专利名称：用于控制电磁陀螺的驱动电路模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制电磁陀螺的驱动电路模块。
背景技术：
现有的电磁陀螺控制驱动电路通常采用分立元器件，按照不同的功能在PCB上进行组装，存在体积大、效率低、功能单一、噪声干扰等技术不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，用于满足对电磁陀螺控制驱动电路的多功能、小体积和高功率驱动能力。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，它包括FPGA模块，该FPGA模块具有用于输入多个控制信号的输入端和第一输出端口与第二输出端口，所述FPGA模块将多路控制信号转换生成数字信号从第一输出端口输出，所述FPGA模块将多路控制信号转换生成控制电平信号从第二输出端口输出；D/A 转换模块，该D/A转换模块的输入端与所述FPGA模块的第一输出端口相电连，该D/A转换模块将所述FPGA模块的第一输出端口输出的数字信号转换为用于控制负载的模拟电压信号；功率放大驱动电路模块，功率放大驱动电路的输入端与D/A转换模块的输出端相电连， 功率放大驱动电路将D/A转换模块输出的模拟电压信号转换为用于控制负载旋转的高功率驱动电信号；多个功率控制和开关电路模块，该功率控制电路的输入端与所述FPGA模块的第二输出的端口相电连，该功率控制电路将所述FPGA模块的第二输出端口输出的控制电平信号转换成用于驱动功率开关开启的电信号，以控制负载的相序。优选地，该FPGA模块具有与编程模块相连的可输入编程口。优选地，所述编程模块为JTAG模块。优选地，该FPGA模块具有与上位机的通讯口。优选地，它包括五路功率控制和开关电路模块，其中四路功率开关输出的电信号用于控制该负载的转速，另一路功率开关输出的电信号用于控制该负载的转向。优选地，功率放大驱动电路模块输出的高功率驱动电信号用于控制负载旋转的开启或关闭。本发明与现有技术相比，其有益效果为
(1)单电源工作，电源电压范围宽，为9V 30V，典型^V；
(2)集成度高，设计中采用一块FPGA，开发出用于处理多路输入信号的计数、分频、运算、处理等强大功能，同时能够满足一定的时序控制关系；
(3)可实现在系统可编程(ISP)功能；
(4)抗干扰能力强，控制逻辑部分和模拟驱动部分采用独立的电源分配设计；
(5)功率控制和驱动部分采用达林顿晶体管和高效N沟道大功率VDMOS场效应管，能够提供大于3A的输出控制和驱动电流；(6)可靠性高，采用厚膜工艺、金属管壳全气密封装。
图1是本发明实施例中的电路原理框图。图2是本发明实施例中的Kl K4开启时序及开启宽度控制状态图。图3是本发明实施例中的K5开启时序及开启宽度控制状态图。图4是本发明实施例中的FPGA及可编程接口电原理图。图5是本发明实施例中的D/A转换模块与功率放大驱动电路原理图。图6是本发明实施例中的一路功率控制与开关电路原理图。
具体实施例方式下面结合附图1-6之一对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域的技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚明确的界定。本发明的实施例中
如附图1所示，一种用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，它包括FPGA模块、D/A转换模块、功率放大驱动电路模块、多个功率控制与开关电路模块。如附图4所示，FPGA模块具有用于输入多个控制信号的输入端和第一输出端口和第二输出端口，所述FPGA模块将多路控制信号转换生成数字信号从第一输出端口输出，所述FPGA模块将多路控制信号转换生成控制电平信号从第二输出端口输出。FPGA模块实现复杂的逻辑判断和数学运算功能，并可实现在系统可编程，编程模块可以为JTAG模块，以达到优化设计和系统升级的目的。用FPGA模块实现了小数分频，满足了电路与上位机的通讯以及本电路的状态控制要求。用FPGA模块实现了 M位的计数与乘除法运算，以及16分频、32分频、1 分频和256分频，满足了电路精确数学运算的要求。如附图2和附图3所示，FPGA模块实现了公式化的参数运算功能，便于参数的动态控制和调整。用FPGA模块实现了内部上电复位和控制状态的初始化，满足了系统的控制要求。运用基于Active — HDL 软件的状态图设计和Verilog HDL硬件描述语言完成设计输入，再用Quartus软件进行编译和逻辑优化，并对电路进行在线仿真和配置。如附图5所示，D/A转换模块与功率放大驱动电路模块，该D/A转换模块的输入端与所述FPGA模块的第一输出端口相电连，该D/A转换模块将所述FPGA模块的第一输出端口输出的数字信号转换为用于控制负载的模拟电压信号，并经功率放大驱动电路输出控制负载转速的高功率电信号。由FPGA模块输出的八位数字信号DBO DB7，送给单电源 8 Bits D/A转换器AD558完成数字信号到模拟信号的转换，再将模拟信号输入给Rail-to -Rail型单电源运算放大器0P^5，由运算放大器驱动大功率达林顿晶体管TIP122，完成模拟信号的同相电压放大与功率驱动。功率放大驱动电路模块输出的高功率驱动电信号用于控制负载旋转的开启或关闭。图6是本发明实施例中的一路功率控制与开关电路原理图。其余每一路功率控制与开关电路均与图6相似。多个功率控制电路具有输入端和输出端，该功率控制电路的输入端与所述FPGA模块的第二输出端口相电连，该功率控制电路将所述FPGA模块的第二输
