CN212435612U - 直流有刷电机母线电流采集电路及电机系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型实施例公开了一种直流有刷电机母线电流采集电路及电机系统。该直流有刷电机母线电流采集电路包括采样电阻、采样开关单元及采样保持单元；采样电阻与待测直流有刷电机母线串联连接；采样开关单元与采样电阻以及采样保持单元电连接；采样保持单元与直流有刷电机的开启信号提供单元电连接；采样开关单元与直流有刷电机的开启信号提供单元电连接。本实施例实现了母线电流采集的准确性，也实现了后续对直流有刷电机的高精度控制。
Description
技术领域
本实用新型实施例涉及母线电流技术领域，尤其涉及一种直流有刷电机母线电流采集电路及电机系统。
背景技术
直流有刷电机的基本构造的组件包括定子、转子、电刷和换向器。定子和转子磁场相互作用驱动电机旋转，由于直流有刷电机具有良好的启动和调速作用，被广泛应用在工矿、交通、建筑及航天航空等行业。
在直流有刷电机驱动电路中，为了实现对电机的高精度控制，需要采集电机的实时电流，以完成电机控制算法中的电流环，同时还设置电流的阈值，对电机进行保护。现有技术中，通常通过采样电阻直接采集直流有刷电机母线电流，这样有可能由于电机续流采集到电机的异常母线电流信号，引起电机母线电流采集的不准确性，造成后续对电机的控制算法的要求提高。
实用新型内容
本实用新型实施例提供一种直流有刷电机母线电流采集电路及电机系统，以实现母线电流采集的准确性，实现后续电机的高精度控制。
第一方面，本实用新型实施例提供了一种直流有刷电机母线电流采集电路，该直流有刷电机母线电流采集电路包括采样电阻、采样开关单元及采样保持单元；
所述采样电阻与待测直流有刷电机母线串联连接；
所述采样开关单元与所述采样电阻以及所述采样保持单元电连接；
所述采样保持单元与所述直流有刷电机的开启信号提供单元电连接；
所述采样开关单元与所述直流有刷电机的开启信号提供单元电连接。
可选的，还包括放大电路，所述放大电路与所述采样保持单元以及所述直流有刷电机的开启信号提供单元电连接。
可选的，所述采样开关单元包括第一开关管、第二开关管、第一驱动开关管、第二驱动开关管、第一电阻及第一电容；
所述第一开关管的输入端与所述采样电阻的第一端电连接，所述第一开关管的输出端与所述采样保持单元的第一端电连接，所述第一开关管的控制端与所述第一驱动开关管的输出端电连接，所述第一驱动开关管的控制端分别与第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端电连接，所述第一驱动开关管的输入端接地，所述第一电阻的第二端与所述直流有刷电机的开启信号提供单元电连接，所述第一电容的第二端接地；
所述第二开关管的输入端与所述采样电阻的第二端电连接，所述第二开关管的输出端与所述采样保持单元的第二端电连接，所述第二开关管的控制端与所述第二驱动开关管的输出端电连接，所述第二驱动开关管的控制端分别与所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第一端电连接，所述第二驱动开关管的输入端接地。
可选的，所述采样开关单元还包括第一单向二极管，所述第一单向二极管的正极与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一单向二极管的负极与所述第一电阻的第二端电连接。
可选的，所述采样保持单元包括第二电容及第二电阻；
所述第二电容的第一端与所述第一开关管的输出端电连接，所述第二电容的第二端与所述第二开关管的输出端电连接；
所述第二电阻的第一端分别与所述第二电容的第一端和所述放大电路的第一端电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第二电容的第二端和所述放大电路的第二端电连接。
