CN221127154U - 一种多电机并联共用mos桥臂的驱动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，包括：电机MOS桥臂驱动电路、开关切换模块、电流采样模块和主控模块，所述电机MOS桥臂驱动电路分别与所述电流采样模块和电机组相连，所述开关切换模块分别与所述电机组和电流采样模块相连，所述主控模块分别与所述电机MOS桥臂驱动电路、开关切换模块和电流采样模块相连；所述开关切换模块的每一个开关切换电路分别与所述电机组中的一个电机连接，所述电流采样模块的每一个电流采样电路分别与所述开关切换电路一一对应连接。本实用新型通过优化的电路设计，实现了多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，减少了驱动多个电机时的开关控制器件数量，提高了驱动电路的安全性和可靠性。

Description

一种多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路

技术领域

本实用新型涉及一种电机驱动电路，尤其涉及一种用于直流有刷电机的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路。

背景技术

有刷直流电机的运行基于电磁感应原理，换向器配合电刷交替换向使得电枢线圈产生的磁场与永磁体磁场相互作用使电机运行。现有的直流有刷电机的驱动方法一般有如下几种：

第一种方法，如图1所示， 采用4个NMOS管组成H桥电路，4个NMOS管包括NMOS1、NMOS2、NMOS3和NMOS4，通过对4个NMOS管的开关来控制电机的正反转和转速。当NMOS1和NMOS4导通，而NMOS2和NMOS4关断时，电机正转；当NMOS1和NMOS4关断，而NMOS2和NMOS4导通时，电机反转。电机正转或反转时，通过调整对应导通的NMOS管的占空比来实现对电机的转速调整。在需要用到多电机同时驱动控制的场合，例如当有n个电机需要驱动控制，采用这种方法，总共需要4n个NMOS管来实现。

第二种方法，如图2所示，通过继电器SW1和继电器SW2来控制电机正反转，1个NMOS管NMOS5来控制转速。当继电器SW1连接1端，继电器SW2连接2端时，电机正转；当电器SW1连接2端，继电器SW2连接1端时，电机反转。电机正转或反转时，通过调整NMOS5导通的占空比来实现对电机的转速调整。在需要用到多电机同时驱动控制的场合，例如当有n个电机需要驱动控制，采用这种方法，总共需要2n个继电器加n个NMOS管来实现。

在多电机驱动的控制电路中，第三种方法采用的是共用单桥臂的方法，如图3所示，如果有4个电机M1、M2、M3和M4需要驱动控制，总共需要10个NMOS管，其中，复用两个MOS管NMOS1和NMOS6作为H桥臂的左侧驱动，右侧桥臂仍然采用单独的2个MOS管来控制。如图3所述，4个NMOS管NMOS1、NMOS2、NMOS6和NMOS7实现对电机M1的驱动控制；4个NMOS管NMOS1、NMOS3、NMOS6和NMOS8实现对电机M2的驱动控制；4个NMOS管NMOS1、NMOS4、NMOS6和NMOS9实现对电机M2的驱动控制；4个NMOS管NMOS1、NMOS5、NMOS6和NMOS10实现对电机M2的驱动控制。采用这种方法， 当有n个电机需要驱动控制时，总共需要2n+2个NMOS管。

采用上述现有的方法对多电机进行驱动控制时，都需要较多的开关控制器件，提高了成本，同时，采用更多的器件也提高了电路的复杂度，增加了电路出现故障的可能性，降低了稳定性、可靠性。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是需要提供一种用于直流有刷电机的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，旨在减少驱动多个电机时所使用的开关控制器件数量，提高多电机驱动电路的安全性和可靠性。

对此本实用新型提供一种多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，包括：电机MOS桥臂驱动电路、开关切换模块、电流采样模块和主控模块，所述电机MOS桥臂驱动电路分别与所述电流采样模块和电机组相连，所述电机组包括多个电机，所述开关切换模块分别与所述电机组和电流采样模块相连，所述主控模块分别与所述电机MOS桥臂驱动电路、开关切换模块和电流采样模块相连；其中，所述开关切换模块包括多个开关切换电路，每一个所述开关切换电路分别与所述电机组中的一个电机连接，所述电流采样模块包括多个电流采样电路，每一个所述电流采样电路分别与所述开关切换电路一一对应连接。

