一种带感性负载防护功能的电机驱动电路的制作方法

【技术领域】

本申请涉及人工智能控制电路技术领域，尤其涉及一种带感性负载防护功能的电机驱动电路。

背景技术：

传统的智能锁是采用输出扭力比较小的电机带动一个小的锁栓来对游离把手的锁定与松开机制完成开关控制，这种锁为半自动锁，即智能锁控制模块打开锁栓之后，还需要通过人工转动把手才可以开门；全自动智能锁则是采用大功率电机，直接带动锁芯工作，用户只需通过控制模块正确验证后则直接自动开锁，推门进入即可。

但是，现有市面上的智能锁常常由于设计不当造成控制板烧坏或工作失常的现象，控制板烧坏的情况有很多种，本申请主要解决由单片机烧坏引起的控制板烧坏的问题。电机的感性负载在启动与制动过程都会引起系统电源波动，当电源波动过大时，单片机经常复位重启，当超出单片机的最大额定压值时，单片机将造成不可恢复的损坏。

为此，本申请提供一种带感性负载防护功能的电机驱动电路。

技术实现要素：

为解决现有的智能锁，用于带动锁芯工作的电机存在单片机易烧坏引起的控制板烧坏的问题，本申请提供一种带感性负载防护功能的电机驱动电路。

本申请为解决其技术问题所采用的技术方案：

一种带感性负载防护功能的电机驱动电路，所述电机驱动电路包括控制模块、光耦隔离电路、h桥驱动电路、共模抑制电路、过流检测电路、电机及供电模块，所述光耦隔离电路连接在控制模块上，所述控制模块输出控制信号给所述光耦隔离电路，所述h桥驱动电路与光耦隔离电路连接，所述光耦隔离电路接收控制信号并通过光电耦合形成信号量驱动h桥驱动电路，所述h桥驱动电路的输出端输出驱动信号到所述电机，用于控制电机的正反转，所述共模抑制电路连接于h桥驱动电路与电机之间，用于减少电机启停和运转时产生的噪音,所述过流检测电路与电机连接，用于采集电机输出的过流信号并输送给控制模块，所述控制模块根据该过流信号控制电机启停，所述供电模块为控制模块、h桥驱动电路及电机供电。

如上所述的一种带感性负载防护功能的电机驱动电路，所述h桥驱动电路与所述供电模块之间设置有自恢复保险丝f1。

如上所述的一种带感性负载防护功能的电机驱动电路，所述光耦隔离电路包括第一光耦u7a、第二光耦u7b、第三光耦u7c、第四光耦u7d、电阻r11、电阻r12、以及三极管q8和q9,所述h桥驱动电路包括第一组开关元件u9和第二组开关元件u8，所述所述第一光耦u7a发光器部分的阳极与控制模块连接，用于接收第一控制信号，其阴极接地端；所述第一光耦u7a受光器部分的集电极与第一组开关元件u9的第一公开控制端连接，其发射极接地端；所述第二光耦u7b发光器部分的阳极与控制模块连接，用于接收第二控制信号，其阴极接地端；所述第二光耦u7b受光器部分的集电极连接至vmoto端，其发射极接地端，所述三极管q9的集电极通过电阻r12与第一组开关元件u9的第二公开控制端连接，所述三极管q9的发射极连接至vmoto端，其基极通过电阻r45与第二光耦u7b受光器部分的集电极连接；所述第三光耦u7c发光器部分的阳极与控制模块连接，用于接收第三控制信号，其阴极接地端；所述第三光耦u7c受光器部分的集电极与第二组开关元件u8的第三公开控制端连接，其发射极接地端；所述第四光耦u7d发光器部分的阳极与控制模块连接，用于接收第四控制信号，其阴极接地端；所述第四光耦u7d受光器部分的集电极连接至vmoto端，其发射极接地端，所述三极管q8的集电极通过电阻r11与第二组开关元件u8的第四公开控制端连接，所述三极管q8的发射极连接至vmoto端，其基极通过电阻r46与第四光耦u7d受光器部分的集电极连接。

如上所述的一种带感性负载防护功能的电机驱动电路，所述第一组开关元件u9包括pmos管和nmos管,所述pmos管的源极连接至vmoto端,其漏极与所述共模抑制电路连接，第一光耦u7a受光器部分的集电极连接在pmos管的栅极上；所述nmos管的漏极与所述过流检测电路连接，其源极与所述共模抑制电路连接，所述电阻r12连接在nmos管的栅极上。

如上所述的一种带感性负载防护功能的电机驱动电路，所述第二组开关元件u8包括pmos管和nmos管，所述pmos管的源极连接至vmoto端,其漏极与共模抑制电路连接，第三光耦u7c受光器部分的集电极连接在pmos管的栅极上；所述nmos管的漏极与所述过流检测电路连接，其源极与所述共模抑制电路连接，所述电阻r11连接在nmos管的栅极上。

