电机控制电路和控制系统的制作方法

本发明涉及控制技术领域，具体而言，涉及一种电机控制电路和控制系统。

背景技术：

随着控制技术的不断发展，应用该技术的设备也越来越多。其中，交流伺服电机作为一种生活和工业生产等多领域常用的动力输出设备，其性能被广泛的关注。经发明人研究发现，现有的对交流伺服电机的控制技术中存在着控制效果差的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电机控制电路和控制系统，以改善现有技术中对交流伺服电机的控制效果差的问题。

为实现上述目的，本发明实施例采用如下技术方案：

一种电机控制电路，包括：

整流单元，包括输入端分别与交流电源连接的第一整流子单元和第二整流子单元；

逆变单元，包括输入端分别与所述第一整流子单元的输出端连接的第一逆变子单元和第二逆变子单元，其中，所述第一逆变子单元的输出端与交流伺服电机的控制绕组连接，所述第二逆变子单元的输出端与所述交流伺服电机的励磁绕组连接；

驱动单元，包括电源端分别与所述第二整流子单元的输出端连接的第一驱动子单元和第二驱动子单元，其中，所述第一驱动子单元的输出端与所述第一逆变子单元的控制端连接，所述第二驱动子单元的输出端与所述第二逆变子单元的控制端连接；

控制单元，该控制单元的输出端分别与所述第一驱动子单元的输入端和所述第二驱动子单元的输入端连接，以控制所述第一逆变子单元和所述第二逆变子单元分别向所述控制绕组和所述励磁绕组输出两组幅值相同、频率相同、相位差为90°的交流正弦电压。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电机控制电路中，所述第一逆变子单元包括：

控制端与所述第一驱动子单元的输出端连接的第一场效应管；

控制端与所述第一驱动子单元的输出端连接的第二场效应管，该第二场效应管的高电位端与所述第一场效应管的低电位端连接后作为所述第一逆变子单元的第一输出端与所述控制绕组的第一端连接、低电位端与接地；

控制端与所述第一驱动子单元的输出端连接的第三场效应管，该第三场效应管的高电位端与所述第一场效应管的高电位端连接后作为所述第一逆变子单元的输入端与所述第一整流子单元的输出端连接；

控制端与所述第一驱动子单元的输出端连接的第四场效应管，该第四场效应管的高电位端与所述第三场效应管的低电位端连接后作为所述第一逆变子单元的第二输出端与所述控制绕组的第二端连接、低电位端接地。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电机控制电路中，所述第一逆变子单元还包括：

第一放电电阻，该第一放电电阻的一端与所述第一场效应管的控制端连接、另一端与所述第一场效应管的低电位端连接；

第二放电电阻，该第二放电电阻的一端与所述第二场效应管的控制端连接、另一端与所述第二场效应管的低电位端连接；

第三放电电阻，该第三放电电阻的一端与所述第三场效应管的控制端连接、另一端与所述第三场效应管的低电位端连接；

第四放电电阻，该第四放电电阻的一端与所述第四场效应管的控制端连接、另一端与所述第四场效应管的低电位端连接。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电机控制电路中，所述第一逆变子单元还包括：

第一二极管，该第一二极管的阴极与所述第一场效应管的高电位端连接；

第二二极管，该第二二极管为稳压二极管，且阴极与所述第一二极管的阳极连接；

第一三极管，该第一三极管的控制端与所述第二二极管的阳极连接、高电位端与所述第一场效应管的控制端连接；

第二三极管，该第二三极管的高电位端与所述第一三极管的低电位端连接、低电位端接地；

第一分压电阻，该第一分压电阻的一端与所述第一场效应管的控制端连接、另一端与所述第二三极管的控制端连接；

第二分压电阻，该第二分压电阻的一端与所述第二三极管的控制端连接、另一端接地。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电机控制电路中，所述第一逆变子单元还包括第三二极管、第四二极管、第三分压电阻、第四分压电阻、第五分压电阻、第六分压电阻、第三三极管和稳压电容，其中，所述第四二极管为稳压二极管；

