一种驱动器的制作方法

本发明属于直流电机控制领域，尤其涉及一种驱动器。

背景技术：

目前在直流电机驱动器这方面，主要有两种思路：一种是采用数字电路，通过微处理器采集电机反馈的电流，在微处理器内完成闭环算法，然后通过功率放大电路控制电机，但是这种思路因为直流电机在很多场合受到的扰动很大，噪声经常是很大的，如果微处理器的采集效果不好，经常会出现采集到的电流不准确的问题，很难把精度提上去；另一种思路是通过模拟电路搭建电流环pid运算，然后设计自举电路，设计死区电路，连接功率放大芯片等运算，这种方案达到的效果很好，但是电路很复杂，开发的成本也很高，对于不同要求的直流电机，通用性很差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：目前采用的直流电机存在扰动大，噪声大，采集不准确，精度低；或者电路复杂，开发的成本高，对于不同要求的直流电机，通用性差等问题。

为解决上面的技术问题，本发明提供了一种驱动器，该驱动器包括：依次连接的电流环pid运算模块、信号变化模块、pwm产生模块、电路保护模块、互锁保护模块和功率放大模块；

所述电流环pid运算模块，用于对预设信号和直流电机反馈的电流信号进行pid运算，输出控制信号；

所述信号变化模块，用于根据由所述pwm产生模块产生的三角波信号，对所述控制信号进行比例运算，输出调节信号；

所述pwm产生模块，用于根据所述调节信号和所述三角波信号，输出脉冲宽度调制信号至所述电路保护模块；

所述电路保护模块，用于判断直流电机反馈的电流值是否小于预设电流阈值，若小于，则输出所述脉冲宽度调制信号至所述互锁保护模块；

所述互锁保护模块，用于根据所述脉冲宽度调制信号和外部输入的信号，闭合其内部任一高速光耦，以便将所述脉冲宽度调制信号通过所述高速光耦输出至所述功率放大模块；

所述功率放大模块，用于将所述脉冲宽度调制信号放大以便驱动所述直流电机转动。

本发明的有益效果：通过上述的驱动器，在电流环pid运算模块中进行馈进行比例运算，可以提高系统的响应，减小跟踪误差，同时还可以消除静态误差，加快了动态响应，其次采用内部的三角波来实现pwm的产生，使得pwm波形稳定，精度高，再其次利用高速光耦实现互锁，使得上下两个igbt不可能同时导通的功能，既简化了电路，又提高了系统的可靠性。

进一步地，所述电流环pid运算模块包括：依次连接的第一运放电路和第二运放电路；

所述第一运放电路包括：第一放大器和第一滑动电阻器；所述第一放大器的负输入端接入直流电机反馈的电压信号，所述第一放大器的正输入端接地，所述第一放大器的输出端与所述第一滑动电阻器的一端连接，所述第一滑动电阻器的另一端与所述第一放大器的负输入端连接；

所述第二运放电路包括：第二放大器和第二滑动电阻器；

所述第二放大器的负输入端与所述第一放大器的输出端连接，所述第一放大器的正输入端接地，所述第二放大器的输出端与所述第二滑动电阻器的一端连接，所述第二滑动电阻器的另一端与所述第二放大器的负输入端连接。

上述进一步地有益效果：在电流环pid运算模块中根据直流电机反馈的电流进行比例运算，通过可以调节滑动变阻器来调节放大倍数，提高系统的响应，减小跟踪误差，还可以消除静态误差，加快动态响应。

进一步地，在所述第一滑动电阻器与所述第一放大器的负输入端之间串联至少一个固定电阻；在所述第二滑动电阻器与所述第二放大器的输出端之间串联至少一个固定电阻；在所述第二放大器的输出端与所述第二放大器的负输入端之间并联至少一个电容。

进一步地，所述信号变化模块包括：依次连接的2个运放电路；其中所述2个运放电路中的一个运放电路的负输入端与所述第二放大器的输出端连接，另一个运放电路的输出端与所述pwm产生模块连接。

