引脚与异或门的两个输入引脚连接，所述电容器连接于异或门的一个引脚与比较器的输出引脚之间；所述异或门的输出引脚与第一三极管连接；所述第一三极管与锁存器的一个输入引脚连接；所述锁存器的另一个输入引脚始终具有第一电平信号输入；所述锁存器的输出引脚与依次串联有第一施密特触发器和第二施密特触发器；锁存器与第一施密特触发器之间设置有第二二极管；使能信号输送线路与给定方向信号输送线路在第一施密特触发器与第二施密特触发器之间的J点并联后与控制单元连接；使能信号输送线路上设置有第三二极管；第二施密特触发器与第二三极管串联；速度给定输送线路与第二三极管串联。

在电机正反转的方向信号给定时，通过自动检测该方向信号，瞬间关闭使能信号、暂停给定信号，做一定的延时后，再启动电机向反方向加速运转，所有的这些都是硬件电路完成的，响应及时、可靠。无论从顺时针转动切换到逆时针转动，还是从逆时针切换到顺时针转动，均可以实现延时后再控制电机旋转，且可以多次进行操作。

本发明与现有技术相比，其有益效果为：电路结构简单，工作可靠，系统响应及时，允许系统在输入正方转信号后自动检测，进行自动延时，可以重复多次工作，不限定方向的切换顺序，也不限定方向切换时的具体时间，快速地完成电机的正反转切换工作。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明的电路原理图。

图3为本发明实际应用时的接口框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的描述：

如图1所示，具有延时保护的电机驱动控制器，包括控制单元、给定方向信号输送电路、使能信号输送电路和速度给定信号输送电路。给定方向信号输送电路、使能信号输送电路和速度给定信号输送电路三者并联后与控制单元串联。给定方向信号输送电路用于输送给定方向信号，并控制使能信号输送电路和控制速度给定信号输送电路之一或两者的开关。控制单元根据接收到的给定方向信号、使能信号和速度给定信号，控制无刷电机工作。控制单元只有在接收到给定方向信号、使能信号和速度给定信号三个信号时，才指令无刷电机按照给定的方向和速度运转。

给定方向信号输送电路包括检测单元、延时单元、锁存单元和反相单元。检测单元用于检测给定方向信号，并在检测到给定方向信号时，向控制单元输出方向信号。延时单元在给定方向信号切换，在设定的时间内维持切换之前的给定方向信号。锁存单元根据延时单元输出的信号，向反相单元输出信号。反相单元用于接收锁存单元输出的信号，并将其进行反相处理后输出。反相单元用于输出信号，控制使能信号输送线路的开关及速度控制信号输送线路的开关。

检测单元包括第一二极管D1和比较器U1A，方向信号控制装置与比较器U1A的引脚3连接。方向给定信号为低电平信号或高电平信号，其传输至比较器U1A的引脚3。比较器U1A的引脚2始终输入高电平信号。

延时单元包括异或门U2A，电容C1和第一三极管Q1。比较器U1A的引脚1输出低电平信号或高电平信号至异或门U2A的引脚1和引脚2。比较器U1A的引脚1与异或门U2A的引脚1的电路上设置有一个电容C1，电容C1与异或门U2A的引脚2电连接。异或门U2A与三极管Q1电连接。三极管Q1集电极与锁存单元电连接，发射极接地。

锁存单元为RS锁存器，包括异或门U3A和异或门U3D。异或门U3A的引脚1与三极管Q1的集电极连接。异或门U3D的引脚13始终输入高电平信号。异或门U3A的引脚3输出信号至第一施密特触发器U4A。异或门U3A的引脚3与第一施密特触发器U4A之间设置有第二二极管D2。第一施密特触发器U4A与第二施密特触发器U4B串联。

使能信号输送线路与方向信号输送线路在第一施密特触发器U4A与第二施密特触发器U4B之间的J点连接。使能信号输送线路上设置有第三二极管D3。

给定方向信号输送电路、使能信号输送电路和速度给定信号输送电路在J点交汇。使能信号输送电路经J点后输送至控制单元。使能信号输送电路中在J点与控制单元之间设置有二极管D3。使能给定信号为高电平时可经J点、二极管D1输送至控制单元。

