CN107592036B - 电机刹车电路及舵机 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子电路技术领域，提供了一种电机刹车电路及舵机，当电源模块停止供电时，防倒灌模块可以防止电机产生的反电动势倒灌到电源，电机产生的反电动势的电压值达到预设阈值接通制动模块，以消耗电机产生的反电动势使得电机制动，由此实现了对刹车阻力可调节的效果，同时其电路结构简单，体积较小，并且采用了防倒灌模块可达到防止反电动势回馈到母线电压的作用，另外，可通过调节制动模块的阻性参数，从而调节电机的制动速度，因此解决了现有的刹车技术存在着因采用继电器而导致体积过大的问题。

Description

电机刹车电路及舵机

技术领域

本发明属于电机驱动技术领域，特别是涉及一种电机刹车电路及舵机。

背景技术

舵机是机器人的运动核心器件，在断电情况下，外界带动转动或者自身重力产生的运动时，都需要舵机具有一定的刹车能力，但是在外界推动电机产生感应电动势的同时会影响其它电路部分的性能。由于舵机结构体积小，其电路板面积显得格外紧张，传统的方式是用继电器等器件实现断电后将电机母线电压短接，使得电机产生的反电动势在线圈中产生电流以达到刹车的效果，然而，由于采用继电器导致体积过大，不适合应用于对面积空间要求较高的场合。

因此，现有的刹车技术存在着因采用继电器而导致体积过大的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电机刹车电路及舵机，旨在解决现有的刹车技术存在着因采用继电器而导致体积过大的问题。

本发明第一方面提供了一种电机刹车电路，包括与电机相连接的驱动桥，所述电机刹车电路还包括刹车控制单元，所述刹车控制单元通过所述驱动桥与所述电机连接，所述刹车控制单元包括：

与电源模块的正输出端相连接，用于使所述电源模块输出电流单向导通的防倒灌模块；

与所述防倒灌模块的输出端相连接，用于当所述电源模块停止供电时，根据所述电机产生的反电动势的电压值导通或关断的触发模块；以及

与所述触发模块的输出端以及所述电源模块的负输出端相连接，用于消耗所述电机产生的反电动势以使所述电机制动的阻性的制动模块。

本发明第二方面提供了一种舵机，包括电机以及与所述电机相连接的刹车电路，所述刹车电路包括与所述电机相连接的驱动桥，所述刹车电路还包括刹车控制单元，所述刹车控制单元通过所述驱动桥与所述电机连接，所述刹车控制单元包括：

与电源模块的正输出端相连接，用于使所述电源模块输出电流单向导通的防倒灌模块；

与所述防倒灌模块的输出端相连接，用于当所述电源模块停止供电时，根据所述电机产生的反电动势的电压值导通或关断的触发模块；以及

与所述触发模块的输出端以及所述电源模块的负输出端相连接，用于消耗所述电机产生的反电动势以使所述电机制动的阻性的制动模块。

综上所述，上述一种电机刹车电路及舵机，当电源模块停止供电时，防倒灌模块可以防止电机产生的反电动势倒灌到电源，电机产生的反电动势的电压值达到预设阈值接通制动模块，以消耗电机产生的反电动势使得电机制动，由此实现了对刹车阻力可调节的效果，同时其电路结构简单，体积较小，并且采用了防倒灌模块可达到防止反电动势回馈到母线电压的作用，另外，可通过调节制动模块的阻性参数，从而调节电机的制动速度，因此解决了现有的刹车技术存在着因采用继电器而导致体积过大的问题。

附图说明

图1为本发明提供的一种电机刹车电路的模块结构示意图。

图2为本发明提供的一种电机刹车电路的示例电路图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。

本发明实施例的一种电机刹车电路及舵机，当电源模块停止供电时，防倒灌模块可以防止电机产生的反电动势倒灌到电源，电机产生的反电动势的电压值达到预设阈值接通制动模块，以消耗电机产生的反电动势使得电机制动。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图1示出了本发明提供的一种电机刹车电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

上述一种电机刹车电路，其包括与电机107相连接的驱动桥106，电机刹车电路还包括刹车控制单元108，刹车控制单元108通过驱动桥106与电机107连接，该刹车控制单元108包括防倒灌模块102、触发模块103以及制动模块105；

防倒灌模块102与电源模块101的正输出端相连接，用于使电源模块101输出电流单向导通；触发模块103与防倒灌模块102的输出端相连接，用于当电源模块101停止供电时，根据电机107产生的反电动势的电压值导通或关断；制动模块105与触发模块103的输出端以及所述电源模块101的负输出端相连接，用于消耗所述电机产生的反电动势以使所述电机制动。

