一种双电机优化驱动电路的制作方法

本发明涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种双电机优化驱动电路。

背景技术：

直流电机和步进电机在自动化和机床等场合应用的越来越广泛，因此对于电机的驱动要求也越来越高，而传统的电机驱动电路多为单类电机驱动电路，且驱动范围小，抗干扰性差，电路元件复杂，不利于大规模生产。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供了一种双电机优化驱动电路，包括：控制器、隔离电路、第一驱动电路、续流电路、直流电机、过流保护电路、优化驱动电路和步进电机；

所述控制器分别与所述优化驱动电路、所述隔离电路和所述过流保护电路电性连接，所述隔离电路通过所述第一驱动电路与所述直流电机电性连接；所述续流电路分别与所述第一驱动电路和所述直流电机电性连接，所述过流保护电路还与所述第一驱动电路电性连接；所述控制器通过所述优化驱动电路与所述步进电机电性连接，以控制所述步进电机转动；

所述隔离电路用于对所述第一驱动电路的输入进行隔离保护；所述续流电路用于控制器控制所述直流电机时的辅助控制电路，起到续流的作用；所述过流保护电路用于实现对直流电机的过流保护；所述控制器在所述续流电路的辅助下通过第一驱动电路控制所述直流电机转动。所述控制器采用avr芯片atmega128。

进一步地，所述隔离电路采用双通道数字隔离器iso7220c，iso7220c的1号引脚连接电源vcc，2号引脚和3号引脚连接控制器的pwm输出端，4号引脚连接模拟地gnd，5号引脚连接电源地pgnd，6号引脚和7号引脚连接至第一驱动电路，8号引脚连接第一电源vcc1；

其中，控制器的pwm输出端为atmega128的10号引脚和14号引脚；iso7220c的2号引脚连接atmega128的10号引脚pb0，iso7220c的3号引脚连接atmega128的14号引脚pb4；控制器atmega128通过pb0和pb4引脚输出pwm控制信号至iso7220c。

进一步地，第一二极管d1、第二电极管d2、第三电极管d3和第四电极管d4；第一电极管的正极连接第二电极管的正极，第三二极管的负极连接第四二极管的负极，第一二极管的负极连接第四二极管的正极，第二二极管的负极连接第三二极管的正极，第三二极管的负极端还连接至电源vs，第二二极管的正极端还连接至电源地pgnd；第一二极管的负极端和第四二极管的正极端之间设置有连接口i1，第二二极管d2的负极端和第三二极管d3的正极端之间设置有连接口i2，i1和i2用于连接至第一驱动电路和直流电机；第一二极管d1、第二电极管d2、第三电极管d3和第四电极管d4构成的“h”桥，作为第一驱动电路的辅助电路实现随直流电机的控制。

进一步地，第一电阻r1、电位器r2和第二电容c2；电位器r2的两个固定点阻端分别连接至模拟地gnd和电源vcc，可变电阻端连接至atmega128的5号引脚ain1；第一电阻r1一端分别连接至电源地pgnd和第二电容c2的一端，另一端连接至atmega128的4号引脚ain0；第二电容c2的另一端连接至电源vs；过流保护电路通过对两个模拟入端的输入电压进行比较，采用avr单片机的模拟比较器，实现对直流电机的过流保护。

进一步地，所述第一驱动电路采用l298n驱动芯片，其外围电路包括：第一电容c1；l298n的1号引脚连接至15号引脚后再与控制器atmega128的4号引脚ain0；l298n的5号引脚与12号引脚连接后再连接至iso7220c的7号引脚outa，l298n的7号引脚和10号引脚连接后再连接至iso7220c的6号引脚outb；l298n的6号引脚和11号引脚分别连接至控制器atmega128的直流电机控制端；l298n的8号引脚连接至电源地pgnd；l298n的2号引脚和14号引脚连接后再连接至直流电机的一个控制端，l298n的3号引脚和13号引脚连接后再连接，且直流电机的连个控制端还分别连接至接口i0和接口i1，以接通续流电路；l298n的4号引脚连接至电源vs，9号引脚分别连接至第一电源vcc1和第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端连接至电源地pgnd；l298n通过两个输入端口in1和in2接收隔离电路的两路pwm控制信号，控制直流电机正反转，ena和enb为控制使能端，控制直流电机的停转。vs代表直流电机的工作电压，其范围为+2.5v～46v；vcc接4.5v～7v电压。

