CN115276477A - 一种电机刹车控制电路、装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种电机刹车控制电路、装置和控制方法，本申请的电路包括：刹车信号源处理模块和SOC芯片，所述SOC芯片包括CPU内核、PWM控制模块和电机器件；所述刹车信号源处理模块支持若干种刹车信号触发机制；所述CPU内核用于检测刹车事件标志，并且在刹车发生后执行相应的软件程序处理；所述PWM控制模块用于输出驱动电机的互补PWM波；所述电机器件由所述互补PWM波控制。本申请提供了多种刹车触发源供开发人员灵活选用，当刹车信号产生时，由硬件直接制动电机，同时保留了软件可读的标志信号，软件依然可以执行相关操作，提供了更灵活、更快速和更安全可靠的刹车处理机制。

Description

一种电机刹车控制电路、装置和控制方法

技术领域

本申请涉及电机控制领域，尤其是一种电机刹车控制电路、装置和控制方法。

背景技术

随着电子技术的不断发展，消费类电动工具已经在人们的生活当中应用非常广泛，比如手持式的电转机、割草机，还有家庭破壁机、豆浆机、空气炸锅、洗衣机、电风扇、空调外机等等家用电器里面都包括电机。

相关技术中，对于电机产品在实际使用过程中遇到的异常，主要是依靠软件程序侦测异常以及发出命令执行异常处理停止电机转动。由软件停止电机转动的方法存在时效性的问题，因为在硬件发生异常，到软件侦测到异常，再到软件发出指令停止电机转动，这个过程存在一定的延时。

因此，相关技术存在的上述技术问题亟待解决。

发明内容

本申请旨在解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请实施例提供一种电机刹车控制电路、装置和控制方法，能够提供更快速的响应机制和更灵活且安全可靠的紧急制动方法。

根据本申请实施例一方面，提供一种电机刹车控制电路，所述电路包括：刹车信号源处理模块、SOC芯片和电机器件，所述SOC芯片包括CPU内核、PWM控制模块；

所述刹车信号源处理模块支持若干种刹车信号触发机制；

所述CPU内核用于检测刹车事件标志，并且在刹车发生后执行相应的软件程序处理；

所述PWM控制模块用于输出驱动电机的互补PWM波；

所述电机器件由所述互补PWM波控制；

当刹车信号产生时，由硬件直接制动电机，同时保留软件可读的标志信号，由软件执行操作。

在其中一个实施例中，所述刹车信号源处理模块的刹车源至少包括：外部刹车信号源、内部刹车信号源、比较器刹车信号源、ADC刹车信号源。

在其中一个实施例中，所述外部刹车信号源通过把GPIO配置到相应的复用功能，将外部刹车信号源传递到所述SOC芯片内部；所述内部刹车信号源在检测到内部异常时产生内部错误刹车信号，其中，所述内部异常包括时钟异常和存储器访问异常；所述ADC刹车信号源由ADC控制模块产生。

在其中一个实施例中，所述外部刹车信号源、所述内部刹车信号源、所述比较器刹车信号源、所述ADC刹车信号源输出的若干个刹车信号经过或逻辑门后输出为一个刹车信号。

在其中一个实施例中，所述PWM控制模块包括：死区控制单元、刹车事件异步逻辑单元和PWM波发生器；

所述死区控制单元用于控制PWM正常输出时的死区宽度，当发生刹车事件后且系统时钟正常时，控制PWM进入一段死区后再进入指定的电平状态；

所述刹车事件异步逻辑单元在刹车触发信号有效且系统时钟失效时，控制PWM切换到无效状态。

在其中一个实施例中，所述PWM波发生器在死区控制有效时输出包含死区的互补PWM波，在刹车事件逻辑单元输出信号有效时输出无效PWM波并制动电机，在不是死区时间，也没有刹车事件时，输出正常驱动电机的互补PWM波。

