CN206922676U - 一种直流电机及其正反转控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电机驱动技术领域，提供了一种直流电机及其正反转控制电路。在本实用新型中，通过采用包括控制模块、信号转换模块及开关模块的正反转控制电路，使得控制模块在接收到电机转动信号时，输出转动使能信号至信号转换模块，以及输出开关使能信号至开关模块，其中，开关使能信号的输出时间滞后于转动使能信号的输出时间，且与转动使能信号的输出时间间隔第一预设时间，信号转换模块对转动使能信号进行转换后输出转动控制信号至开关模块，开关模块根据转动控制信号与开关使能信号控制电机正转或者反转，该正反转控制电路成本低，且能够稳定可靠地实现直流电机的正反转控制。

Description

一种直流电机及其正反转控制电路

技术领域

本实用新型属于电机驱动技术领域，尤其涉及一种直流电机及其正反转控制电路。

背景技术

目前，现有技术通常采用以下两种方式控制直流电机正反转：

1、通过采用两个单刀双掷继电器实现，这样的控制方式中继电器的承载电流大、并且价格便宜，但是继电器在吸合与断开时容易导致电压产生大幅度的波动，该波动将会对电机产生电磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility，EMC)干扰，进而降低产品的稳定性，而在日益发展的智能汽车行业，产品的稳定性尤为关键。

2、通过四个桥式连接的NMOS晶体管实现，这样的控制方虽然可以有效的提高产品的稳定性，但是其对NMOS晶体管的要求较高，必须采用可承受大电流的NMOS晶体管实现，而可承受大电流的NMOS晶体管价格较高，如此增加了成本。

综上所述，现有技术存在无法在保证成本低和高稳定性的情况下对直流电机实现正反转控制的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种直流电机及其正反转控制电路，旨在解决现有技术所存在的无法在保证成本低和高稳定性的情况下对直流电机实现正反转控制的问题。

本实用新型是这样实现的，一种直流电机的正反转控制电路，与直流电机连接，所述正反转控制电路包括：

在接收到电机转动信号时，输出转动使能信号和开关使能信号的控制模块，其中，所述开关使能信号的输出时间滞后于所述转动使能信号的输出时间，且与所述转动使能信号的输出时间间隔第一预设时间；

接收所述转动使能信号，并对所述转动使能信号进行转换处理后输出相应的转动控制信号的信号转换模块，所述信号转换模块的第一信号输入端和第二信号输入端分别与所述控制模块的第一信号输出端和第二信号输出端连接；

接收所述转动控制信号与所述开关使能信号，并根据所述转动控制信号与所述开关使能信号控制所述电机正转或反转的开关模块，所述开关模块的第三使能端与所述控制模块的第三信号输出端连接，所述开关模块的第一使能端和第二使能端分别与所述信号转换模块的第一信号输出端和第二信号输出端连接，所述开关模块的第一电压输入端和第二电压输入端分别接收第一工作电压和第二工作电压，所述开关模块的第一输入输出端和第二输入输出端分别与所述直流电机的第一端和第二端连接。

本实用新型的另一目的在于提供一种直流电机，所述直流电机包括上述的正反转控制电路。

在本实用新型中，通过采用包括控制模块、信号转换模块以及开关模块的直流电机的正反转控制电路，使得控制模块在接收到电机转动信号时，输出转动使能信号至信号转换模块，以及输出开关使能信号至开关模块，其中，开关使能信号的输出时间滞后于转动使能信号的输出时间，且与转动使能信号的输出时间间隔第一预设时间，信号转换模块对转动使能信号进行转换后输出转动控制信号至开关模块，开关模块根据转动控制信号与开关使能信号控制电机正转或者反转，该直流电机的正反转控制电路成本低，且能够稳定可靠地实现直流电机的正反转控制，解决了现有技术所存在的无法在保证成本低和高稳定性的情况下对直流电机实现正反转控制的问题。

附图说明

图1是本实用新型一实施例所提供的直流电机的正反转控制电路的模块结构示意图；

图2是本实用新型另一实施例所提供的直流电机的正反转控制电路的模块结构示意图；

图3是本实用新型一实施例所提供的直流电机的正反转控制电路的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

以下结合具体附图对本实用新型的实现进行详细的描述：

图1示出了本实用新型一实施例所提供的直流电机的正反转控制电路10的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

