用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路的制作方法

本发明涉及电机技术，尤其涉及一种用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路。

背景技术：

机器人手臂有大量的压力、温度、感磁等密集的传感器，为了不影响其他部分的正常工作，电机的正常启动工作尤为重要。一般电机具有主机、励磁机以及永磁发电机(PMG)，各自具有定子和转子，每个转子安装到公共轴，一般异步模式启动的主机，方法是将启动电流施加到所述主机的所述定子，以在主转子的阻尼绕组中感生阻尼电流，从而产生使所述公共轴旋转的启动扭矩；以同步模式运行的主机，方法是将运行电流从所述励磁机转子供应到所述主机转子。然而，现有的电机启动电路不能满足工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动要求，容易发生故障。

技术实现要素：

在下文中给出了关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

鉴于此，本发明提供了一种用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路，以至少解决现有的电机启动电路不能满足工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动要求，容易发生故障的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路，所述启动电路包括电源转换模块、主控模块、转换电路模块、电压传感器和逻辑电路模块；所述电源转换模块包括整流子模块和滤波子模块，所述整流子模块用于将输入的交流信号调整为直流信号，所述滤波子模块用于对所述整流子模块得到的直流信号进行滤波以使该直流信号的波形变为平稳直流波形的电信号后发送给所述主控模块；所述主控模块用于将从所述电源转换模块接收到的信号进行预处理后发送给所述转换电路模块；所述转换电路模块用于：在切换至第一工作模式时，对所述主控模块发来的信号进行电压放大、滤波以及相位补偿，以将经过所述电压放大及滤波以及相位补偿后的信号作为启动信号发送给电机的工作电容；在切换至第二工作模式时，对所述主控模块发来的信号进行电流放大、滤波以及相位补偿，以将经过所述电流放大及滤波以及相位补偿后的信号作为启动信号发送给电机的工作电容；在切换至第三工作模式时，对所述主控模块发来的信号进行功率放大、滤波以及相位补偿，以将经过所述功率放大及滤波以及相位补偿后的信号作为启动信号发送给电机的工作电容；电压传感器用于检测所述工作电容两端的电压；所述逻辑电路模块用于在所述工作电容两端的电压超出预设范围之外的情况下，向所述主控模块发送反馈信号，以通过所述主控模块来调整所述启动信号；其中，所述电机的定子副绕组与工作电容串联后再与定子主绕组并联。

进一步地，所述逻辑电路模块用于：当所述工作电容两端的电压大于所述预设范围中最大值时向所述主控模块发送第一信号作为反馈信号，以使所述主控模块在接收到所述第一信号后将所述转换电路模块的放大倍数向下调节预定值；以及当所述工作电容两端的电压小于所述预设范围中最小值时向所述主控模块发送第二信号作为反馈信号，以使所述主控模块在接收到所述第二信号后将所述转换电路模块的放大倍数向上调节预定值。

进一步地，所述电源转换模块还包括变压子模块，所述变压子模块用于在所述整流模块进行处理之前，对所述输入的交流信号先进行变压在将变压后得到的信号发送给所述整流模块进行处理。

