CN205725540U - 一种隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，包括锂电池组电源模块、DRV8848电机驱动电路模块、数字控制信号隔离电路模块、基于STM32F1的微控制器电路模块、串口通讯接口电路模块、编码器接口电路模块；基于DRV8848电机驱动电路模块、数字控制信号隔离电路模块、基于STM32F1的微控制器电路模块依次连接；串口通讯接口电路模块与基于STM32F1的微控制器电路模块连接，编码器接口电路模块与基于STM32F1的微控制器电路模块连接；锂电池组电源模块分别与DRV8848电机驱动电路模块和基于STM32F1的微控制器电路模块连接，用于为驱动器提供动力。本实用新型电路安全可靠，控制快速准确，具有适用电机范围广、适用环境宽、运行噪音低的优点。

Description

一种隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，尤其涉及一种带有隔离功能的低功率刷式直流伺服电机驱动器。

背景技术

众所周知，电动机在现代化的许多方面中起着十分重要的作用，用途也越来越广泛，如工业生产、运动控制技术、医疗卫生、办公设备交通运输、国防、航空航天、机器人技术等方面。有资料统计，现在有百分之九十以上的动力源来自于电动机。随着现代化步伐的迈进，自动化的需求越来越高，而电机的复杂控制成为一项系统工程技术，应用领域极为广泛。例如：军事方面的雷达天线、火炮系统、飞船光电池对太阳的跟踪控制，数控机床等各类工业设备。人们对各类电机的驱动、控制方法一直在不断研究中，目前形成了数字与模拟混合控制系统和纯数字控制系统的应用，而功率驱动器件也经历了几次比较大的变革，电机本身的原理设计，制造工艺都在不断的进步中。

传统的刷式直流电机驱动器的不足之处在于：

1、传统的驱动器高速运行，减速机直接驱动时将会产生大的负载，不利于结构的稳定与安全；

2、体积大、重量大、出力小，信息控制性能差；

3、制动特性不好，效率低，运行不稳定。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种带有隔离功能的低功率刷式直流伺服电机驱动器。

本实用新型所采用的技术方案是：一种隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，其特征在于：包括锂电池组电源模块、DRV8848电机驱动电路模块、数字控制信号隔离电路模块、基于STM32F1的微控制器电路模块、串口通讯接口电路模块、编码器接口电路模块；所述基于DRV8848电机驱动电路模块、数字控制信号隔离电路模块、基于STM32F1的微控制器电路模块依次连接；所述串口通讯接口电路模块与基于STM32F1的微控制器电路模块连接，所述编码器接口电路模块与所述基于STM32F1的微控制器电路模块连接；所述锂电池组电源模块分别与所述DRV8848电机驱动电路模块和基于STM32F1的微控制器电路模块连接，用于为所述驱动器提供动力。

作为优选，所述DRV8848电机驱动电路模块主要包括双H桥电机驱动器件U1、VREF引脚电压调节电位器Pot_R1、高精度10毫欧电流采样电阻R_S3；一片DRV8848双H桥在并联模式下共同工作实现对单个刷式直流伺服电机的控制。

作为优选，所述数字控制信号隔离电路模块主要包括数字隔离芯片U3，型号为ISO7420F，U3的2、3引脚即与所述基于STM32F1的微控制器电路模块的IO引脚PB0、PB1相接，6、7引脚与所述DRV8848电机驱动电路模块相接。

作为优选，所述基于STM32F1的微控制器电路模块主要包括主控芯片、晶振、复位电路、SWD下载调试接口和状态指示LED。

作为优选，所述串口通讯接口电路模块主要包括型号为MOLEX1.25mm 6脚座子P4。

作为优选，所述编码器接口电路模块主要包括型号为MX3.00mm 6脚座子P8。

与传统的刷式直流电机驱动器相比，本实用新型的有益效果是：

（1）电路安全可靠，控制快速准确，双环嵌套的串级PID算法达到了优秀的加、减速动态性能及恒速、锁死的静态性能。

（2）通过强电、弱电间以及模拟、数字间的隔离，电路系统具有较好完整性、较低信噪比的信号传递以及防瞬态冲击、保护数字控制端IO口的功能。

（3）通过ISO7420F作为数字隔离器件以及DRV8848的H桥逻辑控制特性可以实现刷式直流电机的单、双极性驱动，并且利用了DRV8848的电流自调谐功能，具有适用电机范围广、适用环境宽、运行噪音低的优点。

