CN103560726B - 用于检测和控制电机转速的电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于检测和控制电机转速的电路，包括集成IC电路、电源、电阻、滑动变阻器。本发明的用于检测和控制电机转速的电路，通过采用比例电流来对电机内部电枢电阻压降进行补偿，由此实现电机转速的稳定。

Description

用于检测和控制电机转速的电路

技术领域

本发明涉及一种电机控制领域，尤其涉及一种用于检测和控制电机转速的电路。

背景技术

随着电力电子技术、微电子技术、新型电机控制理论的迅速发展，电机已普遍应用于各种设备（例如音箱、玩具等）之中。由于电机自身的构造和特性，它自身的体积会很大，并且现如今的很多音响设备等小型装置随着科技的进步，和人们生活的日常需求还需要加入很多其他的实用功能，这样就会不可避免给电机增加了负载。当电机加了负载后会造成其转速不稳定，这样就会影响整个电机工作的精确度和产品的稳定性。因此，对于电机来说，电机转速的控制是实现电机稳定工作的前提。

现有的电机转速监测和控制电路都比较复杂和庞大，运用了很多的积分，放大电路，容易产生很多的热量，而微型电机运用的地方，没有散热装置，不能排出大量热量，如果运用现有的复杂电路，势必产生很多热量，影响电机和电机周围的电路（电阻，电容等）。此外，现有技术中，还有运用转速传感器来检测电机转速的，但其只能用于大型电机的控制，并不能微型化。

发明内容

本发明是鉴于上述技术问题而产生的。本发明的目的是提出一种用于检测和控制电机转速的电路，其能利用电机自身的特性来进行转速的检测与控制，而不必设置其他转速传感器来检测转速。

本发明的实施例提供一种用于检测和控制电机转速的电路，包括电源E_b，三级管T_r1、T_r2，电阻R_s、R₁、R_T，二极管ZD，以及滑动变阻器Rv；电源E_b的正极分出两条支路，一条支路连接三极管T_r1的发射极，另一条支路连接电阻R_s一端；电阻R_s的另一端分出三条支路，一条支路连接三极管T_r1的基级，第二条支路连接电阻R₁的一端，第三条支路连接三极管T_r2的集电极；电阻R₁的另一端分出两条支路，一条支路连接二极管ZD的阴极，另一条支路连接滑动变阻器Rv的一端；二极管ZD的阳极与三极管T_r1的集电极相连，并连接滑动变阻器Rv的另一端和电阻R_T的一端，电阻R_T的另一端与电源E_b的负极相连；滑动变阻器Rv的滑动端与三极管T_r2的基级连接，三极管T_r2的发射极与电机M连接，电机M的另一端与电源E_b的负极连接。

进一步地，电阻R_T上的压降E_RT与电机M内部的电枢电阻压降相等。

进一步地，所述电路封装为集成IC电路。并且，所述集成IC电路具有6个管脚；电源E_b的正极接所述集成IC电路的6号管脚、电阻R_T和电机M；电源E_b的负极接地；所述集成IC电路的4号和5号管脚接滑动变阻器Rv；所述集成IC电路的2号管脚接地，3号管脚接R_T，1号管脚接电机M；并且，所述集成IC电路的的6个管脚的作用如下：

管脚1 OUT 用于输出控制电机的电压

管脚2 LA 接地

管脚3 V_s 用于检测电阻R_T两端的电压E_RT

管脚4 V_ref

管脚5 CONT

管脚6 V_cc 接电源

其中，管脚4和5用于调节管脚1的输出电压。

与现有技术相比，采用本发明的用于检测和控制电机转速的电路具有以下有益效果：

（1）本发明利用电机自身的特性来进行转速的检测与控制，而不必设置其他转速传感器来检测转速，减小了设备的体积。

（2）本发明的用于检测和控制电机转速的电路，通过外接电阻压降来抵消电机内部的电枢电阻压降，由此可以使电机的转速保持稳定。

附图说明

结合随后的附图，从下面的详细说明中可显而易见的得出本发明的上述及其他目的、特征及优点。在附图中：

图1示出了本发明的用于检测和控制电机转速的电路组成框图；

图2示出了将图1所示电路封装为IC集成电路后的组成框图；

图3示出了图2所示电路的等效电路组成框图。

具体实施方式

为了更全面地理解本发明及其优点，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细地说明。

电机输入电流的大小取决于负载转矩的大小，而电机的转速则在很大程度上取决于电枢电阻压降的变化。在本发明中，通过采用比例电流来对电机内部电枢电阻压降进行补偿，由此实现电机转速的稳定。