作为本发明一实施例，上述电机刹车电路还包括储能模块104，储能模块104与驱动桥106的正输入端以及负输入端相连接，用于对电能进行储存。其电能可以是电源模块101输出的电信号，也可以是电机107产生的反电动势。

作为本发明一实施例，上述一方面可通过制动模块105消耗所述电机107产生的反电动势，从而使电机制动；另一方面可通过调节制动模块105的阻性参数，从而调节电机107的制动速度。

图2示出了本发明提供的一种电机刹车电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

作为本发明一实施例，上述电源模块101具体为具备固定电压值的直流电源VCC，其电压值范围为6V-65V。

作为本发明一实施例，上述防倒灌模块102包括第一二极管D1，所述第一二极管D1的阳极接所述电源模块101的正输出端，所述第一二极管D1的阴极为所述防倒灌模块102的输出端。

作为本发明一实施例，上述触发模块103包括第一场效应管Q1，所述第一场效应管Q1的源极接所述防倒灌模块102的输出端，所述第一场效应管Q1的栅极接所述电源模块101的正输出端，所述第一场效应管Q1的漏极为所述触发模块103的输出端。其中，所述第一场效应管Q1的栅极还与第二电阻R2的第一端相连接，第二电阻R2的第二端接电源模块101的负输出端。

作为本发明一实施例，上述制动模块105包括第一电阻R1，所述第一电阻R1的第一端接所述触发模块103的输出端，所述第一电阻R1的第二端接电源模块101的负输出端。

作为本发明一实施例，上述驱动桥106为全桥驱动电路，当然，也可以为半桥驱动电路。全桥驱动电路时包括第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6以及第七场效应管Q7，其中，第三场效应管Q3的漏极与第五场效应管Q5的漏极以及第七场效应管Q7的漏极共接并与防倒灌模块102的输出端相连接，第三场效应管Q3的源极与第二场效应管Q2的漏极以及电机107的A相端共接，第五场效应管Q5的源极与第四场效应管Q4的漏极以及电机107的B相端共接，第七场效应管Q7的源极与第六场效应管Q6的漏极以及电机107的C相端共接，第二场效应管Q2的源极与第四场效应管Q4的源极以及第六场效应管Q6的源极接电源模块101的负输出端。

作为本发明一实施例，上述第二场效应管Q2的栅极、第三场效应管Q3的栅极、第四场效应管Q4的栅极、第五场效应管Q5的栅极、第六场效应管Q6的栅极以及第七场效应管Q7的栅极分别与门极驱动芯片(图2未示出)的多个管脚相连接。在本实施例中，门极驱动芯片采用了型号TI-DRV8323H的门极驱动芯片，当然，门极驱动芯片的型号不做限定，只要能达到与本实施例门极驱动芯片所述的功能作用亦可。

因此，上述电机刹车电路的优势具体体现在：

(1)通过母线上串接的第一二极管D1，舵机断电(即电源模块101停止供电)时，电机107产生的反电动势经过整流后无法回馈到母线端，起到隔离了感应电动势与电源模块101的效果；

(2)母线断电时，第一场效应管Q1的栅极是通过第一电阻R1接电源模块101的负输出端，当电机101产生感应电动势且达到预设阈值时，第一场效应管Q1导通，与其串接的第一电阻R1接电源模块101的负输出端，使得电机绕组产生的电流能产生一个旋转方向相反的旋转磁场，并使得电机107内部产生磁阻尼，从而控制电机制动；

(3)通过设置第一电阻R1的阻值，可调节电机107磁阻尼的大小，从而调节电机107的制动速度；

(4)仅采用了场效应管、二极管以及电阻的方式，使得电路结构较为简单，体积较小。

本发明另一实施例提供了一种舵机，包括电机，还包括上述的电机刹车电路。该舵机可设计得很小巧，其输入和输出都采用引线的方式，以便用户自行更换；而电机刹车电路采用PCB电路板单面布线和放置元件，高度集成及降低成本，实现轻便化。并且上述电机刹车电路不仅适用于无刷电机，还适用于有刷电机。

以下结合图1和图2，对上述一种电机刹车电路及舵机的工作原理进行说明如下：

当直流电源VCC供电时，其电信号经由第一二极管D1给第三场效应管Q3、第五场效应管Q5以及第七场效应管Q7供电，同时也经由第一场效应管Q1的栅极，使得第一场效应管Q1处于截止状态，整体电路正常给电机供电；

