有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，按照本实用新型提供的技术方案，所述有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，包括用于获取有刷直流电机工作电流信号的电流取样电路；所述电流取样电路的输出端与用于进行信号放大的一级信号放大电路连接，所述一级信号放大电路的输出端与用于将直流信号隔离的直流信号隔离电路连接，所述直流信号隔离电路的输出端与二级信号放大电路连接，二级信号放大电路的输出端与用于根据信号频率确定所述有刷直流电机转速的信号频率运算电路连接。本实用新型结构紧凑，能精确获得有刷直流电机的速度值，降低有刷直流电机速度测量的成本，适应范围广，安全可靠。
【专利说明】
有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种速度测量电路，尤其是一种有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，属于有刷直流电机速度测量的技术领域。
【背景技术】
[0002]直流有刷电机控制简单，价格低廉，目前仍有广泛的应用。在直流有刷电机的闭环控制系统中，需要对直流有刷电机的转速做精确的测量。受使用环境，成本预算等因素的制约，实际应用中往往无法安装外置速度传感器，使得控制效果大打折扣。
[0003]直流有刷电机通过碳刷切换电枢绕组的通和断，也即是换相。换相过程中，流过碳刷的电流都会经历先减小后增大的过程，产生电流脉动。每产生一次电流脉动就意味着完成了一次换相过程，而换相的间隔对应着有刷直流电机的转速，测量两次转速脉动的时间间隔就成了测量有刷直流电机转速的基础。
[0004]计算直流有刷电机运转时电流脉动是获取完整、精确的电流信号的基础，依据欧姆定律，电流流过阻性负载后会产生电压降，通过在电流回路中串接高精度低阻值采样电阻，可以将电流信号转换为微小的电压信号。现有技术中，将该电压信号经放大装置放大后变为等相位幅值增大且易被识别的电压信号，电压信号通过信号滤波装置进行带通滤波，选出整流子换相脉冲的脉动信号，通过脉宽频率测量装置进行脉宽或者频率测量，并按照电机整流子极对数进行换算，得到最终电机转速。
[0005]恒定负载恒定转速情况下，直流有刷电机的工作过程可分为两个过程:工作在非换相状态与工作在换相过程;其中，工作在非换相状态时，流过有刷直流电机的电流近似为恒定值;工作在换相过程时，存在换相导致的电流脉动。故流经有刷直流电机的电流为直流分量和交流分量的叠加，直流分量的幅值取决于直流有刷电机的负载;交流分量的幅值取决于转速的大小。
[0006]已有技术方案，使用单一的放大装置对电压信号放大，然而放大装置的放大倍数却无法覆盖所有的工况，如空载低速运行时电流幅值非常小，需要极大的放大倍数才能得到可识别的电压信号，与此同时也会引入大量的噪声干扰;重载运行时由于有刷直流电机电流中的直流分量大，可能会导致放大装置输出饱和。
[0007]实际应用中，电机的工作状态无法预知，现有技术无法满足特定工作场景下的转速的测量，导致控制失效甚至引发事故。
【发明内容】
[0008]本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，其结构紧凑，能精确获得有刷直流电机的速度值，降低有刷直流电机速度测量的成本，适应范围广，安全可靠。
[0009]按照本实用新型提供的技术方案，所述有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，包括用于获取有刷直流电机工作电流信号的电流取样电路;所述电流取样电路的输出端与用于进行信号放大的一级信号放大电路连接，所述一级信号放大电路的输出端与用于将直流信号隔离的直流信号隔离电路连接，所述直流信号隔离电路的输出端与二级信号放大电路连接，二级信号放大电路的输出端与用于根据信号频率确定所述有刷直流电机转速的信号频率运算电路连接。
[0010]所述二级信号放大电路通过信号带宽滤波电路与信号频率运算电路连接。