速度给定信号输送电路经J点后输送至控制单元。速度给定信号输送电路在J点与控制单元之间串联有施密特触发器和三极管Q2。

本发明工作过程如下：

当给定方向信号为高电平信号时，控制单元控制无刷电机顺时针旋转。给定方向信号为低电平信号时，控制单元控制无刷电机逆时针旋转。本发明中的驱动控制器有两种延时方式，第一状态是在顺时针旋转时切换为逆时针旋转时的延时；第二状态是在逆时针旋转切换为顺时针方向旋转时延时。

第一状态：

无刷电机顺时针旋转。无刷电机保持顺时针旋转的情况下，给定方向信号为高电平信号，二极管D11不导通。比较器U1A的引脚3输入高电平信号。比较器U1A的引脚2始终输入高电平信号。此时，比较器U1A的引脚1输出高电平信号，且此时电容C1充电。异或门U2A的引脚1、引脚2输入均为高电平信号。异或门U2A的输出为低电平信号。低电平信号经电阻R5后不能导通三极管Q1。锁存器的U3A的引脚1输入为高电平信号。锁存器的U3D的引脚13始终输入高电平信号。此时，锁存器输出低电平信号。低电平信号不能导通二极管，所以对后面的电路无影响。但由于R7电阻的存在，且该电阻上拉到高电平上，所以，使能信号和速度给定信号不受影响，系统正常运行。低电平信号经第一施密特触发器U4A后转换为高电平信号输出，此时J点与控制单元之间的使能信号输送电路、J点与控制单元之间的速度给定信号输送电路均为连通状态。控制单元接收到方向给定信号、使能信号和速度给定信号，并向无刷电机输出指令。无刷电机按照控制单元的指令，以设定方向和速度旋转。

切换无刷电机转向为逆时针旋转时，给定方向信号由高电平信号变为低电平信号。此时，二极管D11导通后输出低电平信号。比较器U1A的引脚3输入低电平信号。U1A的引脚1输出低电平信号至异或门U2A的引脚1和控制单元。控制单元切换无刷电机的旋转方向，但在控制单元接收到使能信号和速度给定信号之前，控制单元不向无刷电机发送指令。当异或门U2A的引脚1输入为低电平信号时、电容C1放电输出高电平信号至异或门U2A的引脚2并持续一定的时间，异或门U2A输出高电平信号至电阻R5，经电阻R5后导通三极管，然后降为低电平信号并输送至RS锁存器的U3A引脚1。锁存器的U3A的引脚3输出高电平。高电平信号经第一施密特触发器U4A后变为低电平信号。该低电平信号在J点将使能信号拉低为低电平信号，系统处于待机不工作状态。速度给定信号在J点被拉低为低电平信号。该低电平信号经施密特触发器U4B后变为高电平信号，从而使三极管Q2导通接地，不向控制单元输送速度给定信号。在电容C1放电的时间段内，本电路切断了使能信号输送电路和速度给定信号输送电路，控制单元暂时不向无刷电机发送工作指令，电机停止工作。电机此时只能依靠惯性旋转，直至收到工作指令。

经过一段时间的放电后，电容C1的输出信号由高电平变化为低电平，并输送至异或门U2A的引脚2。在异或门U2A的引脚1和引脚2均输入低电平信号时，异或门U2A输出低电平信号。该低电平信号无法导通三极管Q1。RS锁存器的U3A的引脚1输入高电平信号。在锁存器的U3A的引脚1无电平信号、U3D的引脚13输入高电平信号的情况下，锁存器输出低电平信号。该低电平信号不能导通二极管，系统静如正常模式。该低电平信号第一经施密特触发器U4A后变为高电平信号。高电平信号使二极管D3导通，即J点与控制单元之间的使能信号输送电路导通。使能信号输送至控制单元。施密特触发器U4A输出的高电平信号经施密特出发U4B后变为低电平信号，并将低电平信号输送至三极管Q2。三极管Q2在输入低电平信号的情况下不导通接地。因此，速度给定信号输送至控制单元。控制单元此时接收到了方向信号、使能信号和速度给定信号，向无刷电机发出逆时针旋转的工作指令，无刷电机开始逆时针旋转。自操作人员改变方向给定信号，至控制单元发出切换后的旋转方向指令，存在时间间隔。在此时间间隔内，电机依靠惯性旋转，且其速度逐渐降低，甚至可降为0。时间间隔的大小，取决于电容C1的容量大小，电容容量大，则放电时间长，时间间隔长；电容容量小，则放电时间短，时间间隔短。

