CN114884409A

CN114884409A - 一种用于步进电机的刹车控制电路

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Publication number: CN114884409A
Application number: CN202210808248.5A
Authority: CN
Inventors: 陈楚佳; 郑照宇
Original assignee: Shenzhen Just Motion Control Electromechanics Co ltd
Current assignee: Shenzhen Just Motion Control Electromechanics Co ltd
Priority date: 2022-07-11
Filing date: 2022-07-11
Publication date: 2022-08-09

Abstract

发明涉及一种用于步进电机的刹车控制电路，包括继电器和步进驱动器；步进驱动器包括U端输出口、V端输出口与W端输出口；U端输出口与继电器的第2号引脚、继电器的第7号引脚连接；V端输出口与继电器的第5号引脚、继电器的第6号引脚连接；W端输出口与继电器的的第3号引脚、继电器的第4号引脚连接；第二信号开关电路导通时，继电器的第6号引脚与继电器的第7号引脚短接，继电器的第2号引脚与继电器的第3号引脚短接。步进驱动器短接可使三相步进电机可瞬间产生一个大的电流，电流产生的力矩使三相步进电机停止转动。

Description

一种用于步进电机的刹车控制电路

技术领域

本发明涉及步进电机技术领域，具体涉及一种用于步进电机的刹车控制电路。

背景技术

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机，其作为现代工业自动化的代表之一，步进电机的对设备系统的控制穷关键作用。而目前步进电机的大多控制系统都采用机械刹车，如公开号为“ CN202120827193.3”的中国实用新型专利，其公开一种带有刹车装置的贯通轴式直线步进电机，其在电机壳的外部安装有刹车装置，当刹车结构与吸附结构相互分离时，则转子组件可以自由旋转；当刹车结构与吸附结构相互吸附时，转子组件则随刹车结构一起固定，起到刹车的作用；机械刹车的控制方式增加了电机结构的制造难度，也增加了设备的机械成本。

发明内容

本发明针对机械刹车的控制方式使电机结构复杂的问题，提供一种用于步进电机的刹车控制电路、电机控制装置和步进电机装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。

第一方面，一种用于步进电机的刹车控制电路，包括第一信号开关电路、光耦隔离电路、第二信号开关电路和驱动电路；

控制信号控制第一信号开关电路的通断，第一信号开关电路控制光耦隔离电路的通断；光耦隔离电路控制第二信号开关电路的通断；

驱动电路，其包括继电器和步进驱动器，所述继电器的第1号引脚与第一电阻第一端连接，第一电阻的第二端与第一二极管的正极连接，第一二极管的负极与继电器的第8号引脚连接；第一二极管的正极与第二信号开关电路的输出端连接；

步进驱动器包括U端输出口、V端输出口与W端输出口；U端输出口与继电器2的引脚、继电器的第7号引脚连接；V端输出口与继电器的第5号引脚、继电器的第6号引脚连接；W端输出口与继电器的第3号引脚、继电器的第4号引脚连接；第二信号开关电路导通时，继电器的第6号引脚与继电器的第7号引脚短接，继电器的第2号引脚与继电器的第3号引脚短接。

可选的，所述第一信号开关电路包括第一电阻、第二电阻和第一三极管；第二电阻的第一端与控制信号连接，第二电阻的第二端与第一三极管的基极连接；第三电阻的第一端与第二电阻连接，第三电阻的第二端接3.3V电源；第一三极管的集电极接地，第一三极管的发射极为第一信号开关电路输出端。

可选的，所述光耦隔离电路包括光电耦合器、第四电阻、第五电阻和第一电容；所述光电耦合器为四个引脚光电耦合器；光电耦合器的第1号引脚通过第四电阻上拉3.3V电源，光电耦合器的第2号引脚与第一信号开关电路的输出端连接；光电耦合器的第4号引脚接直流电平，第一电容的第一端与光电耦合器的第4号引脚连接，第一电容的第二端接地；光电耦合器的第3号引脚与第五电阻的第一端连接，第五电阻的第二端为光耦隔离电路的输出端。

可选的，所述第二信号开关电路包括第六电阻和第二三极管；所述光耦隔离电路的输出端分别与第二三极管的基极、第六电阻的第一端连接；第二三极管的发射极、第六电阻的第二端接地；第二三极管的集电极为第二信号开关电路的输出端。

可选的，所述第一三极管为NPN型三极管。

可选的，所述第二三极管为PNP型三极管。

第二方面，提供一种电机控制装置，包括上述的一种用于步进电机的刹车控制电路。

第三方面，提供一种步进电机装置，包括上述的一种用于步进电机的刹车控制电路；所述步进电机为三相步进电机，其包括U相线、V相线和W相线；U相线与U端输出口，V相线与V端输出口，W相线与W端输出口连接。

