CN204517713U - 一种四象限直流电机调速驱动器 - Google Patents
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Abstract
一种四象限直流电机调速驱动器,包括一台主机、一条直流电机负载电缆、一条辅助电源电缆,主机外壳的一个侧面设有直流电机负载插座;主机外壳的另一个侧面设有辅助电源插座;主机外壳上盖设有电机转速调节旋钮电位器和电机正反转切换旋钮;主机外壳内部装有一块电路板,该电路板的电路由微控制器接口电路、PWM驱动信号光电隔离电路、IGBT栅极高低压驱动电路、H桥臂IGBT栅极保护电路、电机驱动桥电路所组成。本实用新型具有数字式驱动、隔离保护、高效率以及高可靠性的特点,解决了现有的晶闸管直流调速技术存在的不足。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机驱动领域,特别是涉及直流电机的调速驱动技术。
背景技术
直流电动机具有良好的起动、制动性能,宜于在大范围内平滑调速,在许多需要调速或快速正反向的电力拖动领域中得到了广泛的应用。直流电机的调速是通过电压的大小来实现的,最早的调速方式是通过改变电枢回路中的电阻来实现调速,这种方法简单易行设备制造方便,价格低廉。但缺点是效率低、机械特性软、不能在较宽范围内平滑调速。后来又采用发电机-电动机旋转变流组,配合采用磁放大器、电机扩大机、闸流管等控制器件实现调速,但因体积以及维修等原因被汞弧变流器所代替。而现有的技术中,应用最多的是采用晶闸管直流调速系统,由于晶闸管直流调速具有体积小、响应快、工作可靠、寿命长、维修简便等一系列优点,因而如今被大量采用。随着新型电力电子器件以及计算机技术的发展,晶闸管直流调速显现出了热损耗大、效率低以及数字化困难等问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种四象限直流电机调速驱动器,该驱动器具有数字式驱动、隔离保护、高效率以及高可靠性的特点,解决了现有的晶闸管直流调速技术存在的不足。
为了达到上述目的,本实用新型的技术方案如下:
所述的一种四象限直流电机调速驱动器包括一台主机、一条直流电机负载电缆、一条辅助电源电缆。主机有一个长方形外壳,主机外壳的一个侧面设有直流电机负载插座,直流电机负载插座与直流电机负载电缆相连;主机外壳的另一个侧面设有辅助电源插座,辅助电源插座与辅助电源电缆相连;主机外壳上盖设有电机转速调节旋钮电位器和电机正反转切换旋钮;主机外壳内部装有一块电路板,该电路板的电路由微控制器接口电路、PWM驱动信号光电隔离电路、IGBT栅极高低压驱动电路、H桥臂IGBT栅极保护电路、电机驱动桥电路所组成;电路板上的连接器J1与主机外壳的直流电机负载插座相连;电路板上的电源+15V、电路板上的电源-5V以及电路板上的VDC辅助电源与主机外壳的辅助电源插座相连;电路板上的可调电阻R1与主机外壳的电机转速调节旋钮电位器相连, 电路板上的连接器J2与电机正反转切换旋钮相连。
所述的微控制器接口电路由单片机芯片U1、电阻R6、电位器R1、电容C5、电容C6、电容C7、晶振Y1、连接器J2组成;单片机芯片U1的管脚37与电位器R1的管脚3相连,单片机芯片U1的管脚5、管脚17相连后与电源VCC相连;单片机芯片U1的管脚4经电阻R6与电源VCC相连;电位器R1的管脚1与电源VCC相连,电位器R1的管脚2与地线GND相连;单片机芯片U1的管脚6与地线GND相连;单片机芯片U1的管脚18与地线GND相连;电容C5跨接在单片机芯片U1的管脚4、管脚18之间;电容C6跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚18之间;电容C7跨接在单片机芯片U1的管脚6、管脚7之间;晶振Y1跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚7之间;连接器J2的管脚1与电源VCC相连;连接器J2的管脚2与单片机芯片U1的管脚19相连;连接器J2的管脚3与地线GND相连。
所述的PWM驱动信号光电隔离电路由光电隔离驱动芯片U2、光电隔离驱动芯片U3组成;光电隔离驱动芯片U2的管脚2与电源VCC相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚3与单片机芯片U1的管脚13相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚5与电源-5V相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚8与电源+15V相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG1与模块IGBT1的管脚1相连,同时,光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG2与模块IGBT4的管脚1相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚2与电源VCC相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚3与单片机芯片U1的管脚14相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚5与电源-5V相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚8与电源+15V相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG3与模块IGBT3的管脚1相连,同时,光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG4与模块IGBT2的管脚1相连;