如上所述的一种带感性负载防护功能的电机驱动电路，所述共模抑制电路包括电容c17、电容c18和电感l2，所述电感l2连接于电容c17与电容c18之间，所述共模抑制电路具有第一输入端和第二输入端，第一输出端和第二输出端；所述电感l2的第一端与电容c18的一端相连，为共模抑制电路的第一输入端，该第一输入端与第一组开关元件u9连接；所述电感l2的第二端与电容c18的另一端相连，为共模抑制电路的第二输入端，该第二输入端与第二组开关元件u8的输出端连接；所述电感l2的第三端与电容c17的一端相连，为共模抑制电路的第一输出端，所述电感l2的第四端与电容c17的另一端相连，为共模抑制电路的第二输出端，第一输出端和第二输出端与电机相连。

如上所述的一种带感性负载防护功能的电机驱动电路，所述过流检测电路包括电阻r21、电阻r44和电容c19，所述电阻r44的一端与所述电机连接，用于检测电机输出的采样电压，其另一端接地端，所述电阻r21与电容c19构成rc滤波电路，所述rc滤波电路连接于电阻r44与控制模块之间，所述电机输出的过流信号通过rc滤波电路滤波后输送给所述控制模块。

如上所述的一种带感性负载防护功能的电机驱动电路，所述控制模块为单片机。

与现有技术相比，本申请有如下优点：

1、本申请的电机驱动电路，可有效解决控制板烧坏的问题，避免由于设计不当造成控制板的烧坏。

2、本申请的h桥驱动电路，使用光耦隔离驱动，以减少大电压对单片机生成的冲击，以致单片机过压烧坏。

3、本申请电机前的滤波电路(共模抑制电路)起到平稳电源的作用，使得电机的感性负载得到调节，减少对电源产生电磁干扰。

4、本申请的供电模块采用双节串联的锂电池，即增大驱动电压，以匹配更大功率的电机，又提供适合的功率，使用时间长至6-12个月。

5、本申请的电流采样模块(过流检测电路)用于单片机对电机堵转的监控，当电机电流过大时，适当调整电流输出或者使电机停止转动，以防止过流损坏电路和电池。

【附图说明】

图1是本申请的电机驱动电路的模块框图；

图2是本申请的电机驱动电路的驱动原理图；

图3是本申请的h桥驱动电路控制电机正反转的简化图。

【具体实施方式】

下面将结合附图及具体实施例对本申请作进一步说明。

请参看附图1，该图为本申请的带感性负载防护功能的电机驱动电路的方框图,所述电机驱动电路包括控制模块、光耦隔离电路、h桥驱动电路、共模抑制电路、过流检测电路、电机及供电模块，所述光耦隔离电路连接在控制模块上，所述控制模块输出控制信号给所述光耦隔离电路，所述h桥驱动电路与光耦隔离电路连接，所述光耦隔离电路接收控制信号并通过光电耦合形成信号量驱动h桥驱动电路，所述h桥驱动电路的输出端输出驱动信号到所述电机，用于控制电机的正反转，所述共模抑制电路连接于h桥驱动电路与电机之间，用于减少电机启停和运转时产生的噪音,所述过流检测电路与电机连接，用于采集电机输出的过流信号并输送给控制模块，所述控制模块根据该过流信号控制电机启停，所述供电模块为控制模块、h桥驱动电路及电机供电，控制模块为单片机，供电模块采用双节串联的锂电池，即增大驱动电压，以匹配更大功率的电机，又提供适合的功率，使用时间长至6-12个月。

本实施例中，所述h桥驱动电路与所述供电模块之间设置有自恢复保险丝f1。自恢复保险丝起过流保护作用，保护后级电路发生偶然突发的短路问题时，及时自动切断电源，不至于造成电路烧坏或发生火灾。

请参看附图2，所述光耦隔离电路包括第一光耦u7a、第二光耦u7b、第三光耦u7c、第四光耦u7d、电阻r11、电阻r12、以及三极管q8和q9，所述h桥驱动电路包括第一组开关元件u9和第二组开关元件u8，所述第一光耦u7a发光器部分的阳极通过电阻r9与控制模块连接，用于接收第一控制信号，其阴极接地端；所述第一光耦u7a受光器部分的集电极通过电阻r14与第一组开关元件u9的第一公开控制端连接，其发射极接地端；所述第二光耦u7b发光器部分的阳极通过电阻r10与控制模块连接，用于接收第二控制信号，其阴极接地端；所述第二光耦u7b受光器部分的集电极通过电阻r16连接至vmoto端，其发射极接地端；所述三极管q9的集电极通过电阻r12与第一组开关元件u9的第二公开控制端连接，所述三极管q9的发射极连接至vmoto端，其基极通过电阻r45与第二光耦u7b受光器部分的集电极连接；所述第三光耦u7c发光器部分的阳极通过电阻r7与控制模块连接，用于接收第三控制信号，其阴极接地端；所述第三光耦u7c受光器部分的集电极通过电阻r13与第二组开关元件u8的第三公开控制端连接，其发射极接地端；所述第四光耦u7d发光器部分的阳极通过电阻r8与控制模块连接，用于接收第四控制信号，其阴极接地端；所述第四光耦u7d受光器部分的集电极通过电阻r15连接至vmoto端，其发射极接地端，所述三极管q8的集电极通过电阻r11与第二组开关元件u8的第四公开控制端连接，所述三极管q8的发射极连接至vmoto端，其基极通过电阻r46与第四光耦u7d受光器部分的集电极连接。