可选的，所述第一开关管及所述第二开关管为PMOS场效应管。
可选的，所述第一驱动开关管及所述第二驱动开关管为NMOS场效应管。
第二方面，本实用新型实施例还提供了一种电机系统，该电机系统包括上述第一方面所述的直流有刷电机母线电流采集电路。
本实用新型实施例中直流有刷电机母线电流采集电路包括采样电阻、采样开关单元及采样保持单元；采样电阻与待测直流有刷电机母线串联连接；采样开关单元与采样电阻以及采样保持单元电连接；采样保持单元与直流有刷电机的开启信号提供单元电连接；采样开关单元与直流有刷电机的开启信号提供单元电连接。通过采样开关单元对采样电阻采集到的异常的电流信号进行过滤，并通过采样保持单元重构过滤后的母线电流信号，解决了现有技术中直接通过采样电阻采集电机母线电流，这样有可能由于电机续流采集到电机异常的母线电流信号，引起电机母线电流采集的不准确性等问题，本实施例实现了保证母线电流采集的准确性，从而实现后续电机的高精度控制。
附图说明
图1是本实用新型实施例一提供的一种直流有刷电机母线电流采集电路结构框图；
图2是本实用新型实施例一提供的又一种直流有刷电机母线电流采集电路结构框图；
图3是本实用新型实施例一提供的一种直流有刷电机母线电流采样电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1是本实用新型实施例一提供的一种直流有刷电机母线电流采集电路结构框图，该直流有刷电机母线电流采集电路100包括采样电阻10、采样开关单元20及采样保持单元30；采样电阻10与待测直流有刷电机母线串联连接；采样开关单元20与采样电阻10以及采样保持单元30电连接；采样保持单元30与直流有刷电机的开启信号提供单元电连接；采样开关单元20与直流有刷电机的开启信号提供单元电连接。
其中，在实际的直流有刷电机运转工作过程中，直流有刷电机的开启信号提供单元为单片机，单片机通过脉冲波驱动H桥将恒定的直流电转化为占空比可控的直流电以驱动电机运转，即直流有刷电机的开启信号提供单元调节H桥导通时，同时调节H桥将恒定的直流电转化为占空比可控的直流电以控制待测直流有刷电机的电流，改变直流有刷电机的转矩，从而驱动电机的运转。而在H桥将恒定的直流电转化为占空比可控的直流电以控制待测直流有刷电机的电流时，待测直流有刷电机的电流流过采样电阻10，采样电阻10上电流会发生突变，采样电阻10上产生反弹较高的电压，产生电流异常信号，从而影响正常电流信号采集。
本技术方案中通过采样开关单元20将异常的电流信号过滤，保证有效电流信号通过采样保持单元30，并通过采样保持单元30重构过滤后的母线电流信号，解决了现有技术中直接通过采样电阻10采集电机母线电流，可能采集到电机电流的异常电流信号，引起电机母线电流采集的不准确性等问题，实现了保证母线电流采集的准确性，从而实现后续电机的高精度控制。
可选的，在上述实施例的基础上，进一步优化的，图2是本实用新型实施例一提供的又一种直流有刷电机母线电流采集电路的结构框图，该直流有刷电机母线电流采集电路100还包括放大电路40，放大电路40与采样保持单元30以及直流有刷电机的开启信号提供单元电连接。
其中，放大电路40对采样保持单元30输出的重构的母线电流信号进行放大，并将放大后的母线电流信号提供给直流有刷电机的开启信号提供单元以驱动控制电机运转。示例性的，该放大电路40可以采用晶体三极管作为放大电路。
可选的，图3是本实用新型实施例一提供的一种直流有刷电机母线电流采样电路的电路图，如图3所示，采样开关单元20包括第一驱动开关管Q1、第二驱动开关管Q2、第一开关管Q3、第二开关管Q4、第一电阻R1及第一电容C1。
第一开关管Q3的输入端与采样电阻10的第一端电连接，第一开关管Q3的输出端与采样保持单元30的第一端电连接，第一开关管Q3的控制端与第一驱动开关管Q1的输出端电连接，第一驱动开关管Q1的控制端分别与第一电阻R1的第一端和第一电容C1的第一端电连接，第一驱动开关管Q1的输入端接地，第一电阻R1的第二端与直流有刷电机的开启信号提供单元电连接，第一电容C1的第二端接地。
