CN208112538U - 一种电机驱动电路及机器人 - Google Patents

Abstract

一种电机驱动电路及机器人，电机驱动电路与直流电机连接，包括：一用于接入一路PWM驱动信号的功率输入端；一用于接入一转向控制信号的正反转控制端；一用于接入一刹车控制信号的刹车控制端；将所述PWM驱动信号、所述转向控制信号及所述刹车控制信号进行功率干扰隔离后分别输出的隔离模块；根据功率干扰隔离后的PWM驱动信号和功率干扰隔离后的转向控制信号输出电机驱动信号的逻辑控制模块；及根据的所述电机驱动信号和功率干扰隔离后的刹车控制信号驱动所述直流电机正向旋转、反向旋转或刹车的驱动模块。通过单路PWM信号控制电机的转速，节省了MCU的接口资源，降低MCU需求成本。

Description

一种电机驱动电路及机器人

技术领域

本实用新型属于电机驱动技术，尤其涉及一种电机驱动电路及机器人。

背景技术

目前，直流电机作为机器人执行机构的重要组成部分，如清洁机器人，直流电机用于驱动机器人走动，刷盘电机的转动和刷盘的升降，真空吸水电机的转动和吸扒的升降，排水电机的控制。控制直流电机的驱动电路通常采用H桥驱动电路实现，但是，在现有的驱动电路中，一般都是采用4路PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)信号控制H桥电路驱动电机转动，调速，正反转，刹车。但仍存在如下的缺点：

1、MCU(Micro Control Unit，微控制单元)需要产生4路PWM信号控制H桥电路，占用MCU接口资源过多，不易于实现单片MCU控制多路电机；

2、MCU产生4路PWM信号嵌入式软件编码逻辑复杂，需要死区延时设定调试，半桥上管下管存在同时导通而烧坏MOS管可能。

3、MCU控制电路电源系统与驱动电源系统不隔离，控制电路易受大功率驱动干扰、损坏。

实用新型内容

本实用新型提供一种电机驱动电路及机器人，旨在解决传统的技术方案中存在的占用MCU接口资源过多、电源系统与驱动电源系统不隔离的问题。

一种电机驱动电路，与直流电机连接，包括：

一用于接入一路PWM驱动信号的功率输入端；

一用于接入一转向控制信号的正反转控制端；

一用于接入一刹车控制信号的刹车控制端；

分别与所述功率输入端、所述正反转控制端及所述刹车控制端连接，将所述PWM驱动信号、所述转向控制信号及所述刹车控制信号进行功率干扰隔离后分别输出的隔离模块；

与所述隔离模块连接，根据功率干扰隔离后的PWM驱动信号和功率干扰隔离后的转向控制信号输出电机驱动信号的逻辑控制模块；及

与所述隔离模块连接和所述逻辑控制模块连接，根据的所述电机驱动信号和功率干扰隔离后的刹车控制信号驱动所述直流电机正向旋转、反向旋转或刹车的驱动模块。

在其中一个实施例中，还包括与所述正反转控制端连接，被配置为产生所述转向控制信号的第一开关。

在其中一个实施例中，还包括与所述刹车控制端连接，被配置为产生所述刹车控制信号的第二开关。

在其中一个实施例中，所述隔离模块包括数字隔离芯片，所述数字隔离芯片包括三个分别与所述功率输入端、所述正反转控制端及所述刹车控制端连接的输入端子，及分别输出功率干扰隔离后的PWM驱动信号、转向控制信号及刹车控制信号的第一输出端子、第二输出端子及第三输出端子。

在其中一个实施例中，所述逻辑控制模块包括：

第一与门，所述第一与门的第一输入端接功率干扰隔离后的所述PWM驱动信号，所述第一与门的第二输入端接功率隔离后的转向控制信号，所述第一与门的输出端输出第一电机驱动信号；