下面，参考图1，对本发明的用于检测和控制电机转速的电路进行详细介绍。

如图1所示，本发明的用于检测和控制电机转速的电路包括电源E_b，三级管T_r1、T_r2，电阻R_s、R₁、R_T，二极管ZD，以及滑动变阻器Rv。其中：电源E_b的正极分出两条支路，一条支路连接三极管T_r1的发射极，另一条支路连接电阻R_s一端；电阻R_s的另一端分出三条支路，一条支路连接三极管T_r1的基级，第二条支路连接电阻R₁的一端，第三条支路连接三极管T_r2的集电极；电阻R₁的另一端分出两条支路，一条支路连接二极管ZD的阴极，另一条支路连接滑动变阻器Rv的一端；二极管ZD的阳极与三极管T_r1的集电极相连，并连接滑动变阻器Rv的另一端和电阻R_T的一端，电阻R_T的另一端与电源E_b的负极相连；滑动变阻器Rv的滑动端与三极管T_r2的基级连接，三极管T_r2的发射极与电机M连接，电机M的另一端与电源E_b的负极连接。

在本发明的用于检测和控制电机转速的电路中，若忽略三极管T_r2的基级-发射极之间的电压V_BEZ，则加到电机两端的电压E_a为：E_a=E_R+E_RT

电路中的用于检测电机电流I_a，依靠电流检测电阻R_s上压降的变化，就可以通过其集电极电流I_R来实现所谓的比例电流控制。

当增加电机的负载时，电机的电流I_a将随之增大，而电机的转速也将随之降低。由于I_a的增大，检测电阻R_s上的压降增大，三极管的集电极电流I_R将成比例增大，使得电阻R_T上的压降E_RT也同时增大。

因此，电路设计时，如果能令电阻R_T上的压降E_RT与电机内部的电枢电阻压降I_aR_a相等，则当电机的负载增大时，虽然电机两端的电压E_a提高了，但是，其反电动势E_c可以保持不变，因此，可以使电机的转速保持稳定。

通过对电路的进一步分析可知，当E_RT=I_aR_a时，由于E_R=E_c，因此，电机的转速就可以通过E_R来设定了。一般来说，作为额定数据之一，电机的反电动势E_c是用每单位转速能产生多少伏电压（V/（r/min））来表示的，这就是说，当E_c(也就是E_R）设定后，电机的转速也就随之确定了。

接下来，参考图2-3，进一步对实现本发明的用于检测和控制电机转速的电路进行详细介绍。

如图2所示，其示出了将图1所示电路封装为IC集成电路后的组成框图。其中所述集成IC电路具有6个管脚；电源E_b的正极接所述集成IC电路的6号管脚、电阻R_T和电机M；电源E_b的负极接地；所述集成IC电路的4号和5号管脚接滑动变阻器Rv；所述集成IC电路的2号管脚接地，3号管脚接R_T，1号管脚接电机M；并且，所述集成IC电路的的6个管脚的作用如下：

管脚1 OUT 用于输出控制电机的电压

管脚2 LA 接地

管脚3 V_s 用于检测电阻R_T两端的电压E_RT

管脚4 V_ref

管脚5 CONT

管脚6 V_cc 接电源

其中，管脚4和5用于调节管脚1的输出电压。

本发明的用于检测和控制电机转速的电路中，电机两端的电压E_a与反电动势E_c和电枢电阻压降I_aR_a的关系为：

E_a＝E_c+I_aR_a  (1)

由上式（1）可知，要想补偿电机内部的电枢电阻压降I_aR_a，而使E_a＝E_c，只需引进一个负电阻（-R_a）来抵消电枢电阻R_a的影响就可以了。在图2中，假定E_a＝E_c的关系成立，则电机的转速（也就是反电动势E_c）将可以随E_a的变化而变化。也就是说，抵消了上式中的I_aR_a，就意味着电机的转速可以完全不受负载（即电枢电阻压降I_aR_a）变化的影响，因而使电机等效地变成了一台电枢电阻为零的电机。

如图3所示，该电路的输出电压E_O可以用下式（2）给出：

$E_O=E_R+R_T(I_3+\frac{E_R}{R_s})---\left(2\right)$

进一步设ΔI₂/ΔI₃＝K，其中K为是转矩系数，为集成IC电路中设定的参数。因此，电流I₃可以表示成下式（3）：

$I_3=I_{q3}+\frac{I_2}{K}=I_{q3}+\frac{E_R}{K*R_s}+\frac{I_a}{K}---\left(3\right)$

