CN105141202A - 一种基于智能直流电机驱动设备主电路 - Google Patents
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Abstract
一种智能直流电机驱动设备主电路，包括控制芯片电路、电源电路、直流电机驱动电路、信号放大电路、外部接口电路、按键设定电路、模式切换电路和故障预警电路；所述控制芯片电路用于产生双路PWM波来控制直流电机驱动电路；所述电源电路用于给控制芯片电路、信号放大电路和直流电机驱动电路供电；所述直流电机驱动电路用于驱动150A以下驱动电路的直流电机；所述信号放大电路用于调节对输入信号的放大；所述按键设定电路用于人为设定各类参数值；所述模式切换电路用于切换控制芯片的不同工作模式；所述故障预警模块用于在设备非正常运行时发出警报。本发明功能多样、智能化程度较高、各电路分工明确。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机驱动设备主电路，尤其涉及的是一种基于智能直流电机驱动设备主电路。
背景技术
直流电动机以其调速性能好、运行效率高等优点，已在电力牵引、设备起重等对调速有较高要求的拖动系统中，得到了广泛应用。当前，小容量的直流电机作为最基本的机电能量转换装置，在自动控制系统中依然应用广泛。
直流电机具有如下特点：1)非常优异的线性机械特性；2)较宽的调速范围；3)良好的起动特性；4)控制电路相对简单。正由于上述特点，直流电机长期以来一直用于各种驱动装置和伺服系统中。上世纪90年代以后，随着计算机技术和控制理论的成熟，直流电机更是有了迅猛的发展；近年来，直流电机制造工艺不断提升、先进控制算法不断发展，高性能的直流电机越来越普遍的应用于自动办公装置、航天飞行器、智能汽车等不同领域，由此可见研究一种基于智能直流电机驱动设备主电路具有重要的应用前景。
发明内容
为了克服现有的直流电机驱动设备主电路功能单一、智能化程度较低、电路分工不明确的不足，本发明提供一种功能多样、智能化程度较高、电路分工明确的基于智能直流电机驱动设备主电路。
为了解决上述技术问题提供的技术方案为：
一种基于智能直流电机驱动设备主电路，包括控制芯片电路(1)、电源电路(2)、直流电机驱动电路(3)、信号放大电路(4)、外部接口电路(5)、按键设定电路(6)、模式切换电路(7)和故障预警电路(8)；
所述控制芯片电路用于产生双路PWM波来控制直流电机驱动电路；所述电源电路用于给控制芯片电路、信号放大电路和直流电机驱动电路供电；所述直流电机驱动电路用于驱动150A以下驱动电路的直流电机；所述信号放大电路用于调节对输入信号的放大；所述按键设定电路用于人为设定各类参数值；所述模式切换电路用于切换控制芯片的不同工作模式；所述故障预警模块用于在设备非正常运行时发出警报；
所述控制芯片电路同时与所述直流电机驱动电路、外部接口电路、按键设定电路、模式切换电路以及故障预警电路连接，所述外部接口电路与所述信号放大电路连接，所述信号放大电路与所述控制芯片电路连接，所述电源电路分别与所述信号放大电路、控制芯片电路与直流电机驱动电路连接。
进一步，所述控制芯片电路包括外接七路A/D接口和四路I/O接口，根据用户需要可以任意扩展。
再进一步，所述电源电路包括芯片TPA7350、TPS7333、LM2940、TL1963和MC34063，所述TPA7350芯片电路可以输出最大电流500mA的5V线性电压；TPA7333芯片电路可以输出最大电流500mA的3.3V线性电压；所述LM2940芯片电路可以输出最大电流1A的5V线性电压；所述TL1963芯片电路可以输出最大电流1.5A的可调线性电压，电压可调范围为1.21～20V；所述MC34063芯片电路可以输出最大电流1.5A的可调开关电压，电压可调范围为3～40V。所有电源芯片输出端均包括0.1uF的瓷片电容用于输出滤波与稳定电压。
更进一步，所述直流电机驱动电路采用PWM控制的方式，可以驱动最大电流150A以下的任意直流电机。同时，控制芯片电路输出的PWM和直流电机驱动电路输入的PWM之间加入光耦隔离芯片，能有效保护控制芯片不受损坏以及隔离数字地与模拟地间的干扰。
所述信号放大电路采用集成四路轨对轨运放的芯片OPA4350，四路放大电路的有效放大倍数均为1～11倍。
