CN214281268U - 直流电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种直流电机控制器，包括控制电路、PWM电路及旋转编码器；控制电路与PWM电路连接，用于根据预设运行曲线和旋转编码器的输出信号，控制PWM电路输出相应的PWM控制信号；预设运行曲线为直流电机转速随时间变化的曲线；其中，控制电路连接有通讯电路和旋转编码器；通讯电路用于向控制电路中输入预设运行曲线；旋转编码器用于控制PWM控制信号的脉宽；PWM电路与直流电机连接，用于控制直流电机按照PWM控制信号运行，以实现控制直流电机的转速；本实用新型能够采用手动方式及自动运行方式，实现对电机的精准控制，相比现有的电位器调节方式，准确度更高，且不受电位器触点氧化、接触不良等因素的影响。

Description

直流电机控制器

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，特别是涉及一种直流电机控制器。

背景技术

电机控制器是通过主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路，在电动车辆中，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中，它是电动车辆的关键零部件之一。

现有电机控制器通常采用电位器进行手动调节，以实现控制电机的转速，具体地，顺时针加速，逆时针减速；这种控制方式，一方面，控制方式较为单一，不具备设置运行曲线自动循环运行方式的功能；另一方面，电位器调节存在准确度低，且由于电位器是以模拟方式(电阻值变化)工作，采用机械接触的检测方式，容易受到触点氧化、接触不良等因素的影响。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种直流电机控制器，用于解决现有电机控制存在的准确度低、控制方式单一的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种直流电机控制器，包括：控制电路、PWM电路及旋转编码器；所述控制电路与所述PWM电路连接，用于根据预设运行曲线和所述旋转编码器的输出信号，控制所述PWM电路输出相应的PWM控制信号；所述预设运行曲线为直流电机转速随时间变化的曲线；其中，所述控制电路连接有通讯电路和旋转编码器；所述通讯电路用于向所述控制电路中输入所述预设运行曲线；所述旋转编码器用于控制所述PWM控制信号的脉宽；所述PWM电路与所述直流电机连接，用于控制所述直流电机按照所述PWM控制信号运行，以实现控制所述直流电机的转速。

于本实用新型的一实施例中，还包括：电机电源模块；所述电机电源模块通过所述PWM电路与所述直流电机连接，用于为所述直流电机供电；所述电机电源模块的接线端子的第一端与一整流电桥电路的第一端连接，所述电机电源模块的接线端子的第二端与所述整流电桥电路的第二端连接；所述整流电桥电路的第三端与所述直流电机的接线端子的第一端连接，所述整流电桥电路的第四端接地；所述直流电机的接线端子的第二端与所述PWM电路连接。

于本实用新型的一实施例中，在所述整流电桥电路与所述直流电机的接线端子之间还包括：滤波电路；所述滤波电路包括：第一电容、第二电容及第一电感；其中，所述第一电容的一端分别与所述整流电桥电路的第三端和所述第一电感的第一端连接，所述第一电容的另一端分别与所述整流电桥电路的第四端和所述第一电感的第二端连接；所述第一电感的第三端与所述第二电容的一端相连，且共同连接至所述直流电机的接线端子的第一端，所述第一电感的第四端与所述第二电容的另一端相连，且共同接地。

于本实用新型的一实施例中，所述电机电源模块采用隔离式DC/DC电源模块。

于本实用新型的一实施例中，所述PWM电路包括：驱动MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及光电耦合器；其中，所述第一电阻的一端连接有第一电源，所述第一电阻的另一端与所述光电耦合器的第一端连接；所述光电耦合器的第二端用于输出所述PWM控制信号，所述光电耦合器的第三端连接有第二电源，所述光电耦合器的第四端与所述第二电阻的一端连接；所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端和所述驱动MOS管的栅极连接；所述驱动MOS管的漏极与所述直流电机连接；所述光电耦合器的第五端、所述第三电阻的另一端及所述驱动MOS管的源极均接地。

于本实用新型的一实施例中，还包括：控制电源模块；所述控制电源模块与所述控制电路连接，用于为所述控制电路供电；所述控制电源模块采用隔离式DC/DC电源方式，且采用两级稳压的方式，一级采用线性稳压，另一级采用开关稳压，允许8-28V的输入电压范围。

于本实用新型的一实施例中，所述控制电路包括：编码器接口和通讯接口；其中，所述编码器接口通过编码器接口电路与所述旋转编码器连接；所述通讯接口与所述通讯电路连接；所述通讯电路还用于实现通讯。

