CN212875693U - 一种多通道电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多通道电机驱动器，包括：主控电路与外设主控系统及每个电机控制模块连接，主控电路中的主控模块根据接收的位移信号生成电机控制信号，发送到对应的电机控制模块；每个电机控制模块根据电机控制信号生成电机驱动信号；对电机输入电压进行采样，当电机电极反接时，电机控制模块控制电机停转；电源模块，用于为主控电路及电机控制模块提供电能。本实用新型利用一主控电路对外设主控系统发送的位移信号进行处理，生成电机控制信号并发送到相应的电机控制模块，电机控制模块根据电机控制信号对其相连接的电机进行控制，从而实现对多个电机的控制，缩小了电路体积，优化、简化外围电路设计，降低了生产成本。

Description

一种多通道电机驱动器

技术领域

本实用新型涉及电机控制领域，具体涉及一种多通道电机驱动器。

背景技术

电机在各种高精度的位移控制系统中应用十分广泛，如：打印机、雕刻机、电子检验分析仪器等。电机的运行离不开驱动器，目前常规的驱动器只能驱动一台步进电机，而打印机、雕刻机、电子检验分析仪等位移控制系统一般需要4台电机，分别控制上下、左右、前后及旋转方向的位移量，如此则必须配备四台驱动器。使用四台独立的电机驱动器时，由于各驱动器之间彼此独立、无法相互通讯协调，故还需一台协调主控器对于四台电机驱动器进行动作协调，最终造成控制系统整机系统架构复杂、体积大、成本高。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中的多台电机驱动器体积大、成本高的缺陷，从而提供一种多通道电机驱动器。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

本实用新型实施例提供一种多通道电机驱动器，包括：主控电路、电源模块及多个电机控制模块，其中，主控电路，分别与外设主控系统及每个电机控制模块连接，主控电路中的主控模块用于接收外设主控系统发出的位移信号，根据位移信号生成电机控制信号，并发送到对应的电机控制模块；每个电机控制模块均与一个电机连接，电机控制模块用于根据电机控制信号生成电机驱动信号；同时对电机输入电压进行采样，当电机输入电压采样结果为电机电极反接时，电机控制模块控制电机停转；电源模块，与外设供电线连接，用于为主控电路及电机控制模块提供电能。

在一实施例中，电机控制模块包括：信号处理电路，用于根据电机控制信号生成相应的开关驱动信号；驱动信号生成电路，包括多个开关，用于根据开关驱动信号，通过控制每个开关的通断状态，生成相应的电机驱动信号；采样电路，与驱动信号生成电路连接，用于对电机负载参量、电机输入电压进行采样；电机反接保护电路，分别与采样电路及信号处理电路连接，用于根据电机输入电压采样结果，判断电机电极是否反接，并将电极反接判断结果发送到信号处理电路，当电极反接判断结果为电机电极反接时，信号处理电路生成电机停转信号。

在一实施例中，驱动信号生成电路根据电机停转信号，控制每个开关关断。

在一实施例中，主控电路还包括：过载报警模块，用于当电机负载参量采样结果为电机过载时，发出报警信号。

在一实施例中，多通道电机驱动器还包括：多个电机接入端口电路，其中，每个电机接入端口电路均包括隔离电路，用于对位移信号进行隔离处理后发送到主控电路。

在一实施例中，主控电路还包括：外设接口模块，用于对主控模块进行升级及调试。

在一实施例中，电机接入端口电路的数量与电机控制模块的数量相等。

本实用新型技术方案，具有如下优点：

1.本实用新型提供的多通道电机驱动器，利用一个主控电路对外设主控系统发送的位移信号进行处理，生成电机控制信号并发送到相应的电机控制模块，电机控制模块根据电机控制信号对其相连接的电机进行控制，从而实现对多个电机的控制，缩小了电路体积，优化、简化外围电路设计，降低了生产成本。

