一种直流电机驱动电路的制作方法

本发明涉及电机驱动技术领域，特别是涉及一种直流电机驱动电路。

背景技术：

随着国家科学技术的进步和社会机电自动化的逐步实现，越来越多的场合需要直流电机来带动各个工业化流程，因为直流电机有着宽广的调速范围、较强的过载能力和较大的启动转矩等优点，所以被广泛用于电力机车、工矿机车、城市电车、电梯、机器人等，直流电机的大范围使用就要求有功能强大、性能稳定的驱动电路来支撑，现在的一些驱动电路存在着功率低下、功能不全、性能不稳等不足，给直流电机的正常高效使用带来很多不便，阻碍了机电一体化的快速发展。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种直流电机驱动电路，用于解决现有技术中驱动电路功率低下、功能不全、性能不稳等问题。

为解决上述问题，本发明采用以下技术手段：一种直流电机驱动电路，连接一单片机控制电路，所述单片机控制电路输出PWM控制信号控制第一电机和第二电机的运转速度，所述直流电机驱动电路包括：H桥电路，输出端连接所述第一电机和所述第二电机，用于控制所述第一电机和所述第二电机正转、反转和制动；与非逻辑电路，连接所述H桥电路，用于控制所述H桥电路中H桥的导通或关闭；光耦隔离电路，输入端连接所述单片机控制电路，输出端连接所述与非逻辑电路，用于隔离所述单片机控制电路和所述直流电机驱动电路，保证所述单片机控制电路的稳定；电源电路，由蓄电池供电，分别与所述光耦隔离电路、所述与非逻辑电路和所述H桥电路连接，用于将高压转换成低压供给所述光耦隔离电路、所述与非逻辑电路和所述H桥电路。

于本发明的一实施方式中，所述光耦隔离电路主要包括：由发光二极管和光敏三极管耦接组成的光耦合器U4、U5、U6、U7、U9和U10；用于单向导通的二极管D11、D12、D7、D8、D9和D10；用作开关的三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6；所述光耦合器U4、U5、U6、U7、U9和U10中的发光二极管的输入端均串联电阻后连接主控板电源，输出端均接单片机信号输出端；所述光耦合器U4、U5、U6、U7、U9和U10中的光敏三极管的集电极均接所述电源电路，发射极分别接电阻后接地，发射极还分别正向连接所述二极管D11、D12、D7、D8、D9和D10；所述二极管D11、D12、D7、D8、D9和D10的输出端均串联电阻后 再分别连接所述三极管Q5、Q6、Q1、Q3、Q2和Q4的栅极，所述三极管Q5、Q6、Q1、Q3、Q2和Q4的发射极均接地，集电极均串联电阻后接电源，集电极同时还串联电阻后接所述与非逻辑电路和所述H桥电路；所述二极管D7的输出端与所述二极管D9的输出端连接；所述二极管D8的输出端与所述二极管D10的输出端连接。

于本发明的一实施方式中，所述单片机信号输出端接IDC10封装接口，所述光耦合器U4中发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口的引脚ENA；所述光耦合器U5中发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口的引脚ENB；所述光耦合器U6中发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口的引脚IN1；所述光耦合器U7中发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口的引脚IN3；所述光耦合器U9中发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口的引脚IN2；所述光耦合器U10中发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口的引脚IN4；所述IDC10封装接口的引脚GND接地。

于本发明的一实施方式中，所述H桥电路包括：由P-MOS管Q8、P-MOS管Q9、N-MOS管Q13和N-MOS管Q14组成的第一H桥电路；由P-MOS管Q10、P-MOS管Q11、N-MOS管Q15和N-MOS管Q16组成的第二H桥电路；所述P-MOS管Q8和所述P-MOS管Q9的源极均接所述电源电路；所述P-MOS管Q8的漏极连接所述N-MOS管Q13的漏极，所述P-MOS管Q9的漏极连接所述N-MOS管Q14的漏极；所述N-MOS管Q13和所述N-MOS管Q14的源极均接地；所述P-MOS管Q8、所述P-MOS管Q9、所述N-MOS管Q13和所述N-MOS管Q14的栅极均连接所述与非逻辑电路；所述P-MOS管Q10和所述P-MOS管Q11的源极均接所述电源电路；所述P-MOS管Q10的漏极连接所述N-MOS管Q15的漏极，所述P-MOS管Q11的漏极连接所述N-MOS管Q16的漏极；所述N-MOS管Q15和所述N-MOS管Q16的源极均接地；所述P-MOS管Q10、所述P-MOS管Q11、所述N-MOS管Q15和所述N-MOS管Q16的栅极均连接所述与非逻辑电路。

