CN213402862U

CN213402862U - 一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路

Info

Publication number: CN213402862U
Application number: CN202022396455.3U
Authority: CN
Inventors: 金永镐; 李龙华; 郤中源
Original assignee: Yanbian University
Current assignee: Yanbian University
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2020-10-26
Publication date: 2021-06-08
Anticipated expiration: 2030-10-26

Abstract

本实用新型公开了一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路，包括低功耗工作电源、速度调节电压发生器、电机状态检测器和补偿型电压控制电源，速度调节电压发生器、电机状态检测器和补偿型电压控制电源相连接；本稳速电路，可工作在12V～40V宽电压范围，因此驱动6V、12V、24V各种直流电机时，只需更改一个电阻参数即可，通用性很强；设计了补偿型电压控制开关电源驱动电机，因此具有90％以上的高效率，具有静态功耗低、电路简单、稳定的特点，特别适用于驱动中功率以上的直流电机；在单片开关电源芯片LM22679的控制端，补偿了1.2V的电压，从而使这种芯片组成的开关电源能输出0V开始的电压。

Description

一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路

技术领域

本实用新型涉及电子技术，具体是一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路。

背景技术

小型直流电机由于控制方法简单，具有较大的转矩，因此1W～50W的各种小型、中功率直流电机广泛使用于各种玩具、绕线机、机器人等各种机械控制器中。现有的小型直流电机稳速控制器，不检测转速直接用电压进行稳速，通常采用1Ω左右的电阻检测电机工作电流后利用电压补偿方法，配合线性电压调节器控制电机速度从而达到稳速目的，具有良好的稳速效果，但存在如下问题：

1、小型直流电机通常分为6V、12V、24V等，当驱动电压不同时电机绕组内阻也不同，稳速电路中修改的参数较多，因此针对不同种类的电机设计专用的稳速电路，通用性很差；

2、速度调节范围较小，无法满足需要大范围调速的要求；

3、电流检测部分的电阻较大，因此损耗较大，线性电压调节器的压差较大，同样损耗较大；

4、控制模式单一，通用性较差。

5、电路的静态功耗较大，不利于使用在电池供电的场合。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路，包括低功耗工作电源、速度调节电压发生器、电机状态检测器和补偿型电压控制电源，速度调节电压发生器、电机状态检测器和补偿型电压控制电源相连接。

所述低功耗工作电源包括低功耗运放U2A，低功耗运放U2A内部具有0.2V的基准源，低功耗运放U2A连接电阻R15、电阻R15和三极管Q2，三极管Q2连接有电容C5、电阻R12和电阻R16；所述速度调节电压发生器具有运放U2B，运放U2B连接有电阻R18、电位器VR1和效应管Q1，在效应管Q1和电阻R18之间还连接有电阻R17和电容C7，电位器VR1还连接有电阻R11，电阻R11接入10V电压，效应管Q1连接单片机的PWM输入端；所述电机状态检测器包括电机J2、电阻Rs1、电阻R10、电阻Rx和运放U1B；所述补偿型电压控制电源，包括相连接的运放U1A和芯片J1，运放U1A连接有电阻R2、电阻R5、电阻R8、电阻R9和电阻R20，芯片J1还连接有电容C3、电容C4和芯片J3。

作为本实用新型的优选方案：所述运放U1A的型号为HA17358，芯片J1的型号为LM22679；所述电阻R20为平衡电阻。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本稳速电路，可工作在12V～40V宽电压范围，因此驱动6V、12V、24V各种直流电机时，只需更改一个电阻参数即可，通用性很强；

2、设计了补偿型电压控制开关电源驱动电机，因此具有90％以上的高效率，具有静态功耗低、电路简单、稳定的特点，特别适用于驱动中功率以上的直流电机；在单片开关电源芯片LM22679的控制端，补偿了1.2V的电压，从而使这种芯片组成的开关电源能输出0V开始的电压；

3、检测电机电流，采用检测电阻为100mΩ的低阻，因此检测电机电流时损耗功率很小，特别适用于驱动中功率以上的直流电机；

4、采用低功耗运放LM10设计了低功耗工作电源，提供10V的工作电压和1.2V的补偿电压，因此整机静态工作电流小于5mA，特别适合于电池驱动的控制系统中；

5、提供两种控制模式，即用电位器手动控制模式和单片机控制模式，当单片机输出占空比为100％～0％的PWM波形时，可进行线性调速，单片机输出高电平时电机停转，且两种控制模式之间无需切换，具有即插即用的特性，因此通用性良好。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，可以是两个元件内部的连通。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。

请参阅图1，一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路，包括低功耗工作电源、速度调节电压发生器、电机状态检测器和补偿型电压控制电源，速度调节电压发生器、电机状态检测器和补偿型电压控制电源相连接。