4出端口输出的控制电平信号转换成用于驱动功率开关动作的电信号。多个功率开关，每个功率开关的输入端与其相对应的功率控制电路的输出端相连，每个功率开关将功率控制电路输出的电平信号转换为用于控制负载相序的电信号。由 FPGA输出的五路功率控制信号mi IN5，经六缓冲驱动器M07(0C门结构)完成电平转换与驱动，同时控制五路N沟道大功率低内阻VDMOS管IRFR120N，输出五路功率驱动控制信号Kl K5。其中K1-K4的四路输出的电信号用于控制该负载的转速，K5的功率开关输出的电信号用于控制该负载的转向。本发明实施例中的主要技术指标
a)外形尺寸51X41X7(单位mm)，封装形式双列直插全气密金属管壳封装；
b)工作电压:+28V,+5V ；
c)输入时钟20MHz方波，TTL电平；
d)输入信号al a4:TTL电平，占空比不确定输入信号b0 b3: TTL电平，四位二进制编码输入模拟信号I: 0 5V直流；
e)计数时钟=IOOkHz；
f)K1、K2、K3、K4、K5功率驱动输出电压0 ^V，电流彡3A ；
g)K5输出与I成正比；
h)工作温度范围TA - 55°C + 1250C ；
i)贮存温度范围TS 一 65°C + 150°C。本发明完成对四路输入信号al、a2、a3、a4的周期进行计数(计数时钟频率为 100kHz)，根据不同的计数值对应输出幅度不同的电压值，并进行16分频和32分频，以不同的分频数作为输出信号Kl K5的开启宽度，以特定的时序关系做为输出信号Kl K5的开启顺序。Kl K5为功放开关输出控制，功放驱动电压幅度为0 ^V，对应电流0 3A。此外，为了满足对电磁陀螺控制驱动电路的多功能、小体积和高功率驱动能力等要求，提高了系统的整体性能，本发明采用创新的设计思路和自顶向下的设计方法，包括硬件和软件编程设计，组成一嵌入式在系统可编程(ISP)子系统，集数据采集、信号分频、逻辑判断、自动控制、功率驱动等功能于一体。同时，该发明采用了厚膜混合集成，通孔填孔、 双面布局布线、以及窄细间距组装、功率组装工艺等关键技术，封装形式为36引线双列直插式全气密性金属管壳封装。具有体积小、功能多、电磁兼容性好和可靠性高等特点，对提高系统的技术指标、工作效率和可靠性有着至关重要的作用。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，其特征在于它包括FPGA模块，该FPGA模块具有用于输入多个控制信号的输入端和第一输出端口与第二输出端口，所述FPGA模块将多路控制信号转换生成数字信号从第一输出端口输出，所述 FPGA模块将多路控制信号转换生成控制电平信号从第二输出端口输出；D/A转换模块，该D/A转换模块的输入端与所述FPGA模块的第一输出端口相电连，该 D/A转换模块将所述FPGA模块的第一输出端口输出的数字信号转换为用于控制负载的模拟电压信号；功率放大驱动电路模块，功率放大驱动电路的输入端与D/A转换模块的输出端相电连，功率放大驱动电路将D/A转换模块输出的模拟电压信号转换为用于控制负载旋转的高功率驱动电信号；多个功率控制和开关电路模块，该功率控制电路的输入端与所述FPGA模块的第二输出的端口相电连，该功率控制电路将所述FPGA模块的第二输出端口输出的控制电平信号转换成用于驱动功率开关开启的电信号，以控制负载的相序。
2.根据权利要求1所述的用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，其特征在于该FPGA模块具有与编程模块相连的可输入编程口。
3.根据权利要求1所述的用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，其特征在于所述编程模块为JTAG模块。
4.根据权利要求1所述的用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，其特征在于该FPGA模块具有与上位机的通讯口。
5.根据权利要求1所述的用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，其特征在于它包括五路功率控制和开关电路模块，其中四路功率开关输出的电信号用于控制该负载的转速，另一路功率开关输出的电信号用于控制该负载的转向。
6.根据权利要求5所述的用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，其特征在于所述功率放大驱动电路模块输出的高功率驱动电信号用于控制负载旋转的开启或关闭。
全文摘要
本发明公开一种用于控制电磁陀螺的驱动电路模块，它包括FPGA模块、D/A转换模块、功率放大驱动电路模块、多个功率控制与开关电路模块。FPGA模块具有用于输入多个控制信号的输入端和第一输出端口与第二输出端口，将多路控制信号转换生成数字信号从第一输出端口输出，将多路控制信号转换生成控制电平信号从第二输出端口输出；D/A转换模块将FPGA模块的第一输出端口输出的数字信号转换为模拟电压信号；功率放大驱动电路模块将D/A转换模块输出的模拟电压信号转换为用于控制负载动作的高功率驱动电信号；功率控制和开关电路模块将FPGA模块的第二输出端口输出的控制电平信号转换成用于驱动功率开关开启的电信号，并通过功率开关输出端输出，以控制负载的相序。
文档编号A63H1/00GK102401652SQ201110332850
公开日2012年4月4日 申请日期2011年10月28日 优先权日2011年10月28日
发明者尤广为, 张宪起, 张浩然, 王晓漫, 鲁争艳 申请人:中国兵器工业集团第二一四研究所苏州研发中心