CN107863912B - 一种舵机及其电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种舵机及其电机驱动电路，其中电机驱动电路包括：驱动单元；三个结构相同的开关单元，分别连接在驱动单元的三个输出端与所述电机的三相输入端之间，用于根据所述驱动单元输出的驱动信号对所述电机的三相通路的通断进行控制；三个结构相同的开关控制单元，分别连接在所述驱动单元的三个输出端与三个所述开关单元之间，分别用于减缓三个所述开关单元中的开关管的开启速度。本发明实施例通过在驱动单元与开关单元之间连接用于减缓开关管的开启速度的开关控制单元，从而使得开关管的开启速度降低，进而减弱了开关单元工作时所产生的电磁辐射，降低了舵机的对外辐射。

Description

一种舵机及其电机驱动电路

技术领域

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种舵机及其电机驱动电路。

背景技术

舵机是一种角度伺服的驱动器，其适用于需要角度不断变化并可以保持的控制系统，例如机器人中。舵机的核心器件包括电机，电机用于在驱动芯片的驱动下转动，进而带动舵机工作。现有的舵机中使用的大多是直流无刷电机，为了驱动直流无刷电机转动，通常会在直流无刷电机的三相输入端设置开关管，开关管用于在驱动芯片的控制下对电机三相通路的通断进行控制，进而实现电机的换相，达到控制电机转动的目的。

然而，由于现有舵机中的开关管直接与驱动芯片相连，因而在驱动芯片驱动开关管开启时，会导致开关管的开启速度较快，而开关管在快速开启时会产生较大的电磁辐射，从而使得舵机的对外辐射较大，影响人的身体健康。

发明内容

本发明实施例提供一种舵机及其电机驱动电路，旨在解决现有的舵机对外辐射较大的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种舵机的电机驱动电路，与所述舵机中用于带动所述舵机工作的电机相连，所述电机驱动电路包括：

驱动单元；

三个结构相同的开关单元，分别连接在所述驱动单元的三个输出端与所述电机的三相输入端之间，用于根据所述驱动单元输出的驱动信号对所述电机的三相通路的通断进行控制；

三个结构相同的开关控制单元，分别连接在所述驱动单元的三个输出端与三个所述开关单元之间，分别用于减缓三个所述开关单元中的开关管的开启速度。

进一步的，所述电机驱动电路还包括：滤波单元；

所述滤波单元连接在所述开关单元与所述电机之间，用于对输入至所述电机的电源信号进行滤波处理。

进一步的，所述驱动单元的每个输出端包括两个端口；每个所述开关控制单元包括第一开关速度控制单元和第二开关速度控制单元；

所述第一开关速度控制单元的输入端和所述第二开关速度控制单元的输入端分别与所述驱动单元的一个输出端对应的两个端口连接，所述第一开关速度控制单元的第一输出端和第二输出端分别与所述开关单元的第一控制端和第二控制端连接；所述第二开关速度控制单元的第一输出端和第二输出端分别与所述开关单元的第三控制端和第四控制端连接。

进一步的，所述开关单元的电源端接所述电源；每个所述开关单元包括第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的控制端和第一端分别为所述开关单元的第一控制端和电源端，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端共接形成所述开关单元的第二控制端，所述第二开关管的控制端和第二端分别为所述开关单元的第三控制端和第四控制端，且所述第二开关管的第二端接地。

进一步的，所述第一开关速度控制单元包括第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一电容；

所述第一二极管的负极与所述第二电阻的第一端共接形成所述第一开关速度控制单元的输入端，所述第一二极管的正极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第一端及所述第一电容的第一端共接形成所述第一开关速度控制单元的第一输出端，所述第三电阻的第二端与所述第一电容的第二端共接形成所述第一开关速度控制单元的第二输出端。

进一步的，所述第二开关速度控制单元包括第二二极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻及第二电容；

所述第二二极管的负极与所述第五电阻的第一端共接形成所述第二开关速度控制单元的输入端，所述第二二极管的正极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端、所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第一端及所述第二电容的第一端共接形成所述第二开关速度控制单元的第一输出端，所述第六电阻的第二端与所述第二电容的第二端共接形成所述第二开关速度控制单元的第二输出端。

进一步的，所述第一开关管为第一NMOS管；

所述第一NMOS管的栅极、漏极及源极分别为所述第一开关管的控制端、第一端及第二端。

进一步的，所述第二开关管为第二NMOS管；

所述第二NMOS管的栅极、漏极及源极分别为所述第二开关管的控制端、第一端及第二端。

第二方面，本发明实施例提供了一种舵机，包括用于带动所述舵机工作的电机，所述舵机还包括上述第一方面所述的电机驱动电路。

本发明实施例提供的电机驱动电路，通过在驱动单元与开关单元之间连接用于减缓开关管的开启速度的开关控制单元，从而使得开关单元中的开关管的开启速度降低，进而减弱了开关单元工作时所产生的电磁辐射，降低了舵机的对外辐射。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种舵机的电机驱动电路的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种舵机的电机驱动电路的结构示意图；