所述低功耗工作电源包括低功耗运放U2A，低功耗运放U2A内部具有0.2V的基准源，低功耗运放U2A连接电阻R15、电阻R15和三极管Q2，三极管Q2连接有电容C5、电阻R12和电阻R16，通过电阻R14、电阻R15同相放大51倍后经过三极管Q2提高驱动能力后电容C5充电，得到约为10V的工作电压，同时把10V电压经过电阻R12、电阻R16分压后得到约为1.2V的补偿电压。

所述速度调节电压发生器具有运放U2B，运放U2B连接有电阻R18、电位器VR1和效应管Q1，在效应管Q1和电阻R18之间还连接有电阻R17和电容C7，电位器VR1还连接有电阻R11，电阻R11接入10V电压，效应管Q1连接单片机的PWM输入端；工作时，10V电压经过高阻值的电阻R11、电位器VR1分压后在电位器VR1两端得到约为8V的速度调节电压，经过运放U2B组成的阻抗变换器把高输入阻抗转变成低输出阻抗后经过电阻R18、电容C7滤波后提供Ur的调速电压，手动调节电位器VR1时可得到Ur＝0～8V的电压，这个电压经过补偿型电压控制电源时放大3倍后可得到0～24V的电机驱动电压；当需要单片机控制时调节电位器VR1使电机工作在最高速度，然后在PWM输入端输入频率为3～5KHZ，占空比为100％～0％，幅度为3～6V的波形，则效应管Q1进行开关把电位器VR1两端8V的电压调制成PWM波形，经过电阻R18、电容C7后得到最低速度到最高速度的电压，当输入为高电平时效应管Q1一直导通Ur为0，电机停转。

所述电机状态检测器包括电机J2、电阻Rs1、电阻R10、电阻Rx和运放U1B，电机工作电流I经过电阻Rs1产生U_s＝IR_s1，通过运放U1B同相放大后产生电机的补偿电压Uf，表达式为

所述补偿型电压控制电源，包括相连接的运放U1A和芯片J1，运放U1A连接有电阻R2、电阻R5、电阻R8、电阻R9和电阻R20，所述电阻R20为平衡电阻，芯片J1还连接有电容C3、电容C4和芯片J3，利用运放U1A、R2、R5、R8、R9、R20组成了减法器，当R1/R7＝2,且R1、R7、R20的并联值R1//R7//R20＝R2/2,R5＝R8＝R9时根据运放的特性可得到输出电压U₀≈3U_r+3U_f关系，电机内阻上产生的压降为IRm，输出电压中补偿的电压为3Uf，因此满足3U_f≤IR_m时系统稳定，

整理后可得

R10＝1000Ω、Rs＝0.1Ω代入后可得R_x≤3333R_m-1000，通常中功率电机的绕组电阻为1Ω-20Ω，则Rx的选取范围是2333-65660Ω。

所述运放U1A的型号为HA17358，芯片J1的型号为LM22679。

本电路克服了现有的稳速电路当驱动6V、12V、24V等各种直流电机时设计不同的专用驱动器及控制模式单一，驱动效率较低，静态功耗较大的缺点。特别是电机驱动方式，采用补偿型电压控制开关电源，因此具有90％以上的高效率，检测电机电流采用100mΩ的低阻，因此检测电机电流时损耗功率很小，整个电路的静态工作电流小于5mA，特别适合于利用电池驱动的控制系统，以低功耗、高效率驱动不同电压的各种中功率以上的直流电机，从而减少产品的种类，对产品便于维护和降低管理成本，并减少功率损耗提高效率，同时提高产品的稳定性和可靠性。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路，其特征在于，包括低功耗工作电源、速度调节电压发生器、电机状态检测器和补偿型电压控制电源，速度调节电压发生器、电机状态检测器和补偿型电压控制电源相连接；所述低功耗工作电源包括低功耗运放U2A，低功耗运放U2A内部具有0.2V的基准源，低功耗运放U2A连接电阻R15、电阻R15和三极管Q2，三极管Q2连接有电容C5、电阻R12和电阻R16；所述速度调节电压发生器具有运放U2B，运放U2B连接有电阻R18、电位器VR1和效应管Q1，在效应管Q1和电阻R18之间还连接有电阻R17和电容C7，电位器VR1还连接有电阻R11，电阻R11接入10V电压，效应管Q1连接单片机的PWM输入端；所述电机状态检测器包括电机J2、电阻Rs1、电阻R10、电阻Rx和运放U1B；所述补偿型电压控制电源，包括相连接的运放U1A和芯片J1，运放U1A连接有电阻R2、电阻R5、电阻R8、电阻R9和电阻R20，芯片J1还连接有电容C3、电容C4和芯片J3。

2.根据权利要求1所述的一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路，其特征在于，所述运放U1A的型号为HA17358。

3.根据权利要求1或2所述的一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路，其特征在于，芯片J1的型号为LM22679。

4.根据权利要求1或2所述的一种通用型低功耗高效率直流电机稳速电路，其特征在于，所述电阻R20为平衡电阻。