CN205195602U - 直流电机正反转及调速电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流电机正反转及调速电路，包括主电路和控制电路；所述主电路包括：第一电感、第二电感、第三电感、第一电容、第二电容、第三电容、第一开关管、第二开关管，其中第一开关管和第二开关管的控制信号是互补信号；所述控制电路包括：STM32微控器、位移传感器、速度传感器、物体传感器、驱动电路、输入按键；本电路可对直流电机实现正反转和平滑调速；整个电路的结构简单，功能多样，体积小、重量轻、可靠性高。

Description

直流电机正反转及调速电路

技术领域

本实用新型属于直流电机控制领域，尤其是一种直流电机正反转及调速电路。

背景技术

随着对直流电机的研究的不断深入和直流电机制造技术的日益成熟，操作简单，控制便捷，性能良好的直流电机被越来越多的应用到各行各业中,同交流电机相比直流电机具有调速平滑，快捷，调速范围广的特点，由此对直流电机的调速及正反转电路的研究越来越多的受到人们的关注。

现有的直流电机正反转及调速电路，功能单一而且结构比较复杂，现有大多数结构相对简单的电路只能使直流电机单方向调速或只能使直流电机正反转不能调速，现有能实现直流电机正反转及调速的电路结构复杂，使用可控开关器件较多，效率低，难控制，成本较高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述缺陷，提出一种结构简单、体积小、重量轻、可靠性高的直流电机正反转及调速电路。

本实用新型采用如下技术方案：

第二电容的一端与第一电感和第二电感相连，所述第一电感的另一端连接直流电源的正极，所述第二电感的一端与第一电容的一端相互相连，并且连接到第一开关管的输入端，第一电容的另一端与直流电源的负极相连；所述第二电容的另一端与第三电感相互相连，并连接到所述第一开关管的输出端，所述第三电感的另一端与电源的负极相连；第二开关管的输入端连接在所述第一电感和所述第二电感之间，第三电容的一端和直流电机的一端相互，并与所述第二开关管的输出端相连，所述第三电容的另一端与所述直流电机的另一端相互相连，并与直流电源的负极相连；直流电机的转轴与速度传感器相连，速度传感器的输出与STM32的正交编码器相连；位移传感器与STM32微控器的A/D转换器相连；物体传感器的输出端与STM32微控器的GPIO口相连；STM32微控器的PWM端口与驱动电路的输入端相连。

优选的：所述第一电容，所述第二电容为电解电容。

优选的：所述第三电容为无极性电解电容。

优选的：所述第一开关管，所述第二开关管均为N沟道增强型MOS管。

优选的：所述第一开关管，所述第二开关管均包含体二极管。

本实用新型提供了一种直流电机正反转及调速电路，所述第一开关管，所述第二开关的控制信号是互补信号，即在所述第一开关管的控制信号是低电平时所述第二开关管的控制信号是高电平，通过改变开关管控制信号的占空比使加在直流电机上的电压的大小及极性发生改变，从而改变直流电机的旋转方向和转速。

附图说明

图1为本实用新型电机正反转及调速电路结构示意图。

图2为第一开关管Q1导通第二开关管Q2截止主电路等效图。

图3为第一开关管Q1截止第二开关管Q2导通主电路等效图。

具体实施方式

下面将结合本使用新型实施例中的附图，对本实用新型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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

本实用新型实施例提供了一种直流电机正反转及调速电路，包括主电路和控制电路。

具体的，所述主电路包括。

一端与直流电源正极相连的第一电感L1；第一电感L1的另一端与第二电感L2的一端相互连接，并与第二电容C2的一端相连；第二电感L2的另一端与第一电容C1相互连接连，并与第一开关管Q1的输入端相连，第一电容C1的另一端与直流电源的负极相连；第二电容C2的另一端与第三电感L3相互连接，并与第一开关管Q1的输出端相互连接，第三电感L3的另一端与直流电源的负极相连；第二开关管Q2的输入端连接在第一电感L1与第二电容C2之间，第二开关管Q2的输出端与第三电容C3相互连接，并与电动机M相连接；第三电容C3的另一端与直流电机M的另一端相互连接，并与直流电源的负极相连。

本新型直流电机正反转及调速电路根据第一开关管Q1和第二开关管Q2的导通和截止可分为两个工作状态。

当Q1的控制信号是高电平，Q2的控制信号是低电平时，开关管Q1导通，开关管Q2截止，此时的主电路等效如图2所示，第二电感L2两端电压等于第二电容C2两端的电压，第一电容C1两端的电压等于第三电感L3两端电压，直流电机M与第三电容C3形成回路。

当Q1的控制信号是低电平，Q2的控制信号是高电平时，开关管Q1截止，开关管Q2导通，此时的主电路等效如图3所示直流电源与第一电感L1和第二电感L2及第一电容C1形成一条回路，直流电源与第一电感L21与第二电容C2及第三电感L3形成一条回路，直流电源和第一电感L1及第三电容C3形成回路，直流电机电压等于第三电容C3电压。

