CN208971419U - 一种与外界通信的电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机驱动技术领域，公开了一种与外界通信的电机驱动电路，包括直流电源电路、控制中心电路、USB通信电路以及多个驱动执行电路；直流电源电路具有电压不同的直流电压输出端；控制中心电路包括具有多个输入引脚与多个控制引脚的控制芯片；USB通信电路包括通信接口、通信电源与通信芯片；驱动执行电路包括电连接的驱动输入组件以及电机驱动组件；电压不同的直流电压输出端能够满足电路中电压不同的芯片，控制中心电路接收USB通信电路的输入信号，再通过控制引脚向驱动执行电路发送信号，使用USB通信电路可以外界进行USB通信，USB为使用范围广的通用通信方式，从而使电机驱动电路可以与具有USB电路的不同设备进行数据通信。

Description

一种与外界通信的电机驱动电路

技术领域

本实用新型涉及电机驱动技术领域，更具体地说，它涉及一种与外界通信的电机驱动电路。

背景技术

电机作为执行元件，广泛应用在各种自动挂控制系统中，电机在工作的过程中若只给电机的端子上接上不变的电压，则无法去控制电机的工作参数，而实际中电机需要控制转速、转矩和位置等，需要随时调节电压电流。

若需要控制电机的工作参数，则需要生成控制信号，这种控制信号是从控制器（如MCU或者DSP）中给出的，不能直接去改变电压电流，所以就需要加一个电机驱动电路，将控制信号真正转化施加给电机的电压电流信号。

现有电机驱动电路会使用CAN或者RS-485等现场数据传输总线与外界设备进行通信，但是这需要外界设备同样需要支持CAN以及RS-485等现场数据传输总线才能与电机驱动电路进行通信，但是CAN以及RS-485并不是通用的数据传输总线，因此需要一种带有通用的数据传输总线，使电机驱动电路能与多种不同的设备进行数据通信。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型提供一种与外界通信的电机驱动电路，其带有通用的数据传输总线，使电机驱动电路能与多种不同的设备进行数据通信。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种与外界通信的电机驱动电路，包括直流电源电路、控制中心电路、USB通信电路以及多个驱动执行电路；

直流电源电路的输入端电连接有电机直流电源，直流电源电路具有多组电压不同的直流电压输出端，其中一个直流电压输出端上电连接有降压芯片，降压芯片具有直流芯片输出端，直流电源电路中的所有负极均电连接；

控制中心电路包括具有多个电源引脚、多个输入引脚与多个控制引脚的控制芯片，电源引脚与直流芯片输出端电连接，输入引脚与USB通信电路电连接，控制引脚与驱动执行电路电连接；

USB通信电路包括通信接口、通信电源与通信芯片；

通信接口具有四个引脚的通信接口，通信接口的引脚一为通信电源正极，引脚二为通信数据负相，引脚三为通信数据正相，引脚四为通信电源负极；

通信电源包括具有四个引脚的供电芯片，供电芯片的引脚一为接地，引脚二与引脚四电连接且为输出，引脚三为输入，供电芯片的引脚三与通信接口的引脚一的理解，供电芯片的引脚一与通信接口的引脚四电连接；

通信芯片为采用USB转UART芯片，通信电源与通信芯片电连接，用于为通信芯片供电，通信芯片具有USB端口与UART端口,USB端口与通信接口电连接，UART端口与控制芯片上UART串口的引脚电连接；

驱动执行电路包括依次电连接的驱动输入组件以及电机驱动组件，驱动输入组件有多个，驱动输入组件与控制中心电路的多个控制引脚电连接，电机驱动组件与电机电连接。

通过上述技术方案，直流电源电路提供使电路正常工作的工作电源，多组电压不同的直流电压输出端能够满足电路中工作电压不同的芯片，控制中心电路的输入引脚够接收USB通信电路的输入信号，从而再通过控制引脚向驱动执行电路发送控制电机的信号，而使用USB通信电路可以外界进行USB通信，USB为使用范围广的通用通信方式，从而使电机驱动电路可以与具有USB电路的不同设备进行数据通信。