有益效果：

本发明提供的一种用于步进电机的刹车控制电路，依次控制第一信号开关电路、光耦隔离电路、第二信号开关电路导通，从而控制继电器短接，使步进驱动器的U端输出口、V端输出口与W端输出口短接，步进驱动器短接可使三相步进电机可瞬间产生一个大的电流，从而产生与三相步进电机转动方向相反的力矩，三相步进电机在该力矩的作用下停止转动，实现电机的刹车功能。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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示出了本公开示意实施例提供的一种用于步进电机的刹车控制电路。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

实施例1

如图1所示，本发明公开实施例所提供的一种用于步进电机的刹车控制电路，其包括第一信号开关电路、光耦隔离电路、第二信号开关电路和驱动电路；

控制信号控制第一信号开关电路的通断，第一信号开关电路控制光耦隔离电路的通断；光耦隔离电路控制第二信号开关电路的通断；第二信号开关电路控制驱动电路；所述控制信号由MCU输出。

具体来说，所述第一信号开关电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管Q1；第二电阻R2的第一端与控制信号连接，第二电阻R2的第二端与第一三极管Q1的基极连接；第三电阻R3的第一端与第二电阻R2连接，第三电阻R3的第二端接3.3V电源；第一三极管Q1的集电极接地，第一三极管Q1的发射极为第一信号开关电路的输出端；所述第一三极管Q1为NPN型三极管。

具体来说，所述光耦隔离电路包括光电耦合器U、第四电阻R4、第五电阻R5和第一电容C1；所述光电耦合器U为四个引脚光电耦合器，即光电耦合器U有四个引脚；光电耦合器U的第1号引脚通过第四电阻R4上拉3.3V电源，光电耦合器U的第2号引脚与第一信号开关电路的输出端连接；光电耦合器U的第4号引脚接直流电平VDI，第一电容C1的第一端与光电耦合器U的第4号引脚连接，第一电容C1的第二端接地；光电耦合器U的第3号引脚与第五电阻R5的第一端连接，第五电阻R5的第二端为光耦隔离电路的输出端。此实施例中，光电耦合的型号为EL357N。光耦隔离电路实现了对前后端信号的隔离，避免光耦隔离电路的输出端对输入端控制信号的干扰。

具体来说，所述第二信号开关电路包括第六电阻R6和第二三极管Q2；所述光耦隔离电路的输出端分别与第二三极管Q2的基极、第六电阻R6的第一端连接；第二三极管Q2的发射极、第六电阻R6的第二端接地；第二三极管Q2的集电极为第二信号开关电路的输出端；所述第二三极管Q2为PNP型三极管。

具体来说，所述驱动电路包括继电器RL和步进驱动器，所述继电器RL采用两组转开开关的继电器RL，所述继电器RL的第1号引脚与第一电阻R1的第一端连接，第一电阻R1的第二端与第一二极管D1的正极连接，第一二极管D1的负极与继电器RL的第8号引脚连接；第一二极管D1的正极与第二信号开关电路的输出端连接；此实施例中，继电器RL的型号为HF115F/012-2ZS4AF；第一二极管D1的单向导电性，确保继电器RL的输入电平为直流电平VDI。继电器RL采用两组转开开关的直流继电器RL，从而可以实现步进驱动器的U端输出口、V端输出口与W端输出口同时短路，产生大的力矩，直流电平VDI通过继电器RL不会产生电抗。

步进驱动器包括U端输出口、V端输出口与W端输出口；U端输出口与继电器RL的第2号引脚、继电器RL的第7号引脚连接；V端输出口与继电器RL的第5号引脚、继电器RL的第6号引脚连接；W端输出口与继电器RL的第3号引脚、继电器RL的第4号引脚连接。所述继电器RL内置衔铁，继电器RL的第6号引脚、继电器RL的第3号引脚分别与衔铁连接，当第二三极管Q2导通时，继电器RL工作，衔铁吸合，从而继电器RL的第6号引脚与继电器RL的第7号引脚短接，继电器RL的第2号引脚与继电器RL的第3号引脚短接，即U端输出口与V端输出口短接，U端输出口与W端输出口短接。三相步进电机包括U相线、V相线和W相线；U相线与U端输出口，V相线与V端输出口，W相线与W端输出口连接；从而可通过继电器RL和步进驱动器控制三相步进电机U相线与V相线短路，W相线与U相线短路，三相步进电机的相线短接后可瞬间产生一个大的电流，从而产生与三相步进电机转动方向相反的力矩，三相步进电机在该力矩的作用下停止转动，实现电机的刹车功能。