一非门，所述非门的输入端接功率隔离后的转向控制信号；及

第二与门，所述第二与门的第一输入端接功率干扰隔离后的所述PWM驱动信号，所述第二与门的第二输入端接所述非门的输出端，所述第二与门的输出端输出第二电机驱动信号。

在其中一个实施例中，所述驱动模块包括第一半桥驱动芯片、第二半桥驱动芯片及H桥驱动电路，其中：

所述第一半桥驱动芯片的引脚和所述第二半桥驱动芯片的引脚接入功率干扰隔离后的刹车控制信号，所述第一半桥驱动芯片的输入端接所述第一与门的输出端，所述第二半桥驱动芯片的输入端接所述第二与门的输出端；

所述第一半桥驱动芯片的HO引脚、LO引脚、VS引脚和所述第二半桥驱动芯片的HO引脚、LO引脚、VS引脚与所述H桥驱动电路连接，所述H桥驱动电路与所述直流电机连接。

在其中一个实施例中，所述驱动模块还包括四个分别与所述H桥驱动电路中各个功率开关的控制端串联的第一电阻；

所述驱动模块还包括四个连接在各个所述功率开关的控制端和地之间的第二电阻。

在其中一个实施例中，所述驱动模块还包括两个滤波电容，两个所述滤波电容的一端分别于所述直流电机的正极、负极连接，两个所述滤波电容的另一端接地。

在其中一个实施例中，还包括一控制器，所述控制器具有与所述功率输入端连接的PWM信号输出端、与所述正反转控制端连接的转向信号输出端及与所述刹车控制端连接的刹车信号输出端。

此外，还提供了一种机器人，包括上述电机驱动电路。

上述的电机驱动电路通过单路PWM信号控制电机的转速，节省了MCU的接口资源，降低MCU需求成本。易于嵌入式软件逻辑编写实现；一个转向控制信号和一个刹车控制信号易于实现硬件正反转、制动。采用隔离芯片，实现控制电路电源与驱动电源隔离，解决了大功率直流电机的驱动干扰问题，保证控制电路安全稳定可靠。

附图说明

图1为本实用新型一实施例提供的电机驱动电路结构示意图；

图2为图1所示的电机驱动电路中的示例电路原理图。

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。

请参阅图1，本实用新型实施例中可用于机器人的电机驱动电路，与直流电机100连接，包括一功率输入端PWM、一正反转控制端F/B、一刹车控制端STOP、隔离模块10、逻辑控制模块20及驱动模块30。

功率输入端PWM用于接入一路PWM驱动信号，通过一路PWM驱动信号调整电机功率输出；正反转控制端F/B用于接入一转向控制信号；刹车控制端STOP用于接入一刹车控制信号；隔离模块10分别与功率输入端PWM、正反转控制端F/B及刹车控制端STOP连接，将PWM驱动信号、转向控制信号及刹车控制信号进行功率干扰隔离后分别输出；逻辑控制模块20与隔离模块10连接，根据功率干扰隔离后的PWM驱动信号和功率干扰隔离后的转向控制信号输出电机驱动信号；驱动模块30与隔离模块10连接和逻辑控制模块20连接，根据的电机驱动信号和功率干扰隔离后的刹车控制信号驱动直流电机100正向旋转、反向旋转或刹车。

在其中一个实施例中，电机驱动电路还包括与正反转控制端F/B连接，被配置为产生转向控制信号的第一开关KEY1。进一步地，电机驱动电路还包括与刹车控制端STOP连接，被配置为产生刹车控制信号的第二开关KEY2。第一开关KEY1和第二开关KEY2可以为按钮开关，用于手动控制直流电机100的正反转和刹车。

在其中一个实施例中，隔离模块10包括数字隔离芯片U3，数字隔离芯片U3包括三个分别与功率输入端PWM、正反转控制端F/B及刹车控制端STOP连接的输入端子，及分别输出功率干扰隔离后的PWM驱动信号、转向控制信号及刹车控制信号的第一输出端子OUTA、第二输出端子OUTB及第三输出端子OUTC。采用数字隔离芯片U3，使得控制电路电源与驱动电源隔离，解决了大功率直流电机100的电源对控制电路干扰的问题，保证控制电路安全稳定可靠。

