CN210780610U - 一种基于单mosfet斩波的驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单MOSFET斩波的驱动电路，其包括将市电整流降压后输出至待驱动电机模块的整流桥电路、微控制器、检测所述整流桥电路输出电压并将其传输给所述微控制器的光耦隔离模块、设置在所述整流桥电路与所述待驱动电机模块连接电路上的MOSFET晶体管、一与门逻辑器、与所述与门逻辑器输出端连接且驱动所述MOSFET晶体管的MOSFET驱动电路，所述微控制器的PWM输出信号与一MOSFET保护电路的输出信号接入所述与门逻辑器的两路输入端。本实用新型控制方便，短路保护动作更加迅速，可靠性更高，降低能耗，同时减少了元件数量，成本得到降低。
Description
【技术领域】
本实用新型属于驱动电路技术领域，特别是涉及一种基于单MOSFET斩波的驱动电路。
【背景技术】
目前市场上主流的底盘车或地刀驱动方案参见图3，该方案是采用H桥的方式驱动底盘车或地刀电机，通过不同桥臂的导通组合实现电机的正反转。由于上桥臂的浮地特性，想要使用4个N型MOSFET就必须要采用专用的半桥或全桥驱动器来实现桥臂的驱动，微控制器MCU需要提供两路互补的PWM波，实现起来较为复杂，并且只能驱动一个电机。短路保护实现通过在电路中串联限流电阻减小短路电流，发生短路时微控制器检测到电流异常增加，则关闭电压输出，反应时间较慢同时正常工作时限流电阻发热严重。
采用传统的PWM斩波驱动方式存在以下缺点：1)元器件数量较多，有4个MOSFET、2个驱动芯片，硬件成本较高。2)需要两路互补的PWM波进行驱动控制，增加了控制的复杂性。3)只能驱动一路电机的正反转，无法控制两路电机。4)短路保护方式动作速度较慢，故障时损坏风险较大，同时正常驱动时能耗较高。
因此，需要提供一种新的基于单MOSFET斩波的驱动电路来解决上述问题。
【实用新型内容】
本实用新型的主要目的在于提供一种基于单MOSFET斩波的驱动电路，控制方便，短路保护动作更加迅速，可靠性更高，降低能耗，同时减少了元件数量，成本得到降低。
本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种基于单MOSFET斩波的驱动电路，其包括将市电整流降压后输出至待驱动电机模块的整流桥电路、微控制器、检测所述整流桥电路输出电压并将其传输给所述微控制器的光耦隔离模块、设置在所述整流桥电路与所述待驱动电机模块连接电路上的MOSFET晶体管、一与门逻辑器、与所述与门逻辑器输出端连接且驱动所述MOSFET晶体管的MOSFET驱动电路，所述微控制器的PWM输出信号与一MOSFET保护电路的输出信号接入所述与门逻辑器的两路输入端。
进一步的，所述整流桥电路与所述待驱动电机模块连接电路上且位于所述MOSFET晶体管的上游还设置有一霍尔元件，所述霍尔元件采集电流信号输送至所述微控制器。
进一步的，所述待驱动电机模块包括至少一个驱动电机。
进一步的，所述MOSFET驱动电路包括光耦隔离与驱动模块。
进一步的，所述与门逻辑器的两个接入端分别设置有下拉电阻。
进一步的，所述与门逻辑器的输出端设置有下拉电阻、限流电阻。
进一步的，所述光耦隔离与驱动模块包括连接所述与门逻辑器输出端的光电隔离型栅极驱动器，所述光电隔离型栅极驱动器的输出端连接所述MOSFET晶体管。
进一步的，所述光电隔离型栅极驱动器的输出线路上设置有限流电阻、与所述限流电阻并联的二极管。
进一步的，所述MOSFET保护电路为短路保护电路。
与现有技术相比，本实用新型一种基于单MOSFET斩波的驱动电路的有益效果在于：微控制器可以通过用户设定的参数驱动不同型号的底盘车和地刀，装置只需要根据用户设定的电机额定电压和采集到的直流电压大小，来调整PWM的占空比即可驱动不同电压等级的电机；相比于传统的H桥驱动方式，控制方便，只需要一路占空比可调的PWM波，不需要两路互补的PWM波；短路保护动作更加迅速，可靠性更高，降低能耗；同时减少了元件数量，成本得到降低。
【附图说明】
图1为本实用新型实施例的框架原理结构示意图；
图2为本实用新型实施例中MOSFET驱动电路的连接结构示意图；
图3为现有技术的框架原理结构示意图。
【具体实施方式】
实施例：
请参照图1-图3，本实施例为基于单MOSFET斩波的驱动电路，其包括将市电整流降压后输出至待驱动电机模块的整流桥电路、微控制器MCU、检测整流桥电路输出电压U并将其传输给所述微控制器MCU的光耦隔离模块、设置在整流桥电路与待驱动电机模块连接电路上的MOSFET晶体管、一与门逻辑器U13、与所述与门逻辑器输出端连接且驱动MOSFET晶体管的MOSFET驱动电路，所述微控制器MCU的PWM输出信号与一MOSFET保护电路的输出信号接入与门逻辑器的两路输入端。
整流桥电路与待驱动电机模块连接电路上且位于MOSFET晶体管的上游还设置有一霍尔元件，所述霍尔元件采集电流信号输送至微控制器MCU。
所述微控制器MCU中还设置有开入量位置采集输出。
所述待驱动电机模块包括至少一个驱动电机，本实施例中，设置有两个驱动电机，分别为底盘车和地刀模块的驱动电机。
所述MOSFET驱动电路包括PWM与逻辑电路、光耦隔离与驱动模块，PWM与逻辑电路包括上述与门逻辑器U13。与门逻辑器U13的两个接入端分别设置有下拉电阻R50、R51，与门逻辑器U13的输出端设置有下拉电阻R45、限流电阻47，保障在断开时，保持低电平状态。所述光耦隔离与驱动模块包括连接与门逻辑器U13输出端的TLP250光电隔离型栅极驱动器U14，TLP250光电隔离型栅极驱动器U14的输出端连接MOSFET晶体管。TLP250光电隔离型栅极驱动器U14的输出线路上设置有限流电阻R49、与限流电阻R49并联的二极管D10。