所述第三二极管的阳极与所述第一场效应管的高电位端连接、阴极与所述第三分压电阻的一端连接，所述第三分压电阻的另一端与所述第四分压电阻的一端连接，所述第四分压电阻的另一端与所述第五分压电阻的一端连接，所述第五分压电阻的另一端与所述第二二极管的阴极连接，所述第三三极管的控制端连接于所述第三分压电阻和所述第四分压电阻之间、高电位端与所述第二二极管的阴极连接、低电位端通过所述第六分压电阻接地，所述第四二极管的阴极连接于所述第四分压电阻和所述第五分压电阻之间、阳极接地，所述稳压电容的一端连接于所述第四分压电阻和所述第五分压电阻之间、另一端接地。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电机控制电路中，所述第一驱动子单元包括四组驱动模块，且电源端分别与所述第二整流子单元的输出端连接、输入端分别与所述控制单元的各输出端连接、输出端分别与所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管的控制端连接，以根据所述控制单元输出的控制信号分别控制对应的第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管以及第四场效应管。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电机控制电路中，任意一组驱动模块包括：

第五场效应管，该第五场效应管的控制端与所述控制单元的一个输出端连接、低电位端接地；

第六场效应管，该第六场效应管的控制端与所述第五场效应管的高电位端连接、高电位端接地；

第七场效应管，该第七场效应管的控制端与所述第五场效应管的高电位端连接、高电位端作为该驱动模块的电源端与所述第二整流子单元的输出端连接、低电位端与所述第六场效应管的低电位端连接后作为该驱动模块的输出端与所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管或第四场效应管的控制端连接；

上拉电阻，该上拉电阻的一端与所述第七场效应管的高电位端连接、另一端与所述第五场效应管的高电位端连接；

其中，所述第六场效应管和所述第七场效应管的极性相。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电机控制电路中，所述逆变单元、驱动单元以及控制单元集成于同一电路板。

在本发明实施例较佳的选择中，在上述电机控制电路中，所述控制单元包括：

处理器，该处理器的多个输出端分别与各驱动模块的输入端连接，以向个驱动模块输出控制信号；

电感，该电感的一端与所述处理器的接地端连接，另一端与所述第二场效应管和第四场效应管的低电位端连接后接地。

本发明实施例还提供了一种控制系统，包括交流电源、交流伺服电机以及电机控制电路，其中，所述电机控制电路包括：

整流单元，包括输入端分别与所述交流电源连接的第一整流子单元和第二整流子单元；

逆变单元，包括输入端分别与所述第一整流子单元的输出端连接的第一逆变子单元和第二逆变子单元，其中，所述第一逆变子单元的输出端与所述交流伺服电机的控制绕组连接，所述第二逆变子单元的输出端与所述交流伺服电机的励磁绕组连接；

驱动单元，包括电源端分别与所述第二整流子单元的输出端连接的第一驱动子单元和第二驱动子单元，其中，所述第一驱动子单元的输出端与所述第一逆变子单元的控制端连接，所述第二驱动子单元的输出端与所述第二逆变子单元的控制端连接；

控制单元，该控制单元的输出端分别与所述第一驱动子单元的输入端和所述第二驱动子单元的输入端连接，以控制所述第一逆变子单元和所述第二逆变子单元分别向所述控制绕组和所述励磁绕组输出两组幅值相同、频率相同、相位差为90°的交流正弦电压。

本发明提供的电机控制电路和控制系统，通过整流单元、逆变单元、驱动单元以及控制单元的配合设置，可以基于同一交流电源向交流伺服电机的控制绕组和励磁绕组分别输出两组交流正弦电压，并且两组交流正弦电压的幅值相同、频率相同、相位差为90°，进而保证控制绕组和励磁绕组在气隙中产生圆形旋转磁场，以改善现有技术中对交流伺服电机的控制效果差的问题，并降低了交流伺服电机的功耗。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明实施例提供的控制系统的结构框图。