在其中一个实施例中，当所述PWM控制模块检测到刹车信号输入有效时，输出制动电机的PWM波。

根据本申请实施例一方面，提供一种电机刹车控制装置，所述装置包括前面实施例所述的一种电机刹车控制电路。

根据本申请实施例一方面，提供一种电机刹车控制方法，所述电机刹车控制方法应用于如前面实施例所述的电机刹车控制电路，所述方法包括：

通过把GPIO配置到相应的复用功能，将外部刹车信号源传递到SOC芯片内部；

在检测到内部异常时产生内部错误刹车信号，其中，所述内部异常包括时钟异常和存储器访问异常；

在接收到所述内部错误刹车信号时，通过硬件将PWM输出切换到制动状态。

在其中一个实施例中，所述方法还包括：

在死区控制有效时输出包含死区的互补PWM波；

在刹车事件逻辑单元输出信号有效时输出无效PWM波并制动电机；

在不是死区时间，也没有刹车事件时，输出正常驱动电机的互补PWM波。

本申请实施例提供的一种电机刹车控制电路、装置和控制方法的有益效果为：本申请的电路包括：刹车信号源处理模块和SOC芯片，所述SOC芯片包括CPU内核、PWM控制模块和电机器件；所述刹车信号源处理模块支持若干种刹车信号触发机制；所述CPU内核用于检测刹车事件标志，并且在刹车发生后执行相应的软件程序处理；所述PWM控制模块用于输出驱动电机的互补PWM波；所述电机器件由所述互补PWM波控制。本申请提供了多种刹车触发源供开发人员灵活选用，当刹车信号产生时，由硬件直接制动电机，同时保留了软件可读的标志信号，软件依然可以执行相关操作，提供了更灵活、更快速和更安全可靠的刹车处理机制。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种电机刹车控制电路的电路示意图；

图2为本申请实施例提供的刹车信号源处理模块的内部电路示意图；

图3为本申请实施例提供的PWM控制模块的内部电路示意图；

图4为本申请实施例提供的一种电机刹车控制方法的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、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。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

随着电子技术的不断发展，消费类电动工具已经在人们的生活当中应用非常广泛，比如手持式的电转机、割草机，还有家庭破壁机、豆浆机、空气炸锅、洗衣机、电风扇、空调外机等等家用电器里面都包括电机。

相关技术中，对于电机产品在实际使用过程中遇到的异常，主要是依靠软件程序侦测异常以及发出命令执行异常处理停止电机转动。由软件停止电机转动的方法存在时效性的问题，因为在硬件发生异常，到软件侦测到异常，再到软件发出指令停止电机转动，这个过程存在一定的延时。

为了解决上述问题，本申请提出了一种电机刹车控制电路。本申请的目的是在芯片SOC系统中为电机应用方案提供更丰富的异常事件刹车触发源，提供更快速的响应机制，提供更灵活且安全可靠的紧急制动方法。

图1为本申请实施例提供的一种电机刹车控制电路的电路示意图，如图1所示，本申请实施例提出的一种电机刹车控制电路包括：刹车信号源处理模块、SOC芯片和电机器件，所述SOC芯片包括CPU内核、PWM控制模块；所述刹车信号源处理模块支持若干种刹车信号触发机制；所述CPU内核用于检测刹车事件标志，并且在刹车发生后执行相应的软件程序处理；所述PWM控制模块用于输出驱动电机的互补PWM波；所述电机器件由所述互补PWM波控制。

图2为本申请实施例提供的刹车信号源处理模块的内部电路示意图，如图2所示，所述刹车信号源处理模块的刹车源至少包括：外部刹车信号源、内部刹车信号源、比较器刹车信号源、ADC刹车信号源。所述外部刹车信号源通过把GPIO配置到相应的复用功能，将外部刹车信号源传递到SOC内部；所述内部刹车信号源在检测到内部异常时产生内部错误刹车信号，其中，所述内部异常包括时钟异常和存储器访问异常；所述ADC刹车信号源由ADC控制模块产生。所述外部刹车信号源、所述内部刹车信号源、所述比较器刹车信号源、所述ADC刹车信号源输出的若干个刹车信号经过或逻辑门后输出为一个刹车信号。

