CN112230668A - 一种驱动电路及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动电路，包括控制模块、反馈模块及集成与芯片内部的驱动模块及逻辑开关模块，该集成电路中，控制模块根据上位机发送的目标角度位置及当前角度位置生成控制指令以对舵片的角度位置进行闭环调整，驱动模块根据控制指令控制逻辑开关模块的通断进而控制电源模块在舵机两端的电源极性，进而控制电机的转动方向，以对与舵机连接的舵片的角度位置进行调整。可见，该集成电路能实现对舵片的角度位置的调整，且由于将驱动模块及逻辑开关模块以集成电路的方式封装，体积更小，可靠性较高。本发明还公开了一种驱动系统，与上述描述的驱动电路具有相同的有益效果。

Description

一种驱动电路及系统

技术领域

本发明涉及驱动领域，特别是涉及一种驱动电路及系统。

背景技术

舵机应用于导弹、无人机或机器人等伺服作动系统，以应用于导弹为例，通过驱动电路调整与舵机的输出轴连接的舵片的角度位置，起到调节导弹飞行姿态的作用。近年来无人机和导弹的发展越来越趋近于小型化、集成化的模式，弹体和机体的体型越做越小，对电动舵机的集成化发展也提出了相应的要求，因此，如何提供一种小型化及集成度高的驱动电路是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种驱动电路及系统，能实现对舵片的角度位置的调整，且由于将驱动模块及逻辑开关模块以集成电路的方式封装，体积更小，可靠性较高。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种驱动电路，该驱动电路包括集成于芯片内部的驱动模块和逻辑开关模块，所述驱动模块的输出端与所述逻辑开关模块的控制端连接，所述逻辑开关模块的输入端与电源模块连接，所述逻辑开关模块的输出端与舵机连接，还包括：

反馈模块，用于获取与所述舵机的输出轴连接的舵片的当前角度位置；

控制模块，用于接收上位机发送的目标角度位置，并根据所述目标角度位置及所述当前角度位置生成控制指令，以对所述舵片的角度位置进行闭环调整；

所述驱动模块用于根据所述控制指令控制所述逻辑开关模块的通断以控制所述电源模块在所述舵机两端的电源极性，进而调整所述舵片的角度位置。

优选地，所述控制模块还用于将所述当前角度位置发送至所述上位机。

优选地，所述控制模块包括：

模数转换模块，用于将所述当前角度位置由模拟量转换为数字量，得到数字量的当前角度位置；

计算模块，用于接收上位机发送的目标角度位置，基于所述目标角度位置及数字量的所述当前角度位置生成控制指令，以对所述舵片的角度位置进行闭环调整。

优选地，所述逻辑开关模块包括第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关；

其中，所述第一可控开关分别与所述第二可控开关的第一端及所述电源模块的输出端连接，所述第一可控开关的第二端与所述第三可控开关的第二端连接并作为所述逻辑开关模块的第一输出端，所述第三可控开关的第二端接地，所述第二可控开关的第二端与所述第四可控开关的第一端连接并作为所述逻辑开关模块的第二输出端，所述第四可控开关的第二端接地，所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关及所述第四可控开关的控制端均与所述驱动模块的输出端连接，所述逻辑开关模块的第一输出端与所述舵机的第一端连接，所述逻辑开关的第二输出端与所述舵机的第二端连接。

优选地，所述逻辑开关模块还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；

其中，所述第一二极管的阳极分别与所述第三二极管的阴极及所述逻辑开关模块的第一输出端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第二二极管的阴极及所述电源模块的输出端连接，所述第三二极管的阳极接地，所述第二二极管的阳极分别与所述逻辑开关模块的第二输出端及所述第四二极管的阴极连接，所述第四二极管的阳极接地。

