CN103780226B

CN103780226B - 一种占空比柔性可控的节能驱动电路

Info

Publication number: CN103780226B
Application number: CN201410052053.8A
Authority: CN
Inventors: 曹中兴; 李晓光; 严敢; 薛保平; 吕玉祥
Original assignee: Taiyuan University of Technology
Current assignee: Taiyuan University of Technology
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: CN103780226A

Abstract

本发明提供了一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运算放大器、第一三极管、第一二极管、三角波发生器、第一电源，直流电动机。根据本发明的一种占空比柔性可控的节能驱动电路，减少电动机驱动电路的功率损耗，提高了电动机工作的效率。

Description

一种占空比柔性可控的节能驱动电路

技术领域

本发明涉及驱动领域，更具体的，涉及一种占空比柔性可控的节能驱动电路。

背景技术

在儿童玩具和小型电气产品中，所用电动机的容量一般都很小，然而，对于机器人以及其他控制机械来说，则要求电动机产生较大的输出扭矩，因此，所使用的电动机容量一般也较大。

电动机容量较大时，其电能消耗当然也会增大。如果在保持电动机转速一定的情况下增大电动机的负载，电动机的输出转矩和电枢纽电流大体上成比例增大。在较大容量的电动机的控制电路中，如何尽可能减小功率驱动电路所消耗的电能，就成为电动机节能研究中的一项重要内容。

发明内容

本发明提供了一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运算放大器、第一三极管、第一二极管、三角波发生器、第一电源，直流电动机，其中第一电阻的一端接收来自外部的输入信号，该输入信号是测速发动机输出的直流电压信号，该第一电阻的另一端连接第二电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端，该第二电阻的另一端连接第一运算放大器的输出端，该第一运算放大器的同相输入端连接第五电阻的一端，该第一运算放大器的输出端还连接第三电阻的一端，该第三电阻的另一端分别连接第四电阻的一端和第一三极管的基极，该第四电阻的另一端接地，该第五电阻的另一端分别连接第六电阻的一端和第七电阻的一端，该第六电阻的另一端连接三角波发生器，该第七电阻的另一端接地，该第一三极管的发射极接地，该第一三极管的集电极分别连接直流电动机的第一接线端子和第一二极管的阳极，该直流电动机的第二接线端子分别连接第一电源和第一二极管的阴极。

其中所述三角波发生器包括：方波发生器、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻，电容器、稳压管、第二运算放大器和第二电源，其中该方波发生器连接第八电阻的一端，该第八电阻的另一端分别连接第二运算放大器的反相输入端、第九电阻的一端和电容器的一端，该第九电阻的另一端和电容器的另一端同时连接第二运算放大器的输出端，该第二运算放大器的同相输入端连接第十电阻的一端，第十电阻的另一端分别连接稳压管的阴极和第十一电阻的一端，该稳压管的阳极接地，该第十一电阻的另一端连接第二电源。

其中第一电源为24V，第一电阻的阻值为10千欧姆，第二电阻的阻值为100千欧姆，第三电阻的阻值为220欧姆，第四电阻的阻值为2.2千欧姆，第五电阻的阻值为10千欧姆，第六电阻的阻值为2.2千欧姆，第七电阻的阻值为2.2千欧姆。

其中第二电源为12V，第八电阻的阻值为10千欧姆，第九电阻的阻值为1000千欧姆，第十电阻的阻值为10千欧姆，第十一电阻的阻值为2.2千欧姆，电容器的电容值为0.2uF。