在外部刹车信号源通过把GPIO配置到相应的复用功能中，GPIO接脚可以供使用者由程控自由使用，PIN脚依现实考量可作为通用输入(GPI)或通用输出(GPO)或通用输入与输出(GPIO)。对于输入，可以通过读取某个寄存器来确定引脚电位的高低；对于输出，可以通过写入某个寄存器来让这个引脚输出高电位或者低电位；对于其他特殊功能，则有另外的寄存器来控制。

具体地，本实施例提供多种刹车触发源可选，包括外部触发源和内部触发源，开发人员可灵活选择；在接收到刹车信号时，硬件直接把PWM输出切换到制动状态，以最短的时间制动电机。即使是因为系统时钟停止触发的刹车事件，也能够把PWM输出切换到制动输出状态，提高了安全可靠性。

本申请的PWM是脉冲宽度调制，是一种对模拟信号电平进行数字编码的方法。通过高分辨率计数器的使用，方波的占空比被调制用来对一个具体模拟信号的电平进行编码。PWM信号仍然是数字的，因为在给定的任何时刻，满幅值的直流供电要么完全有(ON)，要么完全无(OFF)。电压或电流源是以一种通(ON)或断(OFF)的重复脉冲序列被加到模拟负载上去的。通的时候即是直流供电被加到负载上的时候，断的时候即是供电被断开的时候。只要带宽足够，任何模拟值都可以使用PWM进行编码。因此当需要刹车时，PWM控制模块输出驱动电机的互补PWM波，当刹车信号输入有效时，输出制动电机的PWM波。

图2所示，比较器刹车信号源可以包括比较器0刹车信号源和比较器1刹车信号源，比较器的输入端来源可以由软件灵活配置，比较器1刹车信号源与比较器0功能相同。图2中还包括了多个或门逻辑单元，5个刹车源信号经过或门逻辑后最终输出一个刹车信号。

本实施例电机方案控制系统中，给方案开发者提供了多种刹车源可选，开发人员可根据实际情况选择其中的一种或者多种刹车源。当PWM控制模块接收到刹车信号时，无论系统时钟是否还在，都可以及时把PWM输出切换成制动电平状态，停止电机转动。同时产生刹车事件标志位，CPU检测到该标志位后，可以执行相应的异常处理程序。

需要说明的是，相关技术从软件层面实现刹车则时效性更差，从板级硬件实现刹车则成本更高。由于驱动电机转动的信号源头来自MCU，从源头检测刹车信号源，并且切断电机驱动信号输出是最有效最快速的方法，因此当刹车信号产生时，由硬件直接制动电机，同时保留了软件可读的标志信号，软件依然可以执行相关操作，本申请具有更灵活、更快速和更安全可靠的刹车处理机制。

图3为本申请实施例提供的PWM控制模块的内部电路示意图，如图3所示，所述PWM控制模块包括：死区控制单元、刹车事件异步逻辑单元和PWM波发生器；所述死区控制单元用于控制PWM正常输出时的死区宽度，当发生刹车事件后且系统时钟正常时，控制PWM进入一段死区后再进入指定的电平状态；所述刹车事件异步逻辑单元在刹车触发信号有效且系统时钟失效时，控制PWM切换到无效状态。

在本实施例中，所述PWM波发生器在死区控制有效时输出包含死区的互补PWM波，在刹车事件逻辑单元输出信号有效时输出无效PWM波并制动电机，在不是死区时间，也没有刹车事件时，输出正常驱动电机的互补PWM波。当所述PWM控制模块检测到刹车信号输入有效时，输出制动电机的PWM波。

此外，本申请还提供了一种电机刹车控制装置，所述装置包括前面实施例所述的一种电机刹车控制电路。

上述电路实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述电路实施例相同，并且达到的有益效果与上述电路实施例所达到的有益效果也相同。

此外，本申请还提供了一种电机刹车控制方法，图4为本申请实施例提供的一种电机刹车控制方法的示意图，如图4所示，所述方法包括：

S401、通过把GPIO配置到相应的复用功能，将外部刹车信号源传递到SOC内部。

S402、在检测到内部异常时产生内部错误刹车信号，其中，所述内部异常包括时钟异常和存储器访问异常。

S403、在接收到所述内部错误刹车信号时，通过硬件将PWM输出切换到制动状态。

在本实施例中，所述方法还包括：在死区控制有效时输出包含死区的互补PWM波；在刹车事件逻辑单元输出信号有效时输出无效PWM波并制动电机；在不是死区时间，也没有刹车事件时，输出正常驱动电机的互补PWM波。