进一步地，所述优化驱动电路采用步进电机驱动芯片l6208pd，其外围电路包括：第五二极管d5、第六二极管d6、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9和第十电容c10；

l6208pd的1号引脚、2号引脚和3号引脚并联后连接至模拟地gnd，4号引脚连接至电源vs+，5号引脚连接至接口p2的2号引脚；l6208pd的7号引脚连接至第六电阻r6的一端，第六电阻r6的另一端连接至第七电容c7的一端，第七电容c7的另一端分别连接至第五二极管d5的负极端和第六二极管d6的正极端，第五二极管d5的正极端分别连接至第六电容c6的一端、第五电容c5的一端、第四电容c4的一端和电源vs+，第六电容c6的另一端分别连接至第六二极管d6的负极端和l6208pd的30号引脚，第五电容c5的另一端与第四电容c4的另一端并联后连接至模拟地gnd；l6208pd的8号引脚连接至控制器atmega128的30号引脚pd5，l6208pd的9号引脚接参考电压vref，l6208pd的10号引脚接控制器atmega128的45号引脚pa6，l6208pd的11号引脚接控制器atmega128的46号引脚pa5；l6208pd的12号引脚串联第三电阻r3后连接至模拟地gnd，第四电阻r4与第三电阻r3并联；l6208pd的13号引脚串联第三电容c3后连接至模拟地gnd，第五电阻r5与第三电容c3并联；l6208pd的15号引脚连接至接口p1的1号引脚；l6208pd的16～21号引脚均连接至模拟地gnd；l6208pd的22号引脚连接至接口p1的3号引脚，l6208pd的24号引脚串联第十电容c10后连接至模拟地gnd，第七电阻r7并联在第十电容c10的两端，l6208pd的25号引脚串联第九电阻r9后连接至模拟地gnd，第八电阻r8并联在第九电阻r9两端，l6208pd的第26号引脚输出参考电压vref，为电源vcc经过分压电阻分压后得到，l6208pd的26号引脚分别连接至第九电容c9的一端和第十一电阻r11的一端，第十电阻r10并联在第九电容c9的两端，第九电容c9的另一端连接至模拟地gnd，第十一电阻r11的另一端连接至电源vcc；

l6208pd的27号引脚和28号引脚分别连接至控制器atmega128的34号引脚pg1和50号引脚pa1；l6208pd的29号引脚分别连接至第十二电阻r12的一端和第八电容c8的一端，第十二电容r12的另一端连接至控制器atmega128的47号引脚pa4，第八电容c8的另一端连接至模拟地gnd；l6208pd的32号引脚连接至接口p1的4号引脚，l6208pd的33号引脚连接电源vs+，l6208pd的34～36号引脚均连接至模拟地gnd。

进一步地，端口p1的1～4号引脚out1a、out2a、out1b和out2b连接至两相步进电机。

进一步地，vs+和vcc均通过外接电源提供，其中vs+为驱动电源，电源值范围为8～52v。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所提出的优化驱动电路可同时驱动两类电机，通过pwm配合桥式驱动电路l298n实现直流电机调速，简单且调速范围大，增加了隔离电路、续流电路和过流保护电路，减少了电机的电压不致对控制器可能造成的干扰，提高了电路的抗干扰性、稳定性和可靠性；

步进电机的驱动范围广(8～52v)，可驱动绝大部分步进电机，和传统的驱动电路相比：驱动电流大、稳定性好、实现方便、安全可靠。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例中一种双电机优化驱动电路的整体框图；

图2是本发明实施例中隔离电路的电路图；

图3是本发明实施例中续流电路的电路图；

图4是本发明实施例中过流保护电路的电路图；

图5是本发明实施例中第一驱动电路的电路图；

图6是本发明实施例中优化驱动电路的电路图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

本发明的实施例提供了一种双电机优化驱动电路。

请参考图1，图1是本发明实施例中一种双电机优化驱动电路的整体框图，包括：控制器、隔离电路、第一驱动电路、续流电路、直流电机、过流保护电路、优化驱动电路和步进电机；

所述控制器分别与所述优化驱动电路、所述隔离电路和所述过流保护电路电性连接，所述隔离电路通过所述第一驱动电路与所述直流电机电性连接；所述续流电路分别与所述第一驱动电路和所述直流电机电性连接，所述过流保护电路还与所述第一驱动电路电性连接；所述控制器通过所述优化驱动电路与所述步进电机电性连接，以控制所述步进电机转动；

