CN106849827A - 电机驱动装置及系统 - Google Patents

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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors

Abstract

本发明提供一种电机驱动装置及系统，电机驱动装置包括：驱动模块、升压模块及电平隔离模块。升压模块与驱动模块电性连接，以将经过升压处理的电压提供给驱动模块。电平隔离模块与驱动模块电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给驱动模块。驱动模块与电机电性连接，以驱动所述电机工作。由此，本方案提供的电机驱动设计具有电流过流能力强，不易发热，可靠性高，驱动能力强等特点，并且，本方案提供的电机驱动设计还可根据实际需求对电路功能进行删减或增加。

Description

电机驱动装置及系统
技术领域
本发明涉及自行车机器人驱动技术领域，具体而言，涉及一种电机驱动装置及系统。
背景技术
随着科技的不断发展，智能控制的应用越来越广泛，几乎渗透到了所有领域。其中，智能车技术依托于智能控制，具有广阔的发展前景。
智能车的电机驱动设计应该满足能够控制电机的正反转以及调节转速大小的设计要求。在现有技术中，常使用集成的电机驱动芯片(比如，集成的H桥电机驱动芯片)，虽然，这种集成芯片电路结构简单，稳定性好，但该芯片过流能力差，散热性不好，容易发烫，驱动能力弱，并且成本较高。
发明内容
为了克服现有技术中的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种电机驱动装置及系统，其利用开关器件搭建H桥驱动电路，电流过流能力强，不易发热，驱动能力强。
本发明较佳实施例提供一种电机驱动装置，所述装置包括：驱动模块、升压模块及电平隔离模块；
所述升压模块与所述驱动模块电性连接，以将经过升压处理的电压提供给所述驱动模块；
所述电平隔离模块与所述驱动模块电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给所述驱动模块；
所述驱动模块与电机电性连接，以驱动所述电机工作。
在本发明较佳实施例中，所述驱动模块包括：驱动芯片及场效应晶体管；
所述驱动芯片包括驱动信号输入端及用于控制电平信号通断的第一开关及第二开关，所述第一开关及第二开关分别与各自对应的场效应晶体管电性连接，所述驱动芯片根据所述驱动信号输入端接收到的电平信号控制所述第一开关及第二开关工作。
在本发明较佳实施例中，所述驱动芯片设置的数量为两个，每个所述驱动芯片对应配置两个场效应晶体管，其中，
一个所述驱动芯片接收到的电平信号为恒定电平信号，另一个所述驱动芯片接收到的电平信号为变化电平信号，所述驱动模块根据两个所述驱动芯片的电平信号之间的变化情况控制所述电机工作。
在本发明较佳实施例中，所述驱动模块还包括：输出接头、用于接收所述升压模块电压的驱动电压输入端及多个用于实现单向导流的第一二极管；
多个所述第一二极管分别与所述输出接头、驱动电压输入端及驱动芯片电性连接，以实现所述驱动模块中电流的单向导流；
所述驱动模块通过所述输出接头与所述电机电性连接，以驱动所述电机工作。
在本发明较佳实施例中，所述电机驱动装置应用于包括微处理器的电机驱动系统，所述电平隔离模块包括电平隔离芯片，所述电平隔离芯片包括：至少一个隔离信号输入端及至少一个隔离信号输出端；
所述隔离信号输入端与所述微处理器电性连接，以接收所述微处理器发送的电平信号；
所述隔离信号输出端与所述驱动信号输入端电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给所述驱动模块。
在本发明较佳实施例中，所述电机驱动系统还包括供电模块，所述升压模块包括升压芯片，所述升压芯片包括：电压输入端及电压输出端；
所述电压输入端与所述供电模块电性连接，
所述电压输出端与所述驱动模块的所述驱动电压输入端电性连接，以将经过升压处理的电压提供给所述驱动模块。
在本发明较佳实施例中，所述升压模块还包括：用于实现单向导流的第二二极管及用于升压的电感器；
所述电感器与所述升压芯片电性连接；
所述第二二极管分别与所述升压芯片及电压输出端电性连接。