进一步的，通信芯片与控制芯片之间通过设置有光耦隔离电路。

进一步的，光耦隔离电路包括隔离电阻以及具有六个引脚的隔离芯片，隔离芯片采用TLP2362芯片，其引脚一通过隔离电阻与供电芯片的输出电连接，隔离芯片的引脚三与通信芯片上UART端口的一个引脚电连接；

隔离芯片的引脚四与直流芯片输出端的负极电连接，隔离芯片的引脚五与控制芯片上UART串口的一个引脚电连接，隔离芯片的引脚六与直流芯片输出端的正极电连接。

通过上述技术方案，光耦隔离电路能使控制芯片与通信芯片之间电气隔离，从而保护控制芯片，同时也能增强控制芯片与通信芯片之间数据信号的强度，降低外界磁场对数据信号的干扰影响。

进一步的，隔离芯片的引脚五与引脚六之间电连接有上拉电阻。

通过上述技术方案，上拉电阻能够稳定隔离芯片的引脚五上数据信号的稳定程度。

进一步的，驱动输入组件包括电阻R120、电阻R127以及电容C88，一个控制引脚通过依次串联的电阻R120与电阻R127电连接直流电压输出端的负极，电容C88并联在电阻R127的两端；

电机驱动组件采用PS21765芯片，PS21765芯片具有多个控制信号引脚以及多个控制输出引脚，每个控制信号引脚均电连接有一个驱动输入组件，电阻R120与电阻R127的连接点与控制信号引脚电连接，控制输出引脚与电机上的引脚电连接。

通过上述技术方案，使用驱动输入组件以及与集成的电机驱动组件，能够降低电路中的元器件数量，达到降低电路板体积的目的。

进一步的，还设置有报警电路，报警电路包括电阻R57、三极管Q2、电阻R48、具有四个引脚的光耦P7、三极管Q1、电阻R38以及半导体二极管D1；

电阻R57的一端与一个控制引脚电连接，其另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q2的集电极通过电阻R48与光耦P7的引脚一电连接，光耦P7的引脚二与直流芯片输出端的负极电连接；

光耦P7的引脚三通过电阻R38与半导体二极管D1的正极电连接，引脚三还与三极管Q1的基极电连接，引脚四与三极管Q1的集电极以及半导体二极管D1的负极均电连接，三极管Q1的发射极与半导体二极管D1的正极电连接，三极管Q1的正极与负极输出报警差分信号。

通过上述技术方案，当控制芯片与电阻R57电连接的一个控制引脚输出低电平信号时，三极管Q2导通，光耦P7的引脚一与引脚二之间导通，引脚三与引脚四之间也导通，使得半导体二极管D1的正极与负极之间实现电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间变得没有压差；当控制芯片与电阻R57电连接的一个控制引脚输出高电平信号时，三极管Q2断开，光耦P7的引脚一与引脚二之间断开，引脚三与引脚四之间也断开，使得半导体二极管D1的正极与负极之间没有电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间具有正常的压差；让外界能识别差分信号的设备识别出差分信号的变化，实现报警的目的。

进一步的，控制中心电路还电连接有控制存储组件，所述控制存储组件包括：与控制芯片通过IIC总线电连接的存储芯片，存储芯片具有八个引脚，引脚一、引脚二、引脚三、引脚四以及引脚七均与直流芯片输出端的负极电连接，引脚五与一个控制引脚电连接，引脚六与另一个控制引脚电连接，引脚八与直流芯片输出端的正极电连接；

