一种电机快速放电急停电路的制作方法

1.本发明涉及电学领域，特别涉及一种电机快速放电急停电路。


背景技术：

2.目前绝大多数低压直流电机急停电路复杂，一般需要2个mos管实现，成本居高，且双mos设计调试复杂、泄放速度相对较慢，泄放时间基本都是10-20毫秒。


技术实现要素：

3.本发明提供了一种电机快速放电急停电路，包括信号处理电路、信号控制电路、逻辑控制电路、电机驱动电路和尖峰吸收电路，实现在直流电机停止时，能同时做到能量的释放以及瞬间急停，性能优异，残余能量释放以及急停时间为毫秒级，时间短。
4.本发明的技术方案为：
5.一种电机快速放电急停电路，包括：
6.信号处理电路，其根据电机开关状态生成电机控制信号；
7.信号控制电路，其连接信号处理电路，根据电机开关状态选择电路通断；
8.逻辑控制电路，其连接信号控制电路，接收电机控制信号，对电机控制信号进行放大，并根据电机控制信号控制急停输出电路的通断；
9.电机驱动电路，其连接信号处理电路和逻辑控制电路，根据电机控制信号驱动电机运转或急停；
10.尖峰吸收电路，其连接逻辑控制电路和电机驱动电路，辅助电机急停，并吸收急停泄放电流，为电机提供与输入电源正极相同的电压。
11.优选的是，信号处理电路包括：
12.电机启停开关s1，其第一端接地；
13.电机变速开关s2，其第一端接地；
14.驱动芯片u1，其第一输入引脚pa4能够与电机启停开关s1的第二端电连接，并通过第一输出引脚pa3输出电机启停信号，第二输入引脚pa6能够与电机变速开关s2的第二端电连接，并通过第二输出引脚pa2输出电机变速信号。
15.优选的是，信号控制电路包括：三极管q10、电阻r10、电阻r11、电阻r12和电阻r13，三极管q10的基极通过电阻r12连接至驱动芯片u1的第二输出引脚pa2，发射极通过电阻r11连接至逻辑控制电路，集电极连接5v电源，电阻r13与电阻r12并联，电阻r10一端共接于电阻r11和逻辑控制电路，另一端接地。
16.优选的是，三极管q10为npn型三极管，电阻r10、电阻r11和电阻r13的电阻值均为47kr，电阻r12的电阻为52r。
17.优选的是，逻辑控制电路包括：三极管q1、三极管q3、三极管q7、三极管q8、三极管q9、电阻r2、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r9、电阻r14和电阻r15，三极管q9的基极经电阻r11连接三极管q10的发射极，发射极接地，集电极共接于电阻r9和电阻r5的一端，三极管q7
的基极连接电阻r5的另一端，发射极接地，集电极连接经电阻r4连接至三极管q3的基极，电阻r6一端共接于电阻r5的另一端与三极管q7的基极，另一端共接于三极管q7的基极与地线，三极管q8的基极经电阻r14连接至三极管q7的发射极，发射极接地，集电极接电机驱动电路，三极管q3与三极管q1形成推挽电路，对电机控制信号进行放大，以增大尖峰吸收电路的驱动电流，电阻r15的一端共接于电阻r4和三极管q3的基极，另一端共接于电阻r2和三极管q3的集电极。
18.优选的是，三极管q1为pnp型三极管、三极管q3、三极管q7、三极管q8和三极管q9为npn型三极管，电阻r2和电阻r4的电阻值为3kr，电阻r5和电阻r6的电阻值为2kr、电阻r9的电阻值为30kr、电阻r14的电阻值为110r，电阻r15的电阻值为1.5kr，逻辑控制电路的电源为24v。
19.优选的是，电机驱动电路包括：三极管q4、mos管q5、三极管q6、电机b1、电阻r3和电阻r7，三极管q4和三极管q6形成推挽电路，对电机控制信号进行放大以增大mos管q5的驱动电流，三极管q4的基极和三极管q6的基极共接于三极管q8的集电极和电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接驱动芯片u1的第一输出引脚pa3，mos管q5的g极经电阻r3共接于三极管q4的发射极和三极管q6的发射极，mos管q5的s极接地，mos管q5的d极共接于电机b1和尖峰吸收电路。