本发明较佳实施例还提供一种电机驱动系统，所述电机驱动系统应用于包括电机的自行车机器人，所述电机驱动系统与所述电机连接，所述电机驱动系统控制所述电机工作，所述电机驱动系统包括：供电模块、微处理器及上述任意一项所述的电机驱动装置；
所述供电模块与所述电机驱动装置电性连接，以给电机驱动装置提供电压；
所述微处理器与所述电机驱动装置电性连接，所述电机驱动装置接收所述微处理器发送的电平信号，并驱动所述电机工作。
在本发明较佳实施例中，所述供电模块分别与所述电机驱动装置的驱动模块、升压模块及电平隔离模块电性连接，以分别为所述驱动模块、升压模块及电平隔离模块提供电压。
在本发明较佳实施例中，所述微处理器与所述电机驱动装置的电平隔离模块电性连接，所述电平隔离模块接收所述微处理器发送的电平信号，并将经过隔离处理的电平信号提供给驱动模块，所述驱动模块驱动所述电机工作。
相对于现有技术而言，本发明具有以下有益效果：
本发明提供一种电机驱动装置及系统，所述装置包括：驱动模块、升压模块及电平隔离模块。所述升压模块与所述驱动模块电性连接，以将经过升压处理的电压提供给所述驱动模块。所述电平隔离模块与所述驱动模块电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给所述驱动模块。所述驱动模块与电机电性连接，以驱动所述电机工作。由此，本方案提供的电机驱动设计具有电流过流能力强，不易发热，可靠性高，驱动能力强等特点，并且，本方案提供的电机驱动设计还可根据实际需求对电路功能进行删减或增加。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明较佳的实施例提供的电机驱动系统的方框示意图。
图2是本发明较佳的实施例提供的电机驱动装置的方框示意图。
图3是本发明较佳的实施例提供的驱动模块的电路原理示意图。
图4是H桥电路的简化原理图之一。
图5是H桥电路的简化原理图之二。
图6是本发明较佳的实施例提供的电平隔离模块的电路原理示意图。
图7是本发明较佳的实施例提供的升压模块的电路原理示意图。
图标：10-电机驱动系统；100-电机驱动装置；110-驱动模块；112-驱动芯片；1120-驱动信号输入端；1122-第一开关；1124-第二开关；114-场效应晶体管；116-输出接头；118-驱动电压输入端；119-第一二极管；120-升压模块；122-升压芯片；1220-电压输入端；1222-电压输出端；124-第二二极管；126-电感器；130-电平隔离模块；132-电平隔离芯片；1320-隔离信号输出端；1322-隔离信号输入端；200-供电模块；300-微处理器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
本发明提供一种电机驱动系统。请参照图1，图1是本发明较佳的实施例提供的电机驱动系统10的方框示意图。所述电机驱动系统10应用于包括电机的自行车机器人，所述电机驱动系统10与所述电机连接，所述电机驱动系统10控制所述电机工作，所述电机驱动系统10包括：供电模块200、微处理器300及电机驱动装置100。
在本实施例中，所述电机驱动系统10应用于包括：电机、驱动轮及惯性轮的自行车机器人。所述电机驱动系统10与所述电机连接，所述电机包括：驱动轮电机及惯性轮电机，所述驱动轮电机与所述驱动轮连接，所述惯性轮电机与所述惯性轮连接。其中，所述电机驱动系统10通过控制所述惯性轮电机工作以驱动所述惯性轮转动，所述电机驱动系统10通过控制所述驱动轮电机工作以驱动所述驱动轮转动。
在本实施例中，所述供电模块200与所述电机驱动装置100电性连接，以给所述电机驱动装置100提供电压。所述微处理器300与所述电机驱动装置100电性连接，所述电机驱动装置100接收所述微处理器300发送的电平信号，并驱动所述电机工作。
本发明还提供一种电机驱动装置100。请参照图2，图2是本发明较佳的实施例提供的电机驱动装置100的方框示意图。所述电机驱动装置100包括：驱动模块110、升压模块120及电平隔离模块130。
在本实施例中，所述升压模块120与所述驱动模块110电性连接，以将经过升压处理的电压提供给所述驱动模块110。所述电平隔离模块130与所述驱动模块110电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给所述驱动模块110。所述驱动模块110与电机电性连接，以驱动所述电机工作。
