CN211281444U - 一种无人机舵机功率驱动模块 - Google Patents

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向华安
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李艳丽
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Abstract

一种无人机舵机功率驱动模块，包括光耦隔离电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路、过流保护电路；所述光隔离耦合电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路顺序电性连接，过流保护电路与逻辑综合电路连接；所述隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路、逆变电路设置在同一块PCB板上，其中隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路共地，逆变电路为独立地；所述功率驱动模块封装在金属盒中，构成完整的固定翼无人机舵机功率驱动模块；本实用新型的无人机舵机功率驱动模块填补了国内市场固定翼无人机舵机功率驱动模块的空白。

Description

一种无人机舵机功率驱动模块
技术领域
本实用新型涉及无人机舵机控制驱动技术领域，具体涉及一种无人机舵机功率驱动模块。
背景技术
现有民用无人机大多为多旋翼结构，多旋翼无人机机械结构简单，控制相对容易，但存在速度慢、承载能力小、续航时间短的缺点，对某些需要较快航速、较大承载能力、长时间续航的民用领域则无法胜任；而对于固定翼无人机，其飞行姿态控制是通过机翼副翼、垂直尾翼、水平尾翼的动作实现，而机翼副翼、垂直尾翼、水平尾翼的动作需通过舵机控制，因此驱动舵机的功率驱动模块成为固定翼无人机的关键模块之一，但目前市场上尚无用于驱动固定翼无人机舵机的功率驱动模块商用产品。
实用新型内容
为了克服背景技术中的不足，本实用新型公开了一种无人机舵机功率驱动模块，包括光耦隔离电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路、过流保护电路；所述光隔离耦合电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路顺序电性连接，过流保护电路与逻辑综合电路连接；所述隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路、逆变电路设置在同一块PCB板上，其中隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路共地，逆变电路为独立地；所述功率驱动模块封装在金属盒中，构成完整的固定翼无人机舵机功率驱动模块。
为了实现所述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：一种无人机舵机功率驱动模块，包括光耦隔离电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路、过流保护电路；所述光隔离耦合电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路通过PCB板导线顺序连接，过流保护电路通过PCB板导线与逻辑综合电路连接；驱动模块工作时，光隔离耦合电路电性连接控制模块，逆变电路电性连接舵执行机构，逆变电路还电性连接控制模块。
进一步的，所述隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路、逆变电路设置在同一块PCB板上，其中隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路共地，逆变电路为独立地；所述功率驱动模块上固定设置有连接插座，通过电缆与无人机舵机其他模块连接；所述功率驱动模块封装在金属盒中，用于屏蔽功率驱动模块对外产生电磁干扰。
进一步的，所述隔离耦合电路包括光耦器件；光耦器件输入端通过电缆连接控制模块，其输入信号为电机转向信号DIR和脉宽调整信号PWM，输入信号经光耦器件后反相输出，实现功率驱动模块与DSP控制模块的光电隔离。
进一步的，所述逻辑综合电路采用门逻辑电路，根据无刷直流电机的换相逻辑真值表得出的逻辑关系搭建，其逻辑关系如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
Figure DEST_PATH_IMAGE004
Figure DEST_PATH_IMAGE006
Figure DEST_PATH_IMAGE008
Figure DEST_PATH_IMAGE010
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其中，S1、S2、S3、S4、S5、S6为逻辑综合电路输出至驱动电路的信号，PWM为脉宽调制信号，OC为过流保护信号，DIR为电机转向信号，HA、HB、HC为无刷直流电机内部的霍尔传感器状态信号。