引脚五通过电阻R30与直流芯片输出端的正极电连接，引脚六通过电阻R21与直流芯片输出端的正极电连接。

通过上述技术方案，控制芯片通过IIC总线与存储芯片进行通信，从而在存储芯片内读取或者存储数据。

进一步的，直流芯片输出端的正极与负极之间电连接有多个滤波电容。

通过上述技术方案，滤板电容能够提高直流芯片输出端的电压拨动幅度，还能滤去电压波形上的尖峰毛刺，提高工作电源的质量。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：直流电源电路提供多组高质量的工作电源，能够满足电路中工作电压不同的芯片，USB通信电路将外界设备的数据发送给控制中心电路，控制中心电路通过控制引脚向驱动执行电路发送控制电机的信号，使用集成的驱动输入组件以及电机驱动组件作为驱动执行电路，能降低电路板上元器件的数量以及电路板的体积。

附图说明

图1为本实用新型实施例的电路框图；

图2为本实用新型实施例电机直流电源与控制存储组件的电路原理图；

图3为本实用新型实施例直流电压输出端与降压芯片的电路原理图；

图4为本实用新型实施例控制芯片的电路原理图；

图5为本实用新型实施例USB通信电路的电路原理图；

图6为本实用新型实施例驱动输入组件与电机驱动组件的电路原理图；

图7为本实用新型实施例报警电路的电路原理图。

附图标记：100、直流电源电路；110、电机直流电源；120、直流电压输出端；130、降压芯片；200、控制中心电路；210、控制芯片；220、控制存储组件；300、USB通信电路；310、通信接口；320、通信电源；330、通信芯片；340、光耦隔离电路；400、驱动执行电路；410、驱动输入组件；420、电机驱动组件；500、报警电路。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型进行详细描述。

实施例

一种与外界通信的电机驱动电路，如图1所示，包括直流电源电路100、控制中心电路200、USB通信电路300、多个驱动执行电路400以及报警电路500。

如图2与图3所示，直流电源电路100采用由UC3848B芯片及外围电路组成的直流开关电源电路，使用UC3848B芯片组成的开关电源芯片为现有技术中常用的开关电源电路。直流电源电路100的输入端电连接有由整流桥芯片GBJ1510将交流电整流成直流而成的电机直流电源110，直流开关电源电路的正极为DC+，负极为0V。直流电源电路100具有多组电压不同的直流电压输出端120，开关电源电路输出有多路电源，部分路线为5V电源，部分路线为8V电源，部分路线为15V电源。其中8V的直流电压输出端120上电连接有降压芯片130，降压芯片130采用具有三个引脚的1117M3-5.0芯片，其一个引脚与8V电源电连接，一个引脚与0V电连接，另一个引脚为5.0V的电压。其中5V的直流电压输出端120上电连接有降压芯片130，降压芯片130采用具有三个引脚的1117M3-3.3芯片，其一个引脚与5V电源电连接，一个引脚与0V电连接，另一个引脚为3.3V的直流芯片输出端，直流电源电路100中的所有负极均电连接；直流芯片输出端的正极与负极之间电连接有多个滤波电容。滤板电容能够提高直流芯片输出端的电压拨动幅度，还能滤去电压波形上的尖峰毛刺，提高工作电源的质量。

如图4所示，控制中心电路200包括具有多个电源引脚、多个输入引脚与多个控制引脚的控制芯片210。控制芯片210可采用MCU或者DSP，本实施例中采用型号为TMS320F28034PNT的DSP及外围电路作为控制芯片210，具有UART串口，UART串口拥有两个引脚。电源引脚与3.3V的直流芯片输出端电连接，输入引脚与USB通信电路300电连接，用于接收USB通信电路300发送过来的信号，控制引脚与驱动执行电路400电连接，用于向驱动执行电路400发送控制信号让电机转动。