与门逻辑器U13输入引脚上的PWM信号为微控制器MCU的PWM输出信号端子，另一引脚上的Q_OUT信号，来自MOSFET保护电路的保护信号输出，MOSFET保护电路为短路保护电路；两者信号通过与门逻辑器U13逻辑与的关系控制MOSFET晶体管，电压输出短路时硬件电路迅速反应，输出低电平迅速关断MOSFET晶体管，起到保护作用；由于PWM与逻辑电路和MOSFET驱动电路为不同电源系统，为了方便控制减小干扰，进行光耦隔离驱动，电路中，光耦隔离与驱动模块采用TLP250光电隔离型栅极驱动器U14来驱动MOSFET晶体管，D10采用快恢复二极管，关断MOSFET时更加迅速，提供一个反向回路，可以减小MOSFET的开关损耗。
当微控制器MCU驱动电机动作时，微控制器MCU进入电机软启动步骤，逐渐增加输出PWM的占空比，由于正常工作时Q_OUT信号为高电平，所以与门逻辑器U13输出信号即为输入的PWM信号。光耦隔离模块测量整流桥电路整流之后的直流电压，根据设定的电机额定电压计算输出的PWM占波比，实时调整PWM的占波比，保持输出电压稳定。当检测到正在驱动的底盘车或地刀位置就绪时，则先减小输出PWM的占空比，再关闭PWM输出实现降压关闭过程。假设电机额定电压为Ue，当前直流电压为U，PWM占空比设为D，则计算公式为D＝Ue/U*100％。
本实施例为基于单MOSFET斩波的驱动电路采用单管斩波调压的方式驱动电机，采集整流之后的直流电压，动态调整PWM的占空比，精确控制输出电压有效值，通过继电器来切换电机转向，一个双触点继电器选择需要驱动的电机，用一路驱动电路分时控制两个电机；短路保护通过硬件电路实现，短路时迅速关断MOSFET，并且锁定输出信号直到故障排除，相较于软件判断方式硬件关断速度更快，并且不需要串联大功率限流电阻。
本实施例为基于单MOSFET斩波的驱动电路中，微控制器可以通过用户设定的参数驱动不同型号的底盘车和地刀，装置只需要根据用户设定的电机额定电压和采集到的直流电压大小，来调整PWM的占空比即可驱动不同电压等级的电机；相比于传统的H桥驱动方式，控制方便，只需要一路占空比可调的PWM波，不需要两路互补的PWM波；短路保护动作更加迅速，可靠性更高，降低能耗；同时减少了元件数量，成本得到降低。
以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：其包括将市电整流降压后输出至待驱动电机模块的整流桥电路、微控制器、检测所述整流桥电路输出电压并将其传输给所述微控制器的光耦隔离模块、设置在所述整流桥电路与所述待驱动电机模块连接电路上的MOSFET晶体管、一与门逻辑器、与所述与门逻辑器输出端连接且驱动所述MOSFET晶体管的MOSFET驱动电路，所述微控制器的PWM输出信号与一MOSFET保护电路的输出信号接入所述与门逻辑器的两路输入端。
2.如权利要求1所述的基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：所述整流桥电路与所述待驱动电机模块连接电路上且位于所述MOSFET晶体管的上游还设置有一霍尔元件，所述霍尔元件采集电流信号输送至所述微控制器。
3.如权利要求1所述的基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：所述待驱动电机模块包括至少一个驱动电机。
4.如权利要求1所述的基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：所述MOSFET驱动电路包括光耦隔离与驱动模块。
5.如权利要求1所述的基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：所述与门逻辑器的两个接入端分别设置有下拉电阻。
6.如权利要求1所述的基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：所述与门逻辑器的输出端设置有下拉电阻、限流电阻。
7.如权利要求4所述的基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：所述光耦隔离与驱动模块包括连接所述与门逻辑器输出端的光电隔离型栅极驱动器，所述光电隔离型栅极驱动器的输出端连接所述MOSFET晶体管。
8.如权利要求7所述的基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：所述光电隔离型栅极驱动器的输出线路上设置有限流电阻、与所述限流电阻并联的二极管。
9.如权利要求1所述的基于单MOSFET斩波的驱动电路，其特征在于：所述MOSFET保护电路为短路保护电路。
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| CN115189562A (zh) * | 2022-08-02 | 2022-10-14 | 山东中勤机电设备有限公司 | 用于冷焊机的功率变换器保护电路、方法及设备 |
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