一种大功率直流电机驱动器的制作方法

本实用新型属于直流电机驱动技术领域，涉及一种大功率直流电机驱动器。

背景技术：

现有的直流电机驱动器工作时通常需要两路PWM波来进行控制，这两路控制信号分别控制H桥的两个上桥臂，而H桥的下桥臂的控制信号通常是将上桥臂的控制信号进行反向得到的，从而可以控制直流电机的速度以及正反转。此种方法存在着一定缺陷，首先要驱动一个完整的H桥就需要两路PWM波，其次这两路PWM信号还必须保持同步且极性相反，这两点对于低端单片机而言实现起来有很大难度。

另外，直流电机驱动器在工作时，由于外界负载的变化易发生过流过载等问题，容易损坏驱动芯片以及H桥上的功率MOSFET模块，最终导致直流电机无法正常工作，更严重的甚至烧毁电机。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种大功率直流电机驱动器，采用一路PWM波控制技术与一种MOSFET并联技术来实现大功率直流电机的正反转。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种大功率直流电机驱动器，包括电源模块、微控制器、方向控制信号模块、MOSFET并联模块和电流信号采集模块；

电源模块与微控制器连接，用于为所述大功率直流电机驱动器提供工作电源；

微控制器，用于产生PWM信号与方向控制信号DIR；

方向控制信号模块与微控制器连接，用于接收微控制器产生的PWM信号与方向控制信号DIR，并产生四路信号，其中两路信号作为H桥左侧上下两个桥臂输入端的控制信号，另两路信号作为H桥右侧上下两个桥臂输入端的控制信号；当DIR为1时，左侧上桥臂和右侧下桥臂导通，电机正转，当DIR为0时，右侧上桥臂和左侧下桥臂导通，电机反转；

MOSFET并联模块，与直流电机连接，用于分散电源模块产生的大电流；

电流信号采集模块分别与MOSFET并联模块和微控制器连接，电流信号采集模块用于将采集到的MOSFET并联模块分散后的电流信号回送到微控制器，微控制器用于检测工作电流。

进一步，微控制器采用STM32芯片，型号为STM32F103C8T6。

进一步，方向控制信号模块采用74HC00芯片与74HC08芯片。

进一步，MOSFET并联模块采用四个MOS管并联构成四管并联电路，并且在每个MOS管的信号输入端串有栅极电阻，在桥臂一侧跨接大电容，在下桥臂源极到地之间串有采样电阻。

进一步，MOS管型号为IRF3205。

进一步，H桥的每个桥臂正常工作时承载电流达200A。

进一步，采样电阻为0.001Ω。

进一步，电流信号采集模块采用由采样电阻构成的电流采样电路，包括参考电压产生电路和运算放大电路，参考电压产生电路和运算放大电路连接；

运算放大电路用于将采样电阻上采集到的微小电压值进行放大处理，得到单片机能够识别的电压信号。

进一步，参考电压输出为1.6V。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型公开的大功率直流电机驱动器，仅需要一路PWM信号与一路方向控制信号便可使低端单片机产生直流电机正反转所需要的四路控制信号，而且H桥的上下两个桥臂的控制信号具有逻辑互锁保护功能，可以保证同侧桥臂的上下两个桥臂不会同时导通而造成能量浪费甚至烧毁驱动芯片以及H桥上的MOSFET并联模块和电源。

进一步，方向控制信号模块采用74HC00与74HC08数字芯片，方向控制信号DIR通过74HC00与非门输出一路反向信号DIRX，微控制器产生的PWM信号与方向控制信号DIR同时输入到74HC08和74HC00产生两路信号HIN1、LIN1, 这两路信号作为H桥左侧上下两个桥臂输入端的控制信号，经过这两个数字芯片的处理可以保证同一侧上下两个桥臂不会发生直通现象，同时反向信号DIRX 与PWM信号经过上述两个芯片也会产生两路控制信号HIN2、LIN2，这两路信号作为H桥右侧上下两个桥臂输入端的控制信号。通过两个芯片产生四路控制信号，用于控制H桥的四个桥臂。

进一步，MOSFET并联模块采用四个MOS管并联构成四管并联电路，并且在信号输入端串有栅极电阻，在桥臂右侧跨接大电容，在下桥臂源极到地之间串有采样电阻，对电源模块产生的大电流进行分流，防止烧毁电机。

进一步，电流信号采集模块成本极低，而且能够实现对电流数据的实时采集。

附图说明

图1为本实用新型直流电机驱动器的电路模块框图；

图2为74HC00芯片的管脚图；

图3为74HC08芯片的管脚图；

图4为MOSFET并联模块的电路原理图；

图5为参考电压产生电路原理图；

图6为运算放大电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

参见图1，一种大功率直流电机驱动器，包括电源模块、微控制器、方向控制信号模块、MOSFET并联模块和电流信号采集模块，所述电源模块为整个直流电机驱动器提供所需电源，微控制器与方向控制信号模块、电流信号采集模块连接，产生控制信号，处理采集到的电流信号；MOSFET并联模块用来分散直流电机工作时产生的大电流，MOSFET并联模块与大功率直流电机相连；电流信号采集模块采集电流信号回送到微控制器采集端检测工作电流，电源模块为整个直流电机驱动器提供工作电源。

微控制器采用STM32芯片，具体型号为STM32F103C8T6。

参见图2和图3，本实施例中方向控制信号模块采用74HC00与74HC08 数字芯片，具体工作方式如下，图中方向控制信号DIR通过74HC00与非门输出一路反向信号DIRX，微控制器产生的PWM信号与方向控制信号DIR同时输入到74HC08和74HC00产生两路信号HIN1、LIN1，这两路信号作为H桥左侧上下两个桥臂输入端的控制信号，经过这两个数字芯片的处理可以保证同一侧上下两个桥臂不会发生直通现象，同时反向信号DIRX与PWM信号经过上述两个芯片也会产生两路控制信号HIN2、LIN2，这两路信号作为H桥右侧上下两个桥臂输入端的控制信号，由于与非门的作用，当DIR为1时，左侧上桥臂和右侧下桥臂导通，电机正转，当DIR为0时，右侧上桥臂和左侧下桥臂导通，电机反转。

参见图4，本实施例中的H桥采用MOSFET并联方式，图中仅列出单侧桥臂，另一侧与图中类似，具有工作如下，经过上述芯片所产生的四路控制信号经过半桥驱动芯片升压后输入到H桥的左右桥臂，由图可以看到每个桥臂都并联了四个大功率MOSFET，并且在信号输入端串有栅极电阻，在桥臂右侧跨接大电容，在下桥臂源极到地之间串有采样电阻，其值为0.001Ω，本实施例中每个桥臂可承担高达200A的电流。

本实用新型大功率直流电机驱动器的MOSFET并联模块理论上最大能够承载约360A的电流，适合低压大电流型直流电机。

本实施例中的电流信号采集模块采用由采样电阻构成的电流采样电路，左侧电路为参考电压产生电路(参见图5)，参考电压输出为1.6V，右侧为运算放大电路(参见图6)，将采样电阻上采集到的微小电压值进行放大处理，得到单片机能够识别的电压信号，本实施例中的电流信号采集模块中的运算放大器单元的放大倍数AV为2.7。