CN109245636A - 一种电机伺服功率驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及动中通天线技术领域，尤其是指一种电机伺服功率驱动电路，包括电源电路、主控单片机、三角波产生电路、电流采样电路、MOSFET驱动电路以及PWM波产生电路；所述电源电路用于提供电源；所述主控单片机用于输出控制电压；所述三角波产生电路用于产生三角波信号；所述电流采样电路用于检测流经电机内电路的电流，并且输出两路检测电压；所述MOSFET驱动电路用于驱动电机转动；所述PWM波产生电路用于将输入的两路检测电压与控制电压叠加之后，产生两路限位信号，然后将两路限位信号与三角波信号比较，最后产生两路PWM信号并且输出到MOSFET驱动电路中，本发明驱动电机响应速度快，同时具有高精度。
Description
技术领域
本发明涉及伺服电路技术领域，尤其是指一种电机伺服功率驱动电路。
背景技术
卫星通信系统分为两大类，一是静态通信系统，主要应用于卫星数字电视的接收。二是移动卫星通信(即动中通)系统，应用于车辆、船舶、飞机等不断运动的天线载体与卫星之间的通信。前者主要应用于有线数字电视信号无法覆盖地区，或作为卫星电视信号发射主站。在这些应用当中，由于天线一直处于静止状态，固定卫星天线接收系统，只需要调整天线的方位角和俯仰角，使天线对准卫星，就可以方便的接收卫星信号。而后者由于天线载体一直处于不断的运动中，天线姿态不断的进行改变，在这些情况之下，载体上的天线就不能准确的对准到卫星，无法接收卫星信号。为了保证接收站与卫星之间的不间断的稳定通信，动中通技术最为重要，而动中通技术的关键技术是快速、稳定、可靠的伺服控制系统。
伺服控制系统的核心是要构造一个稳定平台，使运动载体上的天线能够不受外界扰动影响，始终保持天线的空间指向不变。载体的运动主要有两个方面的干扰：1)载体的角运动干扰；2)载体长距离的线运动干扰。对于卫星的摄动可以通过卫星下行信号进行跟踪，而对于载体的运动主要是在稳定的基础上通过跟踪实现对载体运动的隔离并跟踪捕获卫星信号，从而实现载体运动中的可靠卫星通信。因此，伺服控制系统的好坏直接影响整个车载动中通系统的通信质量。
现有伺服驱动技术存在的缺点：
1.现有的技术是通过软件编程来实现PWM波输出的，同时需要驱动器来驱动外部MOS管。此种方案驱动电路去控制直流电机跟踪精度比较差，满足不了跟踪精度要求。同时软件编程要求较高(精度差)。
2.现有的技术是电机驱动器通过MCU输出的控制信号经过运算处理后，直接去驱动直流电机，控制过程中，电机的响应速度跟不上，跟踪性能差(响应速度差)。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种电机伺服功率驱动电路，本发明响应速度快，同时具有高精度。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：1.包括电源电路、主控单片机、三角波产生电路、电流采样电路、MOSFET驱动电路以及PWM波产生电路；所述电源电路用于提供电源；所述主控单片机用于输出控制电压；所述三角波产生电路用于产生三角波信号；所述电流采样电路用于检测流经电机内电路的电流，并且输出两路检测电压；所述MOSFET驱动电路用于驱动电机转动；所述PWM波产生电路用于将输入的两路检测电压与控制电压叠加之后，产生两路限位信号，然后将两路限位信号与三角波信号比较，最后产生两路PWM信号并且输出到MOSFET驱动电路中。
作为优选，所述MOSFET驱动电路连接有飞车保护电路，所述飞车保护电路的输入端用于接收电机的转速信号，所述飞车保护电路的输出端分别与主控单片机及MOSFET驱动电路连接。
作为优选，所述电源电路与MOSFET驱动电路之间设有电压卸放电路，所述电压卸放电路用于消除电机停止转动时产生的反向电动势。
作为优选，所述MOSFET驱动电路连接有电压保护电路，所述电压保护电路的输入端与主控单片机连接，所述电压保护电路的输出端与MOSFET驱动电路连接。
作为优选，所述电源电路连接有过温保护电路，所述过温保护电路用于当电路环境温度过高时断开电源电路。