在本实施例中，所述电机驱动装置100包括的驱动模块110、升压模块120及电平隔离模块130相互之间配合工作，以此能够控制电机的正、反转以及调节转速大小。下面对驱动模块110、升压模块120及电平隔离模块130进行描述。
请参照图3，图3是本发明较佳的实施例提供的驱动模块110的电路原理示意图。所述驱动模块110包括：驱动芯片112及场效应晶体管114。
在本实施例中，所述驱动芯片112包括驱动信号输入端1120及用于控制电平信号通断的第一开关1122及第二开关1124。所述第一开关1122及第二开关1124分别与各自对应的场效应晶体管114电性连接，所述驱动芯片112根据所述驱动信号输入端1120接收到的电平信号控制所述第一开关1122及第二开关1124工作。
在本实施例中，所述驱动模块110还包括：输出接头116、用于接收所述升压模块120电压的驱动电压输入端118及多个用于实现单向导流的第一二极管119。
在本实施例中，多个所述第一二极管119分别与所述输出接头116、驱动电压输入端118及驱动芯片112电性连接，以实现所述驱动模块110中电流的单向导流，防止电流倒流烧坏电路。所述驱动模块110通过所述输出接头116与所述电机电性连接，以驱动所述电机工作。
请再次参阅图3，在本实施例中，所述驱动信号输入端1120即为所述驱动芯片112的引脚IN1及引脚IN2。所述第一开关1122为所述驱动芯片112的引脚HO，所述第二开关1124为所述驱动芯片112的引脚LO。所述驱动电压输入端118为图3中12V的电压接口，与升压模块120连接。
在本实施例中，所述输出接头116可以是具有保护作用的香蕉头，所述香蕉头可将电流集中输出给电机，即使在输出较大电流的情况下，也能对电路进行保护，防止电路被烧坏。
在本实施例中，所述驱动芯片112设置的数量为两个，每个所述驱动芯片112对应配置两个场效应晶体管114，其中，一个所述驱动芯片112接收到的电平信号为恒定电平信号，另一个所述驱动芯片112接收到的电平信号为变化电平信号，所述驱动模块110根据两个所述驱动芯片112的电平信号之间的变化情况控制所述电机工作。
在本实施例中，对驱动电机起主要作用的就是驱动模块110。在本方案中，主要利用开关器件搭建H桥驱动电路以实现对电机的驱动。这种电路过流大，散热能力强，驱动能力强，且成本较低。
下面对H桥电机驱动电路的工作原理进行介绍。
请参阅图4，图4是H桥电路的简化原理图之一。Q1，Q2，Q3，Q4相当于四个开关，如果Q1，Q4导通，Q2，Q3截止，此时，电流从电机左边流到电机右边，电机顺时针转动。
请参阅图5，图5是H桥电路的简化原理图之二。如果Q1，Q4截止，Q2，Q3导通，此时，电流从电机右边流到电机左边，电机逆时针转动。
值得注意是：位于同侧的两个开关器件不能同时导通，如果同时导通，将导致一侧的电流达到最大值，可能导致开关器件烧毁以及电池损坏。
在本方案的驱动模块110电路中，所述驱动芯片112采用型号为IR2104S的芯片，所述场效应晶体管114采用的型号为LR7843。IR2104S是专用电机驱动芯片，LR7843是N沟道MOS管，一片IR2104S可以控制两片同侧的LR7843。
请再次参阅图3，在本实施例中，当所述驱动芯片112的IN1或IN2端输入高电平时，HO开启，LO关闭；当所述驱动芯片112的IN1或IN2端输入低电平时，HO关闭，LO开启，这样就保证了同侧的开关器件不会同时导通。
在本实施例中，当两片驱动芯片112(IR2104S)同时输入两个起始电平对齐、频率相同，但占空比不同的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)波时，电机就会转动。具体原理为：由于两个PWM波形的起始电平对齐，频率相同，在PWM波形每个周期的开始，两个PWM波形的电平一致，此时两片驱动芯片112(IR2104S)的输出状态一致，电机两端没有电压。但是又由于占空比不同，在该周期的某一时刻，其中一个PWM波形的电平发生偏转，使得其中一片驱动芯片112输出状态发生改变，随后每个PWM周期内的情况都是如此，周而复始。由此，从宏观上看，加在电机两端的电压就会随着输入到驱动芯片112的两路PWM波形的占空比之差而改变。