图3是本发明再一实施例提供的一种舵机的电机驱动电路的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种舵机的电机驱动电路的电路原理图；

图5是本发明实施例提供的一种舵机的结构示意图。

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。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。此外，术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而非用于描述特定顺序。

请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种舵机的电机驱动电路的结构示意图。如图1所示，一种舵机的电机驱动电路100，与舵机中用于带动舵机工作的电机200相连，电机驱动电路100包括：驱动单元10、三个结构相同的开关单元20及三个结构相同的开关控制单元30。具体的：

三个结构相同的开关单元20分别连接在驱动单元10的三个输出端a、b、c与电机的三相输入端U、V、W之间，用于根据驱动单元10输出的驱动信号对电机200的三相通路的通断进行控制。具体的，驱动单元10每次会控制电机200的三相通路中的其中两相通路导通，另一相通路断开。

三个结构相同的开关控制单元30分别连接在驱动单元10的三个输出端a、b、c与三个开关单元20之间，分别用于减缓三个开关单元20中的开关管的开启速度。

在本发明实施例中，电机200为直流无刷电机，直流无刷电机为三相电机，直流电机200的每相之间相差120°。电源300为直流电源，其用于对电机200进行供电。

在需要驱动电机200转动时，驱动单元10按照预设的驱动顺序，周期性地驱动电机200的三相通路中的其中两相通路导通。例如，若预设的驱动顺序为：依次控制电机的UV相、UW相、VW相、VU相、WU相及WV相导通，则驱动单元10周期性地依次控制电机的UV相、UW相、VW相、VU相、WU相及WV相导通，以使电机转动。

其中，控制电机200的UV相导通具体指：控制电机200的U相和V相导通，且控制电机200的U相接电源300的正极，V相接电源300的负极。

控制电机200的VU相导通具体指：控制电机200的U相和V相导通，且控制电机200的V相接电源300的正极，U相接电源300的负极。其余相导通依此类推，此处不再赘述。

在本实施例中，当驱动单元10输出的驱动信号用于驱动开关单元20中的开关管开启时，开关控制单元30可以减缓开关管的开启速度，但不对开关管的关断速度造成影响，从而可以减弱开关单元20中的开关管开启时所产生的电磁辐射，降低了舵机的对外辐射。

请参见图2，图2是本发明另一实施例提供的一种舵机的电机驱动电路的结构示意图。如图2所示，相对于上一实施例，本实施例中的电机驱动电路100还包括：滤波单元40。

滤波单元40连接在开关单元20与电机200之间，用于对输入至电机200的电源信号进行滤波处理。

在本实施例中，滤波单元40对输入至电机200的电源信号进行滤波处理，从而滤除了开关单元20中的开关管开启时由于电流瞬间突变而在电机200的输入端所产生的毛刺信号，进而抑制了电流瞬间突变所产生的电磁辐射，进一步降低了舵机的对外辐射。

请参见图3，图3是本发明再一实施例提供的一种舵机的电机驱动电路的结构示意图。如图3所示，驱动单元10的每个输出端（a或b或c）均包括两个端口。具体的，驱动单元10的输出端a包括端口a1和a2，驱动单元10的输出端b包括端口b1和b2，驱动单元10的输出端c包括端口c1和c2。每个开关控制单元30包括第一开关速度控制单元301和第二开关速度控制单元302。

第一开关速度控制单元301的输入端和第二开关速度控制单元302的输入端分别与驱动单元10的三相输入端中的其中一个输出端对应的两个端口连接，第一开关速度控制单元301的第一输出端和第二输出端分别与开关单元20的第一控制端和第二控制端连接；第二开关速度控制单元302的第一输出端和第二输出端分别与开关单元20的第三控制端和第四控制端连接。

作为本实施例一种可能实现的方式，开关单元20的电源端接电源300；每个开关单元20包括第一开关管201和第二开关管202。

其中，第一开关管201的控制端和第一端分别为开关单元20的第一控制端和电源端，第一开关管201的第二端与第二开关管202的第一端共接形成开关单元20的第二控制端，第二开关管202的控制端和第二端分别为开关单元20的第三控制端和第四控制端，且第二开关管202的第二端接地。

作为本实施例一种可能实现的方式，第一开关速度控制单元301包括第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3及第一电容C1。

其中，第一二极管D1的负极与第二电阻R2的第一端共接形成第一开关速度控制单元301的输入端，第一二极管D1的正极与第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端、第二电阻R2的第二端、第三电阻R3的第一端及第一电容C1的第一端共接形成第一开关速度控制单元301的第一输出端，第三电阻R3的第二端与第一电容C1的第二端共接形成第一开关速度控制单元301的第二输出端。