作为优选，所述MOSFET驱动电路的输出端设有两个滤波电路，所述两个滤波电路用于减小电机的噪声以及减少电机发热量。
作为优选，所述电源电路包括第二降压电路，所述第二降压电路用于提供5V直流电源，所述第二降压电路连接有5V电压监控电路，所述5V电压监控电路的输入端与第二降压电路连接，所述5V电压监控电路的输出端与MOSFET驱动电路连接。
作为优选，所述MOSFET驱动电路的输出端连接有继电器控制电路，所述继电器控制电路用于防止电机受到外力而发生转动。
作为优选，所述电源电路还包括48V输入电源、第一降压电路以及第三降压电路，所述第一降压电路用于将48V输入电源降压，并且输出28V电压，所述第二降压电路用于将第一降压电路降压，并且输出5V电压，所述第三降压电路用于将第二降压电路降压，并且输出2.5V电压。
本发明的有益效果：本发明不需要专门的驱动器来驱动电机，同时不用设计软件来产生PWM波，而是采用纯硬件电路产生PWM波，因此电机响应速度快，而且响应精度高，即当需要追踪卫星时，本发明可以快速驱动电机转动，从而带动天线对卫星进行追踪，同时可以精确控制电机转速，从而可以精确地带动天线对卫星进行追踪。
附图说明
图1为本发明的整体原理图；
图2为三角波产生电路的电路图；
图3为电流采样电路的电路图；
图4为MOSFET驱动电路的电路图；
图5为PWM波产生电路的电路图；
图6为飞车保护电路的电路图；
图7为电压卸放电路的电路图；
图8为电压保护电路的电路图；
图9为过温保护电路的电路图；
图10为5V电压监控电路的电路图；
图11为继电器控制电路的电路图；
图12为第一降压电路的电路图；
图13为第二降压电路的电路图；
图14为第三降压电路的电路图。
附图标记：1、第一降压电路；2、第二降压电路。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1-图5所示，一种电机伺服功率驱动电路，包括电源电路、主控单片机、三角波产生电路、电流采样电路、MOSFET驱动电路以及PWM波产生电路；所述电源电路用于提供电源；所述主控单片机用于输出控制电压；所述三角波产生电路用于产生三角波信号；所述电流采样电路用于检测流经电机内电路的电流，并且输出两路检测电压；所述MOSFET驱动电路用于驱动电机转动；所述PWM波产生电路用于将输入的两路检测电压与控制电压叠加之后，产生两路限位信号，然后将两路限位信号与三角波信号比较，最后产生两路PWM信号并且输出到MOSFET驱动电路中。
如图1-图5所示，主控单片机向PWM波产生电路输入控制电压V_in，三角波产生电路输出三角波信号并且输出到PWM波产生电路，电流采样电路检测流经电机内电路的电流，然后输出两路检测电压并且输出到PWM波产生电路，PWM波产生电路包括PI调节电路，如图1所示，PI电路由运算放大器DA4B、电阻R17、电阻R21及电容C16构成，PWM波产生电路将两路检测电压与控制信号叠加成一路电压信号，然后经过PI调节电路的比例放大和积分调节后，，再经过电阻R15、电阻R26分压后输出两路限位信号，两路限位信号分别在运算放大器DA6A和运算放大器DA6B中与三角波信号进行比较叠加，进而产生两路PWM信号并且输出到MOSFET驱动电路中，两路PWM信号分别为PWM_IN1和PWM_IN2，PWM_IN1和PWM_IN2分别经驱动芯片DA1和DA9调节后，然后分别输出两路互补的PWM信号，用于控制MOS管VT1、VT2、VT3、VT4，当VT1和VT4导通时，电机正转；当VT2和VT3导通时，电机反转，而电机的转速大小由主控单片机的控制电压决定，DA1和DA9的型号为L6384D。
本发明不需要专门的驱动器来驱动电机，同时不用设计软件来产生PWM波，而是采用纯硬件电路产生PWM波，因此电机响应速度快，而且响应精度高，即当需要追踪卫星时，本发明可以快速驱动电机转动，从而带动天线对卫星进行追踪，同时可以精确控制电机转速，从而可以精确地带动天线对卫星进行追踪。