电路正常工作时第一电感L1和第二电感L2及第三电感L3两端电压在一个周期内的积分为0，第一电容C1和第二电容C2两端的电压等于直流电源的电压；当第一开关管Q1导通时加在第一电感L1两端的电压为直流电源电压减去第一电容C1两端电压及第二电容C2两端电压的和，当第一开关管截止时加在第一电感L1两端的电压为直流电源的电压减去第三电容C3的电压,第一电感L1在一个周期内的加在其两端的电压的积分为0。

电容C3的电压为1减去控制信号占空比的两倍后与1减去1倍的控制信号的占空比比值乘以输入电压，控制信号的占空比为第一开关管Q1的控制信号在一个周期内为高电平的时间比上周期时间。

通过调节占空比使输出电压的大小及极性发生变化，从而对直流电机的正反转及速度进行调节，开关管Q1的控制信号的占空比小于50%时，第三电容C3两端电压的极性与直流电源的的极性相同，直流电机正转；当开关管Q1的控制信号的占空比大于50%时，第三电容C3两端的电压的极性与直流电源两端的电压的极性相反，直流电机反转。

具体的，所述控制电路包括。

STM32微控机，本系统采用ARM内核的STM32F103ZET6高性能微处理器，是32位单片机，采用最新的Cortex-M3内核，指令周期短，速度快，具有优先级抢占中断控制器，1M采样速率的AD模式，GPIO刷新速率可设定等功能，内置PWM时钟和正交编码器，适用于工业控制与一些对速度性能比较高的场合，STM32F103ZET6完全能一并承担起众多功能器件的驱动与操控工作。STM32F103ZET6也具备低功耗的特点，如果一些功能不使用可以关闭其时钟信号,而且芯片价格远低于MSP430芯片，综合考虑采用STM32F103ZET6控制器。

速度传感器，速度传感器直流电机的转轴相连，速度传感器的输出与STM32的正交编码器相连，通过正交编码器可以精确的计算出直流电动机的转速，STM32微控器与用户设置转速参数比较，当因负载轻重变化引起的直流电机的转述发生变化时，STM32可以通过改变其发出控制信号PWM波的占空比使转速达到设定值。

位移传感器，直流电动值拖动负载时，有时需要知道负载的具体位置，并且常常负载在不同的位置需要的直流电机的转速不同，位移传感器将位移转换成模拟量输入到STM32的A/D端口。

物体传感器，直流电机在拖动负载运行时，有时会出现负载还未完成设定的位移时，前方有物体出现在直流电机拖动路径上，物体传感器将检测到的出现在直流电机拖动路径上的物体信号，传送给STM32微控器，微控器做出相应处理，避免发生碰撞。

驱动电路，STM32本身的驱动能力有限，驱动电路将STM32产生的第一开关管Q1和第二开关管Q2控制信号的PWM波进行放大等处理后作用在第一开关管Q1和第二开关管Q2的控制端。

按键，用户可通过按键来输入想要的调速参数。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型主电路结构简单，第一开关管Q1与第二开关管Q2的控制信号是互补信号，通过改变占空比即可改变输出电压的大小及极性，进而可对直流电机平稳连续的进行正反转和速度的调节，与其它结构的主电路相比，结构简单，重量轻，稳定性高；本实用新型控制电路采用低功耗STM32微控器，产生互补的PWM信号并通过驱动电路对第一开关管Q1和第二开关管Q2进行控制，STM32有内置A/D模块,正交编码模块等，位移传感器和物体传感器及转速传感器的输出方便与STM32直接相连，控制电路结构大大简化，降低较低。

Claims (6)

1.一种直流电机正反转及调速电路，其主电路特征在于，包括：

一端相互连接的第一电感和第二电感，并与第二电容的一端相连，所述第一电感的另一端连接直流电源的正极，所述第二电感的一端与第一电容的一端相互相连，并且连接到第一开关管的输入端，第一电容的另一端连接到直流电源的负极；

所述第二电容的另一端与第三电感相互相连，并连接到所述第一开关管的输出端，所述第三电感的另一端与电源的负极相连；

第二开关管的输入端连接在所述第一电感和所述第二电感之间，第三电容与所述第二开关管的输出端相连，所述第三电容的另一端与直流电源的负极相连，直流电机并联在所述第三电容两端。

2.根据权利要求1所述的直流电机正反转及调速电路的主电路，其特征在于，所述第一电容和所述第二电容为电解电容。

3.根据权利要求1所述的直流电机正反转及调速电路的主电路，其特征在于，所述第三电容为无极性电解电容。

4.根据权利要求1所述的直流电机正反转及调速电路的主电路，其特征在于，所述第一开关管和第三开关管均为N沟道增强型MOS管。

5.根据权利要求1所述的直流电机正反转及调速电路的主电路，其特征在于，所述第一开关管和第三开关管均包含体二极管。

6.一种直流电机正反转及调速电路，其控制电路特征在于，包括：

直流电机的转轴与速度传感器相连，速度传感器的输出端与STM32的正交编码器相连；

位移传感器的输出端与STM32微控器的A/D转换器相连；

物体传感器的输出端与STM32微控器的GPIO口输入端相连；

STM32微控器的PWM端口与驱动电路的输入端相连。