所述隔离电路用于对所述第一驱动电路的输入进行隔离保护(防止其他电流噪声的影响)；所述续流电路用于控制器控制所述直流电机时的辅助控制电路，起到续流的作用；所述过流保护电路用于实现对直流电机的过流保护；所述控制器在所述续流电路的辅助下通过第一驱动电路控制所述直流电机转动。

所述控制器采用avr芯片atmega128；

请参阅图2，图2是本发明实施例中隔离电路的电路图；所述隔离电路采用双通道数字隔离器iso7220c，iso7220c的1号引脚连接电源vcc，2号引脚和3号引脚连接控制器的pwm输出端，4号引脚连接模拟地gnd，5号引脚连接电源地pgnd，6号引脚和7号引脚连接至第一驱动电路，8号引脚连接第一电源vcc1；其中，1号引脚和8号引脚需具有不同地的两个电源，本发明实施例中将vcc经过5v/5v的dc变换得到vcc1，它们两个一起为iso7220c的输入端和输出端供电；

其中，控制器的pwm输出端为atmega128的10号引脚和14号引脚；iso7220c的2号引脚连接atmega128的10号引脚pb0，iso7220c的3号引脚连接atmega128的14号引脚pb4；控制器atmega128通过pb0和pb4引脚输出pwm控制信号至iso7220c。

请参阅图3，图3是本发明实施例中续流电路的电路图；所述续流电路包括：第一二极管d1、第二电极管d2、第三电极管d3和第四电极管d4；第一电极管的正极连接第二电极管的正极，第三二极管的负极连接第四二极管的负极，第一二极管的负极连接第四二极管的正极，第二二极管的负极连接第三二极管的正极，第三二极管的负极端还连接至电源vs，第二二极管的正极端还连接至电源地pgnd；第一二极管的负极端和第四二极管的正极端之间设置有连接口i1，第二二极管d2的负极端和第三二极管d3的正极端之间设置有连接口i2，i1和i2用于连接至第一驱动电路和直流电机；第一二极管d1、第二电极管d2、第三电极管d3和第四电极管d4构成的“h”桥，作为第一驱动电路的辅助电路实现随直流电机的控制。

请参阅图4，图4是本发明实施例中过流保护电路的电路图；所述过流保护电路包括：第一电阻r1、电位器r2和第二电容c2；电位器r2的两个固定点阻端分别连接至模拟地gnd和电源vcc，可变电阻端连接至atmega128的5号引脚ain1；第一电阻r1一端分别连接至电源地pgnd和第二电容c2的一端，另一端连接至atmega128的4号引脚ain0；第二电容c2的另一端连接至电源vs；过流保护电路通过对两个模拟入端的输入电压进行比较，采用avr单片机的模拟比较器，实现对直流电机的过流保护。

请参阅图5，图5是本发明实施例中第一驱动电路的电路图；所述第一驱动电路采用l298n驱动芯片，其外围电路包括：第一电容c1；l298n的1号引脚连接至15号引脚后再与控制器atmega128的4号引脚ain0；l298n的5号引脚与12号引脚连接后再连接至iso7220c的7号引脚outa，l298n的7号引脚和10号引脚连接后再连接至iso7220c的6号引脚outb；l298n的6号引脚和11号引脚分别连接至控制器atmega128的直流电机控制端；l298n的8号引脚连接至电源地pgnd；l298n的2号引脚和14号引脚连接后再连接至直流电机的一个控制端，l298n的3号引脚和13号引脚连接后再连接，且直流电机的连个控制端还分别连接至接口i0和接口i1，以接通续流电路；l298n的4号引脚连接至电源vs，9号引脚分别连接至第一电源vcc1和第一电容c1的一端，第一电容c1的另一端连接至电源地pgnd；l298n通过两个输入端口in1和in2接收隔离电路的两路pwm控制信号，控制直流电机正反转，ena和enb为控制使能端，控制直流电机的停转；

为了获得更大的输出电流，本发明实施例中l298n采用输入输出并联的连接方式，即in1与in4、in2与in3、out1与put4、out2与out3分别连接在一起。

vs代表直流电机的工作电压，其范围为+2.5v～46v，vcc接4.5v～7v电压。

请参阅图6，图6是本发明实施例中优化驱动电路的电路图；所述优化驱动电路采用步进电机驱动芯片l6208pd，其外围电路包括：第五二极管d5、第六二极管d6、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8、第九电阻r9、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十二电阻r12、第三电容c3、第四电容c4、第五电容c5、第六电容c6、第七电容c7、第八电容c8、第九电容c9和第十电容c10；