[0011]所述电流取样电路包括与有刷直流电机连接的全桥电路，所述全桥电路包括功率管Ql、功率管Q2、功率管Q3以及功率管Q4，功率管Ql的漏极端、功率管Q2的漏极端与电压VCC连接，功率管QI的源极端与功率管Q3的漏极端以及有刷直流电机的一端连接，功率管Q2的漏极端与功率管Q4的漏极端以及有刷直流电机的另一端连接，功率管Q3的源极端、功率管Q4的源极端均与采样电阻Rl 6的一端连接，采样电阻Rl 6的另一端接地。
[0012]所述一级信号放大电路包括运算放大器1A，所述运算放大器IA的反相端与电阻Rl的一端、电阻R2的一端以及电容Cl的一端连接，运算放大器IA的同相端与电阻R4的一端、电阻R5的一端以及电容C3的一端连接，电阻Rl的另一端接地，电容CI的另一端以及电阻R2的另一端均与运算放大器IA的输出端连接，电阻R4的另一端与电流取样电路的输出端连接，电阻R5的另一端与电源VCC连接，电容C3的另一端接地;运算放大器IA的输出端与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与电容C2的一端以及直流信号隔离电路的输入端连接，电容C2的另一端接地。
[0013]本实用新型的优点:对采样电阻上的电压信号进行放大时采用两级放大的结构，且利用直流信号隔离电路去掉一级信号放大电路2放大后的直流分量，使得二级信号放大电路只放大有用的交流信号。空载低速运行时，电压信号经两级放大后有足够的放大倍数使得微弱信号被识别，同时还降低了噪音的干扰;重载运行时，由于直流信号隔离电路的存在，使得最终的放大输出不会完全饱和，从而信号频率运算电路能输出精确的有刷直流电机的转速值，降低有刷直流电机速度测量的成本，适应范围广，安全可靠。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的结构框图。
[0015]图2为本实用新型一级信号放大电路的原理图。
[0016]图3为本实用新型电流取样电路的原理图。
[0017]附图标记说明:1_电流取样电路、2-—级信号放大电路、3-直流信号隔离电路、4-二级信号放大电路、5-信号带宽滤波电路以及6-信号频率运算电路。
【具体实施方式】
[0018]下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
[0019]如图1所示:为了能精确获得有刷直流电机的速度值，降低有刷直流电机速度测量的成本，本实用新型包括用于获取有刷直流电机工作电流信号的电流取样电路I;所述电流取样电路I的输出端与用于进行信号放大的一级信号放大电路2连接，所述一级信号放大电路2的输出端与用于将直流信号隔离的直流信号隔离电路3连接，所述直流信号隔离电路3的输出端与二级信号放大电路4连接，二级信号放大电路4的输出端与用于根据信号频率确定所述有刷直流电机转速的信号频率运算电路6连接。
[0020]具体地，电流取样电路I与有刷直流电机连接，把有刷直流电机工作时的电流信号采样并转换为同相位的电压信号。一级信号放大电路2对电流取样电路I传输的电压信号以较小的放大倍数进行放大，以使得电压信号中的直流信号、交流信号均被放大。直流信号隔离电路3对一级信号放大电路2放大后的电压信号中的直流分量进行隔离去除，只保留交流分量，直流信号隔离电路3输出三角波的交流信号。二级信号放大电路4通过对直流信号隔离电路3输出的三角波进行放大，使得信号的幅值达到识别的目的；此外，由于直流信号隔离电路3只输出交流信号，则二级信号放大电路4也只输出三角波或梯形波。信号频率运算电路6能对二级信号放大电路4输出信号的频率进行计算，以得到直流有刷电机的转速。
[0021]所述二级信号放大电路4通过信号带宽滤波电路5与信号频率运算电路6连接。本实用新型实施例中，信号带宽滤波电路5对二级信号放大电路4输出的信号进行滤波，以得到所需的频率信号，便于信号频率运算电路6根据频率信号运算得到有刷直流电机的转速。信号频率运算电路6根据频率信号得到有刷直流电机转速的过程为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。
[0022]如图3所示，所述电流取样电路I包括与有刷直流电机连接的全桥电路，所述全桥电路包括功率管Ql、功率管Q2、功率管Q3以及功率管Q4，功率管Ql的漏极端、功率管Q2的漏极端与电压VCC连接，功率管Ql的源极端与功率管Q3的漏极端以及有刷直流电机的一端连接，功率管Q2的漏极端与功率管Q4的漏极端以及有刷直流电机的另一端连接，功率管Q3的源极端、功率管Q4的源极端均与采样电阻R16的一端连接，采样电阻R16的另一端接地。