本实用新型的进一步改进在于，每一个所述开关切换电路为一个切换开关，每一个所述切换开关的控制端与所述主控模块相连，每一个所述切换开关的一个开关端与所述电流采样模块相连，每一个所述切换开关的另一个开关端与所述电机组的一个电机的B端连接；所述电机组的所有电机的A端连接在一起，并连接至所述电机MOS桥臂驱动电路。

本实用新型的进一步改进在于，所述电机MOS桥臂驱动电路包括NMOS管Q6、NMOS管Q7、NMOS管Q8和NMOS管Q9，所述NMOS管Q6的S极与所述NMOS管Q8的D极相连，所述电机组中所有电机的A端连接在一起，并与所述NMOS管Q6的S极相连，所述NMOS管Q7的S极与所述NMOS管Q9的D极相连，所述NMOS管Q9的D极与所述电流采样模块相连，所述NMOS管Q6的D极和NMOS管Q7的D极分别与电源正极相连，所述NMOS管Q8的S极和NMOS管Q9的S极与电源负极相连，所述NMOS管Q6的G极、NMOS管Q7的G极、NMOS管Q8的G极和NMOS管Q9的G极分别与主控模块相连。

本实用新型的进一步改进在于，所述主控模块设置有4个PWM输出端口，4个所述PWM输出端口分别与所述NMOS管Q6的G极、NMOS管Q7的G极、NMOS管Q8的G极和NMOS管Q9的G极相连。

本实用新型的进一步改进在于，所述电流采样电路包括单路采样电阻和单路差分运算放大器，所述单路采样电阻的一端与所述单路差分运算放大器的同相输入端相连，所述单路采样电阻的另一端与所述单路差分运算放大器的反相输入端相连，所述单路差分运算放大器的输出端与主控模块相连。

本实用新型的进一步改进在于，每一个所述单路差分运算放大器的同相输入端与所述开关切换电路一一对应连接；每一个所述单路差分运算放大器的反相输入端连接在一起，并与所述NMOS管Q9的D极连接。

本实用新型的进一步改进在于，所述电流采样模块还包括总电流采样电路，所述NMOS管Q8的S极和NMOS管Q9的S极与所述总电流采样电路相连，所述总电流采样电路与电源负极相连。

本实用新型的进一步改进在于，所述总电流采样电路包括电阻R0和差分运算放大器U0，所述电阻R0的两端并联在所述差分运算放大器U0的同相输入端和反相输入端，所述差分运算放大器U0的同相输入端与所述NMOS管Q8的S极相连，所述差分运算放大器U0的反相输入端与电源负极相连，所述差分运算放大器U0的输出端与主控模块相连。

本实用新型的进一步改进在于，所述主控模块设置有一组ADC转换接口，所述ADC转换接口分别与所述差分运算放大器U0的输出端和每一个所述单路差分运算放大器的输出端相连。

本实用新型的进一步改进在于，所述电机组中的电机为直流有刷电机。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：通过优化设计的电路结构，实现了一种用于直流有刷电机的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，能够在驱动多个电机时采用较少的开关控制器件，有效地降低了成本；同时，所述驱动电路的各部分模块和器件相互配合工作，提高了所述驱动电路的安全性和可靠性。

附图说明

图1是第一种现有技术的电路结构示意框图；

图2是第二种现有技术的电路结构示意框图；

图3是第三种现有技术的电路结构示意框图；

图4是本实用新型一种实施例的电路结构示意框图；

图5是本实用新型一种实施例的电路原理示意图。

附图标识：1-电机MOS桥臂驱动电路；2-开关切换模块；3-电流采样模块；4-主控模块；201-开关切换电路；301-电流采样电路；302-总电流采样电路。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，如果涉及到方位描述，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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。如果某一技术特征被称为“设置”、“固定”、“连接”、“安装”在另一个技术特征，可以直接设置、固定、连接在另一个技术特征上，也可以间接地设置、固定、连接、安装在另一个技术特征上。

在本实用新型的描述中，如果涉及到“若干”，其含义是一个以上；如果涉及到 “多个”，其含义是两个以上；如果涉及到“大于”、“小于”、“超过”，均应理解为不包括本数；如果涉及到“以上”、“以下”、“以内”，均应理解为包括本数。如果涉及到“第一”、“第二”等，应当理解为仅用于相同或是相似技术特征名称的区分，而不能理解为暗示/指明技术特征的相对重要性，不能理解为暗示/指明技术特征的数量，也不能理解为暗示/指明技术特征的先后关系。

