CN109391188A - 一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子电路技术领域，提供了一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路及装置，通过控制第一供电控制模块先导通预设时间，使得电池输出的供电信号流经第一供电控制模块后，经过预充模块对直流电机控制电路中的电容进行预充电，避免在对直流电机进行供电的瞬间电流过大；接着控制第二供电控制模块一并导通，则第二供电控制模块将预充模块进行旁路掉，使得在直流电机正常启动后，电路功能正常。由此实现了可减小供电瞬间的电流，并且不影响其供电能力；同时很好的保护电池内部器件，提高了系统的稳定性，解决了现有的电池供电技术存在着供电瞬间电流过大，导致对电池内部的器件造成不良影响的问题。
Description
技术领域
本发明属于电子电路技术领域，尤其涉及一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路及装置。
背景技术
机器人作为一种新生的智能化设备，包括：工业级机器人，如机器臂；服务型机器人，如在大型商场、营业厅、机场等厂商进行服务，提供咨询或者其他服务的机器人。无论是哪种机器人，都需要具有灵活的动作，如手臂、可以运动的底盘、可以行走的双脚等。当然，具有灵活的动作的前提就是需要有舵机，舵机即需要有电机。
目前，对于服务型机器人而言，需要采用电池供电；并且服务型机器人需要用到直流电机，电机控制电路都有很大的电容，而电池供电则是直流供电，一般需要有很高的放电倍率，以满足舵机运动的电流的需求。对于大型轮式机器人而言，外加手臂则需要电机需要有很大的功率来带动机器人运动和动作，则电机瞬间启动时需要的电流很大。因此需要电池能满足大电流的需求，则需要电池内部做处理，以达到满足电流的要求。
现有的机器人直流供电模式，是直接由电池对电机进行供电，瞬间需要很大的电流，而瞬间电流过大会对电池内部的器件造成不良影响以及造成系统不稳定。
因此，现有的电池供电技术存在着供电瞬间电流过大，导致对电池内部的器件造成不良影响的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路及装置，旨在解决现有的电池供电技术存在着供电瞬间电流过大，导致对电池内部的器件造成不良影响的问题。
本发明第一方面提供了一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路，所述控制电路包括：
与电池连接，用于根据第一控制信号进行导通或关断的第一供电控制模块；
与所述第一供电控制模块相连接，用于根据第二控制信号进行导通或关断的第二供电控制模块；
与所述第一供电控制模块相连接且与所述第二供电控制模块进行并联，用于当所述第一供电控制模块导通及所述第二供电控制模块关断时，接收所述第一供电控制模块输出的电流信号并对直流电机控制电路中的电容进行预充电的预充模块；以及
与所述第一供电控制模块以及所述第二供电控制模块相连接，用于输出所述第一控制信号和所述第二控制信号，以控制所述第一供电控制模块先导通预设时间后，再控制所述第二供电控制模块一并导通的主控模块。
本发明第二方面提供了一种用于减小直流电机供电峰值的控制装置，包括控制电路和用于输出供电信号的电池，所述控制电路包括：
与所述电池连接，用于根据第一控制信号进行导通或关断的第一供电控制模块；
与所述第一供电控制模块相连接，用于根据第二控制信号进行导通或关断的第二供电控制模块；
与所述第一供电控制模块相连接且与所述第二供电控制模块进行并联，用于当所述第一供电控制模块导通及所述第二供电控制模块关断时，接收所述第一供电控制模块输出的电流信号并对直流电机控制电路中的电容进行预充电的预充模块；以及
与所述第一供电控制模块以及所述第二供电控制模块相连接，用于输出所述第一控制信号和所述第二控制信号，以控制所述第一供电控制模块先导通预设时间后，再控制所述第二供电控制模块一并导通的主控模块。
本发明提供的一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路及装置，通过控制第一供电控制模块先导通预设时间，使得电池输出的供电信号流经第一供电控制模块后，经过预充模块对直流电机控制电路中的电容进行预充电，避免在对直流电机进行供电的瞬间电流过大；接着控制第二供电控制模块一并导通，则第二供电控制模块将预充模块进行旁路掉，使得在直流电机正常启动后，电路功能正常。由此实现了可减小供电瞬间的电流，并且不影响其供电能力；同时很好的保护电池内部器件，提高了系统的稳定性，解决了现有的电池供电技术存在着供电瞬间电流过大，导致对电池内部的器件造成不良影响的问题。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路的模块结构示意图。
图2是本发明实施例提供的一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路的示例电路图。
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。