如图6所示，述MOSFET驱动电路连接有飞车保护电路，所述飞车保护电路的输入端用于接收电机的转速信号，所述飞车保护电路的输出端分别与主控单片机及MOSFET驱动电路连接。当电机失控，其转速不受主控单片机控制，导致转速过快时，安装于电机上的旋转编码器向转换器DA14发送转速频率，转换器DA14用于将转速频率转换成电压信号，然后输入到运算放大器DA15A中，使运算放大器DA15A输出高电平并且发送到芯片DA16中，使得芯片DA16输出高电平，从而使三极管VT9、VT10导通，VT9、VT10导通使芯片DA17和VT8导通，而VT8的集电极与驱动芯片DA1和DA9的DT/ST接口连接，VT8向DT/ST接口发送高电平，使得驱动芯片DA1和DA9不输出PWM信号，进而使电机停止转动。同时，VT9、VT10导通使得MOS管V9导通，而MOS管V9的漏极与主控单片机的M_STOP引脚连接，当M_STOP引脚接收到从MOS管V9的漏极输入的高电平信号，主控单片机便不会输出控制电压，进而保证电机会停止转动。通过飞车保护电路可以使转速失控的电机停止转动，从而对天线进行保护。
如图7所示，所述电源电路与MOSFET驱动电路之间设有电压卸放电路，所述电压卸放电路用于消除电机停止转动时产生的反向电动势。当没有设置电压卸放电路时，当电机停止时，电机的内电路会产生反向电动势，严重时，反向电动势会增大MOSFET驱动电路的输入电压，从而烧毁MOSFET驱动电路的电子元器件。而设置电压卸放电路，当电机的内电路产生反向电动势时，使得电感器L4的电压大于48V，VT5的导通电压VEB便会增大，当导通电压VEB大于0.7时，VT5便会导通，进而使VT7导通，最后通过电阻R44和电阻R45将反向电动势卸放清除，从而避免MOSFET驱动电路被烧坏，起保护作用。
如图8所示，所述MOSFET驱动电路连接有电压保护电路，所述电压保护电路的输入端与主控单片机连接，所述电压保护电路的输出端与MOSFET驱动电路连接。当主控单片机输入的控制电压过大时，监控器DA3B便会输出高电平信号，从而使比较器DA7A、DA7B输出高电平，而比较器DA7A、DA7B的输出端与驱动芯片DA1和DA9的DT/ST接口连接，DT/ST接口接收到监控器DA3B输出的高电平之后，驱动芯片DA1和DA9便不会输出PWM信号，使得电机不能转动，防止MOSFET驱动电路被烧坏，从而对整体电路以及电机起保护作用。
如图9所示，所述电源电路连接有过温保护电路，所述过温保护电路用于在温度过高时断开电源电路，热敏电阻RT1的型号为NTCS0805E3103JMT，其灵敏度为-4％/℃，其临界温度为81℃，即当温度上升到81℃，当整体电路运行时间过长时，或者受到外界环境影响时，便会导致温度超过81℃，过温保护电路便会向电源电路发送指令电平，使电源电路断开，从而对整体电路进行保护，防止因为温度过高，烧坏元器件或电机。
如图4所示，所述MOSFET驱动电路的输出端设有两个滤波电路，所述两个滤波电路用于减小电机的噪声以及减少电机发热量，所述两个滤波电路包括第一滤波电路1和第二滤波电路2，第一滤波电路1包括有电感L1、电容C8及电阻R5，第二滤波2电路包括电感L2、电容C19及电阻R8，电感L1、L2型号为SER2918H-153KL，第一滤波电路1及第二滤波电路2可以将两路PWM信号分别转换成直流电压，从而减少电机的阻抗，进而减小电机发热，对电机进行保护，而且可以减小电机发出的噪声。
如图10和图13所示，所述电源电路包括第二降压电路，所述第二降压电路用于提供5V直流电源，所述第二降压电路连接有5V电压监控电路，所述5V电压监控电路的输入端与第二降压电路连接，所述5V电压监控电路的输出端与MOSFET驱动电路连接，当第二降压电路出现异常时，5V电压监控电路便会检测第二降压电路输入的电压是否大于5V，如果大于5V，5V电压监控电路就向MOSFET驱动电路中的芯片DA9发送指令，控制芯片DA9不输出电信信号，从而使电机不转动，从而对电机以及整体电路进行保护。
如图11所示，所述MOSFET驱动电路的输出端连接有继电器控制电路，所述继电器控制电路用于防止电机受到外力而发生转动，所述继电器控制电路包括继电器K1，当MOSFET驱动电路通电时，继电器K1通电，电机的线圈闭合，电机转动，而当MOSFET驱动电路不通电时，电机的线圈是不感应的，使得电机无法在外力的作用下转动，由于天线的转动是由电机传动的，而继电器控制电路将电机抱死，从而避免当电路不通电时，电机受外力影响而转动，进而对天线进行保护。