在其中一个实施例中，逻辑控制模块20包括第一与门G1、非门G3及第二与门G2。

第一与门G1的第一输入端与第一输出端子OUTA连接，接入功率干扰隔离后的PWM驱动信号，第一与门G1的第二输入端与第二输出端子OUTB连接，接入功率隔离后的转向控制信号，第一与门G1的输出端输出第一电机驱动信号；非门G3的输入端与第二输出端子OUTB连接，接入功率隔离后的转向控制信号；第二与门G2的第一输入端与第一输出端子OUTA连接，接入功率干扰隔离后的PWM驱动信号，第二与门G2的第二输入端接非门G3的输出端，第二与门G2的输出端输出第二电机驱动信号。

在其中一个实施例中，驱动模块30包括第一半桥驱动芯片U1、第二半桥驱动芯片U2及H桥驱动电路32，其中：H桥驱动电路32包括4个功率开关(管)Q1、Q2、Q3、Q4，功率开关可以是MOS管、IGBT或晶体三极管。第一半桥驱动芯片U1和第二半桥驱动芯片U2为互锁驱动芯片，内置死区延时，从逻辑上防止H桥驱动电路32上管下管同时导通而烧坏功率开关。

第一半桥驱动芯片U1的(使能)引脚和第二半桥驱动芯片U2的引脚接入功率干扰隔离后的刹车控制信号，第一半桥驱动芯片U1的输入端接第一与门G1的输出端，第二半桥驱动芯片U2的输入端接第二与门G2的输出端。第一半桥驱动芯片U1的HO引脚、LO引脚、VS引脚和第二半桥驱动芯片U2的HO引脚、LO引脚、VS引脚与H桥驱动电路32连接，H桥驱动电路32与直流电机100连接。二极管D1/D2为自举升压二极管，电容C5/C6为自举升压电容为半桥上管N-MOS提供导通偏置电压Vgs。

两个引脚输入高电平时第一半桥驱动芯片U1、第二半桥驱动芯片U2正常工作，低电平时第一半桥驱动芯片U1、第二半桥驱动芯片U2不工作。两个IN引脚与两个引脚都为高时，两个HO引脚输出高，两个LO引脚没输出(半桥上管导通)；两个引脚为高，两个IN引脚为低时，两个HO引脚没输出，两个LO引脚输出高(半桥下管导通)；两个引脚为高，当PWM驱动信号没有时，两个LO引脚都输出为高，H桥两个半桥下管导通，这时电机有个阻力，特别在轮子驱动时，可以在机器人停止移动时，防止机器人滑坡，要用一定的力才能推动机器移动。仅需通过单路PWM驱动信号，一个非门，两个与门控制H桥驱动电路32，改变电机的转速，转向，刹车。降低MCU需求成本，易于嵌入式软件逻辑编写实现。

在其中一个实施例中，驱动模块30还包括四个分别与H桥驱动电路32中各个功率开关的控制端串联的第一电阻R3/R5/R7/R9；第一电阻R3/R5/R7/R9控制驱动脉冲的前后沿陡度和防止震荡，调节功率开关导通时间，防止误导通，造成功率开关损坏。

驱动模块30还包括四个连接在各个功率开关的控制端和地之间的第二电阻R4/R6/R8/R10。第二电阻R4/R6/R8/R10提供功率开关固定偏置Vgs，保证功率开关正常关断，在功率开关控制端极没信号输入时,保证Vgs为0伏或负电压，防止功率开关误导通，造成功率开关损坏。

在其中一个实施例中，驱动模块30还包括两个滤波电容C7/C8，两个滤波电容的一端分别于直流电机100的正极、负极连接，两个滤波电容C7/C8的另一端接地。电机在运转的时候会产生高频干扰，滤波电容C7/C8作用消除干扰，减少其对控制电路的影响，去电弧等作用。