于本实用新型的一实施例中，所述通讯接口采用串行通讯接口。

于本实用新型的一实施例中，所述控制电路上集成有芯片；所述芯片用于存储所述预设运行曲线。

于本实用新型的一实施例中，所述控制电路采用中央处理器。

如上所述，本实用新型所述的直流电机控制器，具有以下有益效果：

(1)与现有技术相比，本实用新型能够采用手动方式及自动运行方式，实现对电机的精准控制，相比现有的电位器调节方式，准确度更高，且不受电位器触点氧化、接触不良等因素的影响。

(2)本实用新型采用光电隔离器隔离电机和通讯、控制电路，提高了电机工作的可靠性与安全性；采用驱动MOS管作为驱动器件，可适用于更大范围的直流电动机。

(3)本实用新型在电机电源上增加整流电桥电路和滤波电路，降低了高频噪声对电机电源的影响，且具备接线极性容错功能。

附图说明

图1显示为本实用新型的直流电机控制器于一实施例中的工作原理图。

图2显示为本实用新型的PWM电路于一实施例中的电路结构图。

图3显示为本实用新型的在上位机上组态预设运行曲线于一实施例中的操作界面图。

图4显示为本实用新型的控制电源模块于一实施例中的电路结构图。

标号说明

1 直流电机控制器

101 控制电路

102 PWM电路

103 旋转编码器

104 通讯电路

105 电机电源模块

106 整流电桥电路

107 滤波电路

108 控制电源模块

109 编码器接口电路

2 直流电机

具体实施方式

以下通过特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图示中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本实用新型的直流电机控制器，与现有技术相比，本实用新型能够采用手动方式及自动运行方式，实现对电机的精准控制，相比现有的电位器调节方式，准确度更高，且不受电位器触点氧化、接触不良等因素的影响；本实用新型采用光电隔离器隔离电机和通讯、控制电路，提高了电机工作的可靠性与安全性；采用驱动MOS管作为驱动器件，可适用于更大范围的直流电动机；本实用新型在电机电源上增加整流电桥电路和滤波电路，降低了高频噪声对电机电源的影响，且具备接线极性容错功能。

如图1和图2所示，于一实施例中，本实用新型的直流电机控制器1包括控制电路101、PWM电路102及旋转编码器103。

具体地，所述控制电路101与所述PWM电路102连接，用于根据预设运行曲线和所述旋转编码器103的输出信号，控制所述PWM电路102输出相应的PWM控制信号。

需要说明的是，所述预设运行曲线为直流电机2转速随时间变化的曲线，是预先设置好的；具体地，可通过上位机软件组态。

如图3所示，通过上位机软件组态，自定义该预设运行曲线，设置PWM最小/最大值，以及编码器步进值；诸如，定义一预设运行曲线，总共900秒，每1秒1个0～100.0的小数，900个数组成该预设运行曲线；其中，曲线的最低点PWM，％，抬高运行曲线，对应运行曲线的0；曲线的最高点PWM，％，拉低运行曲线，对应运行曲线的100；编码器步进值，％。

具体地，所述控制电路101连接有通讯电路104和旋转编码器103。

需要说明的是，所述通讯电路104用于向所述控制电路101中输入所述预设运行曲线；所述旋转编码器103用于控制所述PWM控制信号的脉宽；所述PWM电路102与所述直流电机2连接，用于控制所述直流电机2按照所述PWM控制信号运行，以实现控制所述直流电机2的转速。

需要说明的是，在实际应用场景中，可通过手动方式转动该旋转编码器103的旋钮，以根据该旋转编码器103的输出，实现对该直流电机2的转速控制；具体地，顺时针增加脉宽，逆时针减小脉宽；还可以通过自动方式，即根据预设运行曲线，控制脉宽，以根据该脉宽，实现对该直流电机2转速的控制，使该直流电机2根据该预设运行曲线自动循环运行。

需要说明的是，由于编码器是以数字方式(脉冲计数)工作，是非接触的检测方式，所以，相比现有的电位器调节方式更为精准，且不会受触点氧化、接触不良等因素的影响。

于一实施例中，所述控制电路101采用中央处理器。

优选地，该中央处理器选用ARM芯片。

于一实施例中，还包括电机电源模块105。

具体地，所述电机电源模块105通过所述PWM电路102与所述直流电机2连接，用于为所述直流电机2供电；所述电机电源模块105的接线端子SRC的第一端与一整流电桥电路106的第一端①连接，所述电机电源模块105的接线端子SRC的第二端与所述整流电桥电路106的第二端②连接；所述整流电桥电路106的第三端③与所述直流电机2的接线端子DRV的第一端连接，所述整流电桥电路106的第四端④接地；所述直流电机2的接线端子DRV的第二端与所述PWM电路102连接。