图2为本发明实施例提供的电机控制电路的结构框图。

图3为本发明实施例提供的电机控制电路的另一结构框图。

图4为本发明实施例提供的第一逆变子单元的电路原理图。

图5为本发明实施例提供的第一逆变子单元的另一电路原理图。

图6为本发明实施例提供的第一逆变子单元的另一电路原理图。

图7为本发明实施例提供的第一驱动子单元的电路原理图。

图标：10-控制系统；100-电机控制电路；110-整流单元；111-第一整流子单元；113-第二整流子单元；130-逆变单元；131-第一逆变子单元；Q11-第一场效应管；Q12-第二场效应管；Q13-第三场效应管；Q14-第四场效应管；R11-第一放电电阻；R12-第二放电电阻；R13-第三放电电阻；R14-第四放电电阻；D1-第一二极管；D2-第二二极管；Q21-第一三极管；Q22-第二三极管；R21-第一分压电阻；R22-第二分压电阻；D3-第三二极管；D4-第四二极管；R23-第三分压电阻；R24-第四分压电阻；R25-第五分压电阻；R26-第六分压电阻；Q23-第三三极管；C-稳压电容；133-第二逆变子单元；150-驱动单元；151-第一驱动子单元；Q15-第五场效应管；Q16-第六场效应管；Q17-第七场效应管；R30-上拉电阻；153-第二驱动子单元；170-控制单元；200-交流电源；300-交流伺服电机。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明实施例提供了一种控制系统10，包括电机控制电路100、交流电源200以及交流伺服电机300。

其中，所述交流伺服电机300包括控制绕组和励磁绕组，且分别通过所述电机控制电路100与所述交流电源200连接，以通过所述交流电源200输出的交流电工作。

可选地，所述交流电源200的电压值不受限制，可以根据实际需求进行选择，例如，可以是220V。所述交流伺服电机300的类型不受限制，可以根据实际应用需求进行选择，例如，既可以是异步型，也可以是同步型。

结合图2，本发明实施例还提供一种可应用于上述控制系统10的电机控制电路100。其中，所述电机控制电路100可以包括整流单元110、逆变单元130、驱动单元150以及控制单元170。

所述整流单元110与所述交流电源200连接，以获取所述交流电源200输出的电能并进行整流处理。所述逆变单元130与所述整流单元110和所述驱动单元150分别连接，所述驱动单元150与所述控制单元170连接，以使所述驱动单元150根据所述控制单元170的控制信号驱动所述逆变单元130对所述整流单元110输出的直流电进行逆变处理，以得到交流电并输出至所述交流伺服电机300。

结合图3，在本实施例中，所述整流单元110包括输入端分别与交流电源200连接的第一整流子单元111和第二整流子单元113。所述逆变单元130包括输入端分别与所述第一整流子单元111的输出端连接的第一逆变子单元131和第二逆变子单元133，其中，所述第一逆变子单元131的输出端与交流伺服电机300的控制绕组连接，所述第二逆变子单元133的输出端与所述交流伺服电机300的励磁绕组连接。所述驱动单元150包括电源端分别与所述第二整流子单元113的输出端连接的第一驱动子单元151和第二驱动子单元153，其中，所述第一驱动子单元151的输出端与所述第一逆变子单元131的控制端连接，所述第二驱动子单元153的输出端与所述第二逆变子单元133的控制端连接。所述控制单元170的输出端分别与所述第一驱动子单元151的输入端和所述第二驱动子单元153的输入端连接，以控制所述第一逆变子单元131和所述第二逆变子单元133分别向所述控制绕组和所述励磁绕组输出两组幅值相同、频率相同、相位差为90°的交流正弦电压。

可选地，所述第一整流子单元111和所述第二整流子单元113包括的电气元件的数量与类型不受限制，可以根据实际应用需求进行选择，例如，在所述第一整流子单元111和所述第二整流子单元113进行电压变换处理时，可以包括变压器。

并且，两个整流子单元输出的电压的幅值不受限制，既可以是相同的，也可以是不同的。在本实施例中，所述第一整流子单元111输出的电压可以为220V，所述第二整流子单元113输出的电压可以为12V。

可选地，所述第一逆变子单元131和所述第二逆变子单元133包括的电气元件的数量与类型不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。在本实施例中，考虑到所述第一逆变子单元131与所述第二逆变子单元133需要分别输出两组幅值相同、频率相同、相位差为90°的交流正弦电压，所述第一逆变子单元131与所述第二逆变子单元133包括的电气元件的类型和数量可以相同。结合图4，下面以所述第一逆变子单元131为例进行说明。