进一步地，所述转换电路模块包括多路可控开关、第一转换电路子模块、第三转换电路子模块和第五转换电路子模块；其中，所述多路可控开关包括第一开关、第三开关和第五开关；所述第一转换电路子模块包括第一电流跟随单元、电流放大电路单元、第二电流跟随单元、第一带通滤波电路和第一相位补偿电路，所述第一电流跟随单元的输入端经由所述第一开关连接所述主控模块的第一输出端，所述第一电流跟随单元的输出端连接所述电流放大电路单元的输入端，所述电流放大电路单元的输出端连接所述第二电流跟随单元的输入端，所述第二电流跟随单元连接所述第一带通滤波电路的输入端，所述第一带通滤波电路的输出端连接所述第一相位补偿电路的输入端，所述第一相位补偿电路的输出端连接所述工作电容，所述主控模块的电流放大控制端连接所述电流放大电路单元的放大控制端，以及所述主控模块的第一带通滤波控制端连接所述第一带通滤波电路的滤波控制端；所述第三转换电路子模块包括第一电压跟随单元、电压放大电路单元、第二电压跟随单元、第三带通滤波电路和第三相位补偿电路，所述第一电压跟随单元的输入端经由所述第三开关连接所述主控模块的第三输出端，所述第一电压跟随单元的输出端连接所述电压放大电路单元的输入端，所述电压放大电路单元的输出端连接所述第二电压跟随单元的输入端，所述第二电压跟随单元连接所述第三带通滤波电路的输入端，所述第三带通滤波电路的输出端连接所述第三相位补偿电路的输入端，所述第三相位补偿电路的输出端连接所述工作电容，所述主控模块的电压放大控制端连接所述电压放大电路单元的放大控制端，以及所述主控模块的第三带通滤波控制端连接所述第三带通滤波电路的滤波控制端；所述第五转换电路子模块包括第一跟随器、功率放大单元、第二跟随器、第五带通滤波电路和第五相位补偿电路，所述第一跟随器的输入端经由所述第五开关连接所述主控模块的第五输出端，所述第一跟随器的输出端连接所述功率放大单元的输入端，所述功率放大单元的输出端连接所述第二跟随器的输入端，所述第二跟随器连接所述第五带通滤波电路的输入端，所述第五带通滤波电路的输出端连接所述第五相位补偿电路的输入端，所述第五相位补偿电路的输出端连接所述工作电容，所述主控模块的功率放大控制端连接所述功率放大单元的放大控制端，以及所述主控模块的第五带通滤波控制端连接所述第五带通滤波电路的滤波控制端。

进一步地，所述转换电路模块还包括第二转换电路子模块和第四转换电路子模块，所述多路可控开关还包括第二开关和第四开关；所述第二转换电路子模块包括第三电流跟随单元、电流型变频单元、第四电流跟随单元、第二带通滤波电路和第二相位补偿电路，所述第三电流跟随单元的输入端经由所述第二开关连接所述主控模块的第二输出端，所述第三电流跟随单元的输出端连接所述电流型变频单元的输入端，所述电流型变频单元的输出端连接所述第四电流跟随单元的输入端，所述第四电流跟随单元连接所述第二带通滤波电路的输入端，所述第二带通滤波电路的输出端连接所述第二相位补偿电路的输入端，所述第二相位补偿电路的输出端连接所述工作电容，所述主控模块的电流变频控制端连接所述电流型变频单元的变频控制端，以及所述主控模块的第二带通滤波控制端连接所述第二带通滤波电路的滤波控制端；所述第四转换电路子模块包括第三电压跟随单元、电压型变频单元、第四电压跟随单元、第四带通滤波电路和第四相位补偿电路，所述第三电压跟随单元的输入端经由所述第四开关连接所述主控模块的第四输出端，所述第三电压跟随单元的输出端连接所述电压型变频单元的输入端，所述电压型变频单元的输出端连接所述第四电压跟随单元的输入端，所述第四电压跟随单元连接所述第四带通滤波电路的输入端，所述第四带通滤波电路的输出端连接所述第四相位补偿电路的输入端，所述第四相位补偿电路的输出端连接所述工作电容，所述主控模块的电压变频控制端连接所述电压型变频单元的变频控制端，以及所述主控模块的第四带通滤波控制端连接所述第四带通滤波电路的滤波控制端。

本发明的用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路，主要针对微型特种电机，应用于机器人工作所需的微型电机的合理化启动，出于高精度，高精准的操作，采用大量感压和感流传感器，实现对信号的调控功能和电机的保护，实现电机的精准启动，保证电信号的精度化和平稳性。本发明能够用于工业机器人的机械手臂的驱动，

本发明的用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路能够根据电机的几种启动的要求进行不同方式的启动。

此外，机器人手臂有大量的压力，温度，感磁等大量密集的传感器，为了不影响其他部分的正常工作，电机的正常启动工作尤为重要。本发明的用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路通过添加一个反馈环节，电机本身的工作电容和与电机的副相绕组串联连接，后再与电机的主相绕组并联连接，启动电容与可控开关相连接，可控开关与单片机相连接。一旦启动工作中工作电容的电压过高，单片机接到信号，会触发开关，中断操作，起到保护作用，避免影响其他传感器的工作。

通过以下结合附图对本发明的最佳实施例的详细说明，本发明的这些以及其他优点将更加明显。

附图说明

本发明可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本发明的优选实施例和解释本发明的原理和优点。在附图中：