下面结合附图，对本实用新型的较优的实施例作进一步的详细说明。

本实施例中，电机组中所述的电机为直流有刷电机。如图4和图5所示，本实施例提供一种多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，包括：电机MOS桥臂驱动电路1、开关切换模块2、电流采样模块3和主控模块4，所述电机MOS桥臂驱动电路1分别与所述电流采样模块3和电机组相连，所述电机组包括多个电机，多个所述电机的A端相并联；所述开关切换模块2分别与所述电机组和电流采样模块3相连，所述主控模块4分别与所述电机MOS桥臂驱动电路1、开关切换模块2和电流采样模块3相连；其中，所述开关切换模块2包括多个开关切换电路201，每一个所述开关切换电路201分别与所述电机组中的一个电机的B端连接，所述电流采样模块3包括多个电流采样电路301，每一个所述电流采样电路301分别与所述开关切换电路201一一对应连接。所述电机的A端指的是电机的一端，所述电机的B端指的是电机的另一端。

如图5所示，本实施例中，每一个所述开关切换电路201为一个切换开关，每一个所述切换开关的控制端与所述主控模块4相连，每一个所述切换开关的一个开关端与所述电流采样模块3相连，每一个所述切换开关的另一个开关端与所述电机组的一个电机的B端连接；所述电机组的所有电机的A端连接在一起，并连接至所述电机MOS桥臂驱动电路1。

更具体的，所述切换开关的数量是与电机组中电机数量相等的，当电机组中的电机数量为n时，所述切换开关的数量也是n，如图5中所示的切换开关SW1至切换开关SWn。当电路驱动多个电机时，n为大于等于2的自然数。

如图5所示，本实施例中，所述电机MOS桥臂驱动电路1包括NMOS管Q6、NMOS管Q7、NMOS管Q8和NMOS管Q9，所述NMOS管Q6的S极与所述NMOS管Q8的D极相连，所述电机组中所有电机的A端连接在一起，并与所述NMOS管Q6的S极相连，所述NMOS管Q7的S极与所述NMOS管Q9的D极相连，所述NMOS管Q9的D极与所述电流采样模块3相连，所述NMOS管Q6的D极和NMOS管Q7的D极分别与电源正极相连，所述NMOS管Q8的S极和NMOS管Q9的S极与电源负极相连，所述NMOS管Q6的G极、NMOS管Q7的G极、NMOS管Q8的G极和NMOS管Q9的G极分别与主控模块4相连。

更具体的，如图5所示，在需要驱动多个电机的情况下，本实施例采用了复用H桥臂左右桥臂MOS管的电路，总共只需要4个NMOS管，即NMOS管Q6、NMOS管Q7、NMOS管Q8和NMOS管Q9。

与现有技术相比，当驱动n个电机时，如果采用如图1所示的现有技术方案，共需要4n个NMOS管，当n=4时，总共需要16个NMOS管；如果采用如图2所示的现有技术方案，共需要2n个继电器和n个NMOS管，当n=4时，总共需要8个继电器和4个NMOS管；如果采用如图3所示的现有技术方案，共需要2n+2个NMOS管，当n=4时，总共需要10个NMOS管。而在本实施例中，当驱动n个电机时，总共需要n个切换开关和4个NMOS管作为开关控制器件，当n=4时，共需要4个切换开关和4个NMOS管。由此可见，在驱动多个电机时，本实施例相比现有技术采用了更少的开关控制器件，尤其是当需要的驱动电机的数量越多时，本实施例相比现有技术的开关控制器件数量减少得也越多，开关控制器件数量的减少能够使得硬件成本降低，同时，采用较少的器件也能够有效地降低电路复杂度，提高了电路的安全性和可靠性。

如图5所示，本实施例中，所述主控模块4优选设置有4个PWM输出端口，4个所述PWM输出端口分别与所述NMOS管Q6的G极、NMOS管Q7的G极、NMOS管Q8的G极和NMOS管Q9的G极相连。

更具体的，如图5所示，本实施例中，主控模块4为MCU微控制器U101，所述MCU微控制器U101优选设置有4个PWM输出端口，即PWM1端口至PWM4端口。所述PWM1端口与NMOS管Q7的G极连接，所述PWM2端口与NMOS管Q9的G极连接，所述PWM3端口与NMOS管Q6的G极连接，所述PWM4端口与NMOS管Q8的G极连接。