第二开关管Q4的输入端与采样电阻10的第二端电连接，第二开关管Q4的输出端与采样保持单元30的第二端电连接，第二开关管Q4的控制端与第二驱动开关管Q2的输出端电连接，第二驱动开关管Q2的控制端分别与第一电容C1的第一端和第一电阻R1的第一端电连接，第二驱动开关管Q2的输入端接地。
可选的，参照图3，第一开关管Q3及第二开关管Q4为PMOS场效应管。
可选的，参照图3，第一驱动开关管Q1及第二驱动开关管Q2为NMOS场效应管。
其中，该直流有刷电机的母线电流采样电路中的采样开关单元20过滤异常电流信号的工作原理为：直流有刷电机的开启信号提供单元在输出脉冲波驱动H桥将恒定的直流电转化为占空比可控的直流电以驱动电机运转的同时，输出同步信号给第一驱动开关管Q1和第二驱动开关管Q2，示例性的，输出同步高电平信号给第一驱动开关管Q1和第二驱动开关管Q2，第一驱动开关管Q1及第二驱动开关管Q2为NMOS场效应管，则第一驱动开关管Q1和第二驱动开关管Q2导通，这样拉低第一驱动开关管Q1输出端及第二驱动开关管Q2输出端的电压，由于第一驱动开关管Q1输出端与第一开关管Q3的控制端电连接，第二驱动开关管Q2输出端与第二开关管Q4的控制端电连接，第一开关管Q3与第二开关管Q4导通。具体的，当异常电流信号通过采样开关单元20，直流有刷电机的开启信号提供单元输出的同步信号经过第一电阻R1及第一电容C1的滤波作用，调节第一电阻R1及第一电容C1的阻容值，可以延迟第一驱动开关管Q1驱动第一开关管Q3导通和延迟第二驱动开关管Q2驱动第二开关管Q4导通，以避开异常电流信号。
可选的，参照图3，采样开关单元20还包括第一单向二极管D1，第一单向二极管D1的正极与第一电阻R1的第一端电连接，第一单向二极管D2的负极与第一电阻R1的第二端电连接。
可选的，参照图3，采样保持单元30包括第二电容C2及第二电阻R2；
第二电容C2的第一端与第一开关管Q3的输出端电连接，第二电容C2的第二端与第二开关管Q4的输出端电连接；
第二电阻R2的第一端分别与第二电容C2的第一端和放大电路40的第一端电连接，第二电阻R2的第二端分别与第二电容C2的第二端和放大电路40的第二端电连接。
其中，采样开关单元20中的第一电阻R1及第一电容C1也可以延迟第一驱动开关管Q1驱动第一开关管Q3关断和延迟第二驱动开关管Q2驱动第二开关管Q4关断，而延迟第一开关管Q3和第二开关管Q4关断，会使得采样保持单元30中的第二电容C1储存的母线电流信号通过采样电阻10形成泄放回路，然后将母线电流迅速泄放掉，采样保持单元30起不到保持母线电流的作用，为此在第一电阻R1上并联第一单向二极管D1，可以调节第一驱动开关管Q1及第二驱动开关管Q2的控制端的电压迅速由高电平变为低电平，进而可以通过第一驱动开关管Q1迅速断开第一开关管Q3，通过第二驱动开关管Q2迅速断开第二开关管Q4，从而保证第一开关管Q3及第二开关管Q4迅速关断。
其中，采样保持单元30中的第二电容C2可以保持电压信号以保持母线电流信号，在第二电容C2上并联第二电阻R2以还原采样电阻10上有效的电流信号。具体的，母线电流的选取值为：在采样电阻10上为有效的电流信号时，第二电容C2上电压信号能真实反映有效的母线电流信号；在采样电阻10上存在异常电流信号时，通过第二电阻R2将第二电容C2上电压泄放，还原有刷电机有效的母线电流信号。
实施例二
本实用实施例二还提供了一种电机系统，该电机系统包括上述实施例的直流有刷电机母线电流采集电路。由于该电机系统包括直流有刷电机母线电流采集电路，该电机系统也同样具备上述的有益效果，可以实现直流有刷电机母线电流采集的准确性，也实现了电机运转速度的高精度控制，提高电机运转的可靠性。