图1是示意性地示出本发明的用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路的一个示例的结构图；

图2是示意性的示出图1所示的转换电路模块的一种可能结构的框图；

图3A是示意性的示出图2中的第一转换电路子模块的一种具体结构的电路图；

图3B是示意性的示出图2中的第三转换电路子模块的一种具体结构的电路图；

图3C是示意性的示出图2中的第五转换电路子模块的一种具体结构的电路图；

图4是示意性的示出图1所示的转换电路模块的另一种可能结构的框图。

本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本发明实施例的理解。

具体实施方式

在下文中将结合附图对本发明的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

本发明的实施例提供了一种用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路。图1示出了本发明的用于工业机器人机械手臂的微型特种电机的启动电路的一个示例性结构。该启动电路包括电源转换模块1、主控模块2、转换电路模块3、电压传感器5和逻辑电路模块6。

如图1所示，电源信号经电源转换模块1后，将平稳的直流信号输送给主控模块2(如主控板STM32)，从主控模块2输出的交流信号经过转换电路模块3处理后输送给工作电容4。其中，转换电路模块3对主控模块2输出的交流信号进行处理的过程中，通过诸如相位补偿电路等模块实现对交流信号的相位补偿，从而能够将完美的交流信号输送给工作电容4。

电源转换模块1包括整流子模块和滤波子模块，整流子模块用于将输入的交流信号调整为直流信号(使交流的正玄波调整到的X轴上方)，滤波子模块用于对整流子模块得到的直流信号进行滤波以使该直流信号的波形变为平稳直流波形的电信号后发送给主控模块2。其中，整流子模块例如由二极管构成，其整流方式例如采用全波整流(桥式整流，有专门的元件或用4个二极管)。

工作环境的不定，外界环境的电源可能不匹配电机的正常启动，加上外界电磁干扰的影响，因此可以采用小型的变压器装置，实现电压幅值的改变，并通过一个整流滤波电路，实现交流电转换成直流电，方便电机的平稳，尽可能在信号的源头减少谐波的影响。这样，根据一个实现方式，电源转换模块1还可以包括变压子模块，变压子模块用于在整流模块进行处理之前，对输入的交流信号先进行变压在将变压后得到的信号发送给整流模块进行处理。

由此，通过电源转换模块1能够对外界不符合要求的电源信号进行处理，如将交流信号转变成直流信号，进行幅值改变，进行一次滤波，除去噪声信号。

主控模块2用于将从电源转换模块1接收到的信号进行预处理后发送给转换电路模块3。主控模块2例如可以对从电源转换模块1接收到的信号进行以下预处理：检测接收到的以上电信号的频率，并当该电信号的频率与参考频率之差大于预设差值时，对该电信号进行二次滤波。其中，参考频率、预设差值例如可以根据经验来设定，或者也可以通过试验的方法来确定，这里不再赘述。又如，主控模块2也可以对传输过来的电信号进行分析和处理，主要对幅值和频率进行监控，如果频率与正常频率有较大的不同，说明有外界谐波掺杂，给出滤波指令，进行二次滤波。主控模块2例如可以采用信号处理芯片STM32构成，STM32芯片本身属于集成电路，上面有D/A环节和滤波环节，从控制电路输出的交流信号本身是平稳的信号，在信号的源头消除了电磁干扰和谐波的影响。

转换电路模块3用于：在切换至第一工作模式时，对所述主控模块发来的信号进行电压放大、滤波以及相位补偿，以将经过所述电压放大及滤波以及相位补偿后的信号作为启动信号发送给电机的工作电容4；在切换至第二工作模式时，对所述主控模块发来的信号进行电流放大、滤波以及相位补偿，以将经过所述电流放大及滤波以及相位补偿后的信号作为启动信号发送给电机的工作电容4；在切换至第三工作模式时，对所述主控模块发来的信号进行功率放大、滤波以及相位补偿，以将经过所述功率放大及滤波以及相位补偿后的信号作为启动信号发送给电机的工作电容4。

其中，第一工作模式对应于电压启动模式(对应于下文中的第一转换电路子模块3-1)，第二工作模式对应于电流启动模式(对应于下文中的第三转换电路子模块3-3)，而第三工作模式对应于功率启动模式(对应于下文中的第五转换电路子模块3-5)。

此外，如图1所示，电压传感器5用于检测工作电容4两端的电压(例如，电压传感器5为设置在工作电容4上的贴片传感器)。逻辑电路模块6用于在工作电容4两端的电压超出预设范围之外的情况下，向主控模块2发送反馈信号，以通过主控模块2来调整启动信号。其中，电机的定子副绕组与工作电容4串联后再与定子主绕组并联。