在本发明实施例中，第二电阻R2的阻值远大于第一电阻R1的阻值。

作为本实施例一种可能实现的方式，第二开关速度控制单元302包括第二二极管D2、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6及第二电容C2。

其中，第二二极管D1的负极与第五电阻R5的第一端共接形成第二开关速度控制单元302的输入端，第二二极管D2的正极与第四电阻R4的第一端连接，第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第二端、第六电阻R6的第一端及第二电容C2的第一端共接形成第二开关速度控制单元302的第一输出端，第六电阻R6的第二端与第二电容C2的第二端共接形成第二开关速度控制单元302的第二输出端。

在本发明实施例中，第五电阻R5的阻值远大于第四电阻R4的阻值。

作为本实施例一种可能实现的方式，第一开关管201为第一NMOS管Q1。

其中，第一NMOS管Q1的栅极、漏极及源极分别为第一开关管201的控制端、第一端及第二端。

作为本实施例一种可能实现的方式，第二开关管202为第二NMOS管Q2。

其中，第二NMOS管Q2的栅极、漏极及源极分别为第二开关管202的控制端、第一端及第二端。

需要说明的是，在本发明实施例中，第一开关管201和第二开关管202还可以为PMOS管、N型三极管或P型三极管等开关器件，具体根据实际需求设置，此处不做限制。

作为本实施例一种可能实现的方式，滤波单元40的第一输入端、第二输入端及第三输入端分别与三个开关单元20的第二控制端连接，滤波单元40的第一输出端、第二输出端及第三输出端分别与电机200的三相输入端连接。

滤波单元40包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第三电容C3、第四电容C4及第五电容C5。

其中，第一电感L1的第一端、第二电感L2的第一端及第三电感L3的第一端分别为滤波单元40的第一输入端、第二输入端及第三输入端，第一电感L1的第二端、第四电容C4的第二端及第五电容C5的第二端共接形成滤波单元40的第一输出端，第二电感L2的第二端、第三电容C3的第二端及第五电容C5的第一端共接形成滤波单元40的第二输出端，第三电感L3的第二端、第三电容C3的第一端及第四电容C4的第一端共接形成滤波单元40的第三输出端。

以下结合图4对本发明实施例提供的一种舵机的电机驱动电路100的工作原理进行详细说明：

请参见图4，此处以控制电机200的U相和V相导通，且电机200的U相接电源300的正极VCC，电机200的V相接电源300的负极（本实施例中电源300的负极接地）为例进行说明：

具体的，当需要控制电机200的U相接电源300的正极VCC，电机200的V相接电源300的负极时，驱动单元10的输出端口a1和b2均输出高电平，驱动单元10的其他端口均输出低电平，此时，U相对应的开关单元20中的第一NMOS管Q1和V相对应的开关单元20中的第二NMOS管Q2均开启（导通），电流从电源300的正极VCC经U相对应的开关单元20中的第一NMOS管Q1流向电机200的U相输入端，再从电机200的V相输入端经V相对应的开关单元20中的第二NMOS管Q2流向地。由于第一NMOS管Q1的栅极和第二NMOS管Q2的栅极分别连接了第二电阻R2和第五电阻R5，因此，第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的开启速度均会减慢。同时，由于第一NMOS管Q1的栅极和源极之间连接了第一电容C1，第二NMOS管Q2的栅极和源极之间连接了第二电容C2，从而增加了第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的充电时间，也使得第一NMOS管Q1和第二NMOS管Q2的开启速度减慢，从而进一步减弱了开关管开启时所产生的电磁辐射，降低了舵机的对外辐射。

同时，滤波单元40中的三个电感与三个电容分别构成三个LC滤波电路，对输入至电机200的电源信号进行滤波处理，从而滤除了开关单元20中的开关管开启时由于电流瞬间突变而在电机200的输入端所产生的毛刺信号，进而抑制了电流瞬间突变所产生的电磁辐射，进一步降低了舵机的对外辐射。

当驱动单元10的输出端口a1和b2输出低电平时，U相对应的开关单元20中的第一NMOS管Q1和V相对应的开关单元20中的第二NMOS管Q2均关断。由于第二电阻R2的阻值远大于第一电阻R1的阻值，因此，当第一NMOS管关断时（即第一NMOS管的栅极放电时），会通过第一电阻R1所在的通路快速放电，即第二电阻R2并不会影响第一NMOS管的关断速度。同样的，由于第五电阻R5的阻值远大于第四电阻R4的阻值，因此，当第二NMOS管关断时（即第二NMOS管的栅极放电时），会通过第四电阻R4所在的通路快速放电，即第五电阻R5并不会影响第一NMOS管的关断速度。