当MCU微控制器U101输出控制PWM1端口和PWM4端口关断NMOS管Q7和NMOS管Q8，同时输出控制PWM2端口和PWM3端口导通NMOS管Q9和NMOS管Q6，电流从电机组中的所有电机的A端流向B端，电机正转，并且可通过调节PWM2端口和PWM3端口输出的PWM波形的占空比来调节电机组中所有电机的转速；当MCU微控制器U101输出控制PWM1端口和PWM4端口导通NMOS管Q7和NMOS管Q8，同时输出控制PWM2端口和PWM3端口关断NMOS管Q9和NMOS管Q6，电流从电机组中的所有电机的B端流向A端，电机反转，并且可通过调节PWM1端口和PWM4端口输出的PWM波形的占空比来调节电机组中所有电机的转速。

更进一步的，如图5所示，所述切换开关SW1至切换开关SWn的控制端分别与所述MCU微控制器U101的输出管脚GPO1至GPOn相连，当需要运行或者停止电机组中的一个或者多个电机，只需要通过所述MCU微控制器U101对输出管脚GPO1至GPOn来进行控制。例如，当需要让电机M1运行时，MCU微控制器U101通过输出管脚GPO1打开切换开关SW1；当需要让电机M1停止时，MCU微控制器U101通过输出管脚GPO1关闭切换开关SW1。因此，本实施例可实现对控制电机组的任意一个或者多个电机的运行或者停止。

如图5所示，本实施例中，所述电流采样电路301包括单路采样电阻和单路差分运算放大器，所述单路采样电阻的一端与所述单路差分运算放大器的同相输入端相连，所述单路采样电阻的另一端与所述单路差分运算放大器的反相输入端相连，所述单路差分运算放大器的输出端与主控模块4相连。

如图5所示，本实施例中，每一个所述单路差分运算放大器的同相输入端与所述开关切换电路一一对应连接；每一个所述单路差分运算放大器的反相输入端连接在一起，并与所述NMOS管Q9的D极连接。

更具体的，如图5所示，每一个所述电流采样电路301通过对应的开关切换电路201与所述电机组中的一个电机的B端相连，电流采样电路301对电机组中的经过每一路电机的电流进行采样，通过单路采样电阻转换成电压信号并经过单路差分运算放大器放大处理以后，将经过所述电机组的每一个电机的电流采样信号Current-1、Current-2、 Current-3……Current-n给所述MCU微控制器U101进行处理。

如图5所示，本实施例中，所述电流采样模块3还包括总电流采样电路302，所述NMOS管Q8的S极和NMOS管Q9的S极与所述总电流采样电路302相连，所述总电流采样电路302与电源负极相连。具体的，所述总电流采样电路302优选包括电阻R0和差分运算放大器U0，所述电阻R0的两端并联在所述差分运算放大器U0的同相输入端和反相输入端，所述差分运算放大器U0的同相输入端与所述NMOS管Q8的S极相连，所述差分运算放大器U0的反相输入端与电源负极相连，所述差分运算放大器U0的输出端与主控模块4相连。

更具体的，如图5所示，所述NMOS管Q8的S极和NMOS管Q9的S极通过所述总电流采样电路302与电源负极相连，因此经过NMOS管组成的桥臂的总电流、经过所述电阻R0的电流、经过所述电机组所有电机的总电流三者相等，所述电阻R0将电流信号转换成电压信号并经过所述差分运算放大器U0放大处理后，将通过所述电机组所有电机的总电流采样信号Current-all发送给所述MCU微控制器U101进行处理。

值得说明的是，本实施例所述总电流采样电路302属于优选的实施方式，当不进行总电流的采样时，所述NMOS管Q8的S极和NMOS管Q9的S极直接与电源负极相连即可。

如图5所示，本实施例中，所述主控模块4设置有一组ADC转换接口，所述ADC转换接口分别与所述差分运算放大器U0的输出端和每一个所述单路差分运算放大器的输出端相连。

更具体的，如图5所示，所述电机组的每一个电机的电流采样信号Current-1、Current-2、 Current-3……Current-n和所有电机的总电流采样信号Current-all通过MCU微控制器U101的ADC转换接口给MCU微控制器U101进行处理。因此，本实施例为所述MCU微控制器U101实现对电机驱动和通过电流识别电机运行状态提供了硬件电路基础，针对可能出现的电机故障或者其他异常状态可进行及时响应。例如，当电机组的某一路电机损坏或故障导致的电流超过预设值，则MCU微控制器U101可及时通过关闭这一路电机的相连接的切换开关来关闭这一路电机。