当MCU的输出低电平的控制信号时，第一三极管Q1导通；第一三极管Q1的输出信号传输至光耦隔离电路，光电耦合器U导通；光电耦合器U的输出信号传输至第二信号开关电路，第二三极管Q2导通；第二三极管Q2的输出信号控制继电器RL工作，继电器RL的内置衔铁吸合，步进驱动器的U端输出口与V端输出口短接，U端输出口与W端输出口短接，从而可使三相步进电机短接，三相步进电机的相线短接后可瞬间产生一个大的电流，产生与三相步进电机转动方向相反的力矩，三相步进电机在该力矩的作用下停止转动，实现电机的刹车功能。通过第一三极管Q1、光电耦合器U、第二三极管Q2的逐级导通，可确保控制信号的快速传输，同时确保刹车控制电路输入端与输出端的信号隔离。

当三相步进电机带动机械轴运动过程中撞到物体保护断电时，电机轴不会被抱死，操作人员可以手动挪开机械轴，排除故障，无需通过使步进驱动器以及设备的重新通电后才能挪动电机轴。

实施例2

本发明公开另一实施例所提供的一种电机控制装置，所述电机控制装置包括实施例1所述的一种用于步进电机的刹车控制电路。

实施例3

本发明公开另一实施例所提供的一种步进电机装置，所示步进电机装置包括步进电机和上述的一种用于步进电机的刹车控制电路；所述步进电机为三相步进电机，其包括U相线、V相线和W相线；U相线与U端输出口连接，V相线与V端输出口连接，W相线与W端输出口连接。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（PGA），现场可编程门阵列（FPGA）等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种用于步进电机的刹车控制电路，其特征在于，包括第一信号开关电路、光耦隔离电路、第二信号开关电路和驱动电路；

驱动电路，其包括继电器和步进驱动器，所述继电器的第1号引脚与第一电阻（R1）第一端连接，第一电阻（R1）的第二端与第一二极管（D1）的正极连接，第一二极管（D1）的负极与继电器的第8号引脚连接；第一二极管（D1）的正极与第二信号开关电路的输出端连接；

步进驱动器包括U端输出口、V端输出口与W端输出口；U端输出口与继电器的第2号引脚、继电器的第7号引脚连接；V端输出口与继电器的第5号引脚、继电器的第6号引脚连接；W端输出口与继电器的第3号引脚、继电器的第4号引脚连接；第二信号开关电路导通时，继电器的第6号引脚与继电器的第7号引脚短接，继电器的第2号引脚与继电器的第3号引脚短接。

2.根据权利要求1所述的一种用于步进电机的刹车控制电路，其特征在于，所述第一信号开关电路包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）和第一三极管（Q1）；第二电阻（R2）的第一端与控制信号连接，第二电阻（R2）的第二端与第一三极管（Q1）的基极连接；第三电阻（R3）的第一端与第二电阻（R2）连接，第三电阻（R3）的第二端接3.3V电源；第一三极管（Q1）的集电极接地，第一三极管（Q1）的发射极为第一信号开关电路输出端。

3.根据权利要求2所述的一种用于步进电机的刹车控制电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括光电耦合器（U）、第四电阻（R4）、第五电阻（R5）和第一电容（C1）；所述光电耦合器（U）为四个引脚光电耦合器；光电耦合器（U）的第1号引脚通过第四电阻（R4）上拉3.3V电源，光电耦合器（U）的第2号引脚与第一信号开关电路的输出端连接；光电耦合器（U）的第4号引脚接直流电平（VDI），第一电容（C1）的第一端与光电耦合器（U）的第4号引脚连接，第一电容（C1）的第二端接地；光电耦合器（U）的第3号引脚与第五电阻（R5）的第一端连接，第五电阻（R5）的第二端为光耦隔离电路的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种用于步进电机的刹车控制电路，其特征在于，所述第二信号开关电路包括第六电阻（R6）和第二三极管（Q2）；所述光耦隔离电路的输出端分别与第二三极管（Q2）的基极、第六电阻（R6）的第一端连接；第二三极管（Q2）的发射极、第六电阻（R6）的第二端接地；第二三极管（Q2）的集电极为第二信号开关电路的输出端。

5.根据权利要求2所述的一种用于步进电机的刹车控制电路，其特征在于，所述第一三极管（Q1）为NPN型三极管。

6.根据权利要求4所述的一种用于步进电机的刹车控制电路，其特征在于，所述第二三极管（Q2）为PNP型三极管。

7.一种电机控制装置，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的一种用于步进电机的刹车控制电路。

8.一种步进电机装置，其特征在于，包括步进电机和如权利要求1-6任一项所述的一种用于步进电机的刹车控制电路；所述步进电机为三相步进电机，其包括U相线、V相线和W相线；U相线与U端输出口连接，V相线与V端输出口连接，W相线与W端输出口连接。