2.本实用新型提供的多通道电机驱动器，设置采样电路对电机输入电压及电机负载参量进行采样，通过电机反接保护电路对电机电极是否反接进行判断，通过主控模块对电机是否过载进行判断，当电机电极反接时，控制电机停转，当电机过载时，发出报警信号，从而保证了电机可靠运行。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的多通道电机驱动器的一个具体示例的组成图；

图2(a)为本实用新型实施例提供的主控模块的电路图；

图2(b)为本实用新型实施例提供的过载报警模块及外设接口模块的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的多通道电机驱动器的另一个具体示例的组成图；

图4(a)为本实用新型实施例提供的驱动信号生成电路及采样电路的电路图；

图4(b)为本实用新型实施例提供的信号处理电路的电路图；

图4(c)为本实用新型实施例提供的电机反接保护电路的电路图；

图5为本实用新型实施例提供的电源模块的电路图；

图6为本实用新型实施例提供的多通道电机驱动器的另一个具体示例的组成图；

图7为本实用新型实施例提供的电机接入端口电路的电路图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例

本实用新型实施例提供一种多通道电机驱动器，应用于需要对多台电机进行同时控制的场合，如图1所示，多通道电机驱动器包括：主控电路1、电源模块2及多个电机控制模块3，其中，

主控电路，分别与外设主控系统及每个电机控制模块连接，主控电路中的主控模块用于接收外设主控系统发出的位移信号，根据位移信号生成电机控制信号，并发送到对应的电机控制模块。

如图2(a)-图2(b)所示主控电路包括主控模块11、过载报警模块12、外设接口模块13。如图2(a)所示主控模块主要由控制芯片构成，该控制芯片接收外设主控系统发送的位移信号，位移信号包括使能信号、步进信号及方向信号。外设主控系统控制管理预设数量的电机，当需要对某个电机进行控制时，外设主控系统将该电机的位移信号发送到主控模块，主控模块根据使能信号通过识别外设主控系统需要控制的电机，根据使能信号识别该电机需要发出的功率大小，之后，生成电机控制信号并到相对应的电机的电机控制模块，该电机控制信号包括用于控制电机转动方向的方向信号及控制电机功率的功率信号，主控模块通过改变功率信号占空比从而控制电机功率大小。

如图3所示，主控电路与每个电机控制模块通过同一条控制总线连接，当外设主控系统需要对全部电机进行控制时，主控模块根据位移信号对全部电机通过分时复用的方式进行控制，即每个位移信号被分配相同的时间片，轮流执行各个程序，从而实现利用一个主控电路即可实现对多个电机的控制。本实用新型实施例利用一个主控模块，不管外设主控系统在何时下指令控制任意一个电机控制模块，主控模块都能通过优先级用软件模块来对相应的电机控制模块进行操作，多个电机均需要控制时，主控模块分时逐一实现对每个电机控制模块进行相应控制。

由于电机带上负载后，不同的负责惯量不一样，运动曲线也不相同。本实用新型实施例中对不同的电机进行逐一匹配的参数配置，MCU根据不同的参数进行运算平滑令电机运行更平稳、精准，即当主控模块识别出位移信号偏离电机的运动曲线时，主控模块根据电机参数进行运算平滑之后，将平滑后的位移信号发送到电机控制模块，从而使得电机运行稳定。具体地，主控模块通过读取电机接入端口电路输出的位移信号的周期，计算出外设主控系统需要电机移动的加速度，当加速度超过或低于已知电机的响应速度时，主控模块进行加速度平滑判断，然后通PID算法拟出一条速度曲线，再把这条曲线离散后发出给电机控制模块处理，避免了电机失步、丢步的现象，需要说明的是控模块进行加速度平滑判断，通PID算法拟出速度，以及对曲线离散处理均为现有的成熟的处理过程，本实用新型实施例重点强调的是各个模块之间的连接关系。

过载报警模块，用于当电机负载参量采样结果为电机过载时，发出报警信号。过载报警模块包括声音报警、灯光报警等，如图2(b)所示，本实用新型中的过载报警模块为灯光报警，每个电机对应一个灯光报警电路。