优选地，所述控制指令包括第一PWM信号及第二PWM信号。

优选地，还包括第五二极管及第六二极管；

其中，所述控制模块包括第一输出端和第二输出端，所述第五二极管的阳极与所述控制模块的第一输出端连接，所述第五二极管的阴极与所述驱动模块的第一输入端连接，所述第六二极管的阳极与所述控制模块的第二输出端连接，所述第六二极管的阴极与所述驱动模块的第二输入端连接。

优选地，还包括：

设置于芯片内部且位于所述逻辑开关的第一输出端与所述舵机之间的熔断装置，用于在所述逻辑开关模块的第一输出端的电流超过预设值时断开。

优选地，还包括：

电流检测模块，用于检测所述逻辑开关模块的第一输出端的电流；

所述控制模块还用于判断所述电流是否大于预设电流，若是，则向报警装置发送报警信号；

所述报警装置用于在接收到所述报警信号时进行报警。

为解决以上问题，本申请还提供了一种舵机的驱动系统，包括舵机及上述所述的驱动电路。

本发明公开了一种驱动电路，包括控制模块、反馈模块及集成与芯片内部的驱动模块及逻辑开关模块，该集成电路中，控制模块根据上位机发送的目标角度位置及当前角度位置生成控制指令以对舵片的角度位置进行闭环调整，驱动模块根据控制指令控制逻辑开关模块的通断进而控制电源模块在舵机两端的电源极性，进而控制电机的转动方向，以对与舵机连接的舵片的角度位置进行调整。可见，该集成电路能实现对舵片的角度位置的调整，且由于将驱动模块及逻辑开关模块以集成电路的方式封装，体积更小，可靠性较高。

本发明还公开了一种驱动系统，与上述描述的驱动电路具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种驱动电路的结构示意图；

图2为本发明提供的型号为BD6231F-E2的芯片示意图；

图3为本发明提供的另一种驱动电路的结构示意图；

图4为本发明提供的控制模块的芯片示意图；

图5为本申请提供的逻辑开关模块的电路连接示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种驱动电路及系统，能实现对舵片的角度位置的调整，且由于将驱动模块及逻辑开关模块以集成电路的方式封装，体积更小，可靠性较高。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

请参照图1，图1为本发明提供的一种驱动电路的结构示意图，该驱动电路包括集成于芯片内部的驱动模块2和逻辑开关模块3，驱动模块2的输出端与逻辑开关模块3的控制端连接，逻辑开关模块3的输入端与电源模块连接，逻辑开关模块3的输出端与舵机连接，还包括：

反馈模块4，用于获取与舵机的输出轴连接的舵片的当前角度位置；

控制模块1，用于接收上位机发送的目标角度位置，并根据目标角度位置及当前角度位置生成控制指令，以对舵片的角度位置进行闭环调整；

驱动模块2用于根据控制指令控制逻辑开关模块3的通断以控制电源模块在舵机两端的电源极性，进而调整舵片的角度位置。

近年来无人机和导弹的发展越来越趋近于小型化、集成化的模式，弹体和机体的体型越做越小，对电动舵机的集成化发展也提出了相应的要求。

基于此，本申请将驱动模块2和逻辑开关模块3集成于芯片内部，还包括反馈模块4和控制模块1，其中，反馈模块4获取与舵机的输出轴连接的舵片的当前角度位置，然后驱动模块2根据当前角度位置和目标角度位置对舵片的角度位置进行闭环调整，向驱动模块2发送控制指令，驱动模块2基于控制指令控制逻辑开关以控制电源模块在舵机两端的电源极性，从而控制舵机运转的模式，如正转、反转、待定或刹车等，通过对舵机运转模式的调整对舵片的角度位置进行调整。

这里的电源模块可以为可充电电池，在电池的电量耗尽之后可以对电池进行充电，提高了电池的利用效率。这里反馈模块4可以但不限于为电位器，芯片型号可以为BD6231F-E2，请参照图2，图2为本发明提供的型号为BD6231F-E2的芯片示意图，其中，芯片的引脚4和引脚5接收控制模块1发送的控制指令，引脚1和引脚7作为逻辑开关模块3的输出端与舵机连接。此外，本申请中上位机可以与控制模块1直接通过通信线路连接，不需要额外的通讯电路模块，进一步降低了驱动电路的体积。