于本发明的一实施方式中，所述P-MOS管Q8的漏极与所述N-MOS管Q13的漏极之间连接所述第一电机的一端，所述P-MOS管Q9的漏极与所述N-MOS管Q14的漏极之间连接所述第一电机的另一端；所述P-MOS管Q10的漏极与所述N-MOS管Q15的漏极之间连接所述第二电机的一端，所述P-MOS管Q11的漏极与所述N-MOS管Q16的漏极之间连接所述第二电机的另一端。

于本发明的一实施方式中，所述与非逻辑电路包括：逻辑芯片U1、逻辑芯片U2和逻辑芯片U3；所述逻辑芯片U1的引脚3接所述P-MOS管Q8的栅极，引脚6接所述P-MOS管Q9的栅极，引脚8接所述P-MOS管Q10的栅极，引脚11接所述P-MOS管Q11的栅极；所 述逻辑芯片U1的引脚1与所述三极管Q1的集电极电阻相连，引脚2与所述三极管Q5的集电极电阻相连，引脚4与所述三极管Q2的集电极电阻相连，引脚13与所述三极管Q6的集电极电阻相连，引脚12与所述三极管Q4的集电极电阻相连，引脚9与所述三极管Q3的集电极电阻相连，引脚7接所述电源电路，引脚14外接电源；所述逻辑芯片U2的引脚3接所述N-MOS管Q13的栅极，引脚6接所述N-MOS管Q14的栅极，引脚8接所述N-MOS管Q15的栅极，引脚11接所述N-MOS管Q16的栅极；所述逻辑芯片U2的引脚2和引脚5相连后与所述逻辑芯片U3连接；所述逻辑芯片U2的引脚10、引脚13相连后接所述逻辑芯片U3，同时依次串联两个电阻后接地，且所述两电阻之间连接所述二极管D8和所述二极管D10的输出端；所述逻辑芯片U2的引脚4连接所述耦合器U6中光敏三极管的发射极，引脚9连接所述耦合器U7中光敏三极管的发射极，引脚4连接所述耦合器U9中光敏三极管的发射极，引脚12连接所述耦合器U10中光敏三极管的发射极；所述逻辑芯片U2的引脚14接所述电源电路，引脚7接地；所述逻辑芯片U3的引脚1和引脚2与所述逻辑芯片U2的引脚2、引脚5相连接，且所述逻辑芯片U3的引脚1和引脚2相连后依次串联两个电阻后接地，所述两电阻之间连接所述二极管D7和所述二极管D9的输出端；所述逻辑芯片U3的引脚4、引脚5与所述逻辑芯片U2的引脚10、引脚13相连；所述逻辑芯片U3的引脚3串联电阻后连接所述二极管D11的输出端，引脚6串联电阻后连接所述二极管D12的输出端，引脚14接所述电源电路，引脚7接地。

于本发明的一实施方式中，所述逻辑芯片U1和所述逻辑芯片U3的型号均为74VHC00，所述逻辑芯片U2的型号为74VHC08。

于本发明的一实施方式中，所述电源电路通过开关稳压集成电路转换后连接所述逻辑芯片U2的引脚14和所述逻辑芯片U3的引脚14；所述电源电路通过三极管Q12和稳压二极管D13转换后连接所述逻辑芯片U1的引脚7。