如图2(b)所示的外设接口模块，用于对主控模块进行升级及调试。图2(b)中SWD接口主要用于对主控模块的调试，串口接口主要用于对主控模块的软件升级。

每个电机控制模块均与一个电机连接，电机控制模块用于根据电机控制信号生成电机驱动信号；同时对电机输入电压进行采样，当电机输入电压采样结果为电机电极反接时，电机控制模块控制电机停转。

如图4(a)-图4(c)所示，电机控制模块3包括：信号处理电路31、驱动信号生成电路32、采样电路33及电机反接保护电路34。

如图4(a)所示，驱动信号生成电路，包括多个开关，用于根据开关驱动信号，通过控制每个开关的通断状态，生成相应的电机驱动信号。

如图4(b)所示，信号处理电路，用于根据电机控制信号生成相应的开关驱动信号。信号处理电路根据电机控制信号识别出所连接的电机需要转动的方向及功率大小，然后通过生成相应的开关驱动信号，通过控制驱动信号生成电路每个开关的通断状态，改变电机驱动信号占空比，从而控制电机的转动方向及功率大小。

如图4(a)所示，采样电路，与驱动信号生成电路连接，用于对电机负载参量、电机输入电压进行采样。如图4(c)所示，电机反接保护电路，分别与采样电路及信号处理电路连接，用于根据电机输入电压采样结果，判断电机电极是否反接，并将电极反接判断结果发送到信号处理电路，当电极反接判断结果为电机电极反接时，信号处理电路生成电机停转信号。

采样电路对电机负载参量进行采样，并将电机负载参量结果发送到信号处理电路，信号处理电路对电机负载参量结果进行识别处理后发送到主控模块，主控模块根据电机负载参量结果判断该电机是否过载，当电机过载时，过载报警模块发出报警信号。

采样电路对电机输入电压进行采样，并将电机输入电压进行采样，并将电机输入电压结果发送到电机反接保护电路，电机反接保护电路对电机输入电压结果进行判断，并将电极反接判断结果发送到信号处理电路，当电机反接时，信号处理电路生成电机停转信号控制驱动信号生成电路的全部开关管关闭。

如图5所示的为电源模块内部具体的电路结构，其与外设供电线连接，将外接电源转换成主控电路、电机控制模块供电电源，本实用新型中供电电压为3.3V，仅以此为例，不以此为限。电源模快同时为每个电机接入端口电路供电。

在一具体实施例中，如图6所示，多通道电机驱动器还包括多个电机接入端口电路4。

电机接入端口电路的数量与电机控制模块的数量相等。如图7所示，每个电机接入端口电路均包括隔离电路，用于对位移信号进行隔离处理后发送到主控电路。由于位移信号包括方向信号、使能信号及步进信号，所有电机的步进信号可以使用同一个隔离电路，如图6所示，N1_STEP+及 N1_STEP-为1号电机步进信号传输端口，N2_STEP+及N2_STEP-为2号电机步进信号传输端口。

如图7示的电机接入端口电路，接口IN_Step1用于接收外设主控系统的1号电机位移信号，其中N1_EN+及N1_EN-为1号电机使能信号传输端口，N1_DIR+及N1_DIR-为1号电机方向信号传输端口，N1_STEP+及 N1_STEP-为1号电机步进信号传输端口，N2_STEP+及N2_STEP-为2号电机步进信号传输端口。1号电机接入端口电路接收到位移信号后，将其进行整形后发送到主控电路，如图7所示，1号电机接入端口电路通过UN1_DIR 端口将1号电机的方向信号发送到主控电路，通过UN1_EN端口将1号电机的使能信号发送到主控电路，通过UN1_STEP端口将1号电机的步进信号发送到主控电路。

如图2(a)所示的主控电路，主控模块根据使能信号通过识别外设主控系统需要控制的电机，根据使能信号识别该电机需要发出的功率大小，之后，生成电机控制信号并到相对应的电机的电机控制模块。该电机控制信号包括用于控制电机转动方向的方向信号及控制电机功率的功率信号，主控模块通过改变功率信号占空比从而控制电机功率大小。主控模块通过 STEP_U1将功率信号发送到1号电机的电机控制模块，通过DIR_U1将方向信号发送到1号电机的电机控制模块。

