CN103840716A - 一种电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机领域，尤其涉及一种电机驱动电路。本发明实施例提供的电机驱动电路，包括两个驱动单元、两个限流电阻单元和两个半桥电路，由24V的蓄电池给电机提供直流电源，两个驱动单元主要由驱动芯片构成，并分别驱动由NMOS管组成的两个半桥电路，来实现对电机正转和反转的控制。本电机驱动电路能够满足电机驱动的转矩变化范围大的特点，既有空载在平整路面行驶的高速度、低转矩的工作状况，也有满负载爬坡的运行状况，同时还满足使电机保持较高的运行效率的要求。

Description

一种电机驱动电路

技术领域

本发明属于电机领域，尤其涉及一种电机驱动电路。 

背景技术

如今，用机器人代替人力去做一些重复性的高强度的劳动操作是现代机器人研究的一个重要方向，一般会选用控制技术成熟、易于平滑调速的直流电机作为搬运机器人的执行机构。这样，就对电机的动态性能提出了较高的要求，特别是对于一些大功率（比如240W）的电机来说，驱动电路的设计就至关重要。大功率电机的驱动电路，应该满足在任意时刻到达需要的指定位置并且使舵机停止在任意角度的要求；另外，电机驱动的转矩变化范围也很大，既有空载在平整路面行驶的高速度、低转矩的工作状况，也有满负载爬坡的运行状况，同时还要求电机保持较高的运行效率。 

发明内容

基于上述事实，本发明的目的在于提供一种电机驱动电路，旨在解决现有大功率电机需要高精度、高效率的控制电路的技术问题。 

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为： 

一种电机驱动电路，连接在微控制器的输出端与电机之间，包括： 

分别与所述微控制器的输出端相连并按照所述微控制器的控制输出电压 给后续电路的第一驱动单元和第二驱动单元； 

分别与所述第一驱动单元和第二驱动单元相连的第一限流电阻单元和第二限流电阻单元；以及 

分别与所述电机的输入端相连并分别控制所述电机正转和反转的第一半桥电路和第二半桥电路。 

本发明实施例提供的电机驱动电路，由24V的蓄电池给电机提供直流电源，两个驱动单元分别驱动由NMOS管组成的两个半桥电路，来实现对电机正转和反转的控制。本电机驱动电路能够满足电机驱动的转矩变化范围大的特点，既有空载在平整路面行驶的高速度、低转矩的工作状况，也有满负载爬坡的运行状况，同时还满足使电机保持较高的运行效率的要求。 

附图说明

图1是本发明实施例提供的电机驱动电路的结构框图； 

图2是本发明第一实施例提供的电机驱动电路的电子元器件示意图； 

图3是本发明第二实施例提供的电机驱动电路的电子元器件示意图。 

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 

本发明实施例提供的电机驱动电路，由24V的蓄电池给电机提供直流电源，两个驱动单元分别驱动由NMOS管组成的两个半桥电路，以实现对电机 正转和反转的控制。 

图1是本发明实施例提供的电机驱动电路的结构框图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。如图所示： 

一种连接在微控制器10的输出端与电机30之间的电机驱动电路20，包括：第一驱动单元211、第一限流电阻单元212、第一半桥电路213、第二驱动单元221、第二限流电阻单元222和第二半桥电路223； 

第一驱动单元211和第二驱动单元221分别与微控制器10的输出端相连，按照微控制器10的控制，第一驱动单元211和第二驱动单元221输出的电压分别经第一限流电阻单元212和第二限流电阻单元222传输给后续的第一半桥电路213和第二半桥电路223，进而控制电机30的正转和反转。 

图2是本发明第一实施例提供的电机驱动电路的电子元器件示意图；同样地，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分。如图所示： 