如图1所示，本实用新型实施例所提供的直流电机的正反转控制电路10与直流电机M连接，并且该正反转控制电路10包括：

在接收到电机转动信号时，输出转动使能信号和开关使能信号的控制模块100，其中，开关使能信号的输出时间滞后于转动使能信号的输出时间，且与转动使能信号的输出时间间隔第一预设时间。

接收转动使能信号，并对转动使能信号进行转换处理后输出相应的转动控制信号的信号转换模块101，信号转换模块101的第一信号输入端和第二信号输入端分别与控制模块100的第一信号输出端和第二信号输出端连接。

接收转动控制信号与开关使能信号，并根据转动控制信号与开关使能信号控制电机正转或反转的开关模块102，开关模块102的第三使能端与控制模块100的第三信号输出端连接，开关模块102的第一使能端和第二使能端分别与信号转换模块101的第一信号输出端和第二信号输出端连接，开关模块102的第一电压输入端和第二电压输入端分别接收第一工作电压VCC1和第二工作电压VCC2，开关模块102的第一输入输出端和第二输入输出端分别与直流电机M的第一端和第二端连接。

具体的，当控制模块100检测到电机正转信号时，控制模块100输出正转使能信号P00至信号转换模块101，并延时第一预设时间后输出开关使能信号P03至开关模块102；信号转换模块101对正转使能信号P00进行信号转换处理后输出正转控制信号P00-1至开关模块102；开关模块102根据正转控制信号P00-1和开关使能P03信号进入第一导通状态，以使直流电机M正转。

当控制模块100检测到电机反转信号时，控制模块100输出反转使能信号P01至信号转换模块101，并延时第一预设时间后输出开关使能信号P03至开关模块102；信号转换模块101对反转使能信号P01进行信号转换处理后输出反转控制信号P01-1至开关模块102；开关模块102根据反转控制信号P01-1和开关使能信号P03进入第二导通状态，以使直流电机M反转。

当控制模块100未检测到电机正转信号或电机反转信号时，控制模块100停止输出开关使能信号P03至开关模块102，并在第二预设时间后停止输出正转使能信号P00或反转使能信号P01至信号转换模块101，以使信号转换模块101停止输出正转控制信号P00-1或反转控制信号P01-1至开关模块102，进而使得直流电机M停止转动。

需要说明的是，在本实用新型实施例中，第一预设时间和第二预设时间可以相同，也可以不同，并且该第一预设时间和第二预设时间应不低于预设阈值，该预设阈值可根据用户需要进行设置。

进一步地，作为本实用新型一优选实施方式，控制模块100包括但不限于单片机、微控制单元(Microcontroller Unit；MCU)等可编程控制芯片或装置。

进一步地，作为本实用新型一优选实施方式，如图2所示，开关模块102包括第一开关单元102a、第二开关单元102b以及第三开关单元102c。

其中，第一开关单元102a的第一电压输入端和第二开关单元102b的第一电压输入端构成了开关模块102的第一电压输入端，第一开关单元102a的第二电压输入端和第二开关单元102b的第二电压输入端构成了开关模块102的第二电压输入端，第一开关单元102a的使能端和输入输出端分别为开关模块102的第一使能端和第一输入输出端，第二开关单元102b的使能端和输入输出端分别为开关模块102的第二使能端和第二输入输出端，第一开关单元102a的输出端与第二开关单元102b的输出端共接于第三开关单元102c的输入端，第三开关单元102c的控制端为开关模块102的第三使能端，第三开关单元102c的输出端接地。

具体的，第一开关单元102a根据正转控制信号P00-1导通，并且第三开关单元102c在第一预设时间后根据开关使能信号P03导通，以使直流电机M正转。

第二开关单元102b根据反转控制信号P01-1导通，并且第三开关单元102c在第一预设时间后根据开关使能信号P03导通，以使直流电机M反转。

第三开关单元102c在控制模块100停止输出开关使能信号P03时断开，第一开关单元102a或第二开关单元102b在控制模块100停止输出正转使能信号P00或反转使能信号P01时断开，以使直流电机M停止转动。

