CN204089637U - 微电机的驱动电源 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的驱动电源，包括：用于产生电机控制信号的MCU模块，与该MCU模块相连的用于接收所述电机控制信号的电机驱动模块，与该电机驱动模块相连的用于采集电机电流的闭环模块，该闭环模块的反馈电流输出端与所述MCU模块的电流采集端相连，该闭环模块的适于提供中断信号的输出端与所述MCU模块的外部中断输入端相连。本实用新型通过闭环反馈控制，对电机的电流进行实时检测，便于MCU模块实现对电机的精确微动控制；电流同步检测与滤波技术相结合，解决感性负载电流突变时，其瞬态驱动电流检测出现的尖峰干扰造成控制不准确的问题。

Description

微电机的驱动电源

本申请是分案申请，原申请的申请号：201320745261.7，申请日：2013-11-21，发明创造名称《一种用于稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的驱动电源》。 

技术领域

本实用新型涉及一种驱动电源，具体的是指一种用于稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的驱动电源。 

背景技术

惯性冲击电机是利用惯性冲击来实现精密位移的一种驱动机构，它具有运动范围大、位移分辨率高、结构简单的优点。现有的惯性冲击直线电机一般采用压电功能材料驱动。但是由于压电材料存在有缆驱动、变形量小、功率密度小、高电压驱动，导致现有的压电式惯性冲击直线电机存在运动稳定性较差、运动速度慢、负载能力弱、可靠性低的问题，因而应用受到限制。 

针对现有惯性冲击直线电机的不足，南昌工程学院的卢全国博士采用稀土超磁致伸缩材料为驱动源构造一种新型惯性冲击直线电机，具有磁场(无缆)驱动、变形量大、输出力大、能量密度大、响应速度快、低电压驱动等特点。因而，与现有的惯性冲击电机相比，其具有运动稳定性更好、运动速度更快、负载能力更强、可靠性更高等优势。 

根据惯性冲击电机工作特性，如何提供一种有效的电机驱动电源，使磁致伸缩式惯性冲击微型直线电机能具有更大的带负载能力、更快的运动速度，更高的位移控制精度，并且采用低电压驱动，目前已有部分高等院校及研究所进行了研究，并提出了一些方案。如： 

自2001年起，大连理工大学的杨兴和贾振元等人采用连续调整型恒流源的原理, 并选用功率MO SFET 作为功率放大元件, 研制出超磁致伸缩执行器驱动电源, 电流可在- 3～ + 3 A 范围内连续可调, 且具有结构简单、安全(输出电压< 24 V )、可靠的优点。

2008年，浙江大学的葛荣杰和邬义杰等人在分析超磁致伸缩材料的驱动特性及超磁致伸缩执行器驱动源特点的基础上, 采用连续调整型恒流源的原理,以通用运放为基础, 研制出电流在- 3~ + 3A范围内连续可调的大功率恒流功放作为超磁致伸缩执行器驱动源。实际测试的结果表明其性能良好, 可以满足驱动超磁致伸缩材料的要求。 

2010年，扬州大学马志新针对超磁致伸缩驱动器的工作原理和电源驱动特点, 设计了一种基于DSP 控制能实现电流- 4 A～+ 4 A连续可调的双向可控恒流驱动电源。该电源经实际测试性能良好, 能满足超磁致伸缩驱动器的工作要求。 

Jorgen 等人提出用磁极化强度作为负反馈控制量的设想，国内外的其他学者也进行了广泛的研究。 

以上一些方案都是采用连续调整型恒流源的原理设计的准静态驱动电源，输入电流大小虽然可变，但是无法产生快速上升缓慢下降，或快速下降缓慢上升的电流信号，也不能任意设置或精准控制位移的步数，满足不了惯性冲击式微电机的驱动要求，市场也未见成熟的惯性冲击式微电机驱动电源出售，国内外对稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机驱动电源的开发更是鲜见报道。 