上式（3）中，I_q3为一个恒定电流。

整理式（2）和（3）可得：

$E_O=E_R(1+\frac{R_T}{R_s}(1+\frac{1}{K}))+R_T{I}_{q3}+\frac{R_T{I}_a}{K}---\left(4\right)$

由上式（4）可以看出，如果外加电阻R_T和R_s确定，那么前两项电压值就是一定的，只有第三项的（）将随负载的变化而变化。

在这里，与电机电枢电阻R_s成比例的负电阻乘以电枢电流I_a后的电压就等于电机内部的电枢电阻压降，因此，在电路的输出回路中，因两个电压的相互抵消而使电枢电阻压降对电机转速的影响得到了补偿。

由于上式（4）的前两项是一定的，因此如果电机的电枢电流I_a发生变化（即负载变化），则加到电机上的电压E_O也将发生相应的变化。

本电路的输出电压E_O将随电机电枢电流的变化而相应变化，从而实现了电机内部电枢电阻压降I_aR_a的补偿。

与现有技术相比，采用本发明的用于检测和控制电机转速的电路具有以下有益效果：

（1）本发明利用电机自身的特性来进行转速的检测与控制，而不必设置其他转速传感器来检测转速，减小了设备的体积。

（2）本发明的用于检测和控制电机转速的电路，通过外接电阻压降来抵消电机内部的电枢电阻压降，由此可以使电机的转速保持稳定。

本领域技术人员将理解本发明可以以本文中所述的那些以外的、没有偏离本发明的精神和本质特性的特定形式来执行。因此，所有方面的上述实施方式应当被解释为例示的而不是限制性的。本发明的范围应当由所附权利要求书和它们的法律等同物来确定，而不是由上述描述来确定，并且所有落入所附权利要求书的含义和等同范围之内的改变都将包括进来。

对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所附权利要求书中没有显示地互相引用的权利要求可以组合起来，作为本发明的示例性实施方式，或者被包括而在提交本申请之后通过之后的修改而成为新权利要求。

本发明的方式

以用于执行本发明的最佳方式已经描述了各种实施方式。

工业应用性

如根据上述描述所显而易见的，对于本领域技术人员来说显而易见的是，可以对本发明做出各种修改和变型，而不偏离本发明的精神或范围。因此，旨在本发明覆盖落入所附权利要求书和它们的等同物的范围之内的修改例和变型。

Claims (1)

1.一种用于检测和控制电机转速的电路，包括电源E_b，三极管T_r1、T_r2，电阻R_s、R₁、R_T，二极管ZD，以及滑动变阻器Rv，其特征在于：电源E_b的正极分出两条支路，一条支路连接三极管T_r1的发射极，另一条支路连接电阻R_s一端；电阻R_s的另一端分出三条支路，一条支路连接三极管T_r1的基级，第二条支路连接电阻R₁的一端，第三条支路连接三极管T_r2的集电极；电阻R₁的另一端分出两条支路，一条支路连接二极管ZD的阴极，另一条支路连接滑动变阻器Rv的一端；二极管ZD的阳极与三极管T_r1的集电极相连，并连接滑动变阻器Rv的另一端和电阻R_T的一端，电阻R_T的另一端与电源E_b的负极相连；滑动变阻器Rv的滑动端与三极管T_r2的基级连接，三极管T_r2的发射极与电机M连接，电机M的另一端与电源E_b的负极连接；其中，电阻R_T上的压降E_RT与电机M内部的电枢电阻压降相等；

进一步地，所述电路封装为集成IC电路；其中，所述集成IC电路具有6个管脚；电源E_b的正极接所述集成IC电路的6号管脚、电阻R_T和电机M；电源E_b的负极接地；所述集成IC电路的4号管脚接滑动变阻器Rv的一端，5号管脚接滑动变阻器Rv的滑动端；所述集成IC电路的2号管脚接地，3号管脚接R_T，1号管脚接电机M；

并且，所述集成IC电路的的6个管脚的作用如下：

管脚1  OUT  用于输出控制电机的电压

管脚2  LA   接地

管脚3  V_s   用于检测电阻R_T两端的电压E_RT

管脚4  V_ref

管脚5  CONT

管脚6  V_cc   接电源

其中，管脚4和5用于调节管脚1的输出电压。