20.优选的是，三极管q4为npn型三极管，mos管q5为n沟道mos管，三极管q6为pnp型三极管，电阻r3的电阻值为51r，电阻r7的电阻为1kr，电机b1的电源为24v。
21.优选的是，尖峰吸收电路包括电容c1、电阻r1和mos管q2，mos管q2的g极共接于三极管q1的发射极和三极管q3的发射极，d极共接于电机b1和mos管q5的d极，s极连接电容c1，电阻r1的一端共接于三极管q1的发射极、三极管q3的发射极和mos管的g极，另一端共接于mos管q2的s极和电容c1。
22.优选的是，mos管q2为p沟道mos管，电容c1的容量为100uf，电阻r1的电阻值为30kr。
23.本发明的有益效果是：
24.1、本发明提供了一种电机快速放电急停电路，实现在直流电机停止时，能同时做到能量的释放以及瞬间急停，性能优异，残余能量释放以及急停时间为毫秒级，时间短。
25.2、本发明能应用于绝大部分直流电机驱动系统，针对不同功率、不同的输入电压的电机，只要修改驱动mos和泄放mos的规格即可，基本实现免调试，普适性广。
26.3、本发明的放电回路只需要1个mos即可，相比目前需要n沟道mos管与p沟道mos管组成对管的做法相比，节省了1个n沟道mos管，对于成本敏感型的产品具有积极的效益。
附图说明
27.图1为本发明提供的一种电机快速放电急停电路的示意图。
28.图2为本发明提供的一个实施例中电机启动的流程图。
29.图3为本发明提供的一个实施例中电机急停的流程图。
30.图4为本发明提供的一个实施例中电机转速切换的流程图。
具体实施方式
31.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
[0032]“内”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
[0033]
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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；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。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0034]
如图1所示，一种电机快速放电急停电路，包括信号处理电路100、信号控制电路200、逻辑控制电路300、电机驱动电路400和尖峰吸收电路500。
[0035]
信号处理电路100根据电机开关状态生成电机控制信号，信号控制电路200连接信号处理电路100，根据电机开关状态选择电路通断，逻辑控制电路300连接信号控制电路200，接收电机控制信号，对电机控制信号进行放大，并根据电机控制信号控制急停输出电路的通断，电机驱动电路400连接信号处理电路200和逻辑控制电路300，根据电机控制信号驱动电机运转或急停，尖峰吸收电路500连接逻辑控制电路300和电机驱动电路400，辅助电机急停，并吸收急停泄放电流，为电机提供与输入电源正极相同的电压。
[0036]
进一步的，信号处理电路100包括：
[0037]
电机启停开关s1，其第一端接地；
[0038]
电机变速开关s2，其第一端接地；
[0039]
驱动芯片u1，其第一输入引脚pa4能够与电机启停开关s1的第二端电连接，并通过第一输出引脚pa3输出电机启停信号，第二输入引脚pa6能够与电机变速开关s2的第二端电连接，并通过第二输出引脚pa2输出电机变速信号。
[0040]
本实施例中，驱动芯片u1为mcu负责驱动电机以及处理用户的按键信号，s1为电机启动与停止控制，s2为电机运行时的速度选择。当s1按下时，mcu(pa6)变为低电平，mcu检测到pa6为低电平时，pa3则输出pwm信号驱动电机，松开按键后，mcu(pa6)变为高电平，mcu检测到pa6为高电平时，pa3则输出低电平信号，电机停止转动即电机急停功能；s2按键主要功能为切换电机转速，当s2按下时，mcu(pa4)变为低电平，松开后mcu(pa4)变为高电平，mcu检测方式为上升沿检测，s2按键按下松开后，就触发了一次上升沿，从而控制pa3输出pwm信号的占空比，一共有5个档位，分别是20％、40％、60％、80％、100％，每次切换一个档位，档位循环往复，达到控制电机速度的原理。