综上，该驱动电路能实现对舵片的角度位置的调整，且由于将驱动模块2及逻辑开关模块3以集成电路的方式封装，体积更小，可靠性较高。

在上述实施例的基础上：

作为一种优选的实施例，控制模块1还用于将当前角度位置发送至上位机。

本实施例中，为了使用户能及时了解舵片的当前角度位置，控制模块1还将舵片的当前角度位置发送至上位机，这里的上位机可以为显示屏或者人机界面。此外，上位机也可以刷新控制模块1中的固件。

请参照图3，图3为本发明提供的另一种驱动电路的结构示意图。

作为一种优选的实施例，控制模块1包括：

模数转换模块11，用于将当前角度位置由模拟量转换为数字量，得到数字量的当前角度位置；

计算模块12，用于接收上位机发送的目标角度位置，基于目标角度位置及数字量的当前角度位置生成控制指令，以对舵片的角度位置进行闭环调整。

考虑到可能反馈模块4获取到的舵片的当前角度位置可能为模拟量，本实施例中的控制模块1设置了模数转换模块11和计算模块12两部分，其中，模数转换模块11将反馈模块4获取的当前角度位置由模拟量转换为数字量，然后计算模块12根据数字量的当前角度位置和目标角度位置带入计算模块12的内部算法中，进而生成控制指令，以对舵片的角度位置进行闭环调整，这里的计算模块12的内部算法可以但并不限于为PID算法。此外，本申请中的模数转换模块11和计算模块12集成于控制模块1的芯片内部，控制模块1的芯片的型号可以为STM32G071GBU6，也可以为其它具有相同作用的控制模块1的芯片。

请参照图，图4为本发明提供的控制模块1的芯片示意图，其中，反馈模块4通过引脚6将当前角度位置传输至控制模块1，控制模块1通过引脚18接收上位机发送的目标角度位置，通过引脚16将当前角度位置发送至上位机，通过引脚23和26输出控制指令。

作为一种优选的实施例，逻辑开关模块3包括第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关；

其中，第一可控开关分别与第二可控开关的第一端及电源模块的输出端连接，第一可控开关的第二端与第三可控开关的第二端连接并作为逻辑开关模块3的第一输出端，第三可控开关的第二端接地，第二可控开关的第二端与第四可控开关的第一端连接并作为逻辑开关模块3的第二输出端，第四可控开关的第二端接地，第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关的控制端均与驱动模块2的输出端连接，逻辑开关模块3的第一输出端与舵机的第一端连接，逻辑开关的第二输出端与舵机的第二端连接。

本实施例中，逻辑开关模块3为H桥，包括第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关，在第一可控开关和第四可控开关导通，第二可控开关和第三可控开关截止时，舵机正转；在第一可控开关和第四可控开关截止，第二可控开关和第三可控开关导通时，舵机反转；第一可控开关和第二可控开关导通，第三可控开关和第四可控开关截止时，舵机刹车；第一可控开关和第二可控开关截止，第三可控开关和第四可控开关导通时，舵机待机。

本申请中的第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关可以为PMOS(positive channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)、NMOS(Negative channel-Metal-Oxide-Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)或者三极管中一种或者多种的组合，也可以为其他的可控开关，本申请在此不做特别的限定，具体使用哪种可控开关根据实际情况而定。

具体地，请参照图5，图5为本申请提供的逻辑开关模块的电路连接示意图，本申请中的第一可控开关和第二可控开关分别为第一PMOSQ1和第二PMOSQ2，第三可控开关和第四可控开关分别为第一NMOSQ3和第二NMOSQ4，其中第一PMOSQ1的栅极、源极和漏极分别为第一可控开关的控制端、第一端和第二端，第二PMOSQ2的栅极、源极和漏极分别为第二可控开关的控制端、第一端和第二端，第一NMOSQ3栅极、漏极和源极分别作为第三可控开关的控制端、第一端及第二端，第二NMOSQ4栅极、漏极和源极分别作为第四可控开关的控制端、第一端及第二端，OUT1为舵机的第一输入端，OUT2为舵机的第二输入端。