上述进一步地有益效果：可以将控制量与后面的pwm产生电路进行匹配，提高了精度，大大降低了后续出现的误差。

进一步地，所述信号变化模块包括：依次连接的第三运放电路、第四运放电路和第五运放电路；

所述第三运放电路的负输入端与所述第二放大器的输出端连接，所述第三运放电路的正输入端接地，所述第三运放电路的输出端与所述第四运放电路的负输入端连接；

所述第四运放电路的正输入端接地，所述第四运放电路的输出端与所述第五运放电路的负输入端连接；

所述第五运放电路的正输入端接地，所述第五运放电路的输出端与所述pwm产生模块连接；

所述第三运放电路的负输入端与所述第三运放电路的输出端之间串联第三滑动电阻器。

进一步地，在所述第四运放电路的负输入端与所述第四运放电路的输出端之间并联至少一个固定电阻；

在所述第五运放电路的负输入端与所述第五运放电路的输出端之间并联至少一个固定电阻。

进一步地，在所述第三运放电路的正输入端与接地之间串联至少一个固定电阻；

在所述第四运放电路的正输入端与接地之间连接至少一个固定电阻；

在所述第五运放电路的正输入端与接地之间连接至少一个固定电阻。

进一步地，所述第四运放电路的负输入端还连接第六运放电路；其中所述第六运放电路的输出端与负输入端的共同连接点与所述第四运放电路的负输入端连接；所述第六运放电路的正输入端连接第四滑动电阻器；所述第四滑动电阻器的另一端与外部电源连接。

进一步地，所述功率放大模块包括：至少2个相互并联的绝缘栅双极型晶体管igbt。

上述进一步的有益效果：采用igcm20f60ga，这是一款将自举电路和igbt集成的一款芯片，集成了六个功率管，只需一个芯片就解决了上面的问题。一方面大大简化了设计的复杂性，简化了电路；同时可靠性大大提高，这款芯片内部也集成了保护电路，当发现电流过大或者功率管异常会自动切断电路，对电路进行保护，大大提高控制器的使用效率。

进一步地，所述电路保护模块包括：第七运放电路、光耦和门电路；所述第七运放电路的负输入端与外部电源连接；所述第七运放电路的正输入端接入直流电机反馈的电流；所述第七运放电路的输出端与所述光耦的一端连接；所述光耦的另一端与所述门电路的一端连接；所述门电路的另一端与所述互锁保护模块连接。

附图说明

图1为实施例1的一种驱动器的示意图；

图2为实施例2中的电流环pid运算模块的结构示意图；

图3为实施例3中的另一电流环pid运算模块的结构示意图；

图4为实施例5中的信号变化模块的结构示意图；

图5为实施例6中的另一信号变化模块的结构示意图；

图6为实施例8中的另一信号变化模块的结构示意图；

图7为实施例9中的绝缘栅双极型晶体管igbt的结构示意图；

图8为实施例9中的功率放大模块的结构示意图；

图9为实施例10中的电路保护模块的结构示意图；

图10为实施例10中的门电路的结构示意图；

图11为电流环pid运算模块的结构示意图；

图12为信号变化模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本实施例1提供的是一种驱动器，该驱动器包括：依次连接的电流环pid运算模块、信号变化模块、pwm产生模块、电路保护模块、互锁保护模块和功率放大模块；