作为本发明的一实施例，第一驱动单元211包括：驱动芯片U1、电容C1、电容C2、二极管D1和电阻R1；微控制器输出的PWM1信号输入驱动芯片U1的HIN引脚，微控制器I/O口输出的EN1作为使能信号输入驱动芯片U1的LIN引脚，驱动芯片U1的电源引脚VCC同时接+24V的直流电源和电容C1的第一端，电容C1的第二端与驱动芯片U1的COM引脚同时接地，驱动芯片U1的VB引脚同时接电阻R1的第一端和电容C2的第一端，电阻R1的第二端接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极同样接+24V的直流电源，电容C2的第二端接驱动芯片U1的VS引脚，驱动芯片U1的高边输出引脚HO和低边输出引脚LO分别接第一限流电阻单元212。 

在本实施例中，第一限流电阻单元212包括电阻R3和电阻R5；驱动芯片U1的高边输出引脚HO接电阻R3，驱动芯片U1的低边输出引脚LO接电阻 R5。 

在本实施例中，第一半桥电路213包括NMOS管Q1、NMOS管Q2和电容C3；NMOS管Q1的栅极为第一半桥电路213的第一输入端、接电阻R3，NMOS管Q2的栅极为第一半桥电路213的第二输入端、接电阻R5，NMOS管Q1的漏极同时接+24V直流电源和电容C3的第一端，电容C3的第二端与NMOS管Q2的源极共接后通过一电阻R0接地，NMOS管Q1的源极与NMOS管Q2的漏极共接后同时接驱动芯片U1的VS引脚和电机Drive30的第一输入端1。 

在本实施例中，第二驱动单元221包括：驱动芯片U2、电容C4、电容C5、二极管D2和电阻R2；微控制器输出的PWM2信号输入驱动芯片U2的HIN引脚，微控制器I/O口输出的EN2作为使能信号输入驱动芯片U2的LIN引脚，驱动芯片U2的电源引脚VCC同时接+24V直流电源和电容C4的第一端，电容C4的第二端与驱动芯片U2的COM引脚同时接地，驱动芯片U2的VB引脚同时接电阻R2的第一端和电容C5的第一端，电阻R2的第二端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接+24V直流电源，电容C5的第二端接驱动芯片U2的VS引脚，驱动芯片U2的高边输出引脚HO和低边输出引脚LO分别接第二限流电阻单元222。 

在本实施例中，第二限流电阻单元222包括电阻R4和电阻R6；驱动芯片U2的高边输出引脚HO接电阻R4，驱动芯片U2的低边输出引脚LO接电阻R6。 

在本实施例中，第二半桥电路223包括NMOS管Q3、NMOS管Q4和电容C6；NMOS管Q3的栅极为第二半桥电路223的第一输入端、接电阻R4，NMOS管Q4的栅极为第二半桥电路223的第二输入端、接电阻R6，NMOS 管Q3的漏极同时接+24V直流电源和电容C6的第一端，电容C6的第二端与NMOS管Q4的源极共接后同样通过一电阻R0接地，NMOS管Q3的源极与NMOS管Q4的漏极共接后同时接驱动芯片U2的VS引脚和电机Drive30的第二输入端2。 

在本实施例提供的电机驱动电路中，电机的供电电源是由24V的蓄电池提供，两个驱动单元分别通过限流电阻单元驱动由NMOS管组成的两个半桥电路，来实现对电机Drive正转和反转的控制。在具体实现时，半桥电路中的NMOS管可以选用75N75，75N75是MOSFET功率管，其最高耐压75V，最高耐流75A。该电机驱动电路中的两个半桥电路分别由两个75N75构成，分别控制电机的正转和反转。对于高端驱动的75N75，导通时其源极电压和漏极电压相同且都等于供电电压，所以要实现NMOS管的正常驱动，其栅极电压就要比供电电压大，这就需要专门的驱动单元。两个驱动单元主要包括驱动芯片U1和U2，这里可以选IR2103。微控制器产生的PWM信号分别输入两个IR2103芯片的HIN引脚，微控制器I/O口输出的EN1、EN2作为使能信号分别输入两个IR2103芯片的LIN引脚。驱动芯片IR2103的输出端HO和LO就可得到比供电电压要高的电压，且高出的电压值正好是分别充在电容C3和电容C6两端的电压，用以驱动NMOS管。同时，驱动芯片IR2103的两个输出HO、LO具有互锁功能，能够防止由于整个电机控制电路软件或硬件错误造成的、电机上下桥臂直通的短路。 