于本发明的一实施方式中，所述单片机发送的PWM控制信号分别接入所述IDC10封装接口的引脚ENA和引脚ENB。

于本发明的一实施方式中，还包括用于指示电路工作是否正常的指示电路，所述指示电路包括依次串联的电阻和发光二极管。

如上所述，本发明的一种直流电机驱动电路，具有以下有益效果：

1、控制信号使用灌电流驱动方式，支持绝大多数单片机直接驱动。

2、使能信号可外接单片机输出的PWM信号，正反转控制信号可串联限位开关，不仅可以控制电机的正转、反转以及制动，而且还可以调节两个直流电机的转速。

3、每路都支持三线控制使能，采用大功率H桥原理控制正反转及制动。

4、通过单片机信号控制大功率电机的同时采用光电隔离，保证单片机控制电路的稳定，解决了大功率直流电机的驱动问题，使直流电机能在各种场合安全稳定高效的工作。

附图说明

图1显示为单片机通过本发明直流电机驱动电路控制电动机工作的示意图。

图2显示为本发明直流电机驱动电路中H桥电路的基本组成示意图。

图3显示为本发明直流电机驱动电路中的光耦隔离电路图。

图4显示为本发明直流电机驱动电路中H桥电路和与非逻辑电路图。

图5显示为本发明直流电机驱动电路中电源电路图。

图6显示为本发明直流电机驱动电路中IDC10封装接口和电源输入接口示意图。

图7显示为本发明直流电机驱动电路输出接口示意图。

图8显示为本发明直流电机驱动电路中指示电路示意图。

图中的标号说明：

1 驱动电路

2 单片机

3 电源

41 第一电机

11 光耦隔离电路

12 H桥电路

13 与非逻辑电路

14 电源电路

141 24V转5V电路

142 24V转18V电路

15 指示电路

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精 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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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。

请参阅图1，显示为单片机通过本发明直流电机驱动电路控制电动机工作的示意图，所述直流电机的驱动电路1连接于单片机2的控制电路，由电源3供电，通过单片机控制电路输出PWM控制信号，驱动大功率直流第一电机41和第二电机电机(图中未示出)调速、正反转以及制动。

图2显示为本发明直流电机驱动电路中H桥电路的基本组成示意图，采用两个P沟道和两个N沟道场效应管组成，桥臂上的4个场效应管相当于四个开关，P型管在栅极为低电平时导通，高电平时关闭；N型管在栅极为高电平时导通，低电平时关闭，可输出8A电流，足以驱动外部大功率电机；另外，此电路的另一个优点就是无论控制臂状态如何(绝不允许悬空状态)，H桥都不会出现“共态导通”，即短路，在使用时的安全性上有了稳定的保障；最后，使用光耦对全部控制信号进行隔离，使控制单元在抗干扰及稳定性上取得良好效果，下面具体介绍各个电路的组成。

本发明采用两个H桥电路，输出端分别连接所述第一电机41和所述第二电机，用于控制所述第一电机41和所述第二电机正转、反转和制动；与非逻辑电路13，连接所述H桥电路12，用于控制所述H桥电路12中H桥的导通或关闭；光耦隔离电路11，输入端连接所述单片机2的控制电路，输出端连接所述与非逻辑电路13和所述H桥电路，用于隔离所述单片机控制电路和所述驱动电路1，保证所述单片机控制电路的稳定；电源电路14，分别与所述光耦隔离电路11、所述与非逻辑电路13和所述H桥电路12连接，用于将高压转换成低压供给所述光耦隔离电路11、所述与非逻辑电路13和所述H桥电路12。控制信号使用灌电流(即数字电路输出0时，倒灌入负载的电流来驱动单片机以控制信号)驱动方式，支持绝大多数单片机直接驱动。

请参阅图3，显示为本发明直流电机驱动电路中的光耦隔离电路图，所述光耦隔离电路11主要包括：由发光二极管和光敏三极管耦接组成的光耦合器U4、U5、U6、U7、U9和U10，其型号可以是EL357；用于单向导通保护电路的二极管D11、D12、D7、D8、D9和D10；用作开关的三极管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，其型号可以是2N3904；所述光耦合器U4中 的发光二极管的输入端接电阻R1，输出端接IDC10封装接口P1；所述光耦合器U4中的光敏三极管集电极接电源电路14，发射极接电阻R2后接地，发射极还正向连接所述二极管D11、再串联电阻R34后连接所述三极管Q5的基极；所述三极管Q5的发射极接地，集电极通过电阻R29后连接电源3，集电极还通过电阻R32连接所述与非逻辑电路13；所述光耦合器U5中的发光二极管的输入端接电阻R3，输出端接IDC10封装接口P1；所述光耦合器U5中的光敏三极管集电极接电源电路14，发射极接电阻R4后接地，发射极还正向连接所述二极管D12、再串联电阻R35后连接所述三极管Q6的基极；所述三极管Q6的发射极接地，集电极通过电阻R31后连接电源3，集电极还通过电阻R33连接所述与非逻辑电路13；所述光耦合器U6中的发光二极管的输入端接电阻R5，输出端接IDC10封装接口P1；所述光耦合器U6中的光敏三极管集电极接电源电路14，发射极接电阻R6后接地，发射极还正向连接所述二极管D7、发射极还串联电阻R18后连接所述三极管Q1的基极；所述三极管Q1的发射极接地，集电极通过电阻R14后连接电源3，集电极还通过电阻R15连接所述与非逻辑电路13；所述光耦合器U7中发光二极管的输入端接电阻R8，输出端接IDC10封装接口P1；所述光耦合器U7中的光敏三极管集电极接电源电路14，发射极接电阻R9后接地，发射极还正向连接所述二极管D8、发射极还串联电阻R25后连接所述三极管Q3的基极；所述三极管Q3的发射极接地，集电极通过电阻R20后连接电源3，集电极还通过电阻R21连接所述与非逻辑电路13；所述光耦合器U9中的发光二极管的输入端接电阻R10，输出端接IDC10封装接口P1；所述光耦合器U9中的光敏三极管集电极接电源电路14，发射极接电阻R11后接地，发射极还正向连接所述二极管D9、发射极还串联电阻R19后连接所述三极管Q2的基极；所述三极管Q2的发射极接地，集电极通过电阻R16后连接电源3，集电极还通过R17连接所述与非逻辑电路13；所述光耦合器U10中的发光二极管的输入端接电阻R12，输出端接IDC10封装接口P1；所述光耦合器U10中的光敏三极管集电极接电源电路14，发射极接电阻R13后接地，发射极还正向连接所述二极管D10、发射极还串联电阻R26后连接所述三极管Q4的基极；所述三极管Q2的发射极接地，集电极通过电阻R22后连接电源3，集电极还通过电阻R23连接所述与非逻辑电路13；所述二极管D7的输出端与所述二极管D9的输出端连接，所述二极管D8的输出端与所述二极管D10的输出端连接，使控制端有一个高电平，从而保证输出高电平，再通过所述与非逻辑电路13控制所述H桥电路12的通断。所以，本发明通过单片机2的输出信号控制大功率电机的同时采用光电隔离，保证单片机控制电路的稳定，解决了大功率直流电机的驱动问题，使直流电机能在各种场合安全稳定高效的工作。