所述电流环pid运算模块，用于对预设信号和直流电机反馈的电流信号进行pid运算，输出控制信号；

所述信号变化模块，用于根据由所述pwm产生模块产生的三角波信号，对所述控制信号进行比例运算，输出调节信号；

所述pwm产生模块，用于根据所述调节信号和所述三角波信号，输出脉冲宽度调制信号至所述电路保护模块；

所述电路保护模块，用于判断直流电机反馈的电流值是否小于预设电流阈值，若小于，则输出所述脉冲宽度调制信号至所述互锁保护模块；

所述互锁保护模块，用于根据所述脉冲宽度调制信号和外部输入的信号，闭合其内部任一高速光耦，以便将所述脉冲宽度调制信号通过所述高速光耦输出至所述功率放大模块；

所述功率放大模块，用于将所述脉冲宽度调制信号放大以便驱动所述直流电机转动。

需要说明的是，驱动器需要实现的是接收来自控制器输出的控制量--da模拟量和伺服on信号，然后进行电流闭环，经过信号变换，然后把信号变换的输出传递给tl494来完成pwm的产生，然后将pwm输出给igcm20f60ga，对直流电机进行控制，并将直流电机运行的状态返回给控制器。首先，驱动器接收直流电机反馈的电流信号，然后对这些电流信号进行闭环的pid运算，运算后输出控制信号给信号控制模块，信号控制模块就会根据在该pwm产生模块产生的三角波信号，对控制信号进行比例运算，输出调节信号，其中信号控制模块主要是为了将控制量与后面的pwm产生电路进行匹配，具体是指因为该电流环pid运算模块的输出量是在正负10v之间控制量，因为需要与后面的pwm产生电路的三角波的0～2.7v进行匹配，所以就需要将正负10v变换为正负1.3v，然后再加上1.3v，就能够将正负10v对应到pwm产生的0～2.7v，这里的工作主要是为了对tl494的信号进行匹配。

接着，在pwm产生模块中会根据该调节信号和该三角波信号，输出脉冲宽度调制信号至该电路保护模块，其中在本实施例1中pwm产生模块主要是采用tl494芯片，内部可以产生三角波，通过与该电流环pid运算模块的控制量的输出进行比较，就可以得到宽度可调的(脉冲宽度调制信号)pwm信号了。

然后，在该驱动器中会设计一个电路保护模块，该电路保护模块防止因故障造成对电机的损坏，在电路中一共加入了两种保护：过电流和超速保护，当二者之一发生时，就会在给功率放大模块的pwm电路中全部使其占空比为0，以保护电路不被损坏。同时电路考虑了由控制器提供给驱动器伺服on信号，以确保在刚开始上电的时候电机发生意外的转动；并且在有错误发生的时候，马上终止pwm的产生，防止意外的发生。

最后，在功率放大模块之前还会设置一个互锁保护模块，该互锁保护模块是根据该脉冲宽度调制信号和外部输入的信号，闭合其内部任一高速光耦，以便将该脉冲宽度调制信号通过该高速光耦输出至该功率放大模块。

通过本实施例1中的驱动器，在电流环pid运算模块中进行馈进行比例运算，可以提高系统的响应，减小跟踪误差，同时还可以消除静态误差，加快了动态响应，其次采用内部的三角波来实现pwm的产生，使得pwm波形稳定，精度高，再其次利用高速光耦实现互锁，使得上下两个igbt不可能同时导通的功能，既简化了电路，又提高了系统的可靠性。

可选地，在另一实施例2中所述电流环pid运算模块包括：依次连接的第一运放电路和第二运放电路；

所述第一运放电路包括：第一放大器和第一滑动电阻器r23；所述第一放大器的负输入端接入直流电机反馈的电压信号，所述第一放大器的正输入端接地，所述第一放大器的输出端与所述第一滑动电阻器r23的一端连接，所述第一滑动电阻器r23的另一端与所述第一放大器的负输入端连接；

所述第二运放电路包括：第二放大器和第二滑动电阻器r3；

所述第二放大器的负输入端与所述第一放大器的输出端连接，所述第一放大器的正输入端接地，所述第二放大器的输出端与所述第二滑动电阻器r3的一端连接，所述第二滑动电阻器r3的另一端与所述第二放大器的负输入端连接。