所述外部接口电路包括输入接口和输出接口，输入接口用于采集输入量；输出接口用于外部模块扩展，可以扩展OLED液晶、编码器、舵机、无线、陀螺仪等模块。
所述故障预警电路用于在设备非正常运行时发出警报，以便于更方便地发现问题。
本发明的有益效果为：功能多样、智能化程度较高、各电路分工明确。
附图说明
图1为本发明的一种基于智能直流电机驱动设备主电路的结构框图。
图2为电源电路的原理图。
图3为直流电机驱动电路的原理图
图4为控制芯片电路的原理图。
图5为信号放大电路的原理图。
图6为外部接口电路的原理图。
图7为按键设定电路的原理图。
图8为模式切换电路的原理图。
图9为故障预警电路的原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图9，一种基于智能直流电机驱动设备主电路，包括控制芯片电路(1)、电源电路(2)、直流电机驱动电路(3)、信号放大电路(4)、外部接口电路(5)、按键设定电路(6)、模式切换电路(7)和故障预警电路(8)；
所述控制芯片电路用于产生双路PWM波来控制直流电机驱动电路，同时也产生对其他电路(包括外部接口电路、按键设定电路、模式切换电路和故障预警电路)的控制信号；所述电源电路用于给控制芯片电路、信号放大电路和直流电机驱动电路供电；所述直流电机驱动电路用于驱动150A以下驱动电路的直流电机；所述信号放大电路用于调节对输入信号的放大；所述按键设定电路用于人为设定各类参数值；所述模式切换电路用于切换控制芯片的不同工作模式；所述故障预警模块用于在设备非正常运行时发出警报。
所述控制芯片电路同时与所述直流电机驱动电路、外部接口电路、按键设定电路、模式切换电路以及故障预警电路连接，所述外部接口电路与所述驱信号放大电路连接，所述信号放大电路与所述控制芯片电路连接，所述电源电路分别与所述信号放大电路、控制芯片电路与直流电机驱动电路连接。
进一步，电源电路包括芯片TPA7350、TPS7333、LM2940、TL1963和MC34063，用于为其他的电路提供稳定、高效的电压。电源电路共包括10路电压：TPA7350芯片电路可以输出最大电流500mA的5V线性电压，总共有3路输出；TPA7333芯片电路可以输出最大电流500mA的3.3V线性电压，总共有3路输出；LM2940芯片电路可以输出最大电流1A的5V线性电压，总共有1路输出；TL1963芯片电路可以输出最大电流1.5A的可调线性电压，电压可调范围为1.21～20V，总共有2路输出；MC34063芯片电路可以输出最大电流1.5A的可调开关电压，电压可调范围为3～40V，总共有1路输出。所有电源芯片输入端均包括10uF的钽电容用于稳定输入电压；输出端均包括0.1uF的瓷片电容用于输出滤波与稳定电压。如图2，总电源输入端为“IN”，接着分别经过开关“SW1”和“SW2”，分成两路输入“IN1”和“IN2”。输入“IN1”分别连接三片TPA7350芯片、两片TL1963芯片和一片LM2940芯片的输入端，即线性电源的输入端；输入“IN2”连接MC34063芯片的输入端，即开关电源的输入端。LED4和LED5分别为线性电源和开关电源的信号指示灯。另外，电容C1、C2、C3、C4、C7、C8、C9、C10、C11、C12分别为10路电压输出端的滤波电容，型号为0.1uF的瓷片电容。
再进一步，所述直流电机驱动电路采用PWM控制的方式，PWM控制的优点在于可以方便地控制任意占比的PWM波输出，进一步方便地改变直流电机的转速。该驱动电路可以驱动最大电流150A以下的任意直流电机。同时，控制芯片电路输出的PWM波和直流电机驱动电路输入的PWM波之间加入光耦隔离芯片，能有效保护控制芯片不受损坏以及隔离数字地与模拟地间的干扰。如图3，控制芯片输出的四路PWM波先经过光耦隔离芯片，再输出给两路半桥驱动芯片，通过半桥驱动芯片的输出来控制四路MOSPFT的开通与管断，以此实现对直流电机的驱动，而控制芯片通过改变PWM波的占空比就能实现对直流电机转速的改变。其中，驱动芯片的电压设定为12V，由电源电路的MC34063芯片产生。另外，R1_30、R2_30、R3_30、R4_30均为30欧姆的电阻，分别置于四个MOSFET的栅极，可以用于保护MOSFET，提升MOSFET的抗过载能力，以此提升直流电机驱动电路的可靠性。
