CN209313763U - 伺服电机的驱动控制电路及电器设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种伺服电机的驱动控制电路及电器设备，伺服电机的驱动控制电路包括：霍尔传感器、编码器、主控制器和功率驱动电路，霍尔传感器检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为霍尔信号，编码器检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为编码器信号，主控制器根据转子的霍尔信号及编码器信号，输出控制信号，功率驱动电路根据所述控制信号驱动所述伺服电机工作。本申请技术方案解决了现有伺服电机编码器的反馈信号容易受到干扰的问题。

Description

伺服电机的驱动控制电路及电器设备

技术领域

本申请涉及伺服电机技术领域，特别涉及一种伺服电机的驱动控制电路及电器设备。

背景技术

伺服电机(servo motor)是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。

伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可以将所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时伺服电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。

实用新型内容

本申请的主要目的是提供一种伺服电机的驱动控制电路，旨在解决现有伺服电机编码器的反馈信号容易受到干扰的问题。

为实现上述目的，本申请提出一种伺服电机的驱动控制电路，用于驱动伺服电机，所述伺服电机的驱动控制电路包括：霍尔传感器、编码器、主控制器和功率驱动电路，所述霍尔传感器及编码器均设置在伺服电机内部，所述霍尔传感器的输出端与所述主控制器的第一反馈信号输入端连接；所述编码器的输出端与所述主控制器的第二反馈信号输入端连接，所述主控制器的第一输出端与所述，功率驱动电路的输入端连接，所述，功率驱动电路的输出端连接所述伺服电机；

所述霍尔传感器，用于检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为霍尔信号；

所述编码器，用于检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为编码器信号；

所述主控制器，用于根据所述霍尔信号及所述编码器信号，输出控制信号；

所述功率驱动电路，用于根据所述控制信号驱动所述伺服电机工作。

可选地，所述伺服电机的驱动控制电路还包括电流采样电路，所述电流采样电路的采样端与所述功率驱动电路的输出端连接，所述电流采样电路的输出端与所述主控制器的第三反馈反馈信号输入端连接；

所述电流采样电路，用于检测所述伺服电机的电流。

可选地，所述伺服电机的驱动控制电路还包括运动控制卡，所述运动控制卡的信号交换端与所述主控制器的第一信号交换端连接。

可选地，所述伺服电机的驱动控制电路还包括通讯接口，所述通讯接口与所述主控制器的第二信号交换端连接。

可选地，所述伺服电机的驱动控制电路还包括反电动势中点过零检测电路，所述反电动势中点过零检测电路的检测端与每相所述伺服电机绕组的输入端及输出端连接，所述反电动势中点过零检测电路的输出端与所述主控制器的第三输入端。

可选地，所述伺服电机的驱动控制电路还包括转换电路，所述转换电路包括第一转换芯片及第二转换芯片，所述第一转换芯片的输入端与所述编码器的输出端连接，所述第一转换芯片的输出端、所述主控制器的第二反馈信号输入端及所述第二转换芯片的输入端连接，所述第二转换芯片的输出端与所述运动控制卡的信号交换端连接。

可选地，所述伺服电机的驱动控制电路还包括放电电路，所述功率驱动电路还包括放电端，所述放电电路的输入端与所述功率驱动电路的放电端连接。

可选地，所述放电电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一开关管及第一电容，所述第一电阻的第一端为所述功率驱动电路的输入端，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极、所述第二电阻的第一端、所述第二三极管的基极及所述第三三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极、所述第三三极管的发射极、所述第四电阻的第一端及所述第一开关管的源极接地；所述第二三极管的集电极、所述第二电阻的第二端及所述第一电容的第一端互连，所述第二电阻及所述第一电容的连接节点与第一电源连接，所述第二三极管的发射极、所述第三三极管的集电极及所述第三电阻的第一端互连；所述第一开关管的栅极、所述第三电阻的第二端及所述第四电阻的第二端互连，所述第一开关管的漏极、所述第五电阻的第一端及所述第六电阻的第一端互连，所述第五电阻的第二端及所述第六电阻的第二端与第二电源连接。