作为一种优选的实施例，逻辑开关模块3还包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4；

其中，第一二极管D1的阳极分别与第三二极管D3的阴极及逻辑开关模块3的第一输出端连接，第一二极管D1的阴极分别与第二二极管D2的阴极及电源模块的输出端连接，第三二极管D3的阳极接地，第二二极管D2的阳极分别与逻辑开关模块3的第二输出端及第四二极管D4的阴极连接，第四二极管D4的阳极接地。

考虑到逻辑开关模块3只包括第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关时，可能会出现反电动势损坏第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关，从而造成逻辑开关模块3不稳定或者损坏的情况。

基于此，本申请在逻辑开关模块3中还设置了第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第四二极管D4，在产生反电动势时进行续流，提高了逻辑开关模块3的可靠性。

作为一种优选的实施例，控制指令包括第一PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号及第二PWM信号。

本实施例中，控制模块1根据目标角度位置和的当前角度位置经过计算得到控制量，进而生成控制指令，这里的控制指令包括第一PWM信号和第二PWM信号，驱动模块2和逻辑开关模块3通过第一PWM信号和第二PWM信号的电平关系控制舵机两端的电源极性，进而控制舵机的工作模式；通过第一PWM信号和第二PWM信号的占空比控制舵机转动的速度，其中，占空比越大，转速越快。可见，本申请采用PWM信号不仅可以调节舵机两端的电源极性，还可以调节舵机的转速。

作为一种优选的实施例，还包括第五二极管及第六二极管；

其中，控制模块1包括第一输出端和第二输出端，第五二极管的阳极与控制模块1的第一输出端连接，第五二极管的阴极与驱动模块2的第一输入端连接，第六二极管的阳极与控制模块1的第二输出端连接，第六二极管的阴极与驱动模块2的第二输入端连接。

考虑到控制模块1输出的信号为第一PWM信号和第二PWM信号，则可能会出现第一PWM信号不等于第二PWM信号的情况，此时容易出现电流倒灌，进而影响驱动电路的安全性和可靠性。

基于此，本申请在控制模块1的两个输出端分别设置了第五二极管和第六二极管，在第一PWM信号的电平大于第二PWM信号的电平时，第六二极管能够防止第一PWM信号的输出电流倒灌至第二PWM信号；在第一PWM信号的电平小于第二PWM信号的电平时，第五二极管能够防止第二PWM信号的输出电流倒灌至第一PWM信号，保证了驱动电路的可靠性和安全性。

作为一种优选的实施例，还包括：

设置于芯片内部且位于逻辑开关的第一输出端与舵机之间的熔断装置，用于在逻辑开关模块3的第一输出端的电流超过预设值时断开。

考虑到可能会出现舵机失控或者其他的情况使舵机的工作电流过大，从而造成舵机损坏或者逻辑开关模块3失控的情况。

基于此，本申请在逻辑开关模块3的第一输出端和舵机的第一输入端之间还设置了熔断装置，熔断装置在电流大于预设电流时断开，避免了由于电流过大使舵机损坏或者逻辑开关模块3失控的情况，进一步保证了驱动电路的安全性和可靠性。这里的熔断装置可以但不限于为保险丝。

作为一种优选的实施例，还包括：

电流检测模块，用于检测逻辑开关模块3的第一输出端的电流；

控制模块1还用于判断电流是否大于预设电流，若是，则向报警装置发送报警信号；

报警装置用于在接收到报警信号时进行报警。

为了使工作人员能及时的了解到驱动电路中的电流过大的情况，并及时的对此进行处理，本申请还设置了电流检测模块和报警装置，电流检测装置检测逻辑开关模块3第一输出端的电流，控制模块1在判断电流大于预设电流时控制报警装置进行报警。