所述第一逆变子单元131可以包括第一场效应管Q11、第二场效应管Q12、第三场效应管Q13以及第四场效应管Q14。其中，所述第一场效应管Q11的控制端与所述第一驱动子单元151的输出端连接。所述第二场效应管Q12的控制端与所述第一驱动子单元151的输出端连接、高电位端与所述第一场效应管Q11的低电位端连接后作为所述第一逆变子单元131的第一输出端与所述控制绕组的第一端连接、低电位端与接地。所述第三场效应管Q13的控制端与所述第一驱动子单元151的输出端连接、高电位端与所述第一场效应管Q11的高电位端连接后作为所述第一逆变子单元131的输入端与所述第一整流子单元111的输出端连接。所述第四场效应管Q14的控制端与所述第一驱动子单元151的输出端连接、高电位端与所述第三场效应管Q13的低电位端连接后作为所述第一逆变子单元131的第二输出端与所述控制绕组的第二端连接、低电位端接地。

通过上述设置，可以实现：所述第一场效应管Q11和所述第三场效应管Q13同步导通与关断，所述第二场效应管Q12和所述第三场效应管Q13同步导通与关断，并且所述第一场效应管Q11和所述第三场效应管Q13的导通时，所述第二场效应管Q12和所述第三场效应管Q13关断，以实现将直流电转换输出为交流电。

进一步地，考虑到所述第一场效应管Q11、第二场效应管Q12、第三场效应管Q13以及第四场效应管Q14需要频繁的导通与关断，在所述第一场效应管Q11、第二场效应管Q12、第三场效应管Q13以及第四场效应管Q14的控制端会形成放电电流，为避免该放电电流影响第一驱动子单元151的工作，在本实施例中，所述第一逆变子单元131还可以包括第一放电电阻R11、第二放电电阻R12、第三放电电阻R13以及第四放电电阻R14。

其中，所述第一放电电阻R11的一端与所述第一场效应管Q11的控制端连接、另一端与所述第一场效应管Q11的低电位端连接。所述第二放电电阻R12的一端与所述第二场效应管Q12的控制端连接、另一端与所述第二场效应管Q12的低电位端连接。所述第三放电电阻R13的一端与所述第三场效应管Q13的控制端连接、另一端与所述第三场效应管Q13的低电位端连接。所述第四放电电阻R14的一端与所述第四场效应管Q14的控制端连接、另一端与所述第四场效应管Q14的低电位端连接。

进一步地，考虑到若在所述第一场效应管Q11、第二场效应管Q12、第三场效应管Q13或第四场效应管Q14的导通时，流经的电流过大将损害对应的场效应管，在本实施例中，还可以设置用于对所述第一场效应管Q11、第二场效应管Q12、第三场效应管Q13或第四场效应管Q14进行过流保护的电气元件。结合图5，下面以所述第一场效应管Q11为例进行说明。

所述第一逆变子单元131还可以包括第一二极管D1、第二二极管D2、第一三极管Q21、第二三极管Q22、第一分压电阻R21以及第二分压电阻R22，以实现在所述第一场效应管Q11过流时而关断所述第一场效应管Q11。

其中，所述第一二极管D1的阴极与所述第一场效应管Q11的高电位端连接，所述第二二极管D2为稳压二极管，且阴极与所述第一二极管D1的阳极连接，所述第一三极管Q21的控制端与所述第二二极管D2的阳极连接、高电位端与所述第一场效应管Q11的控制端连接，所述第二三极管Q22的高电位端与所述第一三极管Q21的低电位端连接、低电位端接地，所述第一分压电阻R21的一端与所述第一场效应管Q11的控制端连接、另一端与所述第二三极管Q22的控制端连接，所述第二分压电阻R22的一端与所述第二三极管Q22的控制端连接、另一端接地。

通过上述设置，可以实现：所述第一场效应管Q11过流时，高电位端的电压会抬高进而导致所述第二二极管D2被反向击穿，以使高电位端的电压施加至所述第一三极管Q21的控制端，以使所述第一三极管Q21的高电位端与低电位端导通，进而通过导通并接地的第二三极管Q22拉低所述第一场效应管Q11的控制端的电压，以使所述第一场效应管Q11关断。

进一步地，为避免所述第一场效应管Q11在关断时，所述第二二极管D2被所述第一整流子单元111输出的高电压反向击穿，在本实施例中，结合图6，所述第一逆变子单元131还可以包括第三二极管D3、第四二极管D4、第三分压电阻R23、第四分压电阻R24、第五分压电阻R25、第六分压电阻R26、第三三极管Q23和稳压电容C。

