一种直流电机驱动电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电机驱动技术领域，特别是涉及一种直流电机驱动电路。
【背景技术】
[0002]直流电机是将直流电能转换为机械能的电动机，因其良好的调速性能而得到广泛的应用。低压直流电机的驱动有多种驱动方法，采用继电器对电机进行开关控制，由于继电器响应时间慢、机械结构易损坏、寿命短可靠性较低等原因很少使用;采用专用芯片，虽然电路简单，便于调试，但是当电机电流较大时，没有满足要求的专用芯片，适用范围受到一定的限制;采用H桥型电机驱动电路，并利用PffM来实现电机调速，其中电机驱动芯片和三极管的型号选择和电路布图至关重要。
[0003]“自动变速器的电机控制电路”(申请号2009202567247)提出一种电机控制电路，包括全桥式驱动器A3941和4个MOSFET组成的全桥拓扑结构，其中全桥拓扑结构还包括RD并联电路和稳压电路。“一种直流电机驱动电路”(申请号2014107205873)提出一种H桥电机驱动原理。
[0004]在上述专利中，低压电子元器件功率MOSFET管在运行过程中会产生大量的热，严重影响功率MOSFET管的稳定运行，当散热条件恶劣时，会严重影响整个电路的正常运行。
【发明内容】
[0005]针对现有技术缺陷，本实用新型提出一种直流电机驱动电路，以增强整个电路的散热能力，本电路采用的技术方案如下:
[0006]一种直流电机驱动电路，由M⑶、检测模块、CAN总线模块、电源模块、隔离电路和电机驱动模块组成，所述驱动电路的各组成部分分布在电路板的正、反两面；
[0007]所述检测模块、CAN总线模块、电源模块以及MCU的接口分布在电路板的正面，隔离电路和电机驱动模块分布在电路板的反面；
[0008]其中，所述电源模块的输出端提供两路电源电压，其中一路与MCU、检测模块和CAN总线模块相连，另一路通过电路板内部走线与位于电路板反面的电机驱动模块相连接；
[0009 ]所述检测模块的检测值输出端与MCU相连;所述MCU的P丽信号输出端通过电路板内部走线与位于电路板反面的隔离电路连接;所述隔离电路的参考电压输出端与所述电机驱动模块相连接;所述电机驱动模块电流输出端与直流电机相连接；
[0010]所述CAN总线模块与M⑶双向连接。
[0011]即通过CANH和CANL与外界监控电路相连，将直流电机的电流值、驱动电路的温度值以及程序运行状态信息向外界传输，从而提高人机交互和运行安全性。
[0012]所述电机驱动模块由电机驱动芯片和驱动电路组成，所述驱动电路是由4个N沟道功率MOSFET管连接组成的H桥驱动电路。
[0013]与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于:
[0014]1、由于本实用新型的电路在电路板上双面布图，在提高散热的同时，也减小了电路板的体积，方便实用。
[0015]2、由于本实用新型的电机驱动模块和整个电路控制部分的电源为两路，因此可以隔离电机启停对电路的控制部分造成的电磁干扰，从而达到控制准确。
[0016]3、本实用新型中的电机驱动模块采用新型功率MOSFET管可以从本质上增大直流电机的功率，并减小功率MOSFET的能耗损失，提高效率。
[0017]4、由于本实用新型检测模块采用温度和电流检测模块，可以有效避免过流和高温对电路板带来的危害。
[0018]5、CAN总线的使用可以将电路的相关信息传递给外部的检测装置，从而可以方便人机交互，方便电路调试，提高电路的运行安全性。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型电路的电路方框图；
[0020]图2为本实用新型电路中电机驱动模块原理图；
[0021]图3为本实用新型电路的电路板的正面布图；
[0022]图4为本实用新型电路的电路板的背面布图；
[0023]图5为现有技术中电路的电路板布图；
【具体实施方式】
[0024]为使本实用新型电路的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本电路的【具体实施方式】作详细的说明，使本电路的上述目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中，并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本电路的主旨。
[0025]如图1所示，本直流电机驱动电路，包括M⑶、检测模块、CAN总线模块、电源模块、隔离电路和电机驱动模块；
[0026]所述检测模块包括电流检测模块和温度检测模块。
[0027]在电路接口中设置了两路12V电源接口，电源模块从接口中将外界两路12V电源连接至本电路中，其中一路12V电压直接供给电机驱动模块作为驱动电流，另一路经过电源模块处理之后输出端输出为MCU等模块需要的5V工作电压，两路电源在电路板制作时覆铜分别接各自的地线，两路电源可以进一步减小电机启停对MCU的影响；
[0028]M⑶采用飞思卡尔公司16位单片机MC9S12XS128，发出电机运动方向和运动速度的P丽信号，运动方向控制接口输出O或5V两个电平接到隔离模块运动方向接口，OV为电机正转，5V为电机反转;运动速度控制接口输出0-5V的PffM信号，接到隔离模块速度接口，OV为电机静止，5V为电机以最大速度旋转。