请结合图6中的IDC10封装接口示意图，所述光耦合器U4中的发光二极管的输出端接 所述IDC10封装接口P1的引脚ENA；所述光耦合器U5中的发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口P1的引脚ENB；所述光耦合器U6中的发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口P1的引脚IN1；所述光耦合器U7中的发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口P1的引脚IN3；所述光耦合器U9中的发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口P1的引脚IN2；所述光耦合器U10中的发光二极管的输出端接所述IDC10封装接口P1的引脚IN4；所述IDC10封装接口P1的引脚GND接地。每路都支持三线控制使能、正反转及制动，使能信号外接单片机输出的PWM信号。

请参阅图4，显示为本发明直流电机驱动电路中H桥电路和与非逻辑电路图。

所述H桥电路12包括：由P-MOS管Q8、P-MOS管Q9、N-MOS管Q13和N-MOS管Q14组成的第一H桥电路；由P-MOS管Q10、P-MOS管Q11、N-MOS管Q15和N-MOS管Q16组成的第二H桥电路；所述P-MOS管Q8和所述P-MOS管Q9的源极均接所述电源电路14；所述P-MOS管Q8的漏极连接所述N-MOS管Q13的漏极，所述P-MOS管Q9的漏极连接所述N-MOS管Q14的漏极；所述N-MOS管Q13和所述N-MOS管Q14的源极均接地；所述P-MOS管Q8、所述P-MOS管Q9、所述N-MOS管Q13和所述N-MOS管Q14的栅极均连接所述与非逻辑电路13；所述P-MOS管Q10和所述P-MOS管Q11的源极均接所述电源电路14；所述P-MOS管Q10的漏极连接所述N-MOS管Q15的漏极，所述P-MOS管Q11的漏极连接所述N-MOS管Q16的漏极；所述N-MOS管Q15和所述N-MOS管Q16的源极均接地；所述P-MOS管Q10、所述P-MOS管Q11、所述N-MOS管Q15和所述N-MOS管Q16的栅极均连接所述与非逻辑电路13。

于本发明的一实施例中，所述P-MOS管Q8的漏极与所述N-MOS管Q13的漏极之间连接所述第一电机41的一端，所述P-MOS管Q9的漏极与所述N-MOS管Q14的漏极之间连接所述第一电机41的另一端；所述P-MOS管Q10的漏极与所述N-MOS管Q15的漏极之间连接所述第二电机的一端，所述P-MOS管Q11的漏极与所述N-MOS管Q16的漏极之间连接所述第二电机的另一端。