电源转换模块1连接主控模块2，主控模块2连接转换电路模块3，转换电路模块3连接电机的工作电容4，而工作电容4上设有电压传感器5以检测工作电容4两端的电压。此外，电压传感器5连接逻辑电路模块6，以将其检测到的电压发给逻辑电路模块6。逻辑电路模块6连接主控模块2。

主控模块2可以实现以下功能：1)对电源转换模块1传输过来的电信号进行分析和处理，在集成芯片中，进行信号的整形、滤波和D/A转换，输出平稳的交变信号，输出端连接转换电路(即转换电路模块3)，实现信号的输入操作；2)对电信号幅值和频率进行监控，并与逻辑电路模块6相连，接收逻辑电路传输过来的信号，给出及时的应答指令；3)输入通道的选取，根据电机的启动需求，如果需要频率的改变，采用变频器电路的通道进行输入，还分电流和电压变频俩个环节；如果需要大的电压，采取大电压通道；如果要大电流，采用大电流通道。

特种微型电机具有定子和主副绕组，启动信号(如启动电流或电压等)传输到定子主副绕组上，将在阻尼绕组中产生感应的阻尼电流，进而有磁压升，产生一个启动的转矩，转轴运转，电机会有转速的变化；同时，主控模块2会对电信号进行时时的调控，完成电机的顺利启动。工作电源分别给主绕组和副绕组供电以使电机通电，电机的转速逐渐升高以使工作电容的两端电压变大，并在工作电容的两端电压大于第一预设电压时，可控开关断开使启动电容停止工作，电机完成启动。第一预设电压例如可以根据经验值设定，也可通过试验的方法来确定，这里不再赘述。

电压检测模块(即电压传感器5)对工作电容两端电压进行实时地检测，当检测的工作电容两端电压超出预设范围之外的情况下，逻辑电路模块6向主控模块2发出反馈信号。其中，预设范围例如可以根据经验值来设定，或者，也可以通过试验的方法来确定，这里不再赘述。主控模块2在接收到反馈信号的情况下，根据该反馈信号对转换电路模块3进行调节(如调节放大倍数，滤波带宽等)，进而实现对启动信号的调整。

根据一种实现方式，当工作电容的端电压大于安全电压时，判定其“超出预设范围之外”，这样，断开电源开关，切换到大电阻电路，实现电流的切断，保护电机的绕组不会烧坏。所有环节均与总线DC相连接，实现数据的时时传递，和信号的快速处理。

根据另一种实现方式，“超出预设范围之外”存在两种情形，一种是大于预设范围中的最大值(也可以说，大于预设范围内所有值)，另一种是小于预设范围中的最小值(也可以是，小于预设范围内所有值)。

当工作电容两端电压大于预设范围中的最大值时，逻辑电路模块6向主控模块2发送第一信号，将第一信号作为反馈信号。这样，主控模块2接收到第一信号(作为反馈信号)时，例如可以调整启动信号以使工作电容两端电压减小，如可以将转换电路模块3的放大倍数向下调节预定值(比如从当前档位向下调节一个档位)。调整启动信号时如可采用预设步长进行分次调整，每次调整完启动信号后，再判断当前的工作电容两端电压是否在预设范围内，若其仍大于预设范围中的最大值，则继续进行上述调整，直至工作电容两端电压落入预设范围内为止。

此外，当工作电容两端电压小于预设范围中的最小值时，逻辑电路模块6向主控模块2发送第二信号，将第二信号作为反馈信号。这样，向主控模块2接收到第二信号(作为反馈信号)时，例如可以调整启动信号以使工作电容两端电压增大，如可以将转换电路模块3的放大倍数向上调节预定值(比如从当前档位向上调节一个档位)。其中，调整启动信号时如可采用预设步长进行分次调整，每次调整完启动信号后，再判断当前的工作电容两端电压是否在预设范围内，若其仍小于预设范围中的最小值，则继续进行上述调整，直至工作电容两端电压落入预设范围内为止。

换句话说，在该实现方式中，逻辑电路模块6主要接收来自滤波电路的电信号，对信号进行逻辑比较，如果检测电压、电流的幅值或者电信号的频率大于安全阈值时，会输出应答给主控模块2的控制芯片STM32，给出终端执行指令，可控开关将断开电源开关，切换到大电阻电路，实现电流的切断，避免大的冲击电信号烧坏电机；如果检测未满足工作需要，给出相应应答指令，主控模块2会加大信号的强度。