如图12-图14所示，所述电源电路还包括48V输入电源、第一降压电路以及第三降压电路，所述第一降压电路用于将48V输入电源降压，并且输出28V电压，所述第二降压电路用于将第一降压电路降压，并且输出5V电压，所述第三降压电路用于将第二降压电路降压，并且输出2.5V电压。第一降压电路包括稳压芯片DA13，其型号为LM5576MH，降压芯片DA13可以直接将48V输入电压降压成28V电压；第二降压电路包括稳压芯片DA8，其型号为LM78M05，稳压芯片DA8可以直接将输入的28V电压降压成5V电压；第三降压电路包括运算放大器DA3A，其型号为LMC6482IM，运算放大器DA3A可以直接将输入的5V电压降压成2.5V电压。对48V输入电源进行降压并且输出三种不同的电压，可以满足各电路的输入电压需求。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：包括电源电路、主控单片机、三角波产生电路、电流采样电路、MOSFET驱动电路以及PWM波产生电路；所述电源电路用于提供电源；所述主控单片机用于输出控制电压；所述三角波产生电路用于产生三角波信号；所述电流采样电路用于检测流经电机内电路的电流，并且输出两路检测电压；所述MOSFET驱动电路用于驱动电机转动；所述PWM波产生电路用于将输入的两路检测电压与控制电压叠加之后，产生两路限位信号，然后将两路限位信号与三角波信号比较，最后产生两路PWM信号并且输出到MOSFET驱动电路中。
2.根据权利要求1所述的一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：所述MOSFET驱动电路连接有飞车保护电路，所述飞车保护电路的输入端用于接收电机的转速信号，所述飞车保护电路的输出端分别与主控单片机及MOSFET驱动电路连接。
3.根据权利要求1所述的一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：所述电源电路与MOSFET驱动电路之间设有电压卸放电路，所述电压卸放电路用于消除电机停止转动时产生的反向电动势。
4.根据权利要求1所述的一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：所述MOSFET驱动电路连接有电压保护电路，所述电压保护电路的输入端与主控单片机连接，所述电压保护电路的输出端与MOSFET驱动电路连接。
5.根据权利要求1所述的一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：所述电源电路连接有过温保护电路，所述过温保护电路用于当电路环境温度过高时断开电源电路。
6.根据权利要求1所述的一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：所述MOSFET驱动电路的输出端设有两个滤波电路，所述两个滤波电路用于减小电机的噪声以及减少电机发热量。
7.根据权利要求1所述的一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：所述电源电路包括第二降压电路，所述第二降压电路用于提供5V直流电源，所述第二降压电路连接有5V电压监控电路，所述5V电压监控电路的输入端与第二降压电路连接，所述5V电压监控电路的输出端与MOSFET驱动电路连接。
8.根据权利要求1所述的一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：所述MOSFET驱动电路的输出端连接有继电器控制电路，所述继电器控制电路用于防止电机受到外力而发生转动。
9.根据权利要求7所述的一种电机伺服功率驱动电路，其特征在于：所述电源电路还包括48V输入电源、第一降压电路以及第三降压电路，所述第一降压电路用于将48V输入电源降压，并且输出28V电压，所述第二降压电路用于将第一降压电路降压，并且输出5V电压，所述第三降压电路用于将第二降压电路降压，并且输出2.5V电压。
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