需要说明的是，如图2和图11所示，本实施例2是根据上述实施例1中提及到的电流环pid运算模块进行的进一步改进，该电流环pid运算模块的具体工作过程是：“dl”电流信号从电流传感器采集回来之后，需要与给定信号“contrl”做减法，所以第一运放电路也就是u4d的作用就是将电流信号取反，但是考虑到实际电流反馈与给定的电压信号不一定能够完全匹配，所以采用了一个滑动变阻器r23来调节电流反馈系数，这样“dl_mul”出来之后就是电流乘上反馈系数并且取反的值，第二个运放就是典型的减法电路，将给定信号“contrl”与电流信号“dl”作减法，并且采用典型的pid运算中的比例运算，将r3调节到60kω左右，也就是说kp＝6，这样就完成了给定信号与电流反馈信号的pid运算，出来的信号“u”也就是经过pid运算之后的控制量。

在本实施例2中通过在电流环pid运算模块中根据直流电机反馈的电流进行比例运算，通过可以调节滑动变阻器来调节放大倍数，提高系统的响应，减小跟踪误差，还可以消除静态误差，加快动态响应。

可选地，另一实施例3中在所述第一滑动电阻器r23与所述第一放大器的负输入端之间串联至少一个固定电阻；在所述第二滑动电阻器r3与所述第二放大器的输出端之间串联至少一个固定电阻；在所述第二放大器的输出端与所述第二放大器的负输入端之间并联至少一个电容。

需要说明的是，如图3和图11所示，在本实施例3中是对上述实施例2中进行的进一步改进，在该第一滑动电阻器r23与该第一放大器的负输入端之间串联至少一个固定电阻r63；该固定电阻r63的主要作用是防止r23调节到零是电路发生短路，在该第二滑动电阻器r3与该第二放大器的输出端之间串联至少一个固定电阻r61；在该第二放大器的输出端与该第二放大器的负输入端之间并联至少一个电容。

可选地，另一实施例4中所述信号变化模块包括：依次连接的2个运放电路；其中所述2个运放电路中的一个运放电路的负输入端与所述第二放大器的输出端连接，另一个运放电路的输出端与所述pwm产生模块连接。

需要说明的是，本实施例4是在上述实施例2的基础上进行的进一步的改进，在本实施例4中可以将控制量与后面的pwm产生电路进行匹配，提高了精度，大大降低了后续出现的误差。

可选地，另一实施例5中所述信号变化模块包括：依次连接的第三运放电路、第四运放电路和第五运放电路；

所述第三运放电路的负输入端与所述第二放大器的输出端连接，所述第三运放电路的正输入端接地，所述第三运放电路的输出端与所述第四运放电路的负输入端连接，所述；

所述第四运放电路的正输入端接地，所述第四运放电路的输出端与所述第五运放电路的负输入端连接；

所述第五运放电路的正输入端接地，所述第五运放电路的输出端与所述pwm产生模块连接；

所述第三运放电路的负输入端与所述第三运放电路的输出端之间串联第三滑动电阻器r4。

需要说明的是，如图4和图12所示，本实施例5是在上述实施例2、实施例3或者实施例4的基础上进行的进一步地改进，在本实施例5中是因为后面用到的tl494产生的三角波是0～2.7v的，所以需要把控制量的输出也相应的换算到0-2.7v。控制量“u”出来之后范围是正负10v，所以信号变换电路的主要功能就是将控制量“u”变换到0～2.7v。首先“u”进来之后，经过运放u4b，是一个比例运算电路，将r4调节到1.3kω左右，这样就将正负10v经过比例运算之后变成正负1.3v的信号“10_1.3”；通过外部搭建的一个射随电路，增强“off_set”的驱动能力；这样之后范围为正负1.3v的“10_1.3”信号与直流1.3v信号通过第四运放电路完成加法电路，因为第四运放电路同时也对二者相加的信号取反了，所以第五运放电路的作用就是再运用比例运算电路，将信号再次取反，这样得到的信号的范围就是0～2.7v了。