本发明还提供了一种舵机，请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种舵机的结构示意图。本发明实施例提供的舵机1包括用于带动舵机1工作的电机200，舵机1还包括上述实施例提供的电机驱动电路100。

可以理解的是，由于本实施例提供的舵机1中的电机驱动电路100在上述内容中已经详细描述，故此处不再赘述。

本发明实施例提供的电机驱动电路，通过在驱动单元与开关单元之间连接用于减缓开关单元中的开关管的开启速度的开关控制单元，从而使得开关管的开启速度降低，进而减弱了开关单元工作时所产生的电磁辐射，降低了舵机的对外辐射。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种舵机的电机驱动电路，与所述舵机中用于带动所述舵机工作的电机相连，其特征在于，所述电机驱动电路包括：

驱动单元；

三个结构相同的开关单元，分别连接在所述驱动单元的三个输出端与所述电机的三相输入端之间，用于根据所述驱动单元输出的驱动信号对所述电机的三相通路的通断进行控制；

三个结构相同的开关控制单元，分别连接在所述驱动单元的三个输出端与三个所述开关单元之间，分别用于减缓三个所述开关单元中的开关管的开启速度；

所述驱动单元的每个输出端包括两个端口；每个所述开关控制单元包括第一开关速度控制单元和第二开关速度控制单元；

所述第一开关速度控制单元的输入端和所述第二开关速度控制单元的输入端分别与所述驱动单元的一个输出端对应的两个端口连接，所述第一开关速度控制单元的第一输出端和第二输出端分别与所述开关单元的第一控制端和第二控制端连接；所述第二开关速度控制单元的第一输出端和第二输出端分别与所述开关单元的第三控制端和第四控制端连接；

所述第一开关速度控制单元包括第一二极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及第一电容；

所述第一二极管的负极与所述第二电阻的第一端共接形成所述第一开关速度控制单元的输入端，所述第一二极管的正极与所述第一电阻的第一端连接，所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第一端及所述第一电容的第一端共接形成所述第一开关速度控制单元的第一输出端，所述第三电阻的第二端与所述第一电容的第二端共接形成所述第一开关速度控制单元的第二输出端；

所述第二开关速度控制单元包括第二二极管、第四电阻、第五电阻、第六电阻及第二电容；

所述第二二极管的负极与所述第五电阻的第一端共接形成所述第二开关速度控制单元的输入端，所述第二二极管的正极与所述第四电阻的第一端连接，所述第四电阻的第二端、所述第五电阻的第二端、所述第六电阻的第一端及所述第二电容的第一端共接形成所述第二开关速度控制单元的第一输出端，所述第六电阻的第二端与所述第二电容的第二端共接形成所述第二开关速度控制单元的第二输出端。

2.根据权利要求1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：滤波单元；

所述滤波单元连接在所述开关单元与所述电机之间，用于对输入至所述电机的电源信号进行滤波处理。

3.根据权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于，所述开关单元的电源端接所述电源；每个所述开关单元包括第一开关管和第二开关管；

所述第一开关管的控制端和第一端分别为所述开关单元的第一控制端和电源端，所述第一开关管的第二端与所述第二开关管的第一端共接形成所述开关单元的第二控制端，所述第二开关管的控制端和第二端分别为所述开关单元的第三控制端和第四控制端，且所述第二开关管的第二端接地。

4.根据权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第一开关管为第一NMOS管；

所述第一NMOS管的栅极、漏极及源极分别为所述第一开关管的控制端、第一端及第二端。

5.根据权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，所述第二开关管为第二NMOS管；

所述第二NMOS管的栅极、漏极及源极分别为所述第二开关管的控制端、第一端及第二端。

6.根据权利要求3所述的电机驱动电路，其特征在于，所述滤波单元的第一输入端、第二输入端及第三输入端分别与三个所述开关单元的第二控制端连接，所述滤波单元的第一输出端、第二输出端及第三输出端分别与所述电机的三相输入端连接；

所述滤波单元包括第一电感、第二电感、第三电感、第三电容、第四电容及第五电容；

所述第一电感的第一端、所述第二电感的第一端及所述第三电感的第一端分别为所述滤波单元的第一输入端、第二输入端及第三输入端，所述第一电感的第二端、所述第四电容的第二端及所述第五电容的第二端共接形成所述滤波单元的第一输出端，所述第二电感的第二端、所述第三电容的第二端及所述第五电容的第一端共接形成所述滤波单元的第二输出端，所述第三电感的第二端、所述第三电容的第一端及所述第四电容的第一端共接形成所述滤波单元的第三输出端。

7.一种舵机，包括用于带动所述舵机工作的电机，其特征在于，还包括如权利要求1至6任一项所述的电机驱动电路。

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