如图2所示，控制中心电路200中控制芯片210的还通过IIC总线电连接有控制存储组件220，控制存储组件220包括：与控制芯片210通过IIC总线电连接的存储芯片，存储芯片采用具有八个引脚的24C02。24C02为串行E2PROM，是基于I2C-BUS的存储器件，遵循二线制协议，由于其具有接口方便，体积小，数据掉电不丢失等特点，在仪器仪表及工业自动化控制中得到大量的应用。存储芯片的引脚一、引脚二、引脚三、引脚四以及引脚七均与直流芯片输出端的负极电连接，引脚五与一个控制引脚电连接，引脚六与另一个控制引脚电连接，引脚八与直流芯片输出端的正极电连接。引脚五通过电阻R30与直流芯片输出端的正极电连接，引脚六通过电阻R21与直流芯片输出端的正极电连接。控制芯片210通过IIC总线与存储芯片进行通信，从而在存储芯片内读取或者存储数据。电阻R21与电阻R30为IIC总线的上拉电阻，他们能够使IIC总线上的数据更稳定。

如图5所示，USB通信电路300包括通信接口310、通信电源320与通信芯片330。

通信接口310具有四个引脚的通信接口310，通信接口310的引脚一为通信电源320正极，引脚二为通信数据负相，引脚三为通信数据正相，引脚四为通信电源320负极；

通信电源320包括具有四个引脚的供电芯片，供电芯片可采用1117M3-3.3芯片，供电芯片的引脚一为接地，引脚二与引脚四电连接且为输出，引脚三为输入，供电芯片的引脚三与通信接口310的引脚一的理解，供电芯片的引脚一与通信接口310的引脚四电连接。1117M3-3.3芯片可输出3.3V的电源。

通信芯片330为采用USB转UART芯片，如型号为SIL2104的芯片。通信电源320与通信芯片330电连接，用于为通信芯片330供电，通信芯片330具有USB端口与UART端口,USB端口与通信接口310电连接，UART端口与控制芯片210上UART串口的引脚电连接。UART端口或者UART串口均具有一个发射引脚以及一个接收引脚。

芯片SIL2104具有二十五个引脚，其引脚二以及引脚二十五与通信电源320负极电连接，引脚三与通信数据正相电连接，引脚四与通信数据负相电连接，引脚五、引脚六以及引脚七均与3.3V电源正极电连接，引脚八与通信电源320正极电连接，引脚九通过电阻R75与3.3V电源正极电连接，引脚十五通过电阻R71以及发光二极管LED1与3.3V电源正极电连接，发光二极管LED1的负极与3.3V电源正极电连接，发光二极管LED1的正极与电阻R71电连接。芯片SIL2104的引脚十六通过电容C37与通信电源320负极电连接，引脚二十与控制芯片210上UART端口的发射引脚电连接，引脚二十一与控制芯片210上UART端口的接收引脚电连接。芯片SIL2104的其它引脚均悬空不连接。

通信芯片330与控制芯片210之间通过设置有光耦隔离电路340，控制芯片210上UART端口的每个引脚上均串联一个光耦隔离电路340。光耦隔离电路340包括隔离电阻以及具有六个引脚的隔离芯片。隔离芯片采用TLP2362芯片，其引脚一通过隔离电阻与供电芯片的输出电连接，隔离芯片的引脚三与UART端口或者UART串口的发射引脚电连接；

隔离芯片的引脚四与直流芯片输出端的负极电连接，隔离芯片的引脚五UART端口或者UART串口的接收引脚电连接，隔离芯片的引脚六与直流芯片输出端的正极电连接。隔离芯片的引脚五与引脚六之间电连接有上拉电阻，上拉电阻能够稳定隔离芯片的引脚五上数据信号的稳定程度。

光耦隔离电路340能使控制芯片210与通信芯片330之间电气隔离，从而保护控制芯片210，同时也能增强控制芯片210与通信芯片330之间数据信号的强度，降低外界磁场对数据信号的干扰影响。

如图6所示，驱动执行电路400包括依次电连接的驱动输入组件410以及电机驱动组件420，驱动输入组件410与控制中心电路200的多个控制引脚电连接，电机驱动组件420与电机电连接。驱动输入组件410包括电阻R120、电阻R127以及电容C88，一个控制引脚通过依次串联的电阻R120与电阻R127电连接直流电压输出端120的负极，电容C88并联在电阻R127的两端；