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (8)
1.一种直流有刷电机母线电流采集电路，其特征在于，包括采样电阻、采样开关单元及采样保持单元；
所述采样电阻与待测直流有刷电机母线串联连接；
所述采样开关单元与所述采样电阻以及所述采样保持单元电连接；
所述采样保持单元与直流有刷电机的开启信号提供单元电连接；
所述采样开关单元与所述直流有刷电机的开启信号提供单元电连接。
2.根据权利要求1所述的直流有刷电机母线电流采集电路，其特征在于，还包括放大电路，所述放大电路与所述采样保持单元以及所述直流有刷电机的开启信号提供单元电连接。
3.根据权利要求2所述的直流有刷电机母线电流采集电路，其特征在于，所述采样开关单元包括第一开关管、第二开关管、第一驱动开关管、第二驱动开关管、第一电阻及第一电容；
所述第一开关管的输入端与所述采样电阻的第一端电连接，所述第一开关管的输出端与所述采样保持单元的第一端电连接，所述第一开关管的控制端与所述第一驱动开关管的输出端电连接，所述第一驱动开关管的控制端分别与所述第一电阻的第一端和所述第一电容的第一端电连接，所述第一驱动开关管的输入端接地，所述第一电阻的第二端与所述直流有刷电机的开启信号提供单元电连接，所述第一电容的第二端接地；
所述第二开关管的输入端与所述采样电阻的第二端电连接，所述第二开关管的输出端与所述采样保持单元的第二端电连接，所述第二开关管的控制端与所述第二驱动开关管的输出端电连接，所述第二驱动开关管的控制端分别与所述第一电容的第一端和所述第一电阻的第一端电连接，所述第二驱动开关管的输入端接地。
4.根据权利要求3所述的直流有刷电机母线电流采集电路，其特征在于，所述采样开关单元还包括第一单向二极管，所述第一单向二极管的正极与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一单向二极管的负极与所述第一电阻的第二端电连接。
5.根据权利要求3所述的直流有刷电机母线电流采集电路，其特征在于，所述采样保持单元包括第二电容及第二电阻；
所述第二电容的第一端与所述第一开关管的输出端电连接，所述第二电容的第二端与所述第二开关管的输出端电连接；
所述第二电阻的第一端分别与所述第二电容的第一端和所述放大电路的第一端电连接，所述第二电阻的第二端分别与所述第二电容的第二端和所述放大电路的第二端电连接。
6.根据权利要求3所述的直流有刷电机母线电流采集电路，其特征在于，所述第一开关管及所述第二开关管为PMOS场效应管。
7.根据权利要求3所述的直流有刷电机母线电流采集电路，其特征在于，所述第一驱动开关管及所述第二驱动开关管为NMOS场效应管。
8.一种电机系统，其特征在于，包括权利要求1-7任一项所述的直流有刷电机母线电流采集电路。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN113422557A (zh) * | 2021-06-29 | 2021-09-21 | 四川航天烽火伺服控制技术有限公司 | 一种电机控制电路及电动舵机系统 |
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2020
- 2020-07-20 CN CN202021435382.8U patent/CN212435612U/zh active Active
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| CN113422557B (zh) * | 2021-06-29 | 2023-09-29 | 四川航天烽火伺服控制技术有限公司 | 一种电机控制电路及电动舵机系统 |
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