其中，所述第四二极管D4为稳压二极管。所述第三二极管D3的阳极与所述第一场效应管Q11的高电位端连接、阴极与所述第三分压电阻R23的一端连接，所述第三分压电阻R23的另一端与所述第四分压电阻R24的一端连接，所述第四分压电阻R24的另一端与所述第五分压电阻R25的一端连接，所述第五分压电阻R25的另一端与所述第二二极管D2的阴极连接，所述第三三极管Q23的控制端连接于所述第三分压电阻R23和所述第四分压电阻R24之间、高电位端与所述第二二极管D2的阴极连接、低电位端通过所述第六分压电阻R26接地，所述第四二极管D4的阴极连接于所述第四分压电阻R24和所述第五分压电阻R25之间、阳极接地，所述稳压电容C的一端连接于所述第四分压电阻R24和所述第五分压电阻R25之间、另一端接地。

通过所述第三分压电阻R23、第四分压电阻R24、第五分压电阻R25以及第六分压电阻R26对所述第一逆变子单元131输出的电压进行分压处理，以使所述第一场效应管Q11在关断时，所述第二二极管D2的电压被限制为所述第六分压电阻R26两端的电压，进而避免在所述第一场效应管Q11关断时所述第二二极管D2被反向击穿的问题。

可选地，所述第一驱动子单元151和所述第二驱动子单元153包括的电气元件的类型和数量不受限制，可以根据实际应用需求进行选择。在本实施例中，考虑到所述第一驱动子单元151和所述第二驱动子单元153包括的电气元件的类型和数量相同，下面以所述第一驱动子单元151为例进行说明。

结合图7，在本实施例中，所述第一驱动子单元151可以包括四组驱动模块，且电源端分别与所述第二整流子单元113的输出端连接、输入端分别与所述控制单元170的各输出端连接、输出端分别与所述第一场效应管Q11、第二场效应管Q12、第三场效应管Q13以及第四场效应管Q14的控制端连接，以根据所述控制单元170输出的控制信号分别控制对应的第一场效应管Q11、第二场效应管Q12、第三场效应管Q13以及第四场效应管Q14。

其中，任意一组驱动模块可以包括第五场效应管Q15、第六场效应管Q16、第七场效应管Q17以及上拉电阻R30。所述第五场效应管Q15的控制端与所述控制单元170的一个输出端连接、低电位端接地。所述第六场效应管Q16的控制端与所述第五场效应管Q15的高电位端连接、高电位端接地。所述第七场效应管Q17的控制端与所述第五场效应管Q15的高电位端连接、高电位端作为该驱动模块的电源端与所述第二整流子单元113的输出端连接、低电位端与所述第六场效应管Q16的低电位端连接后作为该驱动模块的输出端与所述第一场效应管Q11、第二场效应管Q12、第三场效应管Q13或第四场效应管Q14的控制端连接。所述上拉电阻R30的一端与所述第七场效应管Q17的高电位端连接、另一端与所述第五场效应管Q15的高电位端连接。

并且，所述第六场效应管Q16和所述第七场效应管Q17的极性相反，以实现基于相同的信号分别导通与关断，进而实现高低电平的输出。

进一步地，为避免所述电机控制电路100的各个单元之间由于电路路径较长而产生寄生电感的问题，在本实施例中，所述逆变单元130、驱动单元150以及控制单元170集成于同一电路板。

其中，所述逆变单元130、驱动单元150以及控制单元170包括的各电气元件的可以连接后共同接地，以实现电路结构简化的目的。

进一步地，考虑到所述第二场效应管Q12和所述第四场效应管Q14需要频繁地关断较大的电流，若所述控制单元170的接地端直接接地，将影响控制信号的可靠输出，在本实施例中，所述控制单元170可以包括处理器和电感。

其中，所述处理器的多个输出端分别与各驱动模块的输入端连接，以向个驱动模块输出控制信号。所述电感的一端与所述处理器的接地端连接，另一端与所述第二场效应管Q12和第四场效应管Q14的低电位端连接后接地。

综上所述，本发明提供的电机控制电路100和控制系统10，通过整流单元110、逆变单元130、驱动单元150以及控制单元170的配合设置，可以基于同一交流电源200向交流伺服电机300的控制绕组和励磁绕组分别输出两组交流正弦电压，并且两组交流正弦电压的幅值相同、频率相同、相位差为90°，进而保证控制绕组和励磁绕组在气隙中产生圆形旋转磁场，以改善现有技术中对交流伺服电机300的控制效果差的问题，并降低了交流伺服电机300的功耗。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。