于本发明的一实施例中，所述与非逻辑电路13包括：逻辑芯片U1、逻辑芯片U2和逻辑芯片U3，所述逻辑芯片U1的引脚3接所述P-MOS管Q8的栅极，引脚6接所述P-MOS管Q9的栅极，引脚8接所述P-MOS管Q10的栅极，引脚11接所述P-MOS管Q11的栅极；所述逻辑芯片U1的引脚1连接所述电阻R15的输出端；所述逻辑芯片U1的引脚2、引脚5相连后接所述电阻R32的输出端；所述逻辑芯片U1的引脚4连接所述电阻R17的输出端；所述逻辑芯片U1的引脚13、引脚10相连后接所述电阻R33的输出端；所述逻辑芯片U1的 引脚12连接所述电阻R23的输出端，引脚9连接所述电阻R21的输出端，引脚7接所述电源电路14，引脚14外接电源；所述逻辑芯片U2的引脚3接所述N-MOS管Q13的栅极，引脚6接所述N-MOS管Q14的栅极，引脚8接所述N-MOS管Q15的栅极，引脚11接所述N-MOS管Q16的栅极；所述逻辑芯片U2的引脚2和引脚5相连后与所述逻辑芯片U3连接；所述逻辑芯片U2的引脚10、引脚13相连后接所述逻辑芯片U3，同时依次串联电阻R30和电阻R37后接地，且所述电阻R30和电阻R37之间连接所述二极管D8和所述二极管D10的输出端；所述逻辑芯片U2的引脚4连接所述耦合器U6中光敏三极管的发射极，引脚9连接所述耦合器U7中光敏三极管的发射极，引脚4连接所述耦合器U9中光敏三极管的发射极，引脚12连接所述耦合器U10中光敏三极管的发射极，引脚14接所述电源电路14，引脚7接地；所述逻辑芯片U3的引脚1和引脚2相连后与所述逻辑芯片U2的引脚2、引脚5连接，同时依次串联电阻R38、电阻R28后接地，且所述电阻R38与所述电阻R28之间连接所述二极管D7和所述二极管D9的输出端；所述逻辑芯片U3的引脚4、引脚5相连后分别与所述逻辑芯片U2的引脚10、引脚13相连；所述逻辑芯片U3的引脚3串联电阻R39后连接所述二极管D11的输出端；所述逻辑芯片U3的引脚6串联电阻R40后连接所述二极管D12的输出端；所述逻辑芯片U3的引脚14接所述电源电路14，引脚7接地。

于本发明的一实施例中，所述逻辑芯片U1和所述逻辑芯片U3的型号均为74VHC00，所述逻辑芯片U2的型号为74VHC08。

图5显示为本发明直流电机驱动电路中电源电路图，所述电源电路14通过开关稳压集成电路LM2575转换后连接所述逻辑芯片U2的引脚14和所述逻辑芯片U3的引脚14；所述电源电路14通过三极管Q12和稳压二极管D13转换后连接所述逻辑芯片U1的引脚7。

于本发明的一实施例中，所述电源电路14包括24V转5V电路141和24V转18V电路142，通过开关稳压集成电路LM2575转换成5V电压给所述逻辑芯片U2和所述逻辑芯片U3供电；所述电源电路14通过三极管Q12和稳压二极管D13转换成18V电压给所述逻辑芯片U1提供基准电压，该电压相对于供电电源24V是低电平。

图6显示为本发明直流电机驱动电路中IDC10封装接口和电源输入接口示意图，其中P1为IDC10封装接口，P2为电源输入接口。

于本发明的一实施例中，所述单片机2发送的PWM控制信号分别接入所述IDC10封装接口P1的引脚ENA和引脚ENB。正反转控制信号可串联限位开关，不仅可以控制电机的正转、反转以及制动，而且还可以调节两个直流电机的转速。

图7显示为本发明直流电机驱动电路的输出接口示意图，其中P3和P4为驱动电路的两 路输出接。

于本发明的一实施例中，所述驱动电路1还包括用于指示电路工作是否正常的指示电路15，如图8所示，为本发明直流电机驱动电路1中指示电路15示意图，所述指示电路15包括依次串联的电阻和发光二极管。

综上所述，本发明支持绝大多数单片机直接驱动，使能信号外接单片机输出的PWM信号，正反转控制信号串联限位开关，不仅可以控制电机的正转、反转以及制动，而且还可以调节两个直流电机的转速；每路都支持三线控制使能，采用大功率H桥原理控制正反转及制动；采用光电隔离，保证单片机控制电路的稳定，解决了大功率直流电机的驱动问题，使直流电机能在各种场合安全稳定高效的工作。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，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发明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，仍应由本发明的权利要求所涵盖。