上述的一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路及装置，通过控制第一供电控制模块先导通预设时间，使得电池输出的供电信号流经第一供电控制模块后，经过预充模块对直流电机控制电路中的电容进行预充电，避免在对直流电机进行供电的瞬间电流过大；接着控制第二供电控制模块一并导通，则第二供电控制模块将预充模块进行旁路掉，使得在直流电机正常启动后，电路功能正常。上述的控制电路及装置可应用于具备直流电机的设备当中，例如：机器人、人机交互设备等。
图1示出了本发明实施例提供的一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
上述一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路，该控制电路包括第一供电控制模块101、第二供电控制模块102、预充模块103以及主控模块104。
第一供电控制模块101与电池10连接，用于根据第一控制信号进行导通或关断。
第二供电控制模块102与第一供电控制模块101相连接，用于根据第二控制信号进行导通或关断。
预充模块103与第一供电控制模块101相连接且与第二供电控制模块102进行并联，用于当第一供电控制模块101导通及第二供电控制模块102关断时，接收第一供电控制模块101输出的电流信号并对直流电机20控制电路中的电容进行预充电。
主控模块104与第一供电控制模块101以及第二供电控制模块102相连接，用于输出第一控制信号和第二控制信号，以控制第一供电控制模块101先导通预设时间后，再控制第二供电控制模块102一并导通。
作为本发明一实施例，上述主控模块104控制第一供电控制模块101先导通预设时间，则电池10输出的供电信号经过第一供电控制模块101后直接经过预充模块103对直流电机20的控制板上的电容进行预充电，避免了直流电机20上电的瞬间电流过大，当电容两端的电压差在预设范围内时，则表明预充电完成；接着主控模块104控制第二供电控制模块102一并导通，则第二供电控制模块102将预充模块103旁路掉，流经第一供电控制模块101的电流信号大部分流过第二供电控制模块102，最终对直流电机20供电，以使直流电机20正常运行。
具体地，上述的预设时间是根据对直流电机20的控制板上的电容进行预充电的情况进行设定的。从开始对直流电机20的控制板上的电容进行预充电直到电容两端的电压差在预设范围内时，则将这段时间设定为上述的预设时间。
图2示出了本发明实施例提供的一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路的示例电路，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：
作为本发明一实施例，上述第一供电控制模块101包括第一三极管Q13、第一场效应管U21、第四电阻R104、第七电阻R107、第九电阻R109、第十一电阻R111以及第七电容C47。
第九电阻R109的第一端接主控模块104，第九电阻R109的第二端与第十一电阻R111的第一端以及第一三极管Q13的基极共接，第十一电阻R111的第二端与第一三极管Q13的发射极接地，第一三极管Q13的集电极接第七电阻R107的第一端，第七电容C47的第一端与第四电阻R104的第一端以及第一场效应管U21的源极接电池10，第七电容C47的第二端、第四电阻R104的第二端、第一场效应管U21的栅极以及第七电阻R107的第二端共接，第一场效应管U21的漏极接第二供电控制模块102。
当然，上述第一供电控制模块101还可包括第三场效应管U23，第三场效应管U23的源极接第一场效应管U21的源极，第三场效应管U23的漏极接第一场效应管U21的漏极，第三场效应管U23的栅极接第一场效应管U21的栅极，也即是第三场效应管U23与第一场效应管U21并联连接。同时，也可根据实际需要，设置多个场效应管与第一场效应管U21进行并联，只要能起到根据第一控制信号对第一供电控制模块101进行导通或关断的功能作用亦可。
作为本发明一实施例，上述第二供电控制模块102包括第二三极管Q14、第二场效应管U22、第五电阻R105、第八电阻R108、第十电阻R110、第十二电阻R112以及第八电容C48。
第十电阻R110的第一端接主控模块104，第十电阻R110的第二端与第十二电阻R112的第一端以及第二三极管Q14的基极共接，第十二电阻R112的第二端与第二三极管Q14的发射极接地，第二三极管Q14的集电极接第八电阻R108的第一端，第八电容C48的第一端与第五电阻R105的第一端以及第二场效应管U22的源极接第一供电控制模块101，第八电容C48的第二端、第五电阻R105的第二端、第二场效应管U22的栅极以及第八电阻R108的第二端共接，第二场效应管U22的漏极接直流电机20。