电机驱动组件420采用PS21765芯片以及其外围电路，PS21765是一种结构非常紧凑的智能功率模块，采用压注模封装技术，便于大批量生产。PS21765内部集成了IGBT硅片、栅极驱动及保护电路。PS21765非常适用于交流100~200V级小容量电机的变频控制。PS21765芯片具有多个控制信号引脚以及多个控制输出引脚，每个控制信号引脚均电连接有一个驱动输入组件410，电阻R120与电阻R127的连接点与控制信号引脚电连接，控制输出引脚与电机上的引脚电连接。

使用驱动输入组件410以及与集成的电机驱动组件420，能够降低电路中的元器件数量，达到降低电路板体积的目的。

如图7所示，报警电路500包括电阻R57、三极管Q2、电阻R48、具有四个引脚的光耦P7、三极管Q1、电阻R38以及半导体二极管D1。半导体二极管D1采用BAT54C芯片。光耦P7采用具有四个引脚的EL357(B)。

电阻R57的一端与一个控制引脚电连接，其另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q2的集电极通过电阻R48与光耦P7的引脚一电连接，光耦P7的引脚二与直流芯片输出端的负极电连接。

光耦P7的引脚三通过电阻R38与半导体二极管D1的正极电连接，引脚三还与三极管Q1的基极电连接，引脚四与三极管Q1的集电极以及半导体二极管D1的负极均电连接，三极管Q1的发射极与半导体二极管D1的正极电连接，三极管Q1的正极与负极输出报警差分信号。

当控制芯片210与电阻R57电连接的一个控制引脚输出低电平信号时，三极管Q2导通，光耦P7的引脚一与引脚二之间导通，引脚三与引脚四之间也导通，使得半导体二极管D1的正极与负极之间实现电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间变得没有压差。当控制芯片210与电阻R57电连接的一个控制引脚输出高电平信号时，三极管Q2断开，光耦P7的引脚一与引脚二之间断开，引脚三与引脚四之间也断开，使得半导体二极管D1的正极与负极之间没有电连接，从而使施加在半导体二极管D1的正极与负极上且来自外界的差分信号正相与负相之间具有正常的压差；让外界能识别差分信号的设备识别出差分信号的变化，实现报警的目的。

与外界通信的电机驱动电路的工作过程为：直流电源电路100提供多组高质量的工作电源，如3.3V、5V、8V、15V的工作电源，这些工作电源能够满足电路中工作电压不同的芯片。USB通信电路300将外界设备的数据发送给控制中心电路200，控制中心电路200通过控制引脚向驱动执行电路400发送控制电机的信号，使用集成的驱动输入组件410以及电机驱动组件420作为驱动执行电路400，能降低电路板上元器件的数量以及电路板的体积。DSP还能通过控制引脚发出报警信号，让报警电路500提示员工发生电路发生异常状态。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种与外界通信的电机驱动电路，其特征在于，包括直流电源电路（100）、控制中心电路（200）、USB通信电路（300）以及多个驱动执行电路（400）；

直流电源电路（100）的输入端电连接有电机直流电源（110），直流电源电路（100）具有多组电压不同的直流电压输出端（120），其中一个直流电压输出端（120）上电连接有降压芯片（130），降压芯片（130）具有直流芯片输出端，直流电源电路（100）中的所有负极均电连接；

控制中心电路（200）包括具有多个电源引脚、多个输入引脚与多个控制引脚的控制芯片（210），电源引脚与直流芯片输出端电连接，输入引脚与USB通信电路（300）电连接，控制引脚与驱动执行电路（400）电连接；

USB通信电路（300）包括通信接口（310）、通信电源（320）与通信芯片（330）；

通信接口（310）具有四个引脚的通信接口（310），通信接口（310）的引脚一为通信电源（320）正极，引脚二为通信数据负相，引脚三为通信数据正相，引脚四为通信电源（320）负极；

通信电源（320）包括具有四个引脚的供电芯片，供电芯片的引脚一为接地，引脚二与引脚四电连接且为输出，引脚三为输入，供电芯片的引脚三与通信接口（310）的引脚一的理解，供电芯片的引脚一与通信接口（310）的引脚四电连接；