[0029]温度检测模块采用的温度传感器为DALLAS公司生产的DS18B20温度传感器，检测温度范围为_55°C?+125°C，体积小、成本低、抗干扰能力强和精度高，温度模块的输出信号接到MCU上，与MCU进行串口通信，MCU读取温度值，当读取温度值高于设定的门限值时，逐步减小MCU的输出运动速度PWM控制信号到温度值低于门限值为止;电流检测模块采用的电流传感器是LEM公司HLSR-SM系列，电流传感器串联在电机驱动模块中，其第一端连接图2中U2的输出端和U4的输入端，第二端与电机第二端相连，从传感器的信号输出端输出0-5V模拟电压值提供给MCU的AD 口。
[0030]CAN总线模块与MCU相连，当出现过流和高温后，MCU通过电流检测模块和温度检测模块检测，并通过CANH和CANL与外界监控电路相连，提高人机交互和运行安全性。
[0031 ]隔离电路连接M⑶和电机驱动模块，采用光耦TLP521，隔离电机反向电压。
[0032]电机驱动模块，是以TD340大功率全桥驱动芯片，配合使用4个功率MOSFET管的调速控制系统。TD340采用双列贴片式20脚封装，电源电压为6.5V-18.5V，工作电流值为4.5mA，功率耗散为500mW，静电放电为2KV，工作温度为-40?+125°C。功率M0SFET管采用N沟道型IXTA 180N055T,Rds = 4.0mQ，Id= 180A，Vd = 55V，Pd = 360W，Tj = _55?+175°C，内阻低，功率大。
[0033]如图2所示，为电机驱动模块驱动电机正反转的工作原理，包括第一组MOSFET管和第二组MOSFET管。其中第一组MOSFET管包括Ul和U4，第二组MOSFET管包括U2和U3。其连接关系为:Ul的输入端pinl和U2的输入端pinl与12V电源正极相连，Ul的输出端pin3分别与电机的第一端和U3的输入端pinl相连，电机的第二端与电流检测模块的第二端相连，U2的输出端Pin3分别与电流检测模块的第一端和U4的输入端pinl相连，U3和U4的输出端pin3都接地。当需要电机正转时，MCU传输信号到光耦，大功率驱动芯片的pin9引脚与光耦连接，接收OV电平，pin8引脚与光耦连接，得到电机转速PWM信号;第一组MOSFET管关闭，第二组MOSFET管导通，此时电流从12V电源正极流经U2的源极和漏极后，经过电流检测模块和直流电机之后，在通过U3连到12V电源的地，实现正转；当电机反转时，pin9为5V电平，第一组MOSFET管导通，第二组MOSFET管关闭，此时电流从12V电源正极流经Ul的源极和漏极后，经过直流电机和电流检测模块之后，在通过U4连到12V电源的地，实现反转。PWM信号越大，电机转速越快。
[0034]如图3所示，是直流电机驱动电路电路板的正面布图设计，电源通过接口接到电路板中，在流经位于最左边的继电器之后到达电源模块，处理成5V工作电压，输送到M⑶、检测模块和CAN总线模块。电流检测模块位于电源模块的右端，MCU接口位于正面布图的最右端，在接口之间的空白区域是CAN总线模块和温度检测模块。
[0035 ]如图4所示，描述的是直流电机驱动电路电路板的反面布图设计，为了方便MOSFET管的散热，将电机的驱动模块放置在电路板的反面，在电机驱动模块的旁边，布置了隔离电路。
[0036]如图5所示，是普通直流电机驱动电路电路板的布图设计，本电路板布图设计与之相比，功能性齐全;尺寸小便于安装;散热条件好;MOSFET管内阻小，从本质上减小散热。
【主权项】
1.一种直流电机驱动电路，由M⑶、检测模块、CAN总线模块、电源模块、隔离电路和电机驱动模块组成，其特征在于: 所述驱动电路的各组成部分分布在电路板的正、反两面； 所述检测模块、CAN总线模块、电源模块以及MCU的接口分布在电路板的正面，隔离电路和电机驱动模块分布在电路板的反面； 其中，所述电源模块的输出端提供两路电源电压，其中一路与MCU、检测模块和CAN总线模块相连，另一路通过电路板内部走线与位于电路板反面的电机驱动模块相连接； 所述检测模块的检测值输出端与MCU相连;所述MCU的PWM信号输出端通过电路板内部走线与位于电路板反面的隔离电路连接;所述隔离电路的参考电压输出端与所述电机驱动模块相连接;所述电机驱动模块控制信号输出端与直流电机相连接； 所述CAN总线模块与MCU双向连接。2.如权利要求1所述一种直流电机驱动电路，其特征在于: 所述电机驱动模块由电机驱动芯片和驱动电路组成，所述驱动电路是由4个N沟道功率MOSFET管连接组成的H桥驱动电路。
【专利摘要】本实用新型公开了一种直流电机驱动电路，由MCU、检测模块、CAN总线模块、电源模块、隔离电路和电机驱动模块组成，所述检测模块、CAN总线模块、电源模块以及MCU的接口分布在电路板的正面，隔离电路和电机驱动模块分布在电路板的反面。本实用新型电路采用温度与电流检测模块检测电路参数，并用CAN总线模块传递信息，以辅助TD340和IXTA180N055T搭建的驱动模块从根本上减小发热，并且在电路板布图上采用双面布图，在减小电路尺寸的同时提高散热条件，从而提高电机控制精度，并提高了效率和可靠性。
【IPC分类】H02P7/28
【公开号】CN205265578
【申请号】CN201521042822
【发明人】张超, 高炳钊, 王斌, 赵良春
【申请人】吉林大学
【公开日】2016年5月25日
【申请日】2015年12月15日