其中所述第一二极管是续流二极管。

其中所述第一三极管是NPN晶体管。

其中所述稳压管的输出电压是4.2V。

根据本发明的一种占空比柔性可控的节能驱动电路，减少电动机驱动电路的功率损耗，提高了电动机工作的效率。

附图说明

图1是本发明的一种占空比柔性可控的节能驱动电路的原理示意图。

图2是本发明的三角波发生器的电路结构的原理示意图。

具体实施方式

图1是本发明的一种占空比柔性可控的节能驱动电路的原理示意图。如图1所示，本发明的一种占空比柔性可控的节能驱动电路包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一运算放大器A1、第一三极管T1、第一二极管D1、三角波发生器、第一电源Vcc1，直流电动机，其中第一电阻R1的一端接收来自外部的输入信号，该第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的一端和第一运算放大器A1的反相输入端，该第二电阻R2的另一端连接第一运算放大器A1的输出端，该第一运算放大器A1的同相输入端连接第五电阻R5的一端，该第一运算放大器A1的输出端还连接第三电阻R3的一端，该第三电阻R3的另一端分别连接第四电阻R4的一端和第一三极管T1的基极，该第四电阻R4的另一端接地，该第五电阻R5的另一端分别连接第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端，该第六电阻R6的另一端连接三角波发生器，该第七电阻R7的另一端接地，该第一三极管T1的发射极接地，该第一三极管T1的集电极分别连接直流电动机的第一接线端子和第一二极管D1的阳极，该直流电动机的第二接线端子分别连接第一电源Vcc1和第一二极管D1的阴极。

所述第一二极管是续流二极管。所述第一三极管是NPN晶体管。

下面通过一个具体例子来介绍该占空比柔性可控的节能驱动电路的工作过程。

三角波发生器输出以4.2V为中心频率为25KHZ的三角波信号，输入信号是测速发动机输出的直流电压信号，该输出的直流电压信号与测速发动机的转速成正比，稳定输出时为10V。该三角波信号与来自测速发电机的直流电压信号通过第一运算放大器A1进行比较，产生振幅为12V和频率为50KHZ的PWM方波，进而控制发动机的转速。在PWM方波信号的波峰输入到三极管T1的基极时该三极管T1导通，在PWM方波信号的波谷输入到三极管T1的基极时该三极管T1关断。

第一电源Vcc1是电动机的驱动电源。当三极管T1关断时，由于电动机的转动有惯性而不会马上停止，会继续转动一段时间。电动机里面有电感，电感能存储能量，本发明加入了第一二极管，即在电动机的两端反向并联该第一二极管，所述电感存储的能量就能够通过该第一二极管回流给电动机。电动机可以利用这个回流的电流继续转动不停止，减少能量损失。另外，加入该第一二极管的另一个好处是保护三极管T1不被烧毁。电感所存储的能量如果不能及时释放掉，则在三极管T1的下一次导通时，该能量就会通过该三极管T1释放掉，此时将产生很大的冲击电流，导致该三极管T1被烧毁。

在整个驱动电路中，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第五电阻R5均起限流保护的作用，第四电阻R4起防止静电作用和防止电流过大击穿三极管，第六电阻R6和第七电阻R7起分压的作用。为防止第一运算放大器A1被过高的输入电压烧毁，其同相输入端的输入电压可以例如3V。

另外，如果由于电动机连接的负载发生变化而导致该电动机的转速改变时，该转速变化可以被测速发动机检测到，并且输出与该转速相对应的直流电压信号，继而改变PWM信号的波形，从而控制电动机的转速保持稳定。

三角波发生器可以采用任何公知的结构，只要其输出的三角波的振幅和频率符合本发明的驱动电路的要求即可。

上面的具体数值仅仅是举例说明，本领域的技术人员基于本发明的原理和实际应用的需要，可以改变具体参数值来满足需求。

下面介绍一下发明人设计的可在本发明的驱动电路中使用的三角波发生器的一种电路结构。

图2是本发明的三角波发生器的电路结构的原理示意图。如图2所示，该三角波发生器包括：方波发生器、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11，电容器C、稳压管Z、第二运算放大器A2和第二电源Vcc2，其中该方波发生器连接第八电阻R8的一端，该第八电阻R8的另一端分别连接第二运算放大器A2的反相输入端、第九电阻R9的一端和电容器C的一端，该第九电阻R9的另一端和电容器C的另一端同时连接第二运算放大器A2的输出端，该第二运算放大器A2的同相输入端连接第十电阻R10的一端，第十电阻R10的另一端分别连接稳压管Z的阴极和第十一电阻R11的一端，该稳压管Z的阳极接地，该第十一电阻R11的另一端连接第二电源Vcc2。