需要说明的是，若某次调整前，工作电容两端电压大于预设范围中的最大值，而该次调整后，工作电容两端电压却小于预设范围中的最小值(或者，该次调整前工作电容两端电压却小于预设范围中的最小值，而该次调整后工作电容两端电压大于预设范围中的最大值)，则可以通过将步长减小的方式继续进行调整。

根据一个实现方式，如图2所示，转换电路模块3包括多路可控开关、第一转换电路子模块3-1、第三转换电路子模块3-3和第五转换电路子模块3-5；其中，多路可控开关包括第一开关K1、第三开关K3和第五开关K5。其中，选择闭合第一开关K1，而断开第三开关K3和第五开关K5，则接通第一转换电路子模块3-1；选择闭合第三开关K3，而断开第一开关K1和第五开关K5，则接通第三转换电路子模块3-3；选择闭合第五开关K5，而断开第一开关K1和第三开关K3，则接通第五转换电路子模块3-5。

第一转换电路子模块3-1适用于需要电流信号作为启动信号的情况。第一转换电路子模块3-1包括第一电流跟随单元3-1-1、电流放大电路单元3-1-2、第二电流跟随单元3-1-3、第一带通滤波电路3-1-4和第一相位补偿电路3-1-5，第一电流跟随单元3-1-1的输入端经由第一开关K1连接主控模块2的第一输出端，第一电流跟随单元3-1-1的输出端连接电流放大电路单元3-1-2的输入端，电流放大电路单元3-1-2的输出端连接第二电流跟随单元3-1-3的输入端，第二电流跟随单元3-1-3连接第一带通滤波电路3-1-4的输入端，第一带通滤波电路3-1-4的输出端连接第一相位补偿电路3-1-5的输入端，第一相位补偿电路3-1-5的输出端连接工作电容，主控模块2的电流放大控制端连接电流放大电路单元3-1-2的放大控制端，以及主控模块2的第一带通滤波控制端连接第一带通滤波电路3-1-4的滤波控制端。

例如，第一转换电路子模块3-1可以具有如图3A所示的电路结构。如图3A所示，第一转换电路子模块3-1对应于电流启动模式，其由跟随电路(即第一电流跟随单元3-1-1)、电流放大电路(即电流放大电路单元3-1-2)、跟随电路(即第二电流跟随单元3-1-3)、带通滤波电路(即第一带通滤波电路3-1-4)和相位补偿电路(即第一相位补偿电路3-1-5)组成。其中，相位补偿电路的作用是补偿电信号的相位，减小RC组合电路网络带来的振荡影响。

如图3A所示，对于电流启动模式，转换电路模块3通过闭合第一开关K1而关闭其他开关来执行第一转换电路子模块3-1的处理。其中，R表示电阻，而C表示电容。在第一转换电路子模块3-1中，跟随电路由R1位于正相端，R2位于反相端，以及放大器构成。电流放大电路由R3、R4、R5、R6、R7、R8.以及俩个反相放大器构成和程控放大电路由四路模拟开关(由电阻R9、R10、R11、R12，可控开关构成)，R13、R14以及一个反相放大器构成。跟随电路位于正相端的R15，反相端的R16.以及放大器构成。带通滤波电路由二路可控开关(电阻R18、R19可控开关构成)，R17、R20、R21、R22、R23、C1、C2，RC网络电路以及放大器构成。相位补偿电路R24、R25、R26、R27、C3、C4、RC网络电路以及放大器构成。其中，A1-A7为对应的正向放大器和反向放大器。

第三转换电路子模块3-3适用于需要电压信号作为启动信号的情况。第三转换电路子模块3-3包括第一电压跟随单元3-3-1、电压放大电路单元3-3-2、第二电压跟随单元3-3-3、第三带通滤波电路3-3-4和第三相位补偿电路3-3-5，第一电压跟随单元3-3-1的输入端经由第三开关K3连接主控模块2的第三输出端，第一电压跟随单元3-3-1的输出端连接电压放大电路单元3-3-2的输入端，电压放大电路单元3-3-2的输出端连接第二电压跟随单元3-3-3的输入端，第二电压跟随单元3-3-3连接第三带通滤波电路3-3-4的输入端，第三带通滤波电路3-3-4的输出端连接第三相位补偿电路3-3-5的输入端，第三相位补偿电路3-3-5的输出端连接工作电容，主控模块2的电压放大控制端连接电压放大电路单元3-3-2的放大控制端，以及主控模块2的第三带通滤波控制端连接第三带通滤波电路3-3-4的滤波控制端。