于一实施例中，在所述整流电桥电路106与所述直流电机2的接线端子之间还包括滤波电路107。

具体地，所述滤波电路107包括第一电容C31、第二电容C32及第一电感T1；其中，所述第一电容C31的一端分别与所述整流电桥电路106的第三端③和所述第一电感T1的第一端A1连接，所述第一电容C31的另一端分别与所述整流电桥电路106的第四端④和所述第一电感T1的第二端B1连接；所述第一电感T1的第三端A2与所述第二电容C32的一端相连，且共同连接至所述直流电机2的接线端子DRV的第一端，所述第一电感T1的第四端B2与所述第二电容C32的另一端相连，且共同接地(对应图2中的GDRV)。

于一实施例中，第一电容C31和第二电容C32均采用电解电容；第一电感T1采用共模电感。

需要说明的是，上述整流电桥电路106和滤波电路107的设置，降低了高频噪声对该电机电源模块105的影响。

于一实施例中，所述电机电源模块105采用隔离式DC/DC电源模块，且最高允许325VDC输入。

需要说明的是，隔离式DC/DC电源模块为电机驱动提供了稳定的门极控制电压。

于一实施例中，所述PWM电路102包括驱动MOS管Q1、第一电阻R24、第二电阻R25、第三电阻R26及光电耦合器U7。

具体地，所述第一电阻R24的一端连接有第一电源(对应图2中的VDD3.3V)，所述第一电阻R24的另一端与所述光电耦合器U7的第一端①连接；所述光电耦合器U7的第二端②用于输出所述PWM控制信号，所述光电耦合器U7的第三端③连接有第二电源(对应图2中的VDRV12V)，所述光电耦合器U7的第四端④与所述第二电阻R25的一端连接；所述第二电阻R25的另一端分别与所述第三电阻R26的一端和所述驱动MOS管Q1(实现从小信号到大功率驱动信号的转换)的栅极连接；所述驱动MOS管Q1的漏极与所述直流电机2的接线端子DRV的第二端连接；所述光电耦合器U7的第五端⑤、所述第三电阻R26的另一端及所述驱动MOS管Q1的源极均接地。

需要说明的是，该光电耦合器U7用于将控制电路101的低压信号和直流电机2的高压驱动信号隔离，才能保证电路的安全性。

优选地，该光电耦合器U7采用隔离电压3750Vrms的光电隔离器件，通过该光电耦合器U7隔离电机和通讯电路、控制电路，提高了工作可靠性与安全性。

优选地，该驱动MOS管采用最高耐压660V、最大电流5.4A的N沟道的MOSFET驱动器件，可适用于更大范围的直流电机。

于一实施例中，还包括控制电源模块108。

具体地，所述控制电源模块108与所述控制电路101连接，用于为所述控制电路101供电。

如图1和图4所示，于一实施例中，所述控制电源模块108采用隔离式DC/DC电源方式(对应图4中的M1)，且采用两级稳压的方式，一级采用线性稳压(对应图4中的线性电源芯片U2)，另一级采用开关稳压(对应图4中的开关电源芯片U1)，允许8-28V的输入电压范围。

需要说明的是，采用两级稳压方式，提高了工作可靠性。

需要说明的是，电机电源模块105和控制电源模块108作为两个独立的电源，分别为直流电机2和控制电路101供电。

于一实施例中，所述控制电路101包括编码器接口和通讯接口。

具体地，所述编码器接口通过编码器接口电路109与所述旋转编码器103连接；所述通讯接口与所述通讯电路104连接。

需要说明的是，所述通讯电路104还用于实现通讯。

于一实施例中，所述通讯接口采用串行通讯接口。

优选地，该串行通讯接口采用RS485接口，对应连接的通讯电路为RS485通讯电路。

于一实施例中，所述控制电路101上集成有芯片。

需要说明的是，所述芯片用于存储所述预设运行曲线，以避免在断电后，该预设运行曲线丢失。

优选地，所述芯片采用EEPROM芯片。

需要说明的是，上述的PWM电路102、整流电桥电路106、RS485通讯电路、编码器接口电路109均采用领域内常见的电路结构，其具体的电路元器件组成、连接关系及工作原理均不作为限制本实用新型的条件，所以，在此也不再详细赘述。