所述的IGBT栅极高低压驱动电路由电容C8、电容C9、电容C10、电容C11组成;电源-5V经电容C9、电容C8与电源+15V相连,电容C9、电容C8之间的引出线与地线GNDA相连;电源-5V经电容C10、电容C11与电源+15V相连,电容C10、电容C11之间的引出线与地线GNDA相连。
所述的H桥臂IGBT栅极保护电路由栅极电阻RG1、栅极电阻RG2、栅极电阻RG3、栅极电阻RG4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及双向稳压二极管D1、双向稳压二极管D2、双向稳压二极管D3、双向稳压二极管D4组成;电阻R7与双向稳压二极管D1并联后,其中一端公共节点与地线GNDA相连,另一公共节点与模块IGBT1的管脚1以及栅极电阻RG1相连;电阻R5与双向稳压二极管D2并联后,其中 一端公共节点与地线GNDB相连,另一公共节点与模块IGBT2的管脚1以及栅极电阻RG4相连;电阻R8与双向稳压二极管D3并联后,其中一端公共节点与地线GNDC相连,另一公共节点与模块IGBT3的管脚1以及栅极电阻RG3相连;电阻R9与双向稳压二极管D4并联后,其中一端公共节点与地线GNDC相连,另一公共节点与模块IGBT4的管脚1以及栅极电阻RG2相连。
所述的电机驱动桥电路由模块IGBT1、模块IGBT2、模块IGBT3、模块IGBT4、连接器J1组成;模块IGBT1的管脚1与栅极电阻RG1、电阻R7、双向稳压二极管D1的公共节点相连,模块IGBT2的管脚1与栅极电阻RG4、电阻R5、双向稳压二极管D2的公共节点相连,模块IGBT3的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R8、双向稳压二极管D3的公共节点相连,模块IGBT4的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R9、双向稳压二极管D4的公共节点相连,模块IGBT1的管脚3与模块IGBT3的管脚2相连,模块IGBT2的管脚3与模块IGBT4的管脚2相连,模块IGBT1的管脚2与模块IGBT2的管脚2相连后接到电源VDC,模块IGBT3的管脚3与模块IGBT4的管脚3相连后接到地线GNDC;连接器J1跨接在模块IGBT1的管脚3和模块IGBT2的管脚3之间。
所述的光电隔离驱动芯片U2的型号为FOD3120,光电隔离驱动芯片U3的型号为FOD3120。
本实用新型以单片机为核心,采用PWM波驱动IGBT桥结构实现直流电机的四象限运行。PWM调制波通过脉宽控制IGBT桥臂的开度,从而产生不同大小的电压,该电压施加在直流电机上,使电机产生不同的转速,实现了数字式的直流调速功能;H桥臂IGBT栅极保护电路对IGBT模块提供了保护,保证了IGBT模块工作的可靠性;光电隔离驱动芯片U2以及光电隔离驱动芯片U3的型号为FOD3120,该型号芯片可以提供栅极电容的瞬时大电流脉冲,使得栅极驱动信号波形稳定可靠;IGBT模块比晶闸管的热损耗更低,使得直流调速驱动器的效率更高。
附图说明
图1为本实用新型的主机结构示意图。
图2为本实用新型的原理框图。
图3为本实用新型的电路原理图。
附图1中的部件标号为:1为主机,2为辅助电源插座,3为辅助电源电缆,4为直流电机负载插座,5为直流电机负载电缆,6为电机转速调节旋钮电位器,7为电机正反转切换旋钮。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例
见图1、图2、图3,一种四象限直流电机调速驱动器,包括一台主机1、一条直流电机负载电缆5、一条辅助电源电缆3。主机1有一个长方形外壳,主机1外壳的一个侧面设有直流电机负载插座4,直流电机负载插座4与直流电机负载电缆5相连;主机1外壳的另一个侧面设有辅助电源插座2,辅助电源插座2与辅助电源电缆3相连;主机1外壳上盖设有电机转速调节旋钮电位器6和电机正反转切换旋钮7;主机1外壳内部装有一块电路板,该电路板的电路由微控制器接口电路、PWM驱动信号光电隔离电路、IGBT栅极高低压驱动电路、H桥臂IGBT栅极保护电路、电机驱动桥电路所组成;电路板上的连接器J1与主机1外壳的直流电机负载插座4相连;电路板上的电源+15V、电路板上的电源-5V以及电路板上的VDC辅助电源与主机1外壳的辅助电源插座2相连;电路板上的可调电阻R1与主机1外壳的电机转速调节旋钮电位器6相连,电路板上的连接器J2与主机1外壳的电机正反转切换旋钮7相连。
所述的微控制器接口电路由单片机芯片U1、电阻R6、电位器R1、电容C5、电容C6、电容C7、晶振Y1、连接器J2组成;单片机芯片U1的管脚37与电位器R1的管脚3相连,单片机芯片U1的管脚5、管脚17相连后与电源VCC相连;单片机芯片U1的管脚4经电阻R6与电源VCC相连;电位器R1的管脚1与电源VCC相连,电位器R1的管脚2与地线GND相连;单片机芯片U1的管脚6与地线GND相连;单片机芯片U1的管脚18与地线GND相连;电容C5跨接在单片机芯片U1的管脚4、管脚18之间;电容C6跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚18之间;电容C7跨接在单片机芯片U1的管脚6、管脚7之间;晶振Y1跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚7之间;连接器J2的管脚1与电源VCC相连;连接器J2的管脚2与单片机芯片U1的管脚19相连;连接器J2的管脚3与地线GND相连。