第二状态：

无刷电机逆时针旋转，给定方向信号为低电平信号。此时，二极管D1导通。比较器U1A的引脚3输入低电平信号、比较器U1A的引脚2输入高电平信号，比较器U1A的引脚1输出低电平信号。异或门U2A的引脚1、引脚2输入均为低电平信号。异或门U2A的输出为低电平信号。低电平信号经电阻R5不导通三极管Q1发射极。锁存器的U3A的引脚1输入高电平信号。锁存器的U3D的引脚13始终输入高电平信号。此时，锁存器低电平信号。低电平信号经施密特触发器U4A后转换为高电平信号输出，此时J点与控制单元之间的使能信号输送电路、J点与控制单元之间的速度给定信号输送电路均为连通状态。控制单元接收到方向给定信号、使能信号和速度给定信号，并向无刷电机输出指令。无刷电机按照控制单元的指令，以设定方向和速度旋转。

无刷电机逆时针旋转切换到顺时针旋转时，给定方向信号为高电平信号。此时，二极管D11不导通。比较器U1A的引脚3输入高电平信号、比较器U1A的引脚2输入高电平信号，比较器U1A的引脚1输出高电平信号。高电平信号为电容C1充电，至电容C1充电完成之前，异或门U2A的引脚1输入为低电平信号、此时异或门U2A的引脚2输入为高电平。异或门U2A的输出为高电平信号。高电平信号经电阻R5导通三极管Q1发射极。锁存器的U3A的引脚1此时输入低电平信号。锁存器的U3D的引脚13始终输入高电平信号。此时，锁存器输出高电平信号。高电平信号经施密特触发器U4A后转换为低电平信号输出，此时使能信号无效、同时速度给定信号也为零，系统进入延时状态。

当电容C1充电完成之后，异或门U2A的引脚1和引脚2均输入高电平信号，引脚3输出为低电平信号，三极管Q1不导通，锁存器输出为低电平，系统进入正常运行模式。

本发明中的实施例仅用于对本发明进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims

1.具有延时保护的电机驱动控制器，包括：

使能信号输送电路，用于向控制单元输送使能信号；

2.根据权利要求1所述的具有延时保护的电机驱动控制器，其特征在于，所述延时单元包括电容器；所述延时单元利用电容充电及放电的时间实现在给定方向信号切换时暂时切断使能信号输送电路；电容充电或放电时间为切断使能信号输送电路或速度给定信号线路的时间。

3.根据权利要求1或2所述的具有延时保护的电机驱动控制器，其特征在于，所述延时单元包括电容及异或门，所述电容串联于与或门的一个引脚输入电路上。

4.根据权利要求3所述的具有延时保护的电机驱动控制器，其特征在于，还包括比较器、三极管、锁存器及施密特触发器；所述比较器具有两个输入引脚和一个输出引脚，其中一个输入引脚与始终输入第一方向信号，另一个输入引脚与方向信号控制装置连接；方向信号控制装置与比较器之间连接有第一二极管；所述比较器的输出引脚与异或门的两个输入引脚连接，所述电容器连接于异或门的一个引脚与比较器的输出引脚之间；所述异或门的输出引脚与第一三极管连接；所述第一三极管与锁存器的一个输入引脚连接；所述锁存器的另一个输入引脚始终具有第一电平信号输入；所述锁存器的输出引脚与依次串联有第一施密特触发器和第二施密特触发器；锁存器与第一施密特触发器之间设置有第二二极管；使能信号输送线路与给定方向信号输送线路在第一施密特触发器与第二施密特触发器之间的J点并联后与控制单元连接；使能信号输送线路上设置有第三二极管；第二施密特触发器与第二三极管串联；速度给定输送线路与第二三极管串联。