综上所述，本实施例通过优化设计的电路结构，实现了一种用于直流有刷电机的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，能够在驱动多个电机时采用较少的开关控制器件，有效地降低了成本，同时所述驱动电路的各部分模块和器件的相互配合工作，提高了所述驱动电路的安全性和可靠性。

以上所述之具体实施方式为本实用新型的较佳实施方式，并非以此限定本实用新型的具体实施范围，本实用新型的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本实用新型之形状、结构所作的等效变化均在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，包括：电机MOS桥臂驱动电路、开关切换模块、电流采样模块和主控模块，所述电机MOS桥臂驱动电路分别与所述电流采样模块和电机组相连，所述电机组包括多个电机，所述开关切换模块分别与所述电机组和电流采样模块相连，所述主控模块分别与所述电机MOS桥臂驱动电路、开关切换模块和电流采样模块相连；其中，所述开关切换模块包括多个开关切换电路，每一个所述开关切换电路分别与所述电机组中的一个电机连接，所述电流采样模块包括多个电流采样电路，每一个所述电流采样电路分别与所述开关切换电路一一对应连接。

2.根据权利要求1所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，每一个所述开关切换电路为一个切换开关，每一个所述切换开关的控制端与所述主控模块相连，每一个所述切换开关的一个开关端与所述电流采样模块相连，每一个所述切换开关的另一个开关端与所述电机组的一个电机的B端连接；所述电机组的所有电机的A端连接在一起，并连接至所述电机MOS桥臂驱动电路。

3.根据权利要求1或2所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，所述电机MOS桥臂驱动电路包括NMOS管Q6、NMOS管Q7、NMOS管Q8和NMOS管Q9，所述NMOS管Q6的S极与所述NMOS管Q8的D极相连，所述电机组中所有电机的A端连接在一起，并与所述NMOS管Q6的S极相连，所述NMOS管Q7的S极与所述NMOS管Q9的D极相连，所述NMOS管Q9的D极与所述电流采样模块相连，所述NMOS管Q6的D极和NMOS管Q7的D极分别与电源正极相连，所述NMOS管Q8的S极和NMOS管Q9的S极与电源负极相连，所述NMOS管Q6的G极、NMOS管Q7的G极、NMOS管Q8的G极和NMOS管Q9的G极分别与主控模块相连。

4.根据权利要求3所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，所述主控模块设置有4个PWM输出端口，4个所述PWM输出端口分别与所述NMOS管Q6的G极、NMOS管Q7的G极、NMOS管Q8的G极和NMOS管Q9的G极相连。

5.根据权利要求4所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，所述电流采样电路包括单路采样电阻和单路差分运算放大器，所述单路采样电阻的一端与所述单路差分运算放大器的同相输入端相连，所述单路采样电阻的另一端与所述单路差分运算放大器的反相输入端相连，所述单路差分运算放大器的输出端与主控模块相连。

6.根据权利要求5所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，每一个所述单路差分运算放大器的同相输入端与所述开关切换电路一一对应连接；每一个所述单路差分运算放大器的反相输入端连接在一起，并与所述NMOS管Q9的D极连接。

7.根据权利要求6所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，所述电流采样模块还包括总电流采样电路，所述NMOS管Q8的S极和NMOS管Q9的S极与所述总电流采样电路相连，所述总电流采样电路与电源负极相连。

8.根据权利要求7所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，所述总电流采样电路包括电阻R0和差分运算放大器U0，所述电阻R0的两端并联在所述差分运算放大器U0的同相输入端和反相输入端，所述差分运算放大器U0的同相输入端与所述NMOS管Q8的S极相连，所述差分运算放大器U0的反相输入端与电源负极相连，所述差分运算放大器U0的输出端与主控模块相连。

9.根据权利要求8所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，所述主控模块设置有一组ADC转换接口，所述ADC转换接口分别与所述差分运算放大器U0的输出端和每一个所述单路差分运算放大器的输出端相连。

10.根据权利要求1或2所述的多电机并联共用MOS桥臂的驱动电路，其特征在于，所述电机组中的电机为直流有刷电机。