所述的PWM驱动信号光电隔离电路由光电隔离驱动芯片U2、光电隔离驱动芯片U3组成;光电隔离驱动芯片U2的管脚2与电源VCC相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚3与单片机芯片U1的管脚13相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚5与电源-5V相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚8与电源+15V相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG1与模块IGBT1的管脚1相连,同时,光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG2与模块IGBT4的管脚1相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚2与电源VCC相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚3与单 片机芯片U1的管脚14相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚5与电源-5V相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚8与电源+15V相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG3与模块IGBT3的管脚1相连,同时,光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG4与模块IGBT2的管脚1相连;
所述的IGBT栅极高低压驱动电路由电容C8、电容C9、电容C10、电容C11组成;电源-5V经电容C9、电容C8与电源+15V相连,电容C9、电容C8之间的引出线与地线GNDA相连;电源-5V经电容C10、电容C11与电源+15V相连,电容C10、电容C11之间的引出线与地线GNDA相连。
所述的H桥臂IGBT栅极保护电路由栅极电阻RG1、栅极电阻RG2、栅极电阻RG3、栅极电阻RG4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及双向稳压二极管D1、双向稳压二极管D2、双向稳压二极管D3、双向稳压二极管D4组成;电阻R7与双向稳压二极管D1并联后,其中一端公共节点与地线GNDA相连,另一公共节点与模块IGBT1的管脚1以及栅极电阻RG1相连;电阻R5与双向稳压二极管D2并联后,其中一端公共节点与地线GNDB相连,另一公共节点与模块IGBT2的管脚1以及栅极电阻RG4相连;电阻R8与双向稳压二极管D3并联后,其中一端公共节点与地线GNDC相连,另一公共节点与模块IGBT3的管脚1以及栅极电阻RG3相连;电阻R9与双向稳压二极管D4并联后,其中一端公共节点与地线GNDC相连,另一公共节点与模块IGBT4的管脚1以及栅极电阻RG2相连。
所述的电机驱动桥电路由模块IGBT1、模块IGBT2、模块IGBT3、模块IGBT4、连接器J1组成;模块IGBT1的管脚1与栅极电阻RG1、电阻R7、双向稳压二极管D1的公共节点相连,模块IGBT2的管脚1与栅极电阻RG4、电阻R5、双向稳压二极管D2的公共节点相连,模块IGBT3的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R8、双向稳压二极管D3的公共节点相连,模块IGBT4的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R9、双向稳压二极管D4的公共节点相连,模块IGBT1的管脚3与模块IGBT3的管脚2相连,模块IGBT2的管脚3与模块IGBT4的管脚2相连,模块IGBT1的管脚2与模块IGBT2的管脚2相连后接到电源VDC,模块IGBT3的管脚3与模块IGBT4的管脚3相连后接到地线GNDC;连接器J1跨接在模块IGBT1的管脚3和模块IGBT2的管脚3之间。
所述的光电隔离驱动芯片U2的型号为FOD3120,光电隔离驱动芯片U3的型号为FOD3120。
Claims (2)
1.一种四象限直流电机调速驱动器,包括一台主机、一条直流电机负载电缆、一条辅助电源电缆,其特征是:主机有一个长方形外壳,主机外壳的一个侧面设有直流电机负载插座,直流电机负载插座与直流电机负载电缆相连;主机外壳的另一个侧面设有辅助电源插座,辅助电源插座与辅助电源电缆相连;主机外壳上盖设有电机转速调节旋钮电位器和电机正反转切换旋钮;主机外壳内部装有一块电路板,该电路板的电路由微控制器接口电路、PWM驱动信号光电隔离电路、IGBT栅极高低压驱动电路、H桥臂IGBT栅极保护电路、电机驱动桥电路所组成;电路板上的连接器J1与主机外壳的直流电机负载插座相连;电路板上的电源+15V、电路板上的电源-5V以及电路板上的VDC辅助电源与主机外壳的辅助电源插座相连;电路板上的可调电阻R1与主机外壳的电机转速调节旋钮电位器相连,电路板上的连接器J2与电机正反转切换旋钮相连。