需要说明的是，图2和图4中对应元器件的型号仅作为一种优选的实施方式，在实际应用中，不限于采用图2和图4中的型号。

综上所述，本实用新型的直流电机控制器，与现有技术相比，本实用新型能够采用手动方式及自动运行方式，实现对电机的精准控制，相比现有的电位器调节方式，准确度更高，且不受电位器触点氧化、接触不良等因素的影响；本实用新型采用光电隔离器隔离电机和通讯、控制电路，提高了电机工作的可靠性与安全性；采用驱动MOS管作为驱动器件，可适用于更大范围的直流电动机；本实用新型在电机电源上增加整流电桥电路和滤波电路，降低了高频噪声对电机电源的影响，且具备接线极性容错功能；所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种直流电机控制器，其特征在于，包括：控制电路、PWM电路及旋转编码器；

所述控制电路与所述PWM电路连接，用于根据预设运行曲线和所述旋转编码器的输出信号，控制所述PWM电路输出相应的PWM控制信号；所述预设运行曲线为直流电机转速随时间变化的曲线；其中，所述控制电路连接有通讯电路和旋转编码器；

所述通讯电路用于向所述控制电路中输入所述预设运行曲线；

所述旋转编码器用于控制所述PWM控制信号的脉宽；

所述PWM电路与所述直流电机连接，用于控制所述直流电机按照所述PWM控制信号运行，以实现控制所述直流电机的转速。

2.根据权利要求1所述的直流电机控制器，其特征在于，还包括：电机电源模块；所述电机电源模块通过所述PWM电路与所述直流电机连接，用于为所述直流电机供电；

所述电机电源模块的接线端子的第一端与一整流电桥电路的第一端连接，所述电机电源模块的接线端子的第二端与所述整流电桥电路的第二端连接；

所述整流电桥电路的第三端与所述直流电机的接线端子的第一端连接，所述整流电桥电路的第四端接地；

所述直流电机的接线端子的第二端与所述PWM电路连接。

3.根据权利要求2所述的直流电机控制器，其特征在于，在所述整流电桥电路与所述直流电机的接线端子之间还包括：滤波电路；所述滤波电路包括：第一电容、第二电容及第一电感；其中，

所述第一电容的一端分别与所述整流电桥电路的第三端和所述第一电感的第一端连接，所述第一电容的另一端分别与所述整流电桥电路的第四端和所述第一电感的第二端连接；

所述第一电感的第三端与所述第二电容的一端相连，且共同连接至所述直流电机的接线端子的第一端，所述第一电感的第四端与所述第二电容的另一端相连，且共同接地。

4.根据权利要求2所述的直流电机控制器，其特征在于，所述电机电源模块采用隔离式DC/DC电源模块。

5.根据权利要求1所述的直流电机控制器，其特征在于，所述PWM电路包括：驱动MOS管、第一电阻、第二电阻、第三电阻及光电耦合器；其中，

所述第一电阻的一端连接有第一电源，所述第一电阻的另一端与所述光电耦合器的第一端连接；

所述光电耦合器的第二端用于输出所述PWM控制信号，所述光电耦合器的第三端连接有第二电源，所述光电耦合器的第四端与所述第二电阻的一端连接；

所述第二电阻的另一端分别与所述第三电阻的一端和所述驱动MOS管的栅极连接；

所述驱动MOS管的漏极与所述直流电机连接；

所述光电耦合器的第五端、所述第三电阻的另一端及所述驱动MOS管的源极均接地。

6.根据权利要求1所述的直流电机控制器，其特征在于，还包括：控制电源模块；所述控制电源模块与所述控制电路连接，用于为所述控制电路供电；所述控制电源模块采用隔离式DC/DC电源方式，且采用两级稳压的方式，一级采用线性稳压，另一级采用开关稳压，允许8-28V的输入电压范围。

7.根据权利要求1所述的直流电机控制器，其特征在于，所述控制电路包括：编码器接口和通讯接口；其中，

所述编码器接口通过编码器接口电路与所述旋转编码器连接；

所述通讯接口与所述通讯电路连接；所述通讯电路还用于实现通讯。

8.根据权利要求7所述的直流电机控制器，其特征在于，所述通讯接口采用串行通讯接口。

9.根据权利要求1所述的直流电机控制器，其特征在于，所述控制电路上集成有芯片；所述芯片用于存储所述预设运行曲线。

10.根据权利要求1所述的直流电机控制器，其特征在于，所述控制电路采用中央处理器。

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