可选地，所述伺服电机的驱动控制电路包括光耦隔离电路，所述光耦隔离的输入端与所述主控制器的第一输出端连接，所述光耦隔离的输出端与所述驱动控制电路的输入端连接。

本申请还提出一种电器设备，包括伺服电机及如上所述的伺服电机的驱动控制电路。

本申请技术方案通过在伺服电机的驱动控制电路设置有霍尔传感器、编码器、主控制器和功率驱动电路，其中，所述霍尔传感器检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为霍尔信号，所述编码器检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为编码器信号，所述主控制器根据所述霍尔信号及所述编码器信号，输出控制信号，所述功率驱动电路根据所述控制信号驱动所述伺服电机工作。在本方案中，通过编码器及霍尔传感器同步检测伺服电机的转子位置及伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，再将两种反馈信号同时反馈至主控制器，主控制器依据两个反馈信号进行控制从而解决了现有伺服电机编码器的反馈信号容易受到干扰的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本申请伺服电机的驱动控制电路一实施例的模块结构示意图；

图2为本申请伺服电机的驱动控制电路的功率驱动电路的电路示意图；

图3为本申请伺服电机的驱动控制电路另一实施例的模块结构示意图；

图4为伺服电机的驱动控制电路的转换电路的电路示意图；

图5为伺服电机的驱动控制电路放电电路的电路示意图。

本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，在本申请中涉及“第一”、“第二”等的描述仅设置为描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为：包括三个并列的方案，以“A/B”为例，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案，另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请提出一种伺服电机的驱动控制电路，如图1所示，伺服电机的驱动控制电路包括霍尔传感器10、编码器13、主控制器11和功率驱动电路12，霍尔传感器10及编码器13均设置在伺服电机内部，霍尔传感器10的输出端与主控制器11的第一反馈信号输入端连接，编码器13的输出端与主控制器 11的第二反馈信号输入端连接，主控制器11的第一输出端与功率驱动电路 12的输入端连接，功率驱动电路12的输出端连接伺服电机。

其中，霍尔传感器10检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为霍尔信号，编码器13检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为编码器信号，主控制器11根据转子的霍尔信号及编码器信号，输出控制信号，功率驱动电路12根据控制信号驱动伺服电机工作。在本方案中，通过设置编码器13及霍尔传感器10同步检测伺服电机的转子位置及伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，再将两种反馈信号同时反馈至主控制器11，主控制器11依据两个反馈信号进行控制从而解决了现有伺服电机的编码器13的反馈信号容易受到干扰的问题。值得注意的是，此时的霍尔传感器10可以为开关型、锁键型和线性型等多种类型的霍尔传感器10，编码器13可以为光电式、磁电式、触点电刷式、电压输出、集电极开路输出、推拉互补输出、长线驱动输出、增量型及绝对值型等多种类型的编码器13。

可选地，在上述实施例中，霍尔信号及编码器信号均采用差分输入方式，可以最大程度上减小反馈信号受到的干扰，同时还能实现伺服电机的精准定位与控制。

可选地，驱动控制电路可以为如图2所示的三相逆变驱动电路，其中，三相逆变驱动电路可以用三相差分输入信号(WH、WL、UH、UL、VH、VL) 驱动，第七电阻R7、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第二电容 C2、第一MOS管Q5及第二MOS管Q6组成W相逆变驱动电路，第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第三电容C3、第三MOS管Q7及第四MOS管Q8组成V相逆变驱动电路，第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第十八电阻R18、第四电容C3、第五MOS 管Q9及第六MOS管Q10组成U相逆变驱动电路，构成差分驱动电路，从而可以提高伺服电机的准确驱动。

可选地，如图3所示，伺服电机的驱动控制电路还包括电流采样电路16，电流采样电路16的采样端与功率驱动电路12的输出端连接，所述电流采样电路16的输出端与所述主控制器11的第三反馈反馈信号输入端连接。其中，电流采样电路16检测伺服电机的电流，并将检测到的电流信号输入至主控制器11，主控制器11可以根据检测到的电流信号判断伺服电机是否处于过流状态，当处于过流状态时，主控制器11发出控制信号使得伺服电机停止工作，从而实现过流保护。此时的电流采样电路16可以为电流传感器或者常用的各种电流采样电路，在此不再赘述。