图3是本发明第二实施例提供的电机驱动电路的电子元器件示意图。参见图2和图3，可知，本第二实施例提供的电机驱动电路与图2的区别仅在于： 

本第二实施例提供的电机驱动电路，在第一实施例提供的电机驱动电路的基础上，还包括了二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、电阻R7、 电阻R8、电阻R9和电阻R10； 

电阻R7的第一端接驱动芯片驱动芯片U1的高边输出引脚HO，电阻R7的第二端接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极接NMOS管Q1的栅极；电阻R8的第一端接驱动芯片U1的低边输出引脚LO，电阻R8的第二端接二极管D3的阴极，二极管D3的阳极接NMOS管Q2的栅极。电阻R9的第一端接驱动芯片U2的高边输出引脚HO，电阻R9的第二端接二极管D4的阴极，二极管D4的阳极接NMOS管Q3的栅极；电阻R10的第一端接驱动芯片U2的低边输出引脚LO，电阻R10的第二端接二极管D5的阴极，二极管D5的阳极接NMOS管Q4的栅极。 

本第二实施例提供的电机驱动电路，在限流电阻单元中电阻的两端分别并接一个二极管，该二极管可以提供NMOS管的导通速度。以75N75为例，二极管提高了其的导通速度，并且使得75N75的导通电阻更小，降低了其作为开关管的功耗损失。同样的，驱动芯片都选用IR2103时，其两个输出HO、LO具有互锁功能，能够防止由于整个电机控制电路软件或硬件错误造成的、电机上下桥臂直通的短路。其他元器件的工作原理与图2所示的第一实施例一样，故在此不再赘述。 

本发明实施例提供的电机驱动电路，由24V的蓄电池给电机提供直流电源，两个驱动单元分别驱动由NMOS管组成的两个半桥电路，来实现对电机正转和反转的控制。本电机驱动电路能够满足电机驱动的转矩变化范围大的特点，既有空载在平整路面行驶的高速度、低转矩的工作状况，也有满负载爬坡的运行状况，同时还满足使电机保持较高的运行效率的要求。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依 然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (9)

1.一种电机驱动电路，连接在微控制器的输出端与电机之间，其特征在于，所述电机驱动电路包括：

分别与所述微控制器的输出端相连、并按照所述微控制器的控制输出电压给后续电路的第一驱动单元和第二驱动单元；

分别与所述第一驱动单元和第二驱动单元相连的第一限流电阻单元和第二限流电阻单元；以及

分别与所述电机的输入端相连、并分别控制所述电机正转和反转的第一半桥电路和第二半桥电路。

2.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一驱动单元包括：驱动芯片U1、电容C1、电容C2、二极管D1和电阻R1；

所述驱动芯片U1的HIN引脚接所述微控制器的第一PWM输出端，所述驱动芯片U1的LIN引脚接所述微控制器的第一使能信号输出端，所述驱动芯片U1的电源引脚VCC同时接直流电源和所述电容C1的第一端，所述电容C1的第二端与所述驱动芯片U1的COM引脚同时接地，所述驱动芯片U1的VB引脚同时接所述电阻R1的第一端和所述电容C2的第一端，所述电阻R1的第二端接所述二极管D1的阴极，所述二极管D1的阳极接所述直流电源，所述电容C2的第二端接所述驱动芯片U1的VS引脚，所述驱动芯片U1的高边输出引脚HO和低边输出引脚LO分别接所述第一限流电阻单元。