同理，上述电路实施例中的内容均适用于本方法实施例中，本方法实施例所具体实现的功能与上述电路实施例相同，并且达到的有益效果与上述电路实施例所达到的有益效果也相同。

在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本申请的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。

此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本申请，但应当理解的是，除非另有相反说明，功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本申请是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本申请。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本申请的范围，本申请的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。

应当理解，本申请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。

在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本申请的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

以上，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种电机刹车控制电路，其特征在于，所述电路包括：刹车信号源处理模块、SOC芯片和电机器件，所述SOC芯片包括CPU内核、PWM控制模块；

所述刹车信号源处理模块支持若干种刹车信号触发机制；

所述CPU内核用于检测刹车事件标志，并且在刹车发生后执行相应的软件程序处理；

所述PWM控制模块用于输出驱动电机的互补PWM波；

所述电机器件由所述互补PWM波控制；

当刹车信号产生时，由硬件直接制动电机，同时保留软件可读的标志信号，由软件执行操作。

2.根据权利要求1所述的一种电机刹车控制电路，其特征在于，所述刹车信号源处理模块的刹车源至少包括：外部刹车信号源、内部刹车信号源、比较器刹车信号源、ADC刹车信号源。

3.根据权利要求2所述的一种电机刹车控制电路，其特征在于，所述外部刹车信号源通过把GPIO配置到相应的复用功能，将外部刹车信号源传递到所述SOC芯片内部；所述内部刹车信号源在检测到内部异常时产生内部错误刹车信号，其中，所述内部异常包括时钟异常和存储器访问异常；所述ADC刹车信号源由ADC控制模块产生。

4.根据权利要求2所述的一种电机刹车控制电路，其特征在于，所述外部刹车信号源、所述内部刹车信号源、所述比较器刹车信号源、所述ADC刹车信号源输出的若干个刹车信号经过或逻辑门后输出为一个刹车信号。

5.根据权利要求1所述的一种电机刹车控制电路，其特征在于，所述PWM控制模块包括：死区控制单元、刹车事件异步逻辑单元和PWM波发生器；

所述死区控制单元用于控制PWM正常输出时的死区宽度，当发生刹车事件后且系统时钟正常时，控制PWM进入一段死区后再进入指定的电平状态；

所述刹车事件异步逻辑单元在刹车触发信号有效且系统时钟失效时，控制PWM切换到无效状态。

6.根据权利要求5所述的一种电机刹车控制电路，其特征在于，所述PWM波发生器在死区控制有效时输出包含死区的互补PWM波，在刹车事件逻辑单元输出信号有效时输出无效PWM波并制动电机，在不是死区时间，也没有刹车事件时，输出正常驱动电机的互补PWM波。

7.根据权利要求1所述的一种电机刹车控制电路，其特征在于，当所述PWM控制模块检测到刹车信号输入有效时，输出制动电机的PWM波。

8.一种电机刹车控制装置，其特征在于，所述装置包括权利要求1-6中任一项所述的一种电机刹车控制电路。

9.一种电机刹车控制方法，其特征在于，所述电机刹车控制方法应用于如权利要求1-7任一项所述的电机刹车控制电路，所述方法包括：

通过把GPIO配置到相应的复用功能，将外部刹车信号源传递到SOC芯片内部；

在检测到内部异常时产生内部错误刹车信号，其中，所述内部异常包括时钟异常和存储器访问异常；

在接收到所述内部错误刹车信号时，通过硬件将PWM输出切换到制动状态。

10.根据权利要求9所述的一种电机刹车控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

在死区控制有效时输出包含死区的互补PWM波；

在刹车事件逻辑单元输出信号有效时输出无效PWM波并制动电机；

在不是死区时间，也没有刹车事件时，输出正常驱动电机的互补PWM波。

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