可选地，伺服电机的驱动控制电路还包括运动控制卡14，运动控制卡14 的信号交换端与主控制器11的第一信号交换端连接。

其中，运动控制卡14可以从外界获取控制信号的信息，输出至主控制器 11实现对伺服电机的控制。还可以获取到编码器信号，从而掌握伺服电机的运动状态和具体运动位置。

可选地，伺服电机的驱动控制电路还包括通讯接口15，通讯接口15与主控制器11的第二信号交换端连接。

其中，通讯接口15可以与其他的软件/设备之间连接，从而可以实现驱动电路与其他的软件/设备之间的通讯。

可选地，伺服电机的驱动控制电路还包括反电动势中点过零检测电路18，反电动势中点过零检测电路18的检测端与每相伺服电机绕组的输入端及输出端连接，反电动势中点过零检测电路18的输出端与主控制器11的第三输入端。

其中，反电动势中点过零检测电路18可以为常用的伺服电机的各种反电动势中点过零检测电路18，用于实现无感伺服电机的驱动。

可选地，如图4所示，伺服电机的驱动控制电路还包括转换电路，转换电路包括第一转换芯片U1及第二转换芯片U2，第一转换芯片U1的输入端与编码器13的输出端连接，第一转换芯片U1的输出端、主控制器11的第二反馈信号输入端及第二转换芯片U2的输入端连接，第二转换芯片U2的输出端与运动控制卡14的信号交换端连接。

其中，第一转换芯片U1将编码器13输出的差分信号转换为正常的三相信号输出至主控制器11，从而简化控制判断的过程，同时，由于差分信号反馈，可以提高反馈信号的精度。进一步的，将正常的三相信号通过第二转换芯片U2转换为差分信号，将这个差分信号输入至运动控制卡14，可以提高的数据的准确性，方便运动控制卡14的各种判断和处理。

可选地，伺服电机的驱动控制电路还包括放电电路17，功率驱动电路12 还包括放电端，放电电路17的输入端与功率驱动电路12的放电端连接。

可选地，如图5所示，放电电路17包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第一开关管Q4及第一电容C1，第一电阻R1 的第一端为功率驱动电路12的输入端，第一电阻R1的第二端与第一三极管 Q1的基极连接；第一三极管Q1的集电极、第二电阻R2的第一端、第二三极管Q2的基极及第三三极管Q3的基极连接，第一三极管Q1的发射极、第三三极管Q3的发射极、第四电阻R4的第一端及第一开关管Q4的源极接地。第二三极管Q2的集电极、第二电阻R2的第二端及第一电容C1的第一端互连，第二电阻R2及第一电容C1的连接节点与第一电源连接，第二三极管Q2 的发射极、第三三极管Q3的集电极及第三电阻R3的第一端互连；第一开关管Q4的栅极、第三电阻R3的第二端及第四电阻R4的第二端互连，第一开关管Q4的漏极、第五电阻R5的第一端及第六电阻R6的第一端互连，第五电阻R5的第二端及第六电阻R6的第二端与第二电源连接。

其中，放电电路17可以在输入的电流信号过大的情况下，进行放电，从而保护伺服电机。

可选地，伺服电机的驱动控制电路包括光耦隔离电路19，光耦隔离的输入端与主控制器11的第一输出端连接，光耦隔离的输出端与驱动控制电路的输入端连接。

其中，光耦隔离电路19可以为光耦隔离器件，可以起到保护主控制器11 及驱动控制电路的作用。

本申请还提出一种电器设备，包括伺服电机及如上的伺服电机的驱动控制电路。

本申请还提出一种电器设备，该电器设备包括如上的伺服电机的驱动控制电路，该伺服电机的驱动控制电路的具体结构参照上述实施例。

由于本电器设备采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

以上仅为本申请的可选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种伺服电机的驱动控制电路，用于驱动伺服电机，其特征在于，所述伺服电机的驱动控制电路包括：霍尔传感器、编码器、主控制器和功率驱动电路，所述霍尔传感器及编码器均设置在伺服电机内部，所述霍尔传感器的输出端与所述主控制器的第一反馈信号输入端连接；所述编码器的输出端与所述主控制器的第二反馈信号输入端连接，所述主控制器的第一输出端与所述，功率驱动电路的输入端连接，所述，功率驱动电路的输出端连接所述伺服电机；