光耦隔离电路由光电耦合器u7组成，单片机端口控制管脚驱动光耦的led部分，通过光电耦合形成信号量驱动mos管，这样就达到了隔离效果，使得控制端的电器特性与被控制端分立开来，即使被控制端是高电压或者高功率电路，也不会直接影响到单片机这边的低压电路。本实施例中，mos管采用电压驱动型，输入阻抗很大，而且这个电机并不需要作高频率开关使用，因此光耦选用常用的器件型号即可。

所述第一组开关元件u9包括pmos管和nmos管,所述pmos管的源极连接至vmoto端,其漏极与所述共模抑制电路连接，第一光耦u7a受光器部分的集电极连接在pmos管的栅极上；所述nmos管的漏极与所述过流检测电路连接，其源极与所述共模抑制电路连接，所述电阻r12连接在nmos管的栅极上。所述第二组开关元件u8包括pmos管和nmos管，所述pmos管的源极连接至vmoto端,其漏极与共模抑制电路连接，第三光耦u7c受光器部分的集电极连接在pmos管的栅极上；所述nmos管的漏极与所述过流检测电路连接，其源极与所述共模抑制电路连接，所述电阻r11连接在nmos管的栅极上。h桥驱动电路由两组场效应管u8和u9组成，每组场效应管由p型场效应管和n型场效应管组成，两组场效应管的p型场效应管和n型场效应管的公共端输出到电机。其简化图请参看附图3：

当p1、n2导通，p2、n1截止时，电机正转；

当n1、p2导通，p1、n2截止时，电机反转；

当p1、p2导通，n1、n2截止时，电机无动作；

当n1、n2导通，p1、p2截止时，电机制动。

所述共模抑制电路包括电容c17、电容c18和电感l2，所述电感l2连接于电容c17与电容c18之间，所述共模抑制电路具有第一输入端和第二输入端，第一输出端和第二输出端；所述电感l2的第一端与电容c18的一端相连，为共模抑制电路的第一输入端，该第一输入端与第一组开关元件u9连接；所述电感l2的第二端与电容c18的另一端相连，为共模抑制电路的第二输入端，该第二输入端与第二组开关元件u8的输出端连接；所述电感l2的第三端与电容c17的一端相连，为共模抑制电路的第一输出端，所述电感l2的第四端与电容c17的另一端相连，为共模抑制电路的第二输出端，第一输出端和第二输出端与电机相连。考虑到电机启停和运转时，会产生大量噪声，本实施例中，设置了共模抑制电路，电路由c17、l2、c18组成，其中l2为共模电感，该电感用于双向滤波，一是滤除前级共模干扰信号，二是滤除电机产生的电磁干扰影响前级电路。具体实施时，由示波器可观察到，没有加滤波电路的正电源波形图噪声非常大，单片机系统经常会因为电机运转而不定时自动重启，而增加滤波电路后，噪声明显减少了很多，单片机系统工作正常。

所述过流检测电路包括电阻r21、电阻r44和电容c19，所述电阻r44的一端与所述电机连接，用于检测电机输出的采样电压，其另一端接地端，所述电阻r21与电容c19构成rc滤波电路，所述rc滤波电路连接于电阻r44与控制模块之间，所述电机输出的过流信号通过rc滤波电路滤波后输送给所述控制模块。过流检测电路由r44、r21与c19组成，r44为检测电阻，电机的电流主要流过r44，并在r44上形成压降，r21与c19构成rc滤波电路，再通过单片机ad端口检测电压，当电机堵转时，电流是正常工作时的几倍，这也相应地反应在采样电压上，单片机从而获得过流信号，单片机可以通过这个信号判断电机是否堵转，由此控制h桥驱动电路，决定电机启停。

综上，本申请的带感性负载防护功能的电机驱动电路有如下优点：

1、本申请的电机驱动电路，可有效解决电机驱动芯片易烧坏、功率器件易过损、单片机工作不稳定引起的控制板烧坏的问题，使电机能稳定可靠的驱动锁芯工作。

2、本申请的h桥驱动电路，使用光耦隔离驱动，以减少大电压对单片机生成的冲击，以致单片机过压烧坏。

3、本申请电机前的滤波电路(共模抑制电路)起到平稳电源的作用，使得电机的感性负载得到调节，减少对电源产生电磁干扰。

4、本申请的供电模块采用双节串联的锂电池，即增大驱动电压，以匹配更大功率的电机，又提供适合的功率，使用时间长至6-12个月。

5、本申请的电流采样模块(过流检测电路)用于单片机对电机堵转的监控，当电机电流过大时，适当调整电流输出或者使电机停止转动，以防止过流损坏电路和电池。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，并非用来限定本申请实施的范围，其他凡其原理和基本结构与本申请相同或近似的，均在本申请的保护范围之内。