（4）选用的微控制器具有编程、调试方便，处理能力强的优点，且整个驱动器各元件在一块电路板上，体积小巧，可以方便的嵌入到其它机械电子系统中，具有方便嵌入，复用性高且电路可靠性高，工作稳定的优点。

（5）具有串口通讯的接口，可以方便的将驱动器信息传回或与其它设备之间通讯，具有稳定可靠的通讯接口。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的DRV8848电机驱动电路原理图；

图3是本实用新型实施例的数字控制信号隔离电路原理图；

图4是本实用新型实施例的基于STM32F1的微控制器电路原理图；

图5是本实用新型实施例的串口通讯接口电路原理图；

图6是本实用新型实施例的编码器接口电路原理图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本实用新型，下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步的详细描述，应当理解，此处所描述的实施示例仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请见图1，本实用新型提供的一种隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，包括锂电池组电源模块、DRV8848电机驱动电路模块、数字控制信号隔离电路模块、基于STM32F1的微控制器电路模块、串口通讯接口电路模块、编码器接口电路模块；基于DRV8848电机驱动电路模块、数字控制信号隔离电路模块、基于STM32F1的微控制器电路模块依次连接；串口通讯接口电路模块与基于STM32F1的微控制器电路模块连接，编码器接口电路模块与基于STM32F1的微控制器电路模块连接；锂电池组电源模块分别与DRV8848电机驱动电路模块和基于STM32F1的微控制器电路模块连接，用于为驱动器提供动力。

见图2，本实用新型装置的DRV8848电机驱动电路模块主要包括元件U1、Pot_R1、R_S3，分别为双H桥电机驱动器件、VREF引脚电压调节电位器、高精度10毫欧电流采样电阻，一片DRV8848双H桥在并联模式下共同工作实现对单个刷式直流伺服电机的控制。其电路原理为：通过STM32微控制器的定时器单元在GPIOB的PB0、PB1引脚产生PWM信号经数字隔离器ISO7420F隔离后，即为图2中U1的9、10引脚所接信号LMotor_BIN1、LMotor_BIN2来控制DRV8848的H桥的高边或低边的使能或失能---即控制DRV8848的2、4、5、7引脚输出高电平或者低电平或者处于高阻态，从而完成对电机的驱动。通过调节Pot_R1电位器改变U1的11引脚的参考电平大小，从而改变其电机绕组电流自调谐的阈值来满足电机在不同环境下的负载要求、使电机工作状态达到最佳。

单极性驱动时：微控制器的PB0、PB1引脚工作为：

（1）PB0一直为低电平，PB1为一定占空比的PWM信号，此时电机正转；

（2）PB0为一定占空比的PWM信号，PB1一直为低电平，此时电机反转；

在这两种工作情况下一个驱动周期内电机绕组端电压始终为同一个方向，故可以实现电机的单极性驱动。

双极性驱动时：微控制器的PB0、PB1引脚工作为PB0为一定占空比的PWM信号，PB1为同一占空比的PWM信号，但两PWM信号极性相反，为互补输出的PWM信号，此时工作状态为：

（1）若占空比高于50%，此时电机正转；

（2）若占空比低于50%，此时电机反转；

在这两种工作情况下一个驱动周期内电机绕组端电压具有两个方向，故可以实现电机的双极性驱动。

R_S3作为电流采样电阻连接U1的3、6引脚与锂电池组的地引脚，驱动电机的电流都将经过采样电阻R_S3并在其上产生一个电压差，该电压差通过U1内部放大器放大后进入U1的逻辑控制部分，完成电机绕组电流的自调谐，即当电机电流到达预设阈值时，U1将进行固定关断时间的PWM电流调节完成电流Decay Mode在Fast Decay 及Slow Decay间切换构成电流的Mixed Decay模式，可以防止电机绕组电流过大，具有一定的保护作用且具有较好的起动、负载冲击性能。微控制器通过数字PID算法计算脉宽调制（PWM）信号的占空比从而控制电机电枢端电压的大小来调节电机的转速、转矩，实现对刷式直流伺服电机的四象限控制。