在其中一个实施例中，还包括一控制器(图未示)，控制器具有与功率输入端PWM连接的PWM信号输出端、与正反转控制端F/B连接的转向信号输出端及与刹车控制端STOP连接的刹车信号输出端。控制器可以为单片机。

上述的电机驱动电路应用在清结机器人时，前进后退运动电机控制应用，只需过MCU输出PWM、F/B、STOP三个信号控制运动电机速度，前进后退，刹车(停止)。同时本电路同时可以应用到其它电机控制，如升降电机，污水开关电机等。易于通过单个MCU控制多个电机正反转。

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)

1.一种电机驱动电路，与直流电机连接，其特征在于，包括：

一用于接入一路PWM驱动信号的功率输入端；

一用于接入一转向控制信号的正反转控制端；

一用于接入一刹车控制信号的刹车控制端；

分别与所述功率输入端、所述正反转控制端及所述刹车控制端连接，将所述PWM驱动信号、所述转向控制信号及所述刹车控制信号进行功率干扰隔离后分别输出的隔离模块；

与所述隔离模块连接，根据功率干扰隔离后的PWM驱动信号和功率干扰隔离后的转向控制信号输出电机驱动信号的逻辑控制模块；及

与所述隔离模块连接和所述逻辑控制模块连接，根据的所述电机驱动信号和功率干扰隔离后的刹车控制信号驱动所述直流电机正向旋转、反向旋转或刹车的驱动模块。

2.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，还包括与所述正反转控制端连接，被配置为产生所述转向控制信号的第一开关。

3.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，还包括与所述刹车控制端连接，被配置为产生所述刹车控制信号的第二开关。

4.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，所述隔离模块包括数字隔离芯片，所述数字隔离芯片包括三个分别与所述功率输入端、所述正反转控制端及所述刹车控制端连接的输入端子，及分别输出功率干扰隔离后的PWM驱动信号、转向控制信号及刹车控制信号的第一输出端子、第二输出端子及第三输出端子。

5.如权利要求1至4任一项所述的电机驱动电路，其特征在于，所述逻辑控制模块包括：

第一与门，所述第一与门的第一输入端接功率干扰隔离后的所述PWM驱动信号，所述第一与门的第二输入端接功率隔离后的转向控制信号，所述第一与门的输出端输出第一电机驱动信号；

一非门，所述非门的输入端接功率隔离后的转向控制信号；及

第二与门，所述第二与门的第一输入端接功率干扰隔离后的所述PWM驱动信号，所述第二与门的第二输入端接所述非门的输出端，所述第二与门的输出端输出第二电机驱动信号。

6.如权利要求5所述的电机驱动电路，其特征在于，所述驱动模块包括第一半桥驱动芯片、第二半桥驱动芯片及H桥驱动电路，其中：

所述第一半桥驱动芯片的引脚和所述第二半桥驱动芯片的引脚接入功率干扰隔离后的刹车控制信号，所述第一半桥驱动芯片的输入端接所述第一与门的输出端，所述第二半桥驱动芯片的输入端接所述第二与门的输出端；

所述第一半桥驱动芯片的HO引脚、LO引脚、VS引脚和所述第二半桥驱动芯片的HO引脚、LO引脚、VS引脚与所述H桥驱动电路连接，所述H桥驱动电路与所述直流电机连接。

7.如权利要求6所述的电机驱动电路，其特征在于，所述驱动模块还包括四个分别与所述H桥驱动电路中各个功率开关的控制端串联的第一电阻；

所述驱动模块还包括四个连接在各个所述功率开关的控制端和地之间的第二电阻。

8.如权利要求7所述的电机驱动电路，其特征在于，所述驱动模块还包括两个滤波电容，两个所述滤波电容的一端分别于所述直流电机的正极、负极连接，两个所述滤波电容的另一端接地。

9.如权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，还包括一控制器，所述控制器具有与所述功率输入端连接的PWM信号输出端、与所述正反转控制端连接的转向信号输出端及与所述刹车控制端连接的刹车信号输出端。

10.一种机器人，其特征在于，包括权利要求1至9任一项所述电机驱动电路。