目前在实验室，一般用来产生稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机驱动电源的方案是将信号源和功率放大器组合，其缺点是（1）无闭环反馈控制，输出电流误差大，不能对电机实现精确微动控制；（2）在电机运行中，无法实时调整电流脉冲的极性和个数；（3）体积庞大，价格高携带不方便，仅适合在实验室使用。 

综上所述，目前对稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机驱动电源的开发和研究具有迫切的需求。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种用于稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的驱动电源，该驱动电源解决了在闭环反馈控制下，对电机驱动电流进行采集的技术问题。 

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的驱动电源，包括：用于产生电机控制信号的MCU模块，与该MCU模块相连的用于接收所述电机控制信号的电机驱动模块，与该电机驱动模块相连的用于采集电机电流的闭环模块，该闭环模块的反馈电流输出端与所述MCU模块的电流采集端相连，该闭环模块的适于提供中断信号的输出端与所述MCU模块的外部中断输入端相连。 

进一步，所述电机驱动模块包括：第一光电耦合器，该第一光电耦合器的输入端与所述MCU模块相连，该第一光电耦合器的输出端与一MOSFER驱动器的输入端相连，该MOSFER驱动器的输出端通过一输入电阻与一MOS管的栅极相连，该MOS管的漏极与所述稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的供电端相连，该MOS管的源极与一采样电阻和所述闭环模块的输入端相连。 

进一步，所述闭环模块包括：放大电路，该放大电路的输入端与所述MOS管的源极相连，该放大电路的输出端与一模拟信号隔离电路的输入端相连，该模拟信号隔离电路的输出端经过一低通滤波器后与所述电流采集端和一反相比较器的输入端相连，该反相比较器的输出端与所述外部中断输入端相连。 

进一步，所述放大电路为两级放大电路。 

进一步，所述两级放大电路为由两片集成运放构成的两级同相比例放大电路。 

本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：（1）本实用新型通过闭环反馈控制，对电机的电流进行实时检测，便于MCU模块实现对电机的精确微动控制；（2）电流同步检测与滤波技术相结合，解决感性负载电流突变时，其瞬态驱动电流检测出现的尖峰干扰造成控制不准确的问题。 

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中 

图1为本实用新型的驱动电源的电路框图；

图2为本实用新型的驱动电源中电机驱动模块的电路原理图；

图3为本实用新型所述闭环模块中放大电路与模拟信号隔离电路的电路原理图；

图4为本实用新型所述闭环模块中低通滤波器与反相比较器的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明： 

见图1、一种用于稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的驱动电源，包括：用于产生电机控制信号的MCU模块，与该MCU模块相连的用于接收所述电机控制信号的电机驱动模块，具体的是实时MCU模块中的控制端与电机驱动模块相连；与该电机驱动模块相连的用于采集电机电流的闭环模块，该闭环模块的反馈电流输出端与所述MCU模块的电流采集端相连，该闭环模块的适于提供中断信号的输出端与所述MCU模块的外部中断输入端相连。

其中，MCU模块产生电机控制信号，以及采集反馈电流、外部中断控制的方法及程序，在现有技术中均有相关描述，这里不再重复。 

所述MCU模块可以采用单片机，其与AD模块相连的技术方案来实现反馈电流的采集，即AD模块与所述反馈电流输出端相连；也可以采用带有AD的MCU模块，即STC12C5A0S2，其内部的AD采集通道的P1.7口与所述反馈电流输出端相连，该STC12C5A0S2的P1.4口输出所述电机控制信号与所述电机驱动模块相连，P1.2口作为所述外部中断输入端与所述闭环模块中适于提供中断信号的输出端相连。 

见图2，所述电机驱动模块包括：第一光电耦合器U8，该第一光电耦合器U8的输入端与所述MCU模块相连，该第一光电耦合器U8的输出端与一MOSFER驱动器U6的输入端相连，该MOSFER驱动器U6的输出端通过一输入电阻R18与一MOS管Q1的栅极相连，该MOS管Q1的漏极与所述稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的供电端相连，该MOS管Q1的源极与一采样电阻R20和所述闭环模块的输入端相连。 