可选地，另一实施例6中在所述第四运放电路的负输入端与所述第四运放电路的输出端之间并联至少一个固定电阻r5；

在所述第五运放电路的负输入端与所述第五运放电路的输出端之间并联至少一个固定电阻r6。

可选地，另一实施例7中在所述第三运放电路的正输入端与接地之间串联至少一个固定电阻r20；

在所述第四运放电路的正输入端与接地之间连接至少一个固定电阻r21；

在所述第五运放电路的正输入端与接地之间连接至少一个固定电阻r22。

需要说明的是，如图5和图12所示，本实施例6是在上述实施例5的基础上进行的进一步改进。

可选地，另一实施例8中所述第四运放电路的负输入端还连接第六运放电路；其中所述第六运放电路的输出端与负输入端的共同连接点与所述第四运放电路的负输入端连接；所述第六运放电路的正输入端连接第四滑动电阻器器；所述第四滑动电阻器的另一端与外部电源连接。

需要说明的是，如图6和图12所示，本实施例8是在上述实施例7的基础上进行的进一步改进的。

可选地，另一实施例9中所述功率放大模块包括：至少2个相互并联的绝缘栅双极型晶体管igbt。

需要说明的是，如图7所示，本实施例9是在上述实施例5的基础上进行的进一步改进的，功率放大器采用了英飞凌公司的集成了驱动电路和igbt的igcm20f60ga，集成了六个igbt，可以实现两相直流电机和三相交流电机的驱动，开关功率消耗低，开关管的速度可以达到20khz，需要提供给芯片的是需要是tl494的pwm输出就可以。

如图8所示，中英飞凌的igcm20f60ga的主要设置如下：首先需要介绍的就是7～12，为6个igbt的控制端输入，也就是直接接到前面电路的pwm的输出就可以了，因为采用直流电机只是采用了uv两相，w相没有用到所以直接接地就可以了；1～6管脚为自举电路的电容输入端，所以需要按照规定接上自举电容；13管脚为15v直流电源信号输入端，直接接15v电源信号；14脚为错误输出端，因为电路已经集成了保护电路，所以这里的功能没有用到，直接接高电平就可以；15脚为过电流输出端，当电流过大时会输出错误信号，这里没有用到直接接地；16脚为接地端；23脚和18脚为强电输入端；20、21、22为接电机.

通过采用igcm20f60ga，这是一款将自举电路和igbt集成的一款芯片，集成了六个功率管，只需一个芯片就解决了上面的问题。一方面大大简化了设计的复杂性，简化了电路；同时可靠性大大提高，这款芯片内部也集成了保护电路，当发现电流过大或者功率管异常会自动切断电路，对电路进行保护，大大提高控制器的使用效率。

可选地，另一实施例10中所述电路保护模块包括：第七运放电路、光耦和门电路；所述第七运放电路的负输入端与外部电源连接；所述第七运放电路的正输入端接入直流电机反馈的电流；所述第七运放电路的输出端与所述光耦的一端连接；所述光耦的另一端与所述门电路的一端连接；所述门电路的另一端与所述互锁保护模块连接。

需要说明的是，如图9所示，本实施例10是在上述实施例5的基础上进行的进一步细化，在电路保护模块是第七运放电路主要完成的是参考电压为5v的“vref”与取完绝对值信号之后的电流信号“dl_abs”之间的比较电路，当电流值超过设定的最大之后，u9a输出高电平，这样光耦u8左边电流就截止了，造成光耦右侧也截止，这样“hdl”输出低电平；同理当光耦u10左侧“power”为高电平时，光耦也发生截止，右侧“power_on”输出低电平；u13为与们，当“hdl”与“power_on”任何一个为低电平时，说明电路出问题，就将“motion”拉成低电平，经过u12取反之后变成高电平，发光二极管“error_on”熄灭，指示电路发生错误；同时u12c和u12d的作用是提高驱动能力，当“hdl”输出低电平时，将发光二极管“hdl_off”点亮，提示电流过大；u12a将“hdl”信号取反之后，当“hdl”为低电平时，“error”输出高电平，则光耦u11截止，“error_out”输出低电平，指示电路发生故障。图10所示是本实施例10中的门电路结构图。

在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。