具体地，这里的报警装置可以为声音报警装置和光报警装置中的一种或者两种的组合，也可以为其他的报警装置，具体为哪种报警装置本申请不做特别的限定。

一种舵机的驱动系统，包括舵机及上述的驱动电路。

本申请还提供了一种舵机的驱动系统，具有与上述实施例相同的有益效果，本申请在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种驱动电路，其特征在于，包括集成于芯片内部的驱动模块和逻辑开关模块，所述驱动模块的输出端与所述逻辑开关模块的控制端连接，所述逻辑开关模块的输入端与电源模块连接，所述逻辑开关模块的输出端与舵机连接，还包括：

反馈模块，用于获取与所述舵机的输出轴连接的舵片的当前角度位置；

控制模块，用于接收上位机发送的目标角度位置，并根据所述目标角度位置及所述当前角度位置生成控制指令，以对所述舵片的角度位置进行闭环调整；

所述驱动模块用于根据所述控制指令控制所述逻辑开关模块的通断以控制所述电源模块在所述舵机两端的电源极性，进而调整所述舵片的角度位置。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述控制模块还用于将所述当前角度位置发送至所述上位机。

3.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述控制模块包括：

模数转换模块，用于将所述当前角度位置由模拟量转换为数字量，得到数字量的当前角度位置；

计算模块，用于接收上位机发送的目标角度位置，基于所述目标角度位置及数字量的所述当前角度位置生成控制指令，以对所述舵片的角度位置进行闭环调整。

4.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，所述逻辑开关模块包括第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关及第四可控开关；

其中，所述第一可控开关分别与所述第二可控开关的第一端及所述电源模块的输出端连接，所述第一可控开关的第二端与所述第三可控开关的第二端连接并作为所述逻辑开关模块的第一输出端，所述第三可控开关的第二端接地，所述第二可控开关的第二端与所述第四可控开关的第一端连接并作为所述逻辑开关模块的第二输出端，所述第四可控开关的第二端接地，所述第一可控开关、所述第二可控开关、所述第三可控开关及所述第四可控开关的控制端均与所述驱动模块的输出端连接，所述逻辑开关模块的第一输出端与所述舵机的第一端连接，所述逻辑开关的第二输出端与所述舵机的第二端连接。

5.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述逻辑开关模块还包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第四二极管；

其中，所述第一二极管的阳极分别与所述第三二极管的阴极及所述逻辑开关模块的第一输出端连接，所述第一二极管的阴极分别与所述第二二极管的阴极及所述电源模块的输出端连接，所述第三二极管的阳极接地，所述第二二极管的阳极分别与所述逻辑开关模块的第二输出端及所述第四二极管的阴极连接，所述第四二极管的阳极接地。

6.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述控制指令包括第一PWM信号及第二PWM信号。

7.如权利要求6所述的驱动电路，其特征在于，还包括第五二极管及第六二极管；

其中，所述第五二极管的阳极与所述控制模块的第一输出端连接，所述第五二极管的阴极与所述驱动模块的第一输入端连接，所述第六二极管的阳极与所述控制模块的第二输出端连接，所述第六二极管的阴极与所述驱动模块的第二输入端连接。

8.如权利要求1所述的驱动电路，其特征在于，还包括：

设置于芯片内部且位于所述逻辑开关的第一输出端与所述舵机之间的熔断装置，用于在所述逻辑开关模块的第一输出端的电流超过预设值时断开。

9.如权利要求8所述的驱动电路，其特征在于，还包括：

电流检测模块，用于检测所述逻辑开关模块的第一输出端的电流；

所述控制模块还用于判断所述电流是否大于预设电流，若是，则向报警装置发送报警信号；

所述报警装置用于在接收到所述报警信号时进行报警。

10.一种舵机的驱动系统，其特征在于，包括舵机及如权利要求1-9任一项所述的驱动电路。

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