2.根据权利要求1所述的一种四象限直流电机调速驱动器,其特征是:所述的微控制器接口电路由单片机芯片U1、电阻R6、电位器R1、电容C5、电容C6、电容C7、晶振Y1、连接器J2组成;单片机芯片U1的管脚37与电位器R1的管脚3相连,单片机芯片U1的管脚5、管脚17相连后与电源VCC相连;单片机芯片U1的管脚4经电阻R6与电源VCC相连;电位器R1的管脚1与电源VCC相连,电位器R1的管脚2与地线GND相连;单片机芯片U1的管脚6与地线GND相连;单片机芯片U1的管脚18与地线GND相连;电容C5跨接在单片机芯片U1的管脚4、管脚18之间;电容C6跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚18之间;电容C7跨接在单片机芯片U1的管脚6、管脚7之间;晶振Y1跨接在单片机芯片U1的管脚8、管脚7之间;连接器J2的管脚1与电源VCC相连;连接器J2的管脚2与单片机芯片U1的管脚19相连;连接器J2的管脚3与地线GND相连;所述的PWM驱动信号光电隔离电路由光电隔离驱动芯片U2、光电隔离驱动芯片U3组成;光电隔离驱动芯片U2的管脚2与电源VCC相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚3与单片机芯片U1的管脚13相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚5与电源-5V相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚8与电源+15V相连;光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG1与模块IGBT1的管脚1相连,同时,光电隔离驱动芯片U2的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG2与模块IGBT4的管脚1相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚2与电源VCC相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚3与单片机芯片U1的管脚14相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚5与电源-5V相连;光电隔离驱动芯片U3的管脚8与电源+15V相连;光 电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG3与模块IGBT3的管脚1相连,同时,光电隔离驱动芯片U3的管脚6、管脚7相连后,经栅极电阻RG4与模块IGBT2的管脚1相连;所述的IGBT栅极高低压驱动电路由电容C8、电容C9、电容C10、电容C11组成;电源-5V经电容C9、电容C8与电源+15V相连,电容C9、电容C8之间的引出线与地线GNDA相连;电源-5V经电容C10、电容C11与电源+15V相连,电容C10、电容C11之间的引出线与地线GNDA相连;所述的H桥臂IGBT栅极保护电路由栅极电阻RG1、栅极电阻RG2、栅极电阻RG3、栅极电阻RG4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及双向稳压二极管D1、双向稳压二极管D2、双向稳压二极管D3、双向稳压二极管D4组成;电阻R7与双向稳压二极管D1并联后,其中一端公共节点与地线GNDA相连,另一公共节点与模块IGBT1的管脚1以及栅极电阻RG1相连;电阻R5与双向稳压二极管D2并联后,其中一端公共节点与地线GNDB相连,另一公共节点与模块IGBT2的管脚1以及栅极电阻RG4相连;电阻R8与双向稳压二极管D3并联后,其中一端公共节点与地线GNDC相连,另一公共节点与模块IGBT3的管脚1以及栅极电阻RG3相连;电阻R9与双向稳压二极管D4并联后,其中一端公共节点与地线GNDC相连,另一公共节点与模块IGBT4的管脚1以及栅极电阻RG2相连;所述的电机驱动桥电路由模块IGBT1、模块IGBT2、模块IGBT3、模块IGBT4、连接器J1组成;模块IGBT1的管脚1与栅极电阻RG1、电阻R7、双向稳压二极管D1的公共节点相连,模块IGBT2的管脚1与栅极电阻RG4、电阻R5、双向稳压二极管D2的公共节点相连,模块IGBT3的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R8、双向稳压二极管D3的公共节点相连,模块IGBT4的管脚1与栅极电阻RG3、电阻R9、双向稳压二极管D4的公共节点相连,模块IGBT1的管脚3与模块IGBT3的管脚2相连,模块IGBT2的管脚3与模块IGBT4的管脚2相连,模块IGBT1的管脚2与模块IGBT2的管脚2相连后接到电源VDC,模块IGBT3的管脚3与模块IGBT4的管脚3相连后接到地线GNDC;连接器J1跨接在模块IGBT1的管脚3和模块IGBT2的管脚3之间;所述的光电隔离驱动芯片U2的型号为FOD3120,光电隔离驱动芯片U3的型号为FOD3120。
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GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20150729 Termination date: 20160204 |
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