CN205039726U - 一种直流电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种直流电机驱动电路，包括差分放大电路、交流闭环运算放大电路和输出功率放大电路；所述差分放大电路用于将输入的设定位置信号和当前的位置信号进行相减和放大后输出偏差放大信号；所述交流闭环运算放大电路用于将差分放大电路输出的偏差放大信号进行交流放大，形成交流偏差放大信号，所述输出功率放大电路用于将交流闭环运算放大电路输出的交流偏差放大信号进行功率放大；本实用新型能够快速响应，并且具备位置伺服能力。

Description

一种直流电机驱动电路

技术领域

本实用新型属于电子电路的技术领域，具体涉及一种直流电机驱动电路。

背景技术

电机控制应用在广泛的领域，当前也有许多有关直流电机驱动的相关芯片和驱动器在市场上销售，但是这些产品也有一定的局限性，且配置的灵活性受到一定的限制，当前在采用功率三极管的两级驱动电路中，两级驱动电路之间均为独立驱动，当驱动信号较小的时候，电机的转速很低，电机的驱动效率很低。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种直流电机驱动电路，能够快速响应，并且具备位置伺服能力。

实现本实用新型的技术方案如下：

一种直流电机驱动电路，包括差分放大电路、交流闭环运算放大电路和输出功率放大电路；

所述差分放大电路用于将输入的设定位置信号和当前的位置信号进行相减和放大后输出偏差放大信号；

所述交流闭环运算放大电路用于将差分放大电路输出的偏差放大信号进行交流放大，形成交流偏差放大信号，交流闭环运算放大电路包括运算放大器U1B，电容C2，电阻R3，电阻R4和电阻R6；

差分放大电路的输出信号通过电阻R3后分为两路，一路接到运算放大器U1B的输入负端，另一路通过电阻R6和电容C2接到运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1B的输入正端通过电阻R4后接地；

所述输出功率放大电路用于将交流闭环运算放大电路输出的交流偏差放大信号进行功率放大。

进一步地，输出功率放大电路包括电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，功率三极管Q1，功率三极管Q2，功率三极管Q3，功率二极管D1和功率二极管D2；

运算放大器U1B输出端的输出信号通过电阻R7后分为两路，一路接到功率三极管Q3的基极，另一路接到功率三极管Q2的基极，功率三极管Q3的集电极分成两路，一路通过电阻R8接到驱动电机的正电源，另一路通过电阻R10接功率三极管Q4的基极；功率三极管Q3的发射极分成三路，第一路接电阻R11的一端，第二路通过电阻R12接地，第三路接功率三极管Q2的发射极；

功率三极管Q2的集电极分成两路，一路通过R13接功率三极管Q1的基极，另一路通过R9接驱动电机的负电源；

功率三极管Q4的发射极接驱动电机的正电源，功率三极管Q4的集电极分成两路，一路通过R14的一端，另一路接二极管D1的正端，二极管D1的负端接驱动电机的正电源，R14的另一端分成四路，第一路接R11的另一端，第二路接R15的一端，第三路通过R16接地，最后一路接到电机的正端，R15的另一端分为两路，一路接功率三极管Q1的集电极，另一路接二极管D2的负端，二极管D2的正端接驱动电机的负电源，功率三极管Q1的发射极接驱动电机的负电源。

有益效果：

(1)本实用新型中交流闭环运算放大电路增加了电容C2，该电容的增加使偏差放大信号的直流增益无穷大，加快了设定位置到位的速度，改善了电机控制的超调问题。

(2)本实用新型中输出功率放大电路中增加了R11，形成了一个二级功率放大和初级功率放大电路之间的反馈，再次提升了系统增益，改善了电机的换向相应速度，加快了到位的速度和精度。

(3)本实用新型的成本较低且设计灵活，可以根据需要对放大参数和功率器件进行选择。

附图说明

图1为本实用新型的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。

本实用新型提供了一种直流电机驱动电路，如图1所示，包括差分放大电路、交流闭环运算放大电路和输出功率放大电路，交流闭环运算放大电路如图1所示增加了电容C2，该电容的增加使偏差放大信号的直流增益无穷大，加快了设定位置到位的速度；输出功率放大电路中增加了R11，形成了一个二级功率放大和初级功率放大电路之间的反馈，再次提升了系统增益，加快了到位的速度。

所述交流闭环运算放大电路由运算放大器U1B，电容C2，电阻R3，电阻R4和电阻R6；

输出功率放大电路包括电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，功率三极管Q1，功率三极管Q2，功率三极管Q3，功率二极管D1和功率二极管D2；

运算放大器U1A及R1、R2、R5、R21、C1构成了一个标准的差分放大电路，VIN1为电机当前的反馈位置输入，预置为设定的电机位置输入，通过差分放大电路U1A的差分放大后，在U1A-1端得到了放大的位置偏差；

差分放大电路的输出信号通过电阻R3后分为两路，一路接到运算放大器U1B的输入负端，另一路通过电阻R6和电容C2接到运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1B的输入正端通过电阻R4后接地，这是一个对于直流信号开环放大，对于交流信号放大1.5倍的运算放大电路，主要位置提高在电机单方向运行的时候的增益，使电机快速到达指定位置附近；