进一步的，所述驱动电路包括三块半桥驱动芯片，其输入端通过PCB板导线连接逻辑综合电路输出端，用以提高逻辑综合电路输出信号的驱动能力。
进一步的，所述逆变电路包括六个场效应管，搭建构成三相桥式电路，其输入端通过PCB板导线连接驱动电路输出端，驱动电路输出控制三相桥式电路的通断，将直流电源转换为驱动无刷直流电机运行的三相交流电U、V、W，U、V、W输出为方波电流。
进一步的，所述过流保护电路包括差动比较器；差动比较器通过采样电阻从逆变电路电源地采集电流信号进行滤波放大，并与设定阈值比较，以限定无刷直流电机的最大工作电流；其输出端通过PCB板导线连接至逻辑综合电路。
进一步的，所述功率驱动模块上设置有电缆，电缆上设置有连接插头；功率驱动模块封装在金属盒中。
由于采用如上所述的技术方案，本实用新型具有如下有益效果：本实用新型公开的一种无人机舵机功率驱动模块，包括光耦隔离电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路、过流保护电路；所述光隔离耦合电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路顺序电性连接，过流保护电路与逻辑综合电路连接；所述隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路、逆变电路设置在同一块PCB板上，其中隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路共地，逆变电路为独立地；所述功率驱动模块封装在金属盒中，构成完整的固定翼无人机舵机功率驱动模块；本实用新型的无人机舵机功率驱动模块替补了国内市场固定翼无人机舵机功率驱动模块的空白。
附图说明
图1为无人机舵机功率驱动模块结构框图；
图2为无人机舵机功率驱动模块原理示意图；
图3为光耦隔离电路原理图；
图4为逻辑综合电路原理图；
图5为驱动电路原理图；
图6为逆变电路原理图；
图7为过流保护电路原理图。
具体实施方式
通过下面的实施例可以详细的解释本实用新型，公开本实用新型的目的旨在保护本实用新型范围内的一切技术改进。
一种无人机舵机功率驱动模块，包括光耦隔离电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路、过流保护电路；所述光隔离耦合电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路通过PCB板导线顺序连接，过流保护电路通过PCB板导线与逻辑综合电路连接；驱动模块工作时，光隔离耦合电路通过电缆与控制模块连接，逆变电路通过电缆与舵执行机构连接，逆变电路还通过电缆与控制模块连接；
所述隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路、逆变电路设置在同一块PCB板上，其中隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路共地，逆变电路为独立地；所述功率驱动模块上固定设置有连接插座，通过电缆与无人机舵机其他模块连接；所述功率驱动模块封装在金属盒中，用于屏蔽功率驱动模块对外产生电磁干扰。
所述隔离耦合电路包括光耦器件；光耦器件输入端通过电缆连接控制模块，其输入信号为电机转向信号DIR和脉宽调整信号PWM，输入信号经光耦器件后反相输出，实现功率驱动模块与DSP控制模块的光电隔离；所述光耦器件选用NEC PS8701，其响应频率不小于30kHz；
所述逻辑综合电路采用门逻辑电路，根据无刷直流电机的换相逻辑真值表得出的逻辑关系搭建，其逻辑关系如下：
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其中，S1、S2、S3、S4、S5、S6为逻辑综合电路输出至驱动电路的信号，PWM为脉宽调制信号，OC为过流保护信号，DIR为电机转向信号，HA、HB、HC为无刷直流电机内部的霍尔传感器状态信号；所述门逻辑电路选用CD4069、CD4070、CD4073、CD4081；
所述驱动电路包括三块半桥驱动芯片，其输入端通过PCB板导线连接逻辑综合电路输出端，用以提高逻辑综合电路输出信号的驱动能力，控制开启和关断后级逆变电路的大功率晶体管；驱动电路的驱动芯片选用IR2013，该芯片高端工作电压可以达到600V，同时该芯片驱动能力强，开通关断时间短，有利于降低功耗；
所述逆变电路包括六个场效应管，搭建构成三相桥式电路，其输入端通过PCB板导线连接驱动电路输出端，驱动电路输出控制三相桥式电路的通断，将直流电源转换为驱动无刷直流电机运行的三相交流电U、V、W；所述场效应管选用IRFP250。
所述过流保护电路包括差动比较器；差动比较器通过采样电阻从逆变电路电源地采集电流信号进行滤波放大，并与设定阈值比较，以限定无刷直流电机的最大工作电流；其输出端通过PCB板导线连接至逻辑综合电路；所述差动比较器选用用LM193，比较器基准电压设定为0.714V，采样电阻阻值为0.051欧姆，因此驱动电路的限流值为14.3安培，此限流值可根据实际需要进行设计修改。
功率驱动模块上设置有电缆，电缆上设置有连接插头；功率驱动模块封装在金属盒中。
本实用新型未详述部分为现有技术。