在实际应用中，通常将其中一路PWM波形的占空比设为恒定值，只改变另一路PWM波形的占空比。例如，对引脚为IN1的驱动芯片112输入高电平，对引脚为IN2的驱动芯片112输入高、低交替的电平，以此驱动电机。
在本实施例中，占空比是指有效电平在一个周期之内所占的时间比率。PWM(PulseWidth Modulation，脉冲宽度调制)是一种模拟控制方式，是根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或MOS管栅极的偏置，来实现晶体管或MOS管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器300的数字信号对模拟电路进行控制的一种有效的技术。
请参照图6，图6是本发明较佳的实施例提供的电平隔离模块130的电路原理示意图。所述电平隔离模块130包括电平隔离芯片132，所述电平隔离芯片132包括：至少一个隔离信号输出端1320及至少一个隔离信号输入端1322。
在本实施例中，所述隔离信号输入端1322与所述微处理器300电性连接，以接收所述微处理器300发送的电平信号。所述隔离信号输出端1320与所述驱动模块110的驱动信号输入端1120电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给所述驱动模块110。
请再次参照图6，在本实施例中，所述隔离信号输入端1322为所述电平隔离芯片132的引脚B0及引脚B1。所述隔离信号输出端1320为所述电平隔离芯片132的引脚A0及引脚A1，所述引脚A0及引脚A1与所述驱动芯片112的引脚IN1及引脚IN2连接。
在本实施例中，电平隔离芯片132采用型号为74lvc245的芯片，这是一种电平转换芯片，能够将5V的输入电压转化为3.3V的电压输出，或者将3.3V的输入电压转化为5V的电压输出，可有效解决微处理器300与外围器件电平大小不匹配的情况。同时，该芯片还有电平隔离功能，能有效防止电流从输出端倒流至输入端，避免烧毁微处理器300。
请参照图7，图7是本发明较佳的实施例提供的升压模块120的电路原理示意图。所述升压模块120包括升压芯片122、电压输入端1220及电压输出端1222。
在本实施例中，所述电压输入端1220与所述供电模块200电性连接。所述电压输出端1222与所述驱动模块110的所述驱动电压输入端118电性连接，以将经过升压处理的电压提供给所述驱动模块110。
在本实施例中，所述升压模块120还包括：用于实现单向导流的第二二极管124及用于升压的电感器126。所述电感器126与所述升压芯片122电性连接。所述第二二极管124分别与所述升压芯片122及电压输出端1222电性连接，以实现所述升压模块120电路的单向导流。
在本实施例中，所述升压芯片122采用型号为MC34063的芯片，MC34063是一种直流电压芯片，能够实现升压、降压等要求。由于所述场效应晶体管114(LR7843)的门极开启电压为12V，升压模块120需要将输入电压升高为12V以上的电压进行输出。
在本实施例中，图3、图6及图7中的“VCC”为输入电压，本方案中指的是电池电压，即7.4V-8.4V，“12V”为输出电压，实际测量的输出电压值在13V-15V之间，满足实际需求。
在本实施例中，所述供电模块200分别与所述电机驱动装置100的驱动模块110、升压模块120及电平隔离模块130电性连接，以分别为所述驱动模块110、升压模块120及电平隔离模块130提供电压。
综上所述，本发明提供一种电机驱动装置及系统，所述装置包括：驱动模块、升压模块及电平隔离模块。所述升压模块与所述驱动模块电性连接，以将经过升压处理的电压提供给所述驱动模块。所述电平隔离模块与所述驱动模块电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给所述驱动模块。所述驱动模块与电机电性连接，以驱动所述电机工作。由此，本方案提供的电机驱动设计具有电流过流能力强，不易发热，可靠性高，易调节电路参数，适应性好，驱动能力强等特点，并且，本方案提供的电机驱动设计还可根据实际需求对电路功能进行删减或增加。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电机驱动装置，其特征在于，所述装置包括：驱动模块、升压模块及电平隔离模块；
所述升压模块与所述驱动模块电性连接，以将经过升压处理的电压提供给所述驱动模块；