进一步地，作为本实用新型一优选实施方式，如图3所示，第一开关单元102a包括第一单刀双掷继电器UK1，第一单刀双掷继电器UK1的第一端1为第一开关单元102a的输入输出端，第一单刀双掷继电器UK1的第二端2为第一开关单元102a的使能端，第一单刀双掷继电器UK1的第三端3为第一开关单元102a的第二电压输入端，第一单刀双掷继电器UK1的第四端4为第一开关单元102a的输出端，第一单刀双掷继电器UK1的第五端5为第一开关单元102a的第一电压输入端。

进一步地，作为本实用新型一优选实施方式，如图3所示，第二开关单元102b包括第二单刀双掷继电器UK2，第二单刀双掷继电器UK2的第一端1为第二开关单元102b的输入输出端，第二单刀双掷继电器UK2的第五端5为第二开关单元102b的使能端，第二单刀双掷继电器UK2的第三端3为第二开关单元102b的第二电压输入端，第二单刀双掷继电器UK2的第四端4为第二开关单元102b的输出端，第二单刀双掷继电器UK2的第二端2为第二开关单元102b的第一电压输入端。

进一步地，作为本实用新型一优选实施方式，如图3所示，第三开关单元102c包括开关管Q，开关管Q的控制端、输入端以及输出端分别为第三开关单元102c的控制端、输入端以及输出端。

需要说明的是，在本实施例中，开关管Q可采用NMOS晶体管实现，该NMOS晶体管的栅极、漏极以及源极分别开关管Q的控制端、输入端以及输出端。当然本领域技术人员可以理解的是，开关管Q也可以采用NPN型三极管、PNP型三极管、PMOS晶体管等实现，此处不作具体限制。

进一步地，作为本实用新型一优选实施方式，如图2所示，正反转控制电路10还包括放电模块103。

其中，放电模块103的第一端与直流电机M的第一端以及开关模块102的第一输入输出端共接，放电模块103的第二端与直流电机M的第二端以及开关模块102的第二输入输出端共接。

具体的，放电模块102在直流电机M停止转动时，对直流电机M残存的电能进行放电处理。

在本实施例中，由于当直流电机M为感性负载，因此，直流电机M在停止转动后一段时间内控制电路会残存电能，该部分残存的电能对直流电机M而言，是非有益的，其将会对直流电机M造成损坏，因此，在正反转控制电路10中采用放电模块103可以在最短的时间内将直流电机M中残存的电能释放掉，以此对直流电机M进行保护。

进一步地，作为本实用新型一优选实施方式，如图3所示，放电模块103包括：放电电容C与放电电阻R。

其中，放电电容C的第一端为放电模块103的第一端，放电电容C的第一端与放电电阻R的第一端连接，放电电阻R的第二端为放电模块103的第二端。

下面以图3所示的电路为例对本实用新型所提供的直流电机的正反转控制电路10的工作原理作具体说明，详述如下：

如图3所示，当MCU检测到电机正转信号时，MCU输出正转使能信号P00至信号转换模块101，信号转换模块101对正转使能信号进行P00进行信号转换处理后输出正转控制信号P00-1至第一单刀双掷继电器UK1的第二端2，第一单刀双掷继电器UK1在正转控制信号P00-1的作用下使得其第一端1和第三端3连通，即第一单刀双掷继电器UK1在正转控制信号P00-1的作用下吸合；而在第一预设时间即第一单刀双掷继电器UK1完全吸合后，MCU输出开关使能信号P03至开关管Q，以控制开关管Q导通，进而使得第一单刀双掷继电器UK1、直流电机M以及开关管Q形成完整的回路，从而实现电机的正向转动。

当MCU检测到电机反转信号时，MCU输出反转使能信号P01至信号转换模块101，信号转换模块101对反转使能信号进行P01进行信号转换处理后输出反转控制信号P01-1至第二单刀双掷继电器UK2的第二端2，第二单刀双掷继电器UK2在反转控制信号P01-1的作用下使得其第一端1和第三端3连通，即第二单刀双掷继电器UK2在反转控制信号P01-1的作用下吸合；而在第一预设时间即第二单刀双掷继电器UK2完全吸合后，MCU输出开关使能信号P03至开关管Q，以控制开关管Q导通，进而使得第二单刀双掷继电器UK1、直流电机M以及开关管Q形成完整的回路，从而实现电机的反向转动。