[0023]本实用新型实施例中，采样电路R16可以为常用的高精度电阻，采样电阻R16与功率管Q3的源极端、功率管Q4源极端相连的一端作为电流区域电路I的输出端。
[0024]如图2所示，所述一级信号放大电路2包括运算放大器1A，所述运算放大器IA的反相端与电阻Rl的一端、电阻R2的一端以及电容Cl的一端连接，运算放大器IA的同相端与电阻R4的一端、电阻R5的一端以及电容C3的一端连接，电阻Rl的另一端接地，电容Cl的另一端以及电阻R2的另一端均与运算放大器IA的输出端连接，电阻R4的另一端与电流取样电路I的输出端连接，电阻R5的另一端与电源VCC连接，电容C3的另一端接地;运算放大器IA的输出端与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与电容C2的一端以及直流信号隔离电路3的输入端连接，电容C2的另一端接地。
[0025]本实用新型实施例中，二级信号放大电路4可以采用与所述一级信号放大电路2相同的形式。
[0026]本实用新型对采样电阻R16上的电压信号进行放大时采用两级放大的结构，且利用直流信号隔离电路3去掉一级信号放大电路2放大后的直流分量，使得二级信号放大电路4只放大有用的交流信号。空载低速运行时，电压信号经两级放大后有足够的放大倍数使得微弱信号被识别，同时还降低了噪音的干扰;重载运行时，由于直流信号隔离电路3的存在，使得最终的放大输出不会完全饱和，从而信号频率运算电路6能输出精确的有刷直流电机的转速值，降低有刷直流电机速度测量的成本，适应范围广，安全可靠。
【主权项】
1.一种有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，包括用于获取有刷直流电机工作电流信号的电流取样电路(I);其特征是:所述电流取样电路(I)的输出端与用于进行信号放大的一级信号放大电路(2)连接，所述一级信号放大电路(2)的输出端与用于将直流信号隔离的直流信号隔离电路(3)连接，所述直流信号隔离电路(3)的输出端与二级信号放大电路(4)连接，二级信号放大电路(4)的输出端与用于根据信号频率确定所述有刷直流电机转速的信号频率运算电路(6)连接。2.根据权利要求1所述的有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，其特征是:所述二级信号放大电路(4)通过信号带宽滤波电路(5)与信号频率运算电路(6)连接。3.根据权利要求1所述的有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，其特征是:所述电流取样电路(I)包括与有刷直流电机连接的全桥电路，所述全桥电路包括功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3以及功率管Q4，功率管Ql的漏极端、功率管Q2的漏极端与电压VCC连接，功率管Ql的源极端与功率管Q3的漏极端以及有刷直流电机的一端连接，功率管Q2的漏极端与功率管Q4的漏极端以及有刷直流电机的另一端连接，功率管Q3的源极端、功率管Q4的源极端均与采样电阻Rl 6的一端连接，采样电阻Rl 6的另一端接地。4.根据权利要求1所述的有刷直流电机用高精度低成本速度测量电路，其特征是:所述一级信号放大电路(2)包括运算放大器1A，所述运算放大器IA的反相端与电阻Rl的一端、电阻R2的一端以及电容Cl的一端连接，运算放大器IA的同相端与电阻R4的一端、电阻R5的一端以及电容C3的一端连接，电阻Rl的另一端接地，电容Cl的另一端以及电阻R2的另一端均与运算放大器IA的输出端连接，电阻R4的另一端与电流取样电路(I)的输出端连接，电阻R5的另一端与电源VCC连接，电容C3的另一端接地;运算放大器IA的输出端与电阻R3的一端连接，所述电阻R3的另一端与电容C2的一端以及直流信号隔离电路(3)的输入端连接，电容C2的另一端接地。
【文档编号】G01P3/48GK205484401SQ201620059257
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年1月21日
【发明人】贾淑矿, 赵后松, 王浩
【申请人】苏州诺乐智能科技有限公司