模拟数字混合有刷直流电机驱动器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种模拟数字混合有刷直流电机驱动器，包括主控单元(1)、速度环模拟PID调节电路(2)和IGBT驱动电路(3)；速度环模拟PID调节电路(2)的信号输入端与电机的信号输出端连接，速度环模拟PID调节电路(2)的信号输出端与主控单元(1)的信号输入端连接，主控单元(1)的信号输出端与IGBT驱动电路(3)的信号输入端连接，IGBT驱动电路(3)的信号输出端与电机的信号输入端连接。本实用新型采用微控制器与IGBT技术相结合的方式，分别实现系统的开、闭环伺服控制，具有参数智能调节功能，配合外部信号共同完成参数给定。
【专利说明】模拟数字混合有刷直流电机驱动器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及有刷直流电动机驱动领域，尤其是对于测速发电机发馈，由模拟数字混合调节器控制的有刷直流电动机驱动器技术。
【背景技术】
[0002]直流电机由于其具有良好的起、制动性能，且能实现大范围的连续调速，广泛应用于各个工程领域中，成为系统不可或缺的动力执行部分。直流电机调速器是用来对直流电动机进行速度调节的部件。目前应用的直流电机驱动器从控制方式上划分，主要包括以下两种:
[0003]1.全数字型直流电机驱动器。该型驱动器以单片机等智能控制器为核心完成PID调节器的控制算法，控制方式以PWM为主。该型驱动器具有体积小、效率高、控制方便等特点，然而应用范围有所局限，例如在采用测速发电机反馈的风电控制领域，受A/D转换精度的影响，系统位置伺服特性效果不够理想，在停车制动时不能有效停止。
[0004]2.全模拟型直流电机驱动器。该型驱动器以运算放大器等模拟器件为核心搭建PID调节器，采用电压-脉宽转换芯片输出PWM控制信号。该型驱动器具有控制简单、稳定性好等特点，然而却不能很好地处理日趋复杂的逻辑运算，以及复杂的逻辑保护等问题。这限制了该型驱动器的大范围使用。
【发明内容】
[0005]本实用新型为解决现有的直流电机驱动器存在的受A/D转换精度的影响较大、无法处理日趋复杂的逻辑运算及复杂的逻辑保护的问题，进而提供了一种模拟数字混合有刷直流电机驱动器。为此，本实用新型提供了如下的技术方案:
[0006]一种模拟数字混合有刷直流电机驱动器，其特征在于，包括:主控单元、速度环模拟PID调节电路和IGBT驱动电路；速度环模拟PID调节电路的信号输入端与电机的信号输出端连接，速度环模拟PID调节电路的信号输出端与主控单元的信号输入端连接，主控单兀的信号输出端与IGBT驱动电路的信号输入端连接，IGBT驱动电路的信号输出端与电机的信号输入端连接。
[0007]本实用新型提供的模拟数字混合有刷直流电机驱动器采用微控制器与IGBT技术相结合的方式，分别运用数字控制与模拟控制，控制信号采用PWM方式，并以380V三相交流电作为整个系统动力源，配以信号反馈接口，分别实现系统的开、闭环伺服控制，具有参数智能调节功能，配合外部信号共同完成参数给定，不仅受A/D转换精度的影响较小，而且能够处理日趋复杂的逻辑运算及复杂的逻辑保护。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1是本实用新型的【具体实施方式】提供的模拟数字混合有刷直流电机驱动器的结构示意图；[0009]图2是本实用新型的【具体实施方式】提供的模拟数字混合有刷直流电机驱动器的整体电路结构示意图；
[0010]图3是本实用新型的【具体实施方式】提供的主控单元的电路结构示意图；
[0011]图4是本实用新型的【具体实施方式】提供的电网电源电路的结构示意图；
[0012]图5是本实用新型的【具体实施方式】提供的电压比较续流电路的结构示意图；
[0013]图6是本实用新型的【具体实施方式】提供的参数自整定电路的结构示意图；
[0014]图7是本实用新型的【具体实施方式】提供的IGBT驱动电路的结构示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面将结合本实用新型实施例，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它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0016]本实用新型的【具体实施方式】提供了一种模拟数字混合有刷直流电机驱动器，如图1和图2所示，包括:主控单元1、速度环模拟PID调节电路2和IGBT驱动电路3 ;速度环模拟PID调节电路2的信号输入端与电机的信号输出端连接，速度环模拟PID调节电路2的信号输出端与主控单元I的信号输入端连接，主控单元I的信号输出端与IGBT驱动电路3的信号输入端连接，IGBT驱动电路3的信号输出端与电机的信号输入端连接。
[0017]具体的，主控单元I如图3所示，采用单片机作为控制器，具有以下结构:
[0018]上级速度环输入的电平信号通过单片机引脚Sin输入进行A/D转换得到输入量，电流传感器反馈的电流信号通过单片机引脚SFK输入进行A/D转换得到反馈量；单片机程序通过输入量与反馈量的比较进行PI调节。过压保护电路与IGBT驱动电路分别连接到单片机的RSTl，RST2引脚实现复位功能；过压保护电路与IGBT驱动电路分别连接到单片机的FLTLFLT2引脚实现故障保护功能。单片机引脚外接发光二极管输出电机状态。
