CN105743400A - 一种大功率直流伺服电机驱动电路装置 - Google Patents

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杨亮
张秀颖
赵彬彬
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Abstract

一种大功率直流伺服电机驱动电路装置，包括DSP接口电路、PWM脉宽调制电路、电机驱动电路和反馈保护电路；本设计以数字信号处理器为核心，从高性能和实用性角度出发，按照模块化及数字化设计思想，研制基于DSP的硬件控制系统，实现了大功率直流电动机驱动电路控制系统，达到电动机高性能伺服控制的要求，并使系统具有较宽的调速比及优良的动态响应特性。

Description

一种大功率直流伺服电机驱动电路装置
所属技术领域
本发明涉及一种驱动电路装置，属于自动控制领域，尤其是能驱动大功率直流伺服电机驱动电路装置。
背景技术
随着社会生产力的发展，电动机作为机电能量转换装置，其应用范围己遍及国民经济的各个领域及人们的日常生活之中。而在一些工业生产中，大功率电机的运用更加普遍，例如像核电站蒸汽发生器检修机械控制系统，该机械臂为六自由度的机械臂，不同的检修任务需要的负载能力很大，执行机构又为直流伺服电机，驱动功率大于100w，市场上没有大功率的成品器件。目前国外大学和公司投入了大量人力、财力对其加以研究，在20世纪80年代己推出了一系列商品化的大功率电机驱动控制系统，我国也有很多单位在研究、开发和引进大功率电机驱动系统的技术、器件和装备。
随着电机的发展和电机驱动电路设计的进步，简单实用的电机驱动系统越来越受大工业生产的喜欢。电路的设计简单，不但可以实现想要的功能还能使系统的价格得到了适当的降低，保证了系统的即价格低廉又拥有高性能，而且可以发挥最大的功能。
目前电力系统使用的电机基本上是旋转电机。而在世界上出现旋转电机后不久,就出现了直线电机的雏形。据报道惠特斯顿最早提出了直线电机的方案。这种直线电机由于气隙过大而且"效率很低"，结果未能获得成功。从此以后的很长时间内，旋转电机和直线电机作为驱动装置，前者发展迅速，并得到广泛应用，而后者却没有得到应有的发展。旋转电机理应多用于旋转运动领域，直线电机则应多用于直线运动领域，可是大部分直线运动领域至今仍采用旋转电机，却很少采用直线电机。旋转电机有其自身缺点和局限，要有转换装置才能使旋转运动变为直线运动。从目前趋势来看，直线电机还会有很大发展，特别是在直线运动领域里将发挥直线电机特有的作用并取代旋转电机。现在直线电机在国外特别是在日本有了广泛的应用，并取得了显著的成果。
传统的直流电动机控制系统主要由模拟器件构成的模拟系统，虽然成本低，使系统易于实现，但模拟系统存在着器件易于老化，器件随温度变化造成参数漂移，系统可靠性下降及系统升级困难等缺点，成为制约其发展的瓶颈。数字控制系统能够很好地解决模拟系统存在的这些问题，它消除了系统参数的飘移，而且在保持较低成本的同时，实现了系统的数字化处理和控制算法的可靠升级，将成为无刷直流电动机控制系统发展的主流。
发明内容
本发明的目的在于设计一种大功率直流伺服电机驱动电路装置，工业生产中大量使用大功率直流伺服电机，但市场上没有大功率电机的驱动电路成品器件，本设计针对大功率电机驱动电路进行设计。
本发明的目的是这样实现的：
一种大功率直流伺服电机驱动电路装置，其组成包括：DSP接口电路1、PWM脉宽调制电路2、电机驱动电路3和反馈保护电路4组成。
所述的一种大功率直流伺服电机驱动电路装置，其特征在于：控制器采用TMS320LF2407数字信号处理器，驱动电路部分选用功率集成模块TLP250芯片，DSP控制电路通过软件的设计完成调试后产生一个脉冲，通过TLP250功率集成电路模块，是其脉冲发生了变化后进入驱动电路，当1、4管脚为高电平，2、3管脚为低电平时，电机正传；反之，电机反转；DSP中的两个事件按理器模块EVA和EVB能够产生对称和非对称的PWM波形，当外部引脚PDPINT出现低电平时快速关闭PWM通道；每个事件管理器模块可同时产生多达8路的PWM波形输出，由3个带可编程死区控制的比较单元产生独立的3对(即6个输出)，以及由GP定时器比较产生的2个独立的PWM输出。
电流、电压和位置脉冲信号分别由DSP的A/D转换接口、QEP/CAP单元输入，控制器输出直接控制比较单元的比较值，从而控制输出PWM脉冲的宽度，PWM信号经MOSFET构成的桥式逆变电路驱动电机。
本发明的结构特点及有益效果：
1、该发明针对大功率直流伺服电机，采用电机专用DSP为核心的全数字电机控制系统，系统硬件得到极大简化，提高了系统的可靠性，减小了体积，降低了成本。
2、该发明设计的电机驱动控制装置具有高效性和实用性，对这一系统的研制对直流电动机的普及应用将会有很好的前景。
附图说明
图1为本发明的系统原理结构图；
图2为直流电机驱动电路原理图；
图3为全控桥电路原理图；
图4为DSP芯片TMS320LF2407的连接电路原理图；
图5为DSP供电的电路原理图；
图6为旁路电容电路接线原理图；
图7为复位电路原理图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的原理和具体连接关系做更详细地描述：
一种大功率直流伺服电机驱动电路装置，其组成包括：DSP接口电路1、PWM脉宽调制电路2、电机驱动电路3和反馈保护电路4组成。
所述的一种大功率直流伺服电机驱动电路装置，其特征在于：控制器采用TMS320LF2407数字信号处理器，驱动电路部分选用功率集成模块TLP250芯片，DSP控制电路通过软件的设计完成调试后产生一个脉冲，通过TLP250功率集成电路模块，是其脉冲发生了变化后进入驱动电路，当1、4管脚为高电平，2、3管脚为低电平时，电机正传；反之，电机反转；DSP中的两个事件按理器模块EVA和EVB能够产生对称和非对称的PWM波形，当外部引脚PDPINT出现低电平时快速关闭PWM通道；每个事件管理器模块可同时产生多达8路的PWM波形输出，由3个带可编程死区控制的比较单元产生独立的3对(即6个输出)，以及由GP定时器比较产生的2个独立的PWM输出。
结合图1，图1是本发明的系统原理结构图；本发明包括DSP接口电路、PWM脉宽调制电路、电机驱动电路和反馈保护电路；DSP跟据控制指令、参考速度指令及反馈转速输出PWM脉冲信号，驱动由MOSFET构成的桥式逆变电路控制直流电动机。
图2为直流电机驱动电路原理图。对于单向的电机驱动，只要用一个大功率三极管或场效应管或继电器直接带动电机即可，当电机需要双向转动时，可以使用由4个功率元件组成的H桥电路或者使用一个双刀双掷的继电器。如果不需要调速，只要使用继电器即可；但如果需要调速，可以使用三极管，场效应管等开关元件实现PWM脉冲宽度调制调速。此电路为四个TLP250芯片组成的，图为其中一个芯片的连接图，目的是为了控制脉冲和起到光耦的作用，后接一个全控桥电路。
图3为全控桥电路原理图；本设计采用也采用的是H型驱动电路，由4个开关管和个4续流二级管组成，单电源供电。4个开关管分成两组，V1，V4为一组，从为一组。同一组的开关管同步导通或关断，不同组的开关管的导通和关断恰好相反；在每一个PWM周期内，当控制信号Ui1高电平时，开关管V1，V4导通，此时，Ui2为低电平，因此V2,V3截止，电枢绕组承受从A到B的正向电压；当控制信号Ui1为低电平时，开关管V1，V4截止，此时Ui2为高电平，V2,V3导通，电枢承受从B到A的反向电压.
结合图4到图7，它们是DSP控制电路原理图。图4为DSP芯片TMS320LF2407的连接电路原理图；图5为DSP供电的电路原理图；DSP供电的电路，目的是把5v直流电变换成3.3v直流电供芯片使用。图6为旁路电容电路接线原理图；是一个旁路电容电路，加在电源和DSP芯片之间，因为脉冲如果有干扰的话，波形就会出现误差，加以旁路电容的话，干扰就会被旁路电容除掉，保证系统的准确。图7为复位电路原理图；该结构是复位电路，目的是为给DSP芯片上电复位。