l6208pd的1号引脚、2号引脚和3号引脚并联后连接至模拟地gnd，4号引脚连接至电源vs+，5号引脚连接至接口p2的2号引脚；l6208pd的7号引脚连接至第六电阻r6的一端，第六电阻r6的另一端连接至第七电容c7的一端，第七电容c7的另一端分别连接至第五二极管d5的负极端和第六二极管d6的正极端，第五二极管d5的正极端分别连接至第六电容c6的一端、第五电容c5的一端、第四电容c4的一端和电源vs+，第六电容c6的另一端分别连接至第六二极管d6的负极端和l6208pd的30号引脚，第五电容c5的另一端与第四电容c4的另一端并联后连接至模拟地gnd；l6208pd的8号引脚连接至控制器atmega128的30号引脚pd5，l6208pd的9号引脚接参考电压vref，l6208pd的10号引脚接控制器atmega128的45号引脚pa6，l6208pd的11号引脚接控制器atmega128的46号引脚pa5；l6208pd的12号引脚串联第三电阻r3后连接至模拟地gnd，第四电阻r4与第三电阻r3并联；l6208pd的13号引脚串联第三电容c3后连接至模拟地gnd，第五电阻r5与第三电容c3并联；l6208pd的15号引脚连接至接口p1的1号引脚；l6208pd的16～21号引脚均连接至模拟地gnd；l6208pd的22号引脚连接至接口p1的3号引脚，l6208pd的24号引脚串联第十电容c10后连接至模拟地gnd，第七电阻r7并联在第十电容c10的两端，l6208pd的25号引脚串联第九电阻r9后连接至模拟地gnd，第八电阻r8并联在第九电阻r9两端，l6208pd的第26号引脚输出参考电压vref，为电源vcc经过分压电阻分压后得到，l6208pd的26号引脚分别连接至第九电容c9的一端和第十一电阻r11的一端，第十电阻r10并联在第九电容c9的两端，第九电容c9的另一端连接至模拟地gnd，第十一电阻r11的另一端连接至电源vcc；

l6208pd的27号引脚和28号引脚分别连接至控制器atmega128的34号引脚pg1和50号引脚pa1；l6208pd的29号引脚分别连接至第十二电阻r12的一端和第八电容c8的一端，第十二电容r12的另一端连接至控制器atmega128的47号引脚pa4，第八电容c8的另一端连接至模拟地gnd；l6208pd的32号引脚连接至接口p1的4号引脚，l6208pd的33号引脚连接电源vs+，l6208pd的34～36号引脚均连接至模拟地gnd；

端口p1的1～4号引脚out1a、out2a、out1b和out2b连接至两相步进电机。

vs+和vcc均通过外接电源提供，其中vs+为驱动电源，电源值范围为8～52v，由于不同型号的步进电机工作电压不一定相同，因此该电压需要与所使用的步进电机的工作电压保持一致。vref为参考电压，由电源vcc经过分压电阻得到，其与l6208pd的sense脚上的电压进行比较厚控制全桥的关闭与否；

控制器atmega128通过i/o口中的pa4、pa5、pa6、pa7、pd5和pg1号引脚配置为带上拉电阻的输出并分别与l6208pd的enable、cw/ccw、clock、control、rst、half/full控制线相连。

enable为l6208pd的使能信号，当输入为低电平时，所有的mosfet开关被关断，高电平时使能工作；cw/ccw用于控制步进电机的转向，高电平时，电机正传，低电平时，电机反转。clock是相位序列发生器的时钟，上升沿触发有效，可以通过调整clock脉冲的频率来控制相位序列发生器产生的步进序列的频率，以实现对步进电机速度的控制。rst信号用于复位相位序列发生器，当rst信号为低电平时，使相位序列发生器处于初始状态。half/full用于设置步进序列的模式，配合reset信号可以将l6208pd设置为半步模式、单相全步模式及两相全步模式三种步进模式。control信号用于设置衰减模式，高电平时为慢速衰减模式，低电平时为快速衰减模式。

本发明的有益效果是：本发明所提出的优化驱动电路可同时驱动两类电机，通过pwm配合桥式驱动电路l298n实现直流电机调速，简单且调速范围大，增加了隔离电路、续流电路和过流保护电路，减少了电机的电压不致对控制器可能造成的干扰，提高了电路的抗干扰性、稳定性和可靠性；

步进电机的驱动范围广(8～52v)，可驱动绝大部分步进电机，和传统的驱动电路相比：驱动电流大、稳定性好、实现方便、安全可靠。

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。