图4和图5分别为控制芯片电路和信号放大电路。控制芯片电路包括外接七路A/D接口和四路I/O接口，根据用户需要可以任意扩展。控制芯片电路为整个电路的核心所在，其他电路与其均有交集：在采集经放大电路放大后的外部输入后，根据计算所得的控制量转换成相应PWM波，以此控制直流电机驱动电路；并根据实际需要与外部接口电路、按键设定电路、模式切换电路和故障预警电路配合使用。
信号放大电路采用集成四路轨对轨运放的芯片OPA4350，四路放大电路的有效放大倍数均为1～11倍。该轨对轨运放为单电源运放，简化了电源电路的设计。
图6～图9依次为外部接口电路、按键设定电路、模式切换电路和故障预警电路。外部接口电路分为输入接口和输出接口两部分，输入接口主要采集输入量，输入量通过外部输入后先经过放大电路的信号放大再输入控制芯片，如图6中的H_C1、H_C2和H_C3接口；输出接口主要用于外部模块扩展，可以扩展OLED液晶、编码器、舵机、无线、蓝牙、陀螺仪等模块，分别对应H_Yj、H_B、H_DD、H_Wx、H_LY、H_TLY接口，这些模块可以随使用需要任意扩展，大大提升了智能化程度。
按键设定电路用于人为设定各类参数值。这些参数包括：初始化参数、控制器参数、PWM占空比。
模式切换电路用于切换控制芯片的不同工作模式。这些不同的工作模式往往由任务需要自行设定，再通过模式切换电路快速切换。
故障预警电路用于在设备非正常运行时发出警报，以便于更方便地发现问题。设备在实际使用或者测试时往往会遇到各种问题，为了确定出现该问题的原因，就需要借助故障预警电路来逐步排除某些原因，以便快速找出其原因。
Claims (6)
1.一种基于智能直流电机驱动设备主电路，其特征在于：包括控制芯片电路(1)、电源电路(2)、直流电机驱动电路(3)、信号放大电路(4)、外部接口电路(5)、按键设定电路(6)、模式切换电路(7)和故障预警电路(8)；
所述控制芯片电路用于产生双路PWM波来控制直流电机驱动电路；所述电源电路用于给控制芯片电路、信号放大电路和直流电机驱动电路供电；所述直流电机驱动电路用于驱动150A以下驱动电路的直流电机；所述信号放大电路用于调节对输入信号的放大；所述按键设定电路用于人为设定各类参数值；所述模式切换电路用于切换控制芯片的不同工作模式；所述故障预警模块用于在设备非正常运行时发出警报；
所述控制芯片电路同时与所述直流电机驱动电路、外部接口电路、按键设定电路、模式切换电路以及故障预警电路连接，所述外部接口电路与所述信号放大电路连接，所述信号放大电路与所述控制芯片电路连接，所述电源电路分别与所述信号放大电路、控制芯片电路与直流电机驱动电路连接。
2.根据权利要求1所述的基于智能直流电机驱动设备主电路，其特征在于：所述控制芯片电路包括外接七路A/D接口和四路I/O接口。
3.根据权利要求1或2所述的基于智能直流电机驱动设备主电路，其特征在于：所述电源电路包括芯片TPA7350、TPS7333、LM2940、TL1963和MC34063，所述TPA7350芯片电路输出最大电流500mA的5V线性电压；所述TPA7333芯片电路输出最大电流500mA的3.3V线性电压；所述LM2940芯片电路输出最大电流1A的5V线性电压；所述TL1963芯片电路输出最大电流1.5A的可调线性电压，电压可调范围为1.21～20V；所述MC34063芯片电路输出最大电流1.5A的可调开关电压，电压可调范围为3～40V，各个芯片输出端均包括0.1uF的瓷片电容用于输出滤波与稳定电压。
4.根据权利要求1或2所述的基于智能直流电机驱动设备主电路，其特征在于：所述直流电机驱动电路采用PWM控制的方式，驱动最大电流150A以下的任意直流电机，所述控制芯片电路输出的PWM波和直流电机驱动电路输入的PWM波之间加入光耦隔离芯片。
5.根据权利要求1或2所述的基于智能直流电机驱动设备主电路，其特征在于：所述信号放大电路采用集成四路轨对轨运放的芯片OPA4350，四路放大电路的有效放大倍数均为1～11倍。
6.根据权利要求1或2所述的基于智能直流电机驱动设备主电路，其特征在于：所述外部接口电路包括输入接口和输出接口，输入接口用于采集输入量；输出接口用于外部模块扩展。
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