当MCU未检测到电机正转信号或电机反转信号时，MCU停止输出开关使能信号P03至开关管Q，以使开关管Q断开，并在第二预设时间即开关管Q完全断开后，MCU停止输出正转使能信号P00或者反转使能信号P01至信号转换模块101，进而使得信号转换模块101停止输出正转控制信号P00-1至第一单刀双掷继电器UK1，或者使得信号转换模块101停止输出反转控制信号P01-1至第二单刀双掷继电器UK2，以此使得第一单刀双掷继电器UK1或者第二单刀双掷继电器UK2断开，进而使得直流电机M停止转动。

当直流电机M停止转动时，由于直流有刷电机为感性负载，因此直流电机M在停止驱动后一段时间内电路会残存电能，该部分残存的电能对直流电机M有害，故为了以最短的时间内将其释放掉，可在直流电机M两端并联放电电容C和放电电阻R，以使得直流电机M、放电电容C以及放电电阻R构成完整回路，实现瞬间放电的目的。

在本实施例中，本实用新型采用MCU输出使能信号，并通过信号转换模块101根据使能信号控制不同的继电器吸合，以及大功率NMOS晶体管导通，进而实现直流电机M的正反转控制，由于本实用新型提供的正反转控制电路10在负载电机20和功率地之间设置一个大功率NMOS晶体管，并通过NMOS晶体管与继电器的组合，控制NMOS晶体管在继电器吸合后导通，而当NMOS晶体管断开后继电器才断开，使得继电器在吸合和断开时对直流电机M所产生的EMC干扰被有效的屏蔽掉，进而提高了直流电机M的稳定性，同时降低了成本。

进一步地，本实用新型还提供了一种直流电机，该直流电机包括直流电机的正反转控制电路10。需要说明的是，由于本实用新型实施例所提供的直流电机的正反转控制电路10和图1至图3所的正反转控制电路10相同，因此，本发明实施例所提供的直流电机中的正反转控制电路10的具体工作原理，可参考前述关于图1至图3的详细描述，此处不再赘述。

在本实用新型中，通过采用包括控制模块、信号转换模块以及开关模块的直流电机的正反转控制电路，使得控制模块在接收到电机转动信号时，输出转动使能信号至信号转换模块，以及输出开关使能信号至开关模块，其中，开关使能信号的输出时间滞后于转动使能信号的输出时间，且与转动使能信号的输出时间间隔第一预设时间，信号转换模块对转动使能信号进行转换后输出转动控制信号至开关模块，开关模块根据转动控制信号与开关使能信号控制电机正转或者反转，该直流电机的正反转控制电路成本低，且能够稳定可靠地实现直流电机的正反转控制，解决了现有技术所存在的无法在保证成本低和高稳定性的情况下对直流电机实现正反转控制的问题。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流电机的正反转控制电路，与直流电机连接，其特征在于，所述正反转控制电路包括：

在接收到电机转动信号时，输出转动使能信号和开关使能信号的控制模块，其中，所述开关使能信号的输出时间滞后于所述转动使能信号的输出时间，且与所述转动使能信号的输出时间间隔第一预设时间；

接收所述转动使能信号，并对所述转动使能信号进行转换处理后输出相应的转动控制信号的信号转换模块，所述信号转换模块的第一信号输入端和第二信号输入端分别与所述控制模块的第一信号输出端和第二信号输出端连接；

接收所述转动控制信号与所述开关使能信号，并根据所述转动控制信号与所述开关使能信号控制所述电机正转或反转的开关模块，所述开关模块的第三使能端与所述控制模块的第三信号输出端连接，所述开关模块的第一使能端和第二使能端分别与所述信号转换模块的第一信号输出端和第二信号输出端连接，所述开关模块的第一电压输入端和第二电压输入端分别接收第一工作电压和第二工作电压，所述开关模块的第一输入输出端和第二输入输出端分别与所述直流电机的第一端和第二端连接。

2.根据权利要求1所述的正反转控制电路，其特征在于，当所述控制模块检测到电机正转信号时，所述控制模块输出正转使能信号至所述信号转换模块，并延时第一预设时间后输出开关使能信号至所述开关模块；所述信号转换模块对所述正转使能信号进行信号转换处理后输出正转控制信号至所述开关模块；所述开关模块根据所述正转控制信号和所述开关使能信号进入第一导通状态，以使所述直流电机正转；