3.如权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第二驱动单元包括：驱动芯片U2、电容C4、电容C5、二极管D2和电阻R2；

所述驱动芯片U2的HIN引脚接所述微控制器的第二PWM输出端，所述驱动芯片U2的LIN引脚接所述微控制器的第二使能信号输出端，所述驱动芯片U2的电源引脚VCC同时接直流电源和所述电容C4的第一端，所述电容C4的第二端与所述驱动芯片U2的COM引脚同时接地，所述驱动芯片U2的VB引脚同时接所述电阻R2的第一端和所述电容C5的第一端，所述电阻R2的第二端接所述二极管D2的阴极，所述二极管D2的阳极接所述直流电源，所述电容C5的第二端接所述驱动芯片U2的VS引脚，所述驱动芯片U2的高边输出引脚HO和低边输出引脚LO分别接所述第二限流电阻单元。

4.如权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一限流电阻单元包括电阻R3和电阻R5；

所述驱动芯片U1的高边输出引脚HO通过所述电阻R3接所述第一半桥电路的第一输入端，所述驱动芯片U1的低边输出引脚LO通过所述电阻R5接所述第一半桥电路的第二输入端。

5.如权利要求4所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第二限流电阻单元包括电阻R4和电阻R6；

所述驱动芯片U2的高边输出引脚HO通过所述电阻R4接所述第二半桥电路的第一输入端，所述驱动芯片U2的低边输出引脚LO通过所述电阻R6接所述第二半桥电路的第二输入端。

6.如权利要求1-5任一项所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一半桥电路包括NMOS管Q1、NMOS管Q2和电容C3；

所述NMOS管Q1的栅极为所述第一半桥电路的第一输入端、接所述电阻R3，所述NMOS管Q2的栅极为所述第一半桥电路的第二输入端、接所述电阻R5，所述NMOS管Q1的漏极同时接所述直流电源和所述电容C3的第一端，所述电容C3的第二端与所述NMOS管Q2的源极共接后通过一电阻R0接地，所述NMOS管Q1的源极与所述NMOS管Q2的漏极共接后同时接所述驱动芯片U1的VS引脚和所述电机的第一输入端。

7.如权利要求6所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第二半桥电路包括NMOS管Q3、NMOS管Q4和电容C6；

所述NMOS管Q3的栅极为所述第二半桥电路的第一输入端、接所述电阻R4，所述NMOS管Q4的栅极为所述第二半桥电路的第二输入端、接所述电阻R6，所述NMOS管Q3的漏极同时接所述直流电源和所述电容C6的第一端，所述电容C6的第二端与所述NMOS管Q4的源极共接后通过一电阻R0接地，所述NMOS管Q3的源极与所述NMOS管Q4的漏极共接后同时接所述驱动芯片U2的VS引脚和所述电机的第二输入端。

8.如权利要求7所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机驱动电路还包括二极管D2、二极管D3、电阻R7和电阻R8；

所述电阻R7的第一端接所述驱动芯片U1的高边输出引脚HO，所述电阻R7的第二端接所述二极管D2的阴极，所述二极管D2的阳极接所述NMOS管Q1的栅极；所述电阻R8的第一端接所述驱动芯片U1的低边输出引脚LO，所述电阻R8的第二端接所述二极管D3的阴极，所述二极管D3的阳极接所述NMOS管Q2的栅极。

9.如权利要求8所述的电机驱动电路，其特征在于，所述电机驱动电路还包括二极管D4、二极管D5、电阻R9和电阻R10；

所述电阻R9的第一端接所述驱动芯片U2的高边输出引脚HO，所述电阻R9的第二端接所述二极管D4的阴极，所述二极管D4的阳极接所述NMOS管Q3的栅极；所述电阻R10的第一端接所述驱动芯片U2的低边输出引脚LO，所述电阻R10的第二端接所述二极管D5的阴极，所述二极管D5的阳极接所述NMOS管Q4的栅极。

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