Claims (8)

1.一种无人机舵机功率驱动模块，其特征是：包括光耦隔离电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路、过流保护电路；所述光隔离耦合电路、逻辑综合电路、驱动电路、逆变电路顺序电性连接，过流保护电路与逻辑综合电路连接；功率驱动模块工作时，光隔离耦合电路电性连接控制模块，逆变电路电性连接舵执行机构，逆变电路还电性连接控制模块。
2.根据权利要求1所述无人机舵机功率驱动模块，其特征是：所述隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路、逆变电路设置在同一块PCB板上，其中隔离耦合电路、逻辑综合电路、过流保护电路、驱动电路共地，逆变电路为独立地；所述功率驱动模块上固定设置有连接插座；所述功率驱动模块封装在金属盒中。
3.根据权利要求1所述无人机舵机功率驱动模块，其特征是：所述隔离耦合电路包括光耦器件；光耦器件输入端通过电缆连接控制模块，其输入信号为电机转向信号DIR和脉宽调整信号PWM，输入信号经光耦器件后反相输出，实现功率驱动模块与DSP控制模块的光电隔离。
4.根据权利要求1所述无人机舵机功率驱动模块，其特征是：所述逻辑综合电路采用门逻辑电路，根据无刷直流电机的换相逻辑真值表得出的逻辑关系搭建，其逻辑关系如下：
Figure 847836DEST_PATH_IMAGE002
Figure 437080DEST_PATH_IMAGE004
Figure 951238DEST_PATH_IMAGE006
Figure 18551DEST_PATH_IMAGE008
Figure 567344DEST_PATH_IMAGE010
Figure 61911DEST_PATH_IMAGE012
其中，S1、S2、S3、S4、S5、S6为逻辑综合电路输出至驱动电路的信号，PWM为脉宽调制信号，OC为过流保护信号，DIR为电机转向信号，HA、HB、HC为无刷直流电机内部的霍尔传感器状态信号。
5.根据权利要求1所述无人机舵机功率驱动模块，其特征是：所述驱动电路包括半桥驱动芯片，其输入端通过PCB板导线连接逻辑综合电路输出端，其输出端通过PCB板导线连接逆变电路，用以提高逻辑综合电路输出信号的驱动能力。
6.根据权利要求1所述无人机舵机功率驱动模块，其特征是：所述逆变电路包括场效应管，搭建构成三相桥式电路，其输入端通过PCB板导线连接驱动电路输出端，驱动电路输出控制三相桥式电路的通断，将直流电源转换为驱动无刷直流电机运行的三相交流电U、V、W。
7.根据权利要求1所述无人机舵机功率驱动模块，其特征是：所述过流保护电路包括差动比较器；差动比较器通过采样电阻从逆变电路电源地采集电流信号进行滤波放大，并与设定阈值比较，用以限定无刷直流电机的最大工作电流；其输出端通过PCB板导线连接至逻辑综合电路。
8.根据权利要求2所述无人机舵机功率驱动模块，其特征是：所述功率驱动模块上设置有电缆，电缆上设置有连接插头；功率驱动模块封装在金属盒中。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112467957A (zh) * 2020-10-10 2021-03-09 山东斯力微电子有限公司 一种智能型大功率igbt模块

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