如图4(a)-图4(c)所示的电机控制模块，电机控制模块根据电机控制信号生成电机驱动信号，驱动信号生成电路根据电机驱动信号控制每个开关的通断状态生成电机驱动信号。本实用新型实施例中的采样电路为电压采样，通过N_SRA_N1及N_SRB_N1对电机输入电压进行采样，电机反接保护电路对电机输入电压结果进行判断，并通过采样点N_ENN_U1将电极反接判断结果发送到信号处理电路，信号处理电路生成电机停转信号控制驱动信号生成电路的全部开关管关闭。采样电路通过SRA_N1及SRB_N1对电机负载参量进行采样，并将其发送到信号处理电路，信号处理电路对电机负载参量结果进行识别处理后发送到主控模块，主控模块根据电机负载参量结果判断该电机是否过载，当电机过载时，过载报警模块发出报警信号。

需要说明的是，本实用新型实施例中主控电路及电机控制电路对于信号的处理及识别等，均为现有技术中成熟的处理及识别程序、处理及识别算法，本实用新型实施例重点强调的是各个模块之间的连接关系。

本实用新型提供的多通道电机驱动器，利用一个主控电路对外设主控系统发送的位移信号进行处理，生成电机控制信号并发送到相应的电机控制模块，电机控制模块根据电机控制信号对其相连接的电机进行控制，从而实现对多个电机的控制，缩小了电路体积，优化、简化外围电路设计，降低了生产成本；设置采样电路对电机输入电压及电机负载参量进行采样，通过电机反接保护电路对电机电极是否反接进行判断，通过主控模块对电机是否过载进行判断，当电机电极反接时，控制电机停转，当电机过载时，发出报警信号，从而保证了电机可靠运行。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种多通道电机驱动器，其特征在于，包括：主控电路、电源模块及多个电机控制模块，其中，

主控电路，分别与外设主控系统及每个电机控制模块连接，主控电路中的主控模块用于接收外设主控系统发出的位移信号，根据位移信号生成电机控制信号，并发送到对应的电机控制模块；

每个电机控制模块均与一个电机连接，所述电机控制模块用于根据电机控制信号生成电机驱动信号；同时对电机输入电压进行采样，当电机输入电压采样结果为电机电极反接时，电机控制模块控制电机停转；

电源模块，与外设供电线连接，用于为所述主控电路及所述电机控制模块提供电能。

2.根据权利要求1所述的多通道电机驱动器，其特征在于，所述电机控制模块包括：

信号处理电路，用于根据电机控制信号生成相应的开关驱动信号；

驱动信号生成电路，包括多个开关，用于根据开关驱动信号，通过控制每个开关的通断状态，生成相应的电机驱动信号；

采样电路，与所述驱动信号生成电路连接，用于对电机负载参量、电机输入电压进行采样；

电机反接保护电路，分别与所述采样电路及所述信号处理电路连接，用于根据所述电机输入电压采样结果，判断电机电极是否反接，并将电极反接判断结果发送到所述信号处理电路，当所述电极反接判断结果为电机电极反接时，所述信号处理电路生成电机停转信号。

3.根据权利要求2所述的多通道电机驱动器，其特征在于，所述驱动信号生成电路根据所述电机停转信号，控制每个开关关断。

4.根据权利要求1所述的多通道电机驱动器，其特征在于，所述主控电路包括：

过载报警模块，用于当电机负载参量采样结果为电机过载时，发出报警信号。

5.根据权利要求1所述的多通道电机驱动器，其特征在于，还包括：多个电机接入端口电路，其中，

每个电机接入端口电路均包括隔离电路，用于对所述位移信号进行隔离处理后发送到所述主控电路。

6.根据权利要求1所述的多通道电机驱动器，其特征在于，所述主控电路还包括：

外设接口模块，用于对所述主控模块进行升级及调试。

7.根据权利要求5所述的多通道电机驱动器，其特征在于，所述电机接入端口电路的数量与所述电机控制模块的数量相等。

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