通信芯片（330）为采用USB转UART芯片，通信电源（320）与通信芯片（330）电连接，用于为通信芯片（330）供电，通信芯片（330）具有USB端口与UART端口,USB端口与通信接口（310）电连接，UART端口与控制芯片（210）上UART串口的引脚电连接；

驱动执行电路（400）包括依次电连接的驱动输入组件（410）以及电机驱动组件（420），驱动输入组件（410）有多个，驱动输入组件（410）与控制中心电路（200）的多个控制引脚电连接，电机驱动组件（420）与电机电连接。

2.根据权利要求1所述的与外界通信的电机驱动电路，其特征在于，通信芯片（330）与控制芯片（210）之间通过设置有光耦隔离电路（340）。

3.根据权利要求2所述的与外界通信的电机驱动电路，其特征在于，光耦隔离电路（340）包括隔离电阻以及具有六个引脚的隔离芯片，隔离芯片采用TLP2362芯片，其引脚一通过隔离电阻与供电芯片的输出电连接，隔离芯片的引脚三与通信芯片（330）上UART端口的一个引脚电连接；

隔离芯片的引脚四与直流芯片输出端的负极电连接，隔离芯片的引脚五与控制芯片（210）上UART串口的一个引脚电连接，隔离芯片的引脚六与直流芯片输出端的正极电连接。

4.根据权利要求3所述的与外界通信的电机驱动电路，其特征在于，隔离芯片的引脚五与引脚六之间电连接有上拉电阻。

5.根据权利要求1所述的与外界通信的电机驱动电路，其特征在于，驱动输入组件（410）包括电阻R120、电阻R127以及电容C88，一个控制引脚通过依次串联的电阻R120与电阻R127电连接直流电压输出端（120）的负极，电容C88并联在电阻R127的两端；

电机驱动组件（420）采用PS21765芯片，PS21765芯片具有多个控制信号引脚以及多个控制输出引脚，每个控制信号引脚均电连接有一个驱动输入组件（410），电阻R120与电阻R127的连接点与控制信号引脚电连接，控制输出引脚与电机上的引脚电连接。

6.根据权利要求1所述的与外界通信的电机驱动电路，其特征在于，还设置有报警电路（500），报警电路（500）包括电阻R57、三极管Q2、电阻R48、具有四个引脚的光耦P7、三极管Q1、电阻R38以及半导体二极管D1；

电阻R57的一端与一个控制引脚电连接，其另一端与三极管Q2的基极电连接，三极管Q2的发射极与直流芯片输出端的正极电连接，三极管Q2的集电极通过电阻R48与光耦P7的引脚一电连接，光耦P7的引脚二与直流芯片输出端的负极电连接；

光耦P7的引脚三通过电阻R38与半导体二极管D1的正极电连接，引脚三还与三极管Q1的基极电连接，引脚四与三极管Q1的集电极以及半导体二极管D1的负极均电连接，三极管Q1的发射极与半导体二极管D1的正极电连接，三极管Q1的正极与负极输出报警差分信号。

7.根据权利要求1所述的与外界通信的电机驱动电路，其特征在于，控制中心电路（200）还电连接有控制存储组件（220），所述控制存储组件（220）包括：与控制芯片（210）通过IIC总线电连接的存储芯片，存储芯片具有八个引脚，引脚一、引脚二、引脚三、引脚四以及引脚七均与直流芯片输出端的负极电连接，引脚五与一个控制引脚电连接，引脚六与另一个控制引脚电连接，引脚八与直流芯片输出端的正极电连接；

引脚五通过电阻R30与直流芯片输出端的正极电连接，引脚六通过电阻R21与直流芯片输出端的正极电连接。

8.根据权利要求1所述的与外界通信的电机驱动电路，其特征在于，直流芯片输出端的正极与负极之间电连接有多个滤波电容。