所述第一光电耦合器采用6N137，所述MOSFER驱动器采用TC4428，所述MOS管采用IRF640N。 

见图3和图4，所述闭环模块包括：放大电路，该放大电路的输入端与所述MOS管Q1的源极相连，该放大电路的输出端与一模拟信号隔离电路的输入端相连，该模拟信号隔离电路的输出端经过一低通滤波器后与所述电流采集端和一反相比较器的输入端相连，该反相比较器的输出端与所述外部中断输入端相连。 

所述放大电路为两级放大电路。 

所述两级放大电路为由两片集成运放构成的两级同相比例放大电路，详见图3中，集成运放U7A和U7B构成的两级放大电路。 

所述模拟信号隔离电路包括：第一集成运放U9B，第一、第二和第三电阻，第一电容C12，含有第一、第二受光体和发光源的第二光电耦合器，PNP型三极管Q2，第一可调串联分压电路。 

所述第一集成运放U9B的反相端作为输入端分别与第一电阻R17和第一受光器U5B以及第一电容C12的一端相连，该第一电容C12的另一端与所述发光源U5A和第二电阻R15的一端相连，该发光源U5A的另一端与电源相连，所述第二电阻R15的另一端与PNP型三极管Q2的发射极相连，该PNP型三极管Q2的基极通过第三电阻R22与所述第一集成运放U9B的输出端相连，该PNP型三极管Q2的集电极接地；所述第一集成运放U9B的同相端与第一可调串联分压电路相连，该第一可调串联分压电路详见图3中，由电阻R11、电位器R8、电阻R12构成，且电位器R8的中间抽头与所述第一集成运放U9B的同相端相连。 

所述低通滤波器包括：第二集成运放U10A，第四电阻R16，第五电阻R23，第二、第三电容。 

所述第二集成运放U10A的反相端与所述第二受光体U5C相连，该第二集成运放U10A的同相端接地，该第二集成运放U10A的反相端与输出端之间连接第四电阻R16和第二电容C14；该第二集成运放U10A的输出端还与第五电阻R23的一端相连，该第五电阻R23的另一端与第三电容C18的一端和所述电流采集端以及反相比较器的输入端相连，该第三电容C18的另一端接地；所述反相比较器包括：第三集成运放U10B、第二可调串联分压电路，所述第三集成运放U10B的反相端与所述第五电阻R23的另一端相连，该第三集成运放U10B的同相端与第二可调串联分压电路相连，该第三集成运放U10B的输出端与所述外部中断输入端相连。 

所述第二可调串联分压电路通过电阻R32、电位器R34、电阻R33串联构成，其中，所述电位器R34的中间抽头与所述第三集成运放U10B的同相端相连。 

集成运算放大器，简称集成运放可以采用LM258，所述第二光电耦合器可以采用HCNR201来实现。 

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本实用新型的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。 

Claims (1)

1.一种微电机的驱动电源，其特征在于包括：MCU模块，与该MCU模块相连的电机驱动模块，与该电机驱动模块相连的闭环模块，该闭环模块的反馈电流输出端与所述MCU模块的电流采集端相连，该闭环模块与所述MCU模块相连；

所述电机驱动模块包括：第一光电耦合器，该第一光电耦合器的输入端与所述MCU模块相连，该第一光电耦合器的输出端与一MOSFER驱动器的输入端相连，该MOSFER驱动器的输出端通过一输入电阻与一MOS管的栅极相连，该MOS管的漏极与一稀土超磁致伸缩惯性冲击式微电机的供电端相连，该MOS管的源极与一采样电阻和所述闭环模块的输入端相连；

所述闭环模块包括：放大电路，该放大电路的输入端与所述MOS管的源极相连，该放大电路的输出端与一模拟信号隔离电路的输入端相连，该模拟信号隔离电路的输出端经过一低通滤波器后与所述电流采集端和一反相比较器的输入端相连，该反相比较器的输出端与所述MCU模块的外部中断输入端相连。