请见图3，本实用新型装置的数字控制信号隔离电路模块主要包括元件U3。元件U3为数字隔离芯片，型号为ISO7420F，U3的2、3引脚即与微控制器的IO引脚PB0、PB1相接，6、7引脚与电机驱动芯片相接，输出隔离后的数字控制信号，通过其增强了板上微控制器控制电路系统的安全性，避免了电机驱动电路部分对微控制器部分的冲击可能造成的损害。

请见图4，本实用新型装置的基于STM32F1的微控制器电路模块主要包括主控芯片部分，晶振、复位部分，SWD下载调试接口部分，状态指示LED部分。主控芯片为32位微控制器STM32F103CBU6，该主控芯片工作在72MHz主频，处理能力为1.25DMIPS/MHz，具有128KBFlash，20KB SRAM，3.3V电压下工作，4个Timer定时器单元，工作频率可达72MHz，2*12Bit10Channels ADC数模转换单元，支持JTAG/SWD调试，具有CAN、USART通讯等功能接口，具有编程、调试方便，功耗低、处理能力强、外设模块多的优点，适用于此隔离式刷式直流电机驱动板。

请见图5，本实用新型装置的串口通讯接口电路模块主要包括元件P4，型号为MOLEX1.25mm 6脚座子，具有接口插拔方便、占板上面积小等特点，可以通过线缆与其它设备的串口通讯接口相连，形成一个USART通信网络，通信稳定、可靠。

请见图6，本实用新型装置的编码器接口电路模块主要包括元件P8，型号为MX3.00mm 6脚座子，具有接口插拔方便、占板上面积小等特点，可以通过线缆与电机的编码器接口相连，传递编码器的A、B两相信号，连接稳定、可靠。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本实用新型专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本实用新型的保护范围之内，本实用新型的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，其特征在于：包括锂电池组电源模块、DRV8848电机驱动电路模块、数字控制信号隔离电路模块、基于STM32F1的微控制器电路模块、串口通讯接口电路模块、编码器接口电路模块；所述DRV8848电机驱动电路模块、数字控制信号隔离电路模块、基于STM32F1的微控制器电路模块依次连接；所述串口通讯接口电路模块与基于STM32F1的微控制器电路模块连接，所述编码器接口电路模块与所述基于STM32F1的微控制器电路模块连接；所述锂电池组电源模块分别与所述DRV8848电机驱动电路模块和基于STM32F1的微控制器电路模块连接，用于为所述驱动器提供动力。

2.根据权利要求1所述的隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，其特征在于：所述DRV8848电机驱动电路模块主要包括双H桥电机驱动器件U1、VREF引脚电压调节电位器Pot_R1、高精度10毫欧电流采样电阻R_S3；一片DRV8848双H桥在并联模式下共同工作实现对单个刷式直流伺服电机的控制。

3.根据权利要求1所述的隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，其特征在于：所述数字控制信号隔离电路模块主要包括数字隔离芯片U3，型号为ISO7420F，U3的2、3引脚即与所述基于STM32F1的微控制器电路模块的IO引脚PB0、PB1相接，6、7引脚与所述DRV8848电机驱动电路模块相接。

4.根据权利要求1所述的隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，其特征在于：所述基于STM32F1的微控制器电路模块主要包括主控芯片、晶振、复位电路、SWD下载调试接口和状态指示LED。

5.根据权利要求1所述的隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，其特征在于：所述串口通讯接口电路模块主要包括型号为MOLEX1.25mm 6脚座子P4。

6.根据权利要求1所述的隔离式低功率刷式直流伺服电机驱动器，其特征在于：所述编码器接口电路模块主要包括型号为MX3.00mm 6脚座子P8。