例如，第三转换电路子模块3-3可以具有如图3B所示的电路结构。如图3B所示，第三转换电路子模块3-3对应于电压启动模式，其由跟随电路(即第一电压跟随单元3-3-1)、PID调控电路，跟随电路(即第二电压跟随单元3-3-3)，程控放大电路，带通滤波电路(即第三带通滤波电路3-3-4)，相位补偿电路(即第三相位补偿电路3-3-5)。在图3B中，PID调控电路和程控放大电路相当于实现电压放大电路单元3-3-2。如图3B所示，跟随电路由R30、R28、R29、C5、C6RC网络电路和放大器电路构成。PID调控电路由电阻R31、R34位于放大器反相端，R32位于放大器正相端，R37、R33、C7位于放大器反相端，R35位于放大器反相端；R49、R52位于放大器反相端，R50、R51位于放大器正相端，R53、R54、C8、RC网络电路和放大器；四路模拟开关电路电阻R40、R41、R42、R43、R44、R45加上放大器构成。跟随电路由R48位于放大器正相端，R46位于反相端构成。带通滤波电路电阻R55、R56、R57、R58、R59、C9、C10，RC网络电路，放大器构成。相位补偿电路由二路可控开关电路，R60、R61、R62、R63、R64、C11、C12，RC网络电路，放大器构成。其中，A8-A17为对应的正向放大器和反向放大器。

第五转换电路子模块3-5适用于需要功率信号作为启动信号的情况。第五转换电路子模块3-5包括第一跟随器3-5-1、功率放大单元3-5-2、第二跟随器3-5-3、第五带通滤波电路3-5-4和第五相位补偿电路3-5-5，第一跟随器3-5-1的输入端经由第五开关K5连接主控模块2的第五输出端，第一跟随器3-5-1的输出端连接功率放大单元3-5-2的输入端，功率放大单元3-5-2的输出端连接第二跟随器3-5-3的输入端，第二跟随器3-5-3连接第五带通滤波电路3-5-4的输入端，第五带通滤波电路3-5-4的输出端连接第五相位补偿电路3-5-5的输入端，第五相位补偿电路3-5-5的输出端连接工作电容，主控模块2的功率放大控制端连接功率放大单元3-5-2的放大控制端，以及主控模块2的第五带通滤波控制端连接第五带通滤波电路3-5-4的滤波控制端。

例如，第五转换电路子模块3-5可以具有如图3C所示的电路结构。如图3C所示，第五转换电路子模块3-5对应于功率启动模式，其由跟随电路(即第一跟随器3-5-1)、电桥放大电路(即功率放大单元3-5-2)、跟随电路(即第二跟随器3-5-3)、带通滤波电路(即第五带通滤波电路3-5-4)以及相位补偿电路组成(即第五相位补偿电路3-5-5)。在图3C中，跟随电路由正相端的R65、反相端R66放大器构成。电桥放大电路由R67、R68、R69、R70电阻网络，四路模拟开关电路由R71、R72、R73、R74、R75、R76、放大器构成。跟随电路由R76、R77放大器构成。带通滤波电路由二路可控开关电路由R79、R80、R78、R81、R83、R84、C13、C14,RC网络电路，和放大器构成。相位补偿电路R85、R86、R87、R88、C15、C16，RC网络电路和放大器构成。其中，A18-A22为对应的正向放大器和反向放大器。

根据另一个实现方式，如图4所示，转换电路模块3除了包括第一转换电路子模块3-1、第三转换电路子模块3-3和第五转换电路子模块3-5之外，还可以包括第二转换电路子模块3-2和第四转换电路子模块3-4；此外，多路可控开关除了包括第一开关K1、第三开关K3和第五开关K5之外，还可以包括第二开关K2和第四开关K4。