[0019]电网电源电路如图4所示，通过全桥整流电路与电容滤波电路将380V三相交流电转化为直流母线电。通过分压电阻分压控制发光二极管作为电网状态显示。直流母线通过MOS管连接过压保护电路，防止因电机制动产生反电动势的而引起的瞬间高压。
[0020]过压保护电路如图5所示，直流母线电压通过电压跟随器进行隔离，电容滤波；滤波后电压通过减法器电路进行比较，当输入电压高于设定值时输出电压为高电平，通过光耦来控制IGBT驱动芯片，驱动芯片输出电平信号控制直流母线电压放电。
[0021]速度环模拟PID调节电路2如图6所示，速度给定信号从前级输入，经过减法器、反向跟随器与滤波电容处理，继电器隔离后输入PID调节电路。速度环模拟PID调节电路主要由运算放大器构成，通过电位器参数调节进行模拟量P、1、D调节，经过处理后的信号输入单片机。该电路特点是通过模拟控制方式完成电机调速，可实现零速转矩调节:由于没有A/D转换精度问题，电机零速时受到力矩作用后，速度环反馈电压信号，经模拟PID调节电路处理后进入单片机，经程序运算后输出PWM调制信号，控制电机产生大小相同方向相反的转矩；因此可以保证电机零速时受到力矩保持不动，有效制动。同时由于没有A/D转换精度问题，经过速度环模拟量调节，电机转速调节稳定性好。
[0022]IGBT驱动电路3如图7所示，速度给定信号经过速度环模拟PID调节，电流环数字PI调节后，单片机输出PWM调制信号，PWM调制信号控制IGBT驱动芯片，驱动芯片控制IGBT模块进行电机调速。
[0023]此外，本【具体实施方式】提供的模拟数字混合有刷直流电机驱动器还具有电路检测与继电器保护功能，防止事故的发生。具体原理:驱动电路检测到直流电机电枢回路电流超过预设值时，将会产生高电平(一般情况下是低电平)，使单片机进入外部中断模式，从而产生保护控制信号，完成过流保护功能，防止电机因堵转等引起的事故发生。
[0024]因此，本【具体实施方式】提供的模拟数字混合有刷直流电机驱动器具有以下几个特点。[0025]1、同时具备数字控制与模拟控制。
[0026]2、以工业交流电作为整个系统动力源，取电方便，系统简洁。
[0027]3、以PWM作为控制信号，控制以IGBT模块为核心的功率电路。
[0028]4、具有参数自整定功能，支持在线调节。
[0029]5、具有续流保护，系统运行稳定、可靠。
[0030]由于本【具体实施方式】提供的模拟数字混合有刷直流电机驱动器以模拟数字混合方式，共同实现有刷直流电机伺服控制。相对于传统的单一控制技术，具有很大的优势，主要表现在:
[0031]1、控制简单、灵活，开关损耗小，效率高。
[0032]2、信号可单独隔离，不会因电网电压的波动而影响调速效果。
[0033]3、开关频率高，因此依靠电枢绕组的电感滤波作用可获得脉动很小的直流电流，使电机在低速时仍然可以平滑、稳定工作。
[0034]4、系统输出电流的纹波系数小，在相同输出转矩下电机损耗小，从而发热量小，可以减小机械变形，提高工作精度。
[0035]5、系统响应频带宽，因此起、制动过程快，抗负载扰动能力强。
[0036]6、容易实现电机四象限运行。
[0037]所以，采用本【具体实施方式】提供的技术方案，通过采用PWM技术与IGBT技术结合实现了大功率直流电机的驱动控制，使得电机的速度调节精度提升，使用效率提高，同时抗干扰能力增强；在将PWM信号分解为两路反向信号后，消除了因硬件延迟而带来的驱动桥臂直通的负面影响。另外通过优化设计与组合，使得以前需要由两台大功率驱动装置完成的工作变为一台驱动装置就能完成，其结构简单，降低了制造成本，提高了运行可靠性，方便了使用和维护，使用范围变广。
[0038]以上所述，仅为本实用新型较佳的【具体实施方式】，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本【技术领域】的技术人员在本实用新型实施例揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
【权利要求】
1.一种模拟数字混合有刷直流电机驱动器，其特征在于，包括:主控单元(I)、速度环模拟PID调节电路⑵和IGBT驱动电路(3);速度环模拟PID调节电路⑵的信号输入端与电机的信号输出端连接，速度环模拟PID调节电路(2)的信号输出端与主控单元(I)的信号输入端连接，主控单元⑴的信号输出端与IGBT驱动电路(3)的信号输入端连接，IGBT驱动电路(3)的信号输出端与电机的信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的模拟数字混合有刷直流电机驱动器，其特征在于，速度环模拟PID调节电路(2)包括差分跟随器、继电器和运算放大器，所述差分跟随器的信号输入端与电机的信号输出端连接，所述差分跟随器的信号输出端与所述继电器的信号输入端连接，所述继电器的信号输出端与所述运算放大器的信号输入端连接。
3.根据权利要求1所述的模拟数字混合有刷直流电机驱动器，其特征在于，还包括过压保护系统，所述过压保护系统的参数信号输入端与主控单元(I)的参数信号输出端连接，所述过压保护系统的控制信号输出端与主控单元(I)的控制信号输入端连接。
【文档编号】H02P7/00GK203482126SQ201320638647
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年10月16日 优先权日:2013年10月16日
【发明者】杨勇, 邱凯 申请人:杨勇, 邱凯