[0041]
进一步的，信号控制电路200包括：三极管q10、电阻r10、电阻r11、电阻r12和电阻r13，三极管q10的基极通过电阻r12连接至驱动芯片u1的第二输出引脚pa2，发射极通过电阻r11连接至逻辑控制电路，集电极连接5v电源，电阻r13与电阻r12并联，电阻r10一端共接
于电阻r11和逻辑控制电路，另一端接地。
[0042]
其中，三极管q10为npn型三极管，电阻r10、电阻r11和电阻r13的电阻值均为47kr，电阻r12的电阻为52r。
[0043]
三极管q10始终处于导通和截止状态，当s1按键按下时，pa2输出高电平，q10导通，s2松开时，pa2输出低电平，q10截止。任何按键按下时，mcu的pa2和pa3均低电平，电机不转动。s1按键按下时，pa2为高电平，pa3输出pwm信号，电机转动。
[0044]
进一步的，逻辑控制电路300包括：三极管q1、三极管q3、三极管q7、三极管q8、三极管q9、电阻r2、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r9、电阻r14和电阻r15，三极管q9的基极经电阻r11连接三极管q10的发射极，发射极接地，集电极共接于电阻r9和电阻r5的一端，三极管q7的基极连接电阻r5的另一端，发射极接地，集电极连接经电阻r4连接至三极管q3的基极，电阻r6一端共接于电阻r5的另一端与三极管q7的基极，另一端共接于三极管q7的基极与地线，三极管q8的基极经电阻r14连接至三极管q7的发射极，发射极接地，集电极接电机驱动电路，三极管q3与三极管q1形成推挽电路，对电机控制信号进行放大，以增大尖峰吸收电路的驱动电流，电阻r15的一端共接于电阻r4和三极管q3的基极，另一端共接于电阻r2和三极管q3的集电极。
[0045]
其中，三极管q1为pnp型三极管、三极管q3、三极管q7、三极管q8和三极管q9为npn型三极管，电阻r2和电阻r4的电阻值为3kr，电阻r5和电阻r6的电阻值为2kr、电阻r9的电阻值为30kr、电阻r14的电阻值为110r，电阻r15的电阻值为1.5kr，逻辑控制电路的电源为24v。
[0046]
在本实施例中，电阻r14为限流电阻，电阻r2、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r9和电阻r15均为三极管的偏置电阻，给三极管提供截止和导通状态的偏置电压。
[0047]
进一步的，电机驱动电路400包括：三极管q4、mos管q5、三极管q6、电机b1、电阻r3和电阻r7，三极管q4和三极管q6形成推挽电路，对电机控制信号进行放大以增大mos管q5的驱动电流，三极管q4的基极和三极管q6的基极共接于三极管q8的集电极和电阻r7的一端，电阻r7的另一端连接驱动芯片u1的第一输出引脚pa3，mos管q5的g极经电阻r3共接于三极管q4的发射极和三极管q6的发射极，mos管q5的s极接地，mos管q5的d极共接于电机b1和尖峰吸收电路。
[0048]
其中，三极管q4为npn型三极管，mos管q5为n沟道mos管，三极管q6为pnp型三极管，电阻r3的电阻值为51r，电阻r7的电阻为1kr，电机b1的电源为24v。
[0049]
本实施例中，电机b1为直流电机，mos管q5为驱动电机的n沟道mos管，三极管q4和三极管q6形成推挽电路，对pwm信号进行放大，增大mos管q5的驱动电流，可以兼容更多不同规格的晶体管，电阻r3和电阻r7为限流电阻，限制mcu驱动电流,防止电流过大对mcu造成损坏。
[0050]
进一步的，尖峰吸收电路500包括电容c1、电阻r1和mos管q2，mos管q2的g极共接于三极管q1的发射极和三极管q3的发射极，d极共接于电机b1和mos管q5的d极，s极连接电容c1，电阻r1的一端共接于三极管q1的发射极、三极管q3的发射极和mos管的g极，另一端共接于mos管q2的s极和电容c1。
[0051]