Claims (2)

1.一种大功率直流伺服电机驱动电路装置，其组成包括：DSP接口电路(1)、PWM脉宽调制电路(2)、电机驱动电路(3)和反馈保护电路(4)组成。
2.根据权利要求1所述的一种大功率直流伺服电机驱动电路装置，其特征在于：控制器采用TMS320LF2407数字信号处理器，驱动电路部分选用功率集成模块TLP250芯片，DSP控制电路通过软件的设计完成调试后产生一个脉冲，通过TLP250功率集成电路模块，是其脉冲发生了变化后进入驱动电路，当1、4管脚为高电平，2、3管脚为低电平时，电机正传；反之，电机反转；DSP中的两个事件按理器模块EVA和EVB能够产生对称和非对称的PWM波形，当外部引脚PDPINT出现低电平时快速关闭PWM通道；每个事件管理器模块可同时产生多达8路的PWM波形输出，由3个带可编程死区控制的比较单元产生独立的3对(即6个输出)，以及由GP定时器比较产生的2个独立的PWM输出。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107947056A (zh) * 2017-11-30 2018-04-20 惠州市德赛西威汽车电子股份有限公司 一种低成本的振动电机多级驱动电路以及触控面板
CN109861593A (zh) * 2018-12-28 2019-06-07 诺鑫（南通）医疗技术有限公司 一种空心杯电机控制方法

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