当然，上述第二供电控制模块102还可包括第四场效应管U24，第四场效应管U24的源极接第二场效应管U22的源极，第四场效应管U24的漏极接第二场效应管U22的漏极，第四场效应管U24的栅极接第二场效应管U22的栅极，也即是第四场效应管U24与第二场效应管U22并联连接。同时，也可根据实际需要，设置多个场效应管与第二场效应管U22进行并联，只要能起到根据第二控制信号对第二供电控制模块102进行导通或关断，以及将预充模块进行旁路掉103的功能作用亦可。
作为本发明一实施例，上述预充模块103包括预充电阻R100，预充电阻R100的第一端接第一供电控制模块101，预充电阻R100的第二端接直流电机20。
具体地，对于预充电阻的阻值选择依据，若直流电机的控制板上的电容充满电的电压值是Vin(max)，负载的电容约为C。在上电的时候，因为电容两端的电平不能突变，因此从没电到上电的过程就是给电容预充电(也即是电容两端的电压值开始时为0V)，达到预期的目的后再控制电压输出。
Q＝I*t；Q＝U*C
所以I＝C*U/t，根据电容的充电曲线的特性，要充电到Vin的85％左右，需要的时间大约为t＝2RC(例如，容值C＝104uF＝0.01F)，则I＝U/2R，P＝U2/(4*R)。
假定充满电的电压值为27.5V，直流电机的控制板端的等效电容C约为10000uf；
假设设定给电容预充电的电流为10A，则R的选择为1.4Ω左右，电阻的功率为P＝I2*R＝140W，则功率有点大。
设定电阻为10Ω，则电流为1.5A，电阻的功率约为22.5W，该功率比较合适，则会选择电阻为10Ω或者是接近10Ω的预充电阻作为电阻阻值。
预充电阻的选择和电源电压以及电机端的电容容量大小有关。实验表明，在不加预充电阻时的峰值要比加预充电阻时的峰值高很多，也即是加预充电阻时直流电机上电的瞬间电流会小很多。
作为本发明一实施例，上述主控模块104采用单片机实现，单片机用于输出第一控制信号YC和第二控制信号Control。
本发明还提供了一种用于减小直流电机供电峰值的控制装置，包括控制电路和用于输出供电信号的电池，该控制电路如上述所述。
具体地，该控制装置使得直流电机启动瞬间电流可以减小很多，正常启动后，电池供电也正常；同时不会让电池内部做改变和处理，使电池内部电路处于稳定和可靠的状态，另外电池内部的设置的安全机制可以很好地运行。因此，避免了上电瞬间因电池电流过大，造成内部误判使其过流保护，导致没有电源输出；同时对于电池电芯也有保护的作用，不会使其瞬间放电过大，出现造成电芯损坏的现象。
以下结合图1和图2，对上述一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路及装置的工作原理进行描述如下：
首先，单片机输出第一控制信号YC为高电平，则使第一三极管Q13导通，从而使得第一场效应管U21和第三场效应管U23导通，因此电池VCC通过预充电阻R100接到直流电机的控制板供电端，并进行导通预设时间，以使直流电机的控制板上的电容两端的电压差处于预设范围内；
接着，单片机输出第二控制信号control为高电平，则使第二三极管Q14导通，从而使得第二场效应管U22和第四场效应管U24导通，使其电池VCC通过场效应管后供到直流电机的控制板端，从而旁路掉预充电阻。
上述方式使得直流电机启动瞬间电流可以减小很多，并且正常启动后，电池供电也正常。在给不同功率的直流电机供电的过程中，可以很好的起到稳定供电电源的作用，以及对电池电芯也有保护作用。
综上，本发明实施例提供的一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路及装置，通过控制第一供电控制模块先导通预设时间，使得电池输出的供电信号流经第一供电控制模块后，经过预充模块对直流电机控制电路中的电容进行预充电，避免在对直流电机进行供电的瞬间电流过大；接着控制第二供电控制模块一并导通，则第二供电控制模块将预充模块进行旁路掉，使得在直流电机正常启动后，电路功能正常。由此实现了可减小供电瞬间的电流，并且不影响其供电能力；同时很好的保护电池内部器件，提高了系统的稳定性，解决了现有的电池供电技术存在着供电瞬间电流过大，导致对电池内部的器件造成不良影响的问题。
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 (10)
1.一种用于减小直流电机供电峰值的控制电路，其特征在于，所述控制电路包括：
与电池连接，用于根据第一控制信号进行导通或关断的第一供电控制模块；
与所述第一供电控制模块相连接，用于根据第二控制信号进行导通或关断的第二供电控制模块；
与所述第一供电控制模块相连接且与所述第二供电控制模块并联，用于当所述第一供电控制模块导通及所述第二供电控制模块关断时，接收所述第一供电控制模块输出的电流信号并对直流电机控制电路中的电容进行预充电的预充模块；以及
与所述第一供电控制模块以及所述第二供电控制模块相连接，用于输出所述第一控制信号和所述第二控制信号，以控制所述第一供电控制模块先导通预设时间后，再控制所述第二供电控制模块一并导通的主控模块。
2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第一供电控制模块包括：
第一三极管、第一场效应管、第四电阻、第七电阻、第九电阻、第十一电阻以及第七电容；