输出功率放大电路由Q1、Q2、Q3、Q4四个分别成对的功率三极管及其配套电阻组成，最后经过功率放大后的驱动信号送给电机M1，驱动电机运动。运算放大器U1B输出端的输出信号通过电阻R7后分为两路，一路接到功率三极管Q3的基极，另一路接到功率三极管Q2的基极，功率三极管Q3的集电极分成两路，一路通过电阻R8接到驱动电机的正电源，另一路通过电阻R10接功率三极管Q4的基极；功率三极管Q3的发射极分成三路，第一路接电阻R11的一端，第二路通过电阻R12接地，第三路接功率三极管Q2的发射极；

功率三极管Q2的集电极分成两路，一路通过R13接功率三极管Q1的基极，另一路通过R9接驱动电机的负电源；

功率三极管Q4的发射极接驱动电机的正电源，功率三极管Q4的集电极分成两路，一路通过R14的一端，另一路接二极管D1的正端，二极管D1的负端接驱动电机的正电源，R14的另一端分成四路，第一路接R11的另一端，第二路接R15的一端，第三路通过R16接地，最后一路接到电机的正端，R15的另一端分为两路，一路接功率三极管Q1的集电极，另一路接二极管D2的负端，二极管D2的正端接驱动电机的负电源，功率三极管Q1的发射极接驱动电机的负电源。

具体的工作过程为：

附图1中的运算放大器U1A及其附属电阻和电容组成了差分放大电路，其中电容C1的作用是低通滤波，本电路模块中的电阻设置把两个输入的差值放大了100倍，电机当前的反馈位置VIN1和电机设定要到达的位置“预置”，在通过U1A后，变为两者之间差值的100倍，该信号进入二级交流运算放大器，当输入的差值电压没有极性的变化的时候，二级放大器为开环状态，U1B的输出始终为最大值，该输出值经过功率放大后，以电机的最高速度一直运行电机，使电机快速接近制定位置，当电机超过指定位置的瞬间，输入二级放大器的差值电压极性变化，C2对交流短路，此时二级放大器变为1.5倍放大器，输出一个反向的很小的控制电压给功率放大器，控制电机反向运动，若电机再次超过设定位置，输入二级放大器的差值电压极性再次变化，C2对交流短路，此时二级放大器仍为1.5倍放大器，输出一个反向的很小的控制电压给功率放大器，控制电机反向运动，最终电机到达指定位置。功率放大器分为两级，第一级由对管Q2和Q3组成，第二级由对管Q1和Q4组成，当电机正向运动时，由二级交流放大器输入的电压为正值，Q3导通，Q2截止,推动Q4导通,Q1截止，输出给电机的是正电压，当电机变为反向运行时，由二级交流放大器输入的电压为负值，Q2导通，Q3截止,推动Q1导通,Q4截止，输出给电机的是负电压，从而驱动电机运动，选择二级功率放大是由于对于功率较大的电机一级放大的放大倍数可能不足，不能推动电机正常运动。

综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种直流电机驱动电路，其特征在于，包括差分放大电路、交流闭环运算放大电路和输出功率放大电路；

所述差分放大电路用于将输入的设定位置信号和当前的位置信号进行相减和放大后输出偏差放大信号；

所述交流闭环运算放大电路用于将差分放大电路输出的偏差放大信号进行交流放大，形成交流偏差放大信号，交流闭环运算放大电路包括运算放大器U1B，电容C2，电阻R3，电阻R4和电阻R6；

差分放大电路的输出信号通过电阻R3后分为两路，一路接到运算放大器U1B的输入负端，另一路通过电阻R6和电容C2接到运算放大器U1B的输出端，运算放大器U1B的输入正端通过电阻R4后接地；

所述输出功率放大电路用于将交流闭环运算放大电路输出的交流偏差放大信号进行功率放大。

2.如权利要求1所述的一种直流电机驱动电路，其特征在于，所述输出功率放大电路包括电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，功率三极管Q1，功率三极管Q2，功率三极管Q3，功率二极管D1和功率二极管D2；

运算放大器U1B输出端的输出信号通过电阻R7后分为两路，一路接到功率三极管Q3的基极，另一路接到功率三极管Q2的基极，功率三极管Q3的集电极分成两路，一路通过电阻R8接到驱动电机的正电源，另一路通过电阻R10接功率三极管Q4的基极；功率三极管Q3的发射极分成三路，第一路接电阻R11的一端，第二路通过电阻R12接地，第三路接功率三极管Q2的发射极；

功率三极管Q2的集电极分成两路，一路通过R13接功率三极管Q1的基极，另一路通过R9接驱动电机的负电源；

功率三极管Q4的发射极接驱动电机的正电源，功率三极管Q4的集电极分成两路，一路通过R14的一端，另一路接二极管D1的正端，二极管D1的负端接驱动电机的正电源，R14的另一端分成四路，第一路接R11的另一端，第二路接R15的一端，第三路通过R16接地，最后一路接到电机的正端，R15的另一端分为两路，一路接功率三极管Q1的集电极，另一路接二极管D2的负端，二极管D2的正端接驱动电机的负电源，功率三极管Q1的发射极接驱动电机的负电源。