所述霍尔传感器，用于检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为霍尔信号；

所述编码器，用于检测伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速，并将伺服电机磁极位置和伺服电机转角及转速转换为编码器信号；

所述主控制器，用于根据所述霍尔信号及所述编码器信号，输出控制信号；

所述功率驱动电路，用于根据所述控制信号驱动所述伺服电机工作。

2.如权利要求1所述的伺服电机的驱动控制电路，其特征在于，所述伺服电机的驱动控制电路还包括电流采样电路，所述电流采样电路的采样端与所述功率驱动电路的输出端连接，所述电流采样电路的输出端与所述主控制器的第三反馈反馈信号输入端连接；

所述电流采样电路，用于检测所述伺服电机的电流。

3.如权利要求1所述的伺服电机的驱动控制电路，其特征在于，所述伺服电机的驱动控制电路还包括运动控制卡，所述运动控制卡的信号交换端与所述主控制器的第一信号交换端连接。

4.如权利要求3所述的伺服电机的驱动控制电路，其特征在于，所述伺服电机的驱动控制电路还包括通讯接口，所述通讯接口与所述主控制器的第二信号交换端连接。

5.如权利要求1所述的伺服电机的驱动控制电路，其特征在于，所述伺服电机的驱动控制电路还包括反电动势中点过零检测电路，所述反电动势中点过零检测电路的检测端与每相所述伺服电机绕组的输入端及输出端连接，所述反电动势中点过零检测电路的输出端与所述主控制器的第三输入端。

6.如权利要求3所述的伺服电机的驱动控制电路，其特征在于，所述伺服电机的驱动控制电路还包括转换电路，所述转换电路包括第一转换芯片及第二转换芯片，所述第一转换芯片的输入端与所述编码器的输出端连接，所述第一转换芯片的输出端、所述主控制器的第二反馈信号输入端及所述第二转换芯片的输入端连接，所述第二转换芯片的输出端与所述运动控制卡的信号交换端连接。

7.如权利要求1所述的伺服电机的驱动控制电路，其特征在于，所述伺服电机的驱动控制电路还包括放电电路，所述功率驱动电路还包括放电端，所述放电电路的输入端与所述功率驱动电路的放电端连接。

8.如权利要求7所述的伺服电机的驱动控制电路，其特征在于，所述放电电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管、第一开关管及第一电容，所述第一电阻的第一端为所述功率驱动电路的输入端，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的基极连接；所述第一三极管的集电极、所述第二电阻的第一端、所述第二三极管的基极及所述第三三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极、所述第三三极管的发射极、所述第四电阻的第一端及所述第一开关管的源极接地；所述第二三极管的集电极、所述第二电阻的第二端及所述第一电容的第一端互连，所述第二电阻及所述第一电容的连接节点与第一电源连接，所述第二三极管的发射极、所述第三三极管的集电极及所述第三电阻的第一端互连；所述第一开关管的栅极、所述第三电阻的第二端及所述第四电阻的第二端互连，所述第一开关管的漏极、所述第五电阻的第一端及所述第六电阻的第一端互连，所述第五电阻的第二端及所述第六电阻的第二端与第二电源连接。

9.如权利要求1-8任一项所述的伺服电机的驱动控制电路，其特征在于，所述伺服电机的驱动控制电路还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离的输入端与所述主控制器的第一输出端连接，所述光耦隔离的输出端与所述驱动控制电路的输入端连接。

10.一种电器设备，其特征在于，包括伺服电机及如权利要求1-9任一项所述的伺服电机的驱动控制电路。