方波发生器可以采用任何公知的结构，只要其输出的方波的振幅和频率符合本发明的要求即可。

下面也通过一个具体例子来介绍本发明的上述结构的三角波发生器的工作过程。

方波发生器产生所需要的方波信号并且输入到第二运算放大器A2的反相输入端，第二电源Vcc2提供电压信号至第二运算放大器A2的同相输入端，该方波信号经过本发明设计的积分电路后，产生所需要的三角波信号。

在这里，方波信号的振幅是12V、频率是50KHZ，第二电源Vcc2提供12V的电压，其和稳压管Z一起工作产生4.2V的偏置电压。该具体数值仅仅是举例说明，本领域的技术人员基于本发明的原理和实际应用中所使用的三角波信号参数，通过改变具体参数值来产生所需要的三角波信号。

本发明所采用的各元器件的值可以根据具体的应用来确定，这里举例说明一组在实践中使用的元器件的值，第一电源Vcc1为24V，第二电源Vcc2为12V，第一电阻R1的阻值为10千欧姆，第二电阻R2的阻值为100千欧姆，第三电阻R3的阻值为220欧姆，第四电阻R4的阻值为2.2千欧姆，第五电阻R5的阻值为10千欧姆，第六电阻R6的阻值为2.2千欧姆，第七电阻的阻值为2.2千欧姆，第八电阻的阻值为10千欧姆，第九电阻的阻值为1000千欧姆，第十电阻的阻值为10千欧姆，第十一电阻的阻值为2.2千欧姆，电容器C的电容值为0.2uF。

Claims

1.一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运算放大器、第一三极管、第一二极管、三角波发生器、第一电源，直流电动机，其中第一电阻的一端接收来自外部的输入信号，该输入信号是测速发动机输出的直流电压信号，该第一电阻的另一端连接第二电阻的一端和第一运算放大器的反相输入端，该第二电阻的另一端连接第一运算放大器的输出端，该第一运算放大器的同相输入端连接第五电阻的一端，该第一运算放大器的输出端还连接第三电阻的一端，该第三电阻的另一端分别连接第四电阻的一端和第一三极管的基极，该第四电阻的另一端接地，该第五电阻的另一端分别连接第六电阻的一端和第七电阻的一端，该第六电阻的另一端连接三角波发生器，该第七电阻的另一端接地，该第一三极管的发射极接地，该第一三极管的集电极分别连接直流电动机的第一接线端子和第一二极管的阳极，该直流电动机的第二接线端子分别连接第一电源和第一二极管的阴极。

2.根据权利要求1所述的一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其中所述三角波发生器包括：方波发生器、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻，电容器、稳压管、第二运算放大器和第二电源，其中该方波发生器连接第八电阻的一端，该第八电阻的另一端分别连接第二运算放大器的反相输入端、第九电阻的一端和电容器的一端，该第九电阻的另一端和电容器的另一端同时连接第二运算放大器的输出端，该第二运算放大器的同相输入端连接第十电阻的一端，第十电阻的另一端分别连接稳压管的阴极和第十一电阻的一端，该稳压管的阳极接地，该第十一电阻的另一端连接第二电源。

3.根据权利要求1所述的一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其中第一电源为24V，第一电阻的阻值为10千欧姆，第二电阻的阻值为100千欧姆，第三电阻的阻值为220欧姆，第四电阻的阻值为2.2千欧姆，第五电阻的阻值为10千欧姆，第六电阻的阻值为2.2千欧姆，第七电阻的阻值为2.2千欧姆。

4.根据权利要求2所述的一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其中第二电源为12V，第八电阻的阻值为10千欧姆，第九电阻的阻值为1000千欧姆，第十电阻的阻值为10千欧姆，第十一电阻的阻值为2.2千欧姆，电容器的电容值为0.2uF。

5.根据权利要求1所述的一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其中所述第一二极管是续流二极管。

6.根据权利要求1所述的一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其中所述第一三极管是NPN晶体管。

7.根据权利要求2所述的一种占空比柔性可控的节能驱动电路，其中所述稳压管的输出电压是4.2V。