第二转换电路子模块3-2适用于需要电流变频信号作为启动信号的情况。第二转换电路子模块3-2包括第三电流跟随单元3-2-1、电流型变频单元3-2-2、第四电流跟随单元3-2-3、第二带通滤波电路3-2-4和第二相位补偿电路3-2-5，第三电流跟随单元3-2-1的输入端经由第二开关K2连接主控模块2的第二输出端，第三电流跟随单元3-2-1的输出端连接电流型变频单元3-2-2的输入端，电流型变频单元3-2-2的输出端连接第四电流跟随单元3-2-3的输入端，第四电流跟随单元3-2-3连接第二带通滤波电路3-2-4的输入端，第二带通滤波电路3-2-4的输出端连接第二相位补偿电路3-2-5的输入端，第二相位补偿电路3-2-5的输出端连接工作电容，主控模块2的电流变频控制端连接电流型变频单元3-2-2的变频控制端，以及主控模块2的第二带通滤波控制端连接第二带通滤波电路3-2-4的滤波控制端；

第四转换电路子模块3-4适用于需要电压变频信号作为启动信号的情况。第四转换电路子模块3-4包括第三电压跟随单元3-4-1、电压型变频单元3-4-2、第四电压跟随单元3-4-3、第四带通滤波电路3-4-4和第四相位补偿电路3-4-5，第三电压跟随单元3-4-1的输入端经由第四开关K4连接主控模块2的第四输出端，第三电压跟随单元3-4-1的输出端连接电压型变频单元3-4-2的输入端，电压型变频单元3-4-2的输出端连接第四电压跟随单元3-4-3的输入端，第四电压跟随单元3-4-3连接第四带通滤波电路3-4-4的输入端，第四带通滤波电路3-4-4的输出端连接第四相位补偿电路3-4-5的输入端，第四相位补偿电路3-4-5的输出端连接工作电容，主控模块2的电压变频控制端连接电压型变频单元3-4-2的变频控制端，以及主控模块2的第四带通滤波控制端连接第四带通滤波电路3-4-4的滤波控制端。

例如，根据标牌和电机的工作需求，可以在STM32中写个程序，手动一个按键，按键对应各种信号，1常规电压放大工作模式(相当于上文中的第一工作模式)，2变频电压放大工作模式，3常规电流放大工作模式(相当于上文中的第二工作模式)，4变频电流放大工作模式，5功率放大工作模式(相当于上文中的第三工作模式)。

根据一个实现方式，逻辑电路模块6可以执行如下处理：当工作电容两端的电压大于预设范围中最大值时向主控模块2发送第一信号作为反馈信号，以使主控模块2在接收到第一信号后将转换电路模块3的放大倍数向下调节预定值；以及当工作电容两端的电压小于预设范围中最小值时向主控模块2发送第二信号作为反馈信号，以使主控模块2在接收到第二信号后将转换电路模块3的放大倍数向上调节预定值。

需要说明的是，对于变频器方式的电机功能启动，在变频器电路中，主电路是给异步电动机提供调压调频电源的电力变换部分，变频器的主电路大体上可分为两类，电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容。电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器。正常的电信号的频率为50HZ，根据电机的工作需要，进行变频器电路的设计，当电机需要不在满负荷下工作的要求，使用变频调速时，通过电信号的频率改变，进而影响电机的转速，可以实现电机的启动。本次设计的电机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。

为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)，这个过程叫整流。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。

此外，还需要说明书的是，对于功率放大，利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大，就完成了功率放大。

另外，对于电压跟随而言，电压跟随器的输出电压与输入电压是相同的，电压放大倍数恒小于且接近1。电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆。做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。另外一个作用就是隔离，电路置于前级和功放之间，可以切断电磁干扰产生的反电动势。

由此可知，转换电路模块3主要由跟随器、放大电路及滤波电路构成，对从主控模块2输出的电信号，跟随器电路主要作为电路的局部缓冲和信号的隔离，尽可能较少外界谐波干扰，提高精度；放大电路分别对电流和电压进行幅值的改变，实现大电压和大电流的输出；变频器电路对电流和电压的频率进行改变，进而会影响电机的转速，可以进行节能启动电机；滤波电路，主要对传输过来的电信号进行滤波操作，降低外界干扰提高精度；输出端与逻辑电路模块6相连接。

尽管根据有限数量的实施例描述了本发明，但是受益于上面的描述，本技术领域内的技术人员明白，在由此描述的本发明的范围内，可以设想其它实施例。此外，应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。因此，在不偏离所附权利要求书的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。对于本发明的范围，对本发明所做的公开是说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求书限定。