其中，mos管q2为p沟道mos管，电容c1的容量为100uf，电阻r1的电阻值为30kr。
[0052]
本实施例中，mos管q2在电机断电时(q5截止)，吸收电机两端反向电动势尖峰后瞬
间在电机两端提供与输入电源正极的相等电势，使电机急停，电阻r1为偏置电阻，给mos管q2提供截止和导通状态的偏置电压，，mos管q2为电机停转时产生的反向电动势提供泄放回路以及为电机电机提供与输入电源正极相同的电压，使电机急停，电容c1为吸收泄放电流作用，利用了电容电压不能突变原理。
[0053]
在本实施例中，利用逻辑控制300电路和尖峰吸收电路500对电机快速放电急停的实现原理为：
[0054]
三极管q1与q3三极管3组成推挽电路，对控制信号进行放大，增大mos管q2的驱动电流，可以兼容更多不同规格的晶体管，三极管q7、三极管q8和三极管q9工作在导通或截止状态，为电路其他三极管提供导通或截止状态的工作条件。由三极管q9的工作状态可以将逻辑控制部分为两种电路组态，当三极管q9导通时(此时电机在工作状态)，三极管q1、三极管q3、三极管q7和三极管q8均为截止状态，则mos管q2为也为截止状态；当三极管q9截止时(此时电机在停止状态)，三极管q3为截止状态，三极管q1、三极管q7、三极管q8和mos管q2均为导通状态,则电机b1因停止转动的瞬间而产生的反向电动势被电容c1和mos管q2吸收，然后随着mos管q2的导通后，电机的一端会被上拉到输入电源的正极(另一端原本是接的电源正极)，则此时电机两端同时接上了电源正极，即电机两端等电位，电机急停。
[0055]
在一个实施例中，电机启动的过程如图2所示，开关s1接通，mcu(pa6)变为低电平，mcu检测到pa6为低电平时，pa3则输出pwm信号驱动电机，三极管q4和三极管q6导通，mos管q5导通，三极管q10和三极管q9导通，三极管q7和三极管q8截止，三极管q1和三极管q3截止，mos管q2截止，电机b1启动，电机处于正常工作状态，尖峰吸收电路500不工作。
[0056]
在另一个实施例中，电机急停的过程如图3所示，开关s1断开，mcu(pa6)变为高电平，mcu检测到pa6为高电平时，pa3则输出低电平信号，三极管q4截止，三极管q6导通，mos管q5截止，三极管q10和三极管q9截止，三极管q7和三极管q8导通，三极管q1导通，三极管q3截止，mos管q2导通，电机b1启动，电机因停止转动的瞬间而产生的反向电动势被电容c1和mos管q2吸收，然后随着mos管q2的导通后，电机的一端会被上拉到输入电源的正极(另一端原本是接的电源正极)，则此时电机两端同时接上了电源正极，即电机两端等电位，电机急停。
[0057]
在另一个实施例中，电机转速切换的过程如图4所示，当开关s2按下时，mcu(pa4)变为低电平，松开后mcu(pa4)变为高电平，mcu上升沿检测，s2按键按下松开后，就触发了一次上升沿，从而控制pa3输出pwm信号的占空比，一共有5个档位，分别是20％、40％、60％、80％、100％，每次切换一个档位，档位循环往复，达到控制电机速度的原理。
[0058]
本发明实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0059]
本发明提供了一种电机快速放电急停电路，实现在直流电机停止时，能同时做到能量的释放以及瞬间急停，性能优异，残余能量释放以及急停时间为毫秒级，时间短。本发明能应用于绝大部分直流电机驱动系统，针对不同功率、不同的输入电压的电机，只要修改驱动mos和泄放mos的规格即可，基本实现免调试，普适性广。本发明的放电回路只需要1个mos即可，相比目前需要n沟道mos管与p沟道mos管组成对管的做法相比，节省了1个n沟道mos管，对于成本敏感型的产品具有积极的效益。
[0060]
以上内容仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不脱离本发明的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护
范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。