所述第九电阻的第一端接所述主控模块，所述第九电阻的第二端与所述第十一电阻的第一端以及所述第一三极管的基极共接，所述第十一电阻的第二端与所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极接所述第七电阻的第一端，所述第七电容的第一端与所述第四电阻的第一端以及所述第一场效应管的源极接所述电池，所述第七电容的第二端、所述第四电阻的第二端、所述第一场效应管的栅极以及所述第七电阻的第二端共接，所述第一场效应管的漏极接所述第二供电控制模块。
3.如权利要求2所述的控制电路，其特征在于，所述第一供电控制模块还包括第三场效应管，
所述第三场效应管的源极接所述第一场效应管的源极，所述第三场效应管的漏极接所述第一场效应管的漏极，所述第三场效应管的栅极接所述第一场效应管的栅极。
4.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述第二供电控制模块包括：
第二三极管、第二场效应管、第五电阻、第八电阻、第十电阻、第十二电阻以及第八电容；
所述第十电阻的第一端接所述主控模块，所述第十电阻的第二端与所述第十二电阻的第一端以及所述第二三极管的基极共接，所述第十二电阻的第二端与所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极接所述第八电阻的第一端，所述第八电容的第一端与所述第五电阻的第一端以及所述第二场效应管的源极接所述第一供电控制模块，所述第八电容的第二端、所述第五电阻的第二端、所述第二场效应管的栅极以及所述第八电阻的第二端共接，所述第二场效应管的漏极接所述直流电机。
5.如权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述第二供电控制模块还包括第四场效应管，
所述第四场效应管的源极接所述第二场效应管的源极，所述第四场效应管的漏极接所述第二场效应管的漏极，所述第四场效应管的栅极接所述第二场效应管的栅极。
6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述预充模块包括预充电阻，
所述预充电阻的第一端接所述第一供电控制模块，所述预充电阻的第二端接所述直流电机。
7.一种用于减小直流电机供电峰值的控制装置，包括控制电路和用于输出供电信号的电池，其特征在于，所述控制电路包括：
与所述电池连接，用于根据第一控制信号进行导通或关断的第一供电控制模块；
与所述第一供电控制模块相连接，用于根据第二控制信号进行导通或关断的第二供电控制模块；
与所述第一供电控制模块相连接且与所述第二供电控制模块进行并联，用于当所述第一供电控制模块导通及所述第二供电控制模块关断时，接收所述第一供电控制模块输出的电流信号并对直流电机控制电路中的电容进行预充电的预充模块；以及
与所述第一供电控制模块以及所述第二供电控制模块相连接，用于输出所述第一控制信号和所述第二控制信号，以控制所述第一供电控制模块先导通预设时间后，再控制所述第二供电控制模块一并导通的主控模块。
8.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第一供电控制模块包括：
第一三极管、第一场效应管、第三场效应管、第四电阻、第七电阻、第九电阻、第十一电阻以及第七电容；
所述第九电阻的第一端接所述主控模块，所述第九电阻的第二端与所述第十一电阻的第一端以及所述第一三极管的基极共接，所述第十一电阻的第二端与所述第一三极管的发射极接地，所述第一三极管的集电极接所述第七电阻的第一端，所述第七电容的第一端、所述第四电阻的第一端、所述第一场效应管的源极以及所述第三场效应管的源极接所述电池，所述第七电容的第二端、所述第四电阻的第二端、所述第一场效应管的栅极以及所述第三场效应管的栅极接所述第七电阻的第二端，所述第一场效应管的漏极与所述第三场效应管的漏极接所述第二供电控制模块。
9.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述第二供电控制模块包括：
第二三极管、第二场效应管、第四场效应管、第五电阻、第八电阻、第十电阻、第十二电阻以及第八电容；
所述第十电阻的第一端接所述主控模块，所述第十电阻的第二端与所述第十二电阻的第一端以及所述第二三极管的基极共接，所述第十二电阻的第二端与所述第二三极管的发射极接地，所述第二三极管的集电极接所述第八电阻的第一端，所述第八电容的第一端、所述第五电阻的第一端、所述第二场效应管的源极以及所述第四场效应管的源极接所述第一供电控制模块，所述第八电容的第二端、所述第五电阻的第二端、所述第二场效应管的栅极以及所述第四场效应管的栅极接所述第八电阻的第二端，所述第二场效应管的漏极与所述第四场效应管的漏极接所述直流电机。
10.如权利要求7所述的控制装置，其特征在于，所述预充模块包括预充电阻，
所述预充电阻的第一端接所述第一供电控制模块，所述预充电阻的第二端接所述直流电机。
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2018
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