所述电平隔离模块与所述驱动模块电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给所述驱动模块；
所述驱动模块与电机电性连接，以驱动所述电机工作。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动模块包括：驱动芯片及场效应晶体管；
所述驱动芯片包括驱动信号输入端及用于控制电平信号通断的第一开关及第二开关，所述第一开关及第二开关分别与各自对应的场效应晶体管电性连接，所述驱动芯片根据所述驱动信号输入端接收到的电平信号控制所述第一开关及第二开关工作。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述驱动芯片设置的数量为两个，每个所述驱动芯片对应配置两个场效应晶体管，其中，
一个所述驱动芯片接收到的电平信号为恒定电平信号，另一个所述驱动芯片接收到的电平信号为变化电平信号，所述驱动模块根据两个所述驱动芯片的电平信号之间的变化情况控制所述电机工作。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述驱动模块还包括：输出接头、用于接收所述升压模块电压的驱动电压输入端及多个用于实现单向导流的第一二极管；
多个所述第一二极管分别与所述输出接头、驱动电压输入端及驱动芯片电性连接，以实现所述驱动模块中电流的单向导流；
所述驱动模块通过所述输出接头与所述电机电性连接，以驱动所述电机工作。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述电机驱动装置应用于包括微处理器的电机驱动系统，所述电平隔离模块包括电平隔离芯片，所述电平隔离芯片包括：至少一个隔离信号输入端及至少一个隔离信号输出端；
所述隔离信号输入端与所述微处理器电性连接，以接收所述微处理器发送的电平信号；
所述隔离信号输出端与所述驱动信号输入端电性连接，以将经过隔离处理的电平信号提供给所述驱动模块。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述电机驱动系统还包括供电模块，所述升压模块包括升压芯片，所述升压芯片包括：电压输入端及电压输出端；
所述电压输入端与所述供电模块电性连接，
所述电压输出端与所述驱动模块的所述驱动电压输入端电性连接，以将经过升压处理的电压提供给所述驱动模块。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述升压模块还包括：用于实现单向导流的第二二极管及用于升压的电感器；
所述电感器与所述升压芯片电性连接；
所述第二二极管分别与所述升压芯片及电压输出端电性连接。
8.一种电机驱动系统，其特征在于，所述电机驱动系统应用于包括电机的自行车机器人，所述电机驱动系统与所述电机连接，所述电机驱动系统控制所述电机工作，所述电机驱动系统包括：供电模块、微处理器及权利要求1-7中任意一项所述的电机驱动装置；
所述供电模块与所述电机驱动装置电性连接，以给电机驱动装置提供电压；
所述微处理器与所述电机驱动装置电性连接，所述电机驱动装置接收所述微处理器发送的电平信号，并驱动所述电机工作。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述供电模块分别与所述电机驱动装置的驱动模块、升压模块及电平隔离模块电性连接，以分别为所述驱动模块、升压模块及电平隔离模块提供电压。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述微处理器与所述电机驱动装置的电平隔离模块电性连接，所述电平隔离模块接收所述微处理器发送的电平信号，并将经过隔离处理的电平信号提供给驱动模块，所述驱动模块驱动所述电机工作。
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邓健志等: "基于物联网的输液监控报警系统的设计", 《制造业自动化》 *

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CN106849827B (zh) 2023-08-01

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