当所述控制模块检测到电机反转信号时，所述控制模块输出反转使能信号至所述信号转换模块，并延时所述第一预设时间后输出所述开关使能信号至所述开关模块；所述信号转换模块对所述反转使能信号进行信号转换处理后输出反转控制信号至所述开关模块；所述开关模块根据所述反转控制信号和所述开关使能信号进入第二导通状态，以使所述直流电机反转。

3.根据权利要求2所述的正反转控制电路，其特征在于，当所述控制模块未检测到所述电机正转信号或所述电机反转信号时，所述控制模块停止输出所述开关使能信号至所述开关模块，并在第二预设时间后停止输出所述正转使能信号或所述反转使能信号至所述信号转换模块，以使所述信号转换模块停止输出所述正转控制信号或所述反转控制信号至所述开关模块，进而使得所述直流电机停止转动。

4.根据权利要求3所述的正反转控制电路，其特征在于，所述开关模块包括第一开关单元、第二开关单元以及第三开关单元；

所述第一开关单元的第一电压输入端和所述第二开关单元的第一电压输入端构成所述开关模块的第一电压输入端，所述第一开关单元的第二电压输入端和所述第二开关单元的第二电压输入端构成所述开关模块的第二电压输入端，所述第一开关单元的使能端和输入输出端分别为所述开关模块的第一使能端和第一输入输出端，所述第二开关单元的使能端和输入输出端分别为所述开关模块的第二使能端和第二输入输出端，所述第一开关单元的输出端与所述第二开关单元的输出端共接于所述第三开关单元的输入端，所述第三开关单元的控制端为所述开关模块的第三使能端，所述第三开关单元的输出端接地；

所述第一开关单元根据所述正转控制信号导通，并且所述第三开关单元在所述第一预设时间后根据所述开关使能信号导通，以使所述直流电机正转；

所述第二开关单元根据所述反转控制信号导通，并且所述第三开关单元在所述第一预设时间后根据所述开关使能信号导通，以使所述直流电机反转；

所述第三开关单元在所述控制模块停止输出所述开关使能信号时断开，所述第一开关单元或所述第二开关单元在所述控制模块停止输出所述正转使能信号或所述反转使能信号时断开，以使所述直流电机停止转动。

5.根据权利要求4所述的正反转控制电路，其特征在于，所述第一开关单元包括第一单刀双掷继电器，所述第一单刀双掷继电器的第一端为所述第一开关单元的输入输出端，所述第一单刀双掷继电器的第二端为所述第一开关单元的使能端，所述第一单刀双掷继电器的第三端为所述第一开关单元的第二电压输入端，所述第一单刀双掷继电器的第四端为所述第一开关单元的输出端，所述第一单刀双掷继电器的第五端为所述第一开关单元的第一电压输入端。

6.根据权利要求4所述的正反转控制电路，其特征在于，所述第二开关单元包括第二单刀双掷继电器，所述第二单刀双掷继电器的第一端为所述第二开关单元的输入输出端，所述第二单刀双掷继电器的第五端为所述第二开关单元的使能端，所述第二单刀双掷继电器的第三端为所述第二开关单元的第二电压输入端，所述第二单刀双掷继电器的第四端为所述第二开关单元的输出端，所述第二单刀双掷继电器的第二端为所述第二开关单元的第一电压输入端。

7.根据权利要求4所述的正反转控制电路，其特征在于，所述第三开关单元包括开关管，所述开关管的控制端、输入端以及输出端分别为所述第三开关单元的控制端、输入端以及输出端。

8.根据权利要求1至7任一项所述的正反转控制电路，其特征在于，所述正反转控制电路还包括放电模块，所述放电模块的第一端与所述直流电机的第一端以及所述开关模块的第一输入输出端共接，所述放电模块的第二端与所述直流电机的第二端以及所述开关模块的第二输入输出端共接；

所述放电模块在所述直流电机停止转动时，对所述直流电机残存的电能进行放电处理。

9.根据权利要求8所述的正反转控制电路，其特征在于，所述放电模块包括：放电电容与放电电阻；

所述放电电容的第一端为所述放电模块的第一端，所述放电电容的第一端与所述放电电阻的第一端连接，所述放电电阻的第二端为所述放电模块的第二端。

10.一种直流电机，其特征在于，所述直流电机还包括如权利要求1至9任一项所述的正反转控制电路。