当直流电源VCC断开供电时，第一场效应管Q1的栅极由第二电阻R2接地，当电机受外力推动时，产生的反向电动势经由第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4、第五场效应管Q5、第六场效应管Q6以及第七场效应管Q7的体二极管整流回馈到第一电容C1，由于第一二极管D1的单相性，产生的反电动势未能回馈到直流电源VCC，当反电动势达到预设阈值时，第一场效应管Q1导通，经由第一电阻R1放电，电机产生阻力，其阻力的大小与电机推动的速度成线性关系，同时也与第一电阻R1的阻值大小成线性关系。

综上所述，本发明实施例提供了一种电机刹车电路及舵机，当电源模块停止供电时，防倒灌模块可以防止电机产生的反电动势倒灌到电源，电机产生的反电动势的电压值达到预设阈值接通制动模块，以消耗电机产生的反电动势使得电机制动，由此实现了对刹车阻力可调节的效果，同时其电路结构简单，体积较小，并且采用了防倒灌模块可达到防止反电动势回馈到母线电压的作用，另外，可通过调节制动模块的阻性参数，从而调节电机的制动速度，因此解决了现有的刹车技术存在着因采用继电器而导致体积过大的问题。本发明实施例实现简单，不需要增加额外的硬件，可有效降低成本，具有较强的易用性和实用性。

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，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 (4)

1.一种电机刹车电路，包括与电机相连接的驱动桥，其特征在于，所述电机刹车电路还包括刹车控制单元，所述刹车控制单元通过所述驱动桥与所述电机连接，所述刹车控制单元包括：

与电源模块的正输出端相连接，用于使所述电源模块输出电流单向导通的防倒灌模块；

与所述防倒灌模块的输出端相连接，用于当所述电源模块停止供电时，根据所述电机产生的反电动势的电压值导通或关断的触发模块；以及

与所述触发模块的输出端以及所述电源模块的负输出端相连接，用于消耗所述电机产生的反电动势以使所述电机制动的阻性的制动模块；

所述防倒灌模块包括第一二极管，

所述第一二极管的阳极接所述电源模块的正输出端，所述第一二极管的阴极为所述防倒灌模块的输出端；

所述触发模块包括第一场效应管，

所述第一场效应管的源极接所述防倒灌模块的输出端，所述第一场效应管的栅极接所述电源模块的正输出端，所述第一场效应管的漏极为所述触发模块的输出端；

所述制动模块包括第一电阻，

所述第一电阻的第一端接所述触发模块的输出端，所述第一电阻的第二端接所述电源模块的负输出端。

2.如权利要求1所述的电机刹车电路，其特征在于，所述电机刹车电路还包括：

与所述驱动桥的正输入端以及负输入端相连接，用于对所述电源模块输出的电信号或者所述电机产生的反电动势进行电能储存的储能模块。

3.一种舵机，包括电机以及与所述电机相连接的刹车电路，所述刹车电路包括与所述电机相连接的驱动桥，其特征在于，所述刹车电路还包括刹车控制单元，所述刹车控制单元通过所述驱动桥与所述电机连接，所述刹车控制单元包括：

与电源模块的正输出端相连接，用于使所述电源模块输出电流单向导通的防倒灌模块；

与所述防倒灌模块的输出端相连接，用于当所述电源模块停止供电时，根据所述电机产生的反电动势的电压值导通或关断的触发模块；以及

与所述触发模块的输出端以及所述电源模块的负输出端相连接，用于消耗所述电机产生的反电动势以使所述电机制动的阻性的制动模块；

所述防倒灌模块包括第一二极管，

所述第一二极管的阳极接所述电源模块的正输出端，所述第一二极管的阴极为所述防倒灌模块的输出端；

所述触发模块包括第一场效应管，

所述第一场效应管的源极接所述防倒灌模块的输出端，所述第一场效应管的栅极接所述电源模块的正输出端，所述第一场效应管的漏极为所述触发模块的输出端；

所述制动模块包括第一电阻，

所述第一电阻的第一端接所述触发模块的输出端，所述第一电阻的第二端接所述电源模块的负输出端。

4.如权利要求3所述的舵机，其特征在于，所述刹车电路还包括：

与所述驱动桥的正输入端以及负输入端相连接，用于对所述电源模块输出的电信号或者所述电机产生的反电动势进行电能储存的储能模块。