一种用于稳定有刷电机旋转速度的电路的制作方法

文档序号:15046865发布日期:2018-07-27 22:51阅读:897来源:国知局
本实用新型属于电机速度控制保护领域,具体为一种用于稳定有刷电机旋转速度的电路。
背景技术
:直流有刷电机是指将直流电转换成机械能的电机,就是给转子线圈施加一个直流电压,产生一个磁场,和定子磁铁磁场相互作用,拖动电机转动,靠电刷实现换向。一些玩具或者按钮式的汽车电动座椅中会采用直流有刷电机,有刷电机的价格便宜,容易驱动,且易于控制,因此在这些电动设备中应用广泛。对于有些直流有刷电机,有些情况下会要求直流有刷电机控制的速度恒定,市场上对于控制速度恒定的方法主要是在电机中增加光电传感器来测量电机的驱动速度,而后在软件的控制下,控制电机以恒定的速度旋转,保证电机以恒定的速度旋转,称为电机速度的环控制。在电机中采用传感器不但给制造过程增加了成本,还占用了电机内部空间。有鉴于此,为了解决以上传统电路成本高以及电路复杂的缺陷,急需要提出一种能够稳定电机速度、低成本、电路简单的电路,本实用新型提出了一种用于稳定有刷电机旋转速度的电路,包括:电源模块、MCU、MOS驱动电路、电机、MOS开关、电机电压采样电路,其中所述的电源模块根据MCU、MOS驱动电路以及电机的所需电压将电源自动分压,利用MOS开关与电机形成回路保护电机,通过电机的反电动势计算电机的旋转速度,利用电机自身的性质使得电机的旋转速度达到目标速度并稳定,减少了在传统电路中增加光电传感器的方法,减少成本,利用电机本身的性质设置检测电路,电路简单。技术实现要素:一种用于稳定有刷电机旋转速度的电路,包括:电源模块1、MCU2、MOS驱动电路3、电机4、MOS开关5、电机电压采样电路6,所述的电源模块1分别与MCU2、MOS驱动电路3、电机4连接,所述的MCU2与MOS驱动电路3连接,所述的MOS驱动电路4与MOS开关5连接,所述的MOS开关5与电机4连接,在电源模块1与电机4之间电路中引出电机电压采样电路6至MCU2,在电机4与MOS开关5之间引出电路至MCU2采集电机的反电动势。进一步的,所述的电源模块1可以生成电机供电电压用来给电机供电,电源模块1连接220V交流电源或者直流电源中的至少一种。优选的是,所述的电源模块1可以降压成15V供电给MOS驱动电路3,以及降压至5V或者3.3V中的一种用来给MCU供电。进一步的,所述的MCU为微程序控制器,包括两个采样端口,分别为ADC0以及ADC1,ADC1用来采集电机的感应电动势,而ADC0用来采集电机的供电电压,此外,MCU设有一个PWM控制信号口,所述的PWM是脉冲宽度调制,是一种模拟控制方式,根据相应载荷的变化来调制MOS管栅极的打开时间和关闭时间,实现MOS开关导通时间的改变,从而改变施加在电机上的电压。优选的是,所述的PWM频率为16kHz~32kHz,根据控制一个周期内导通时间与周期时间的一个比值来控制给电机的供电电压。进一步的,所述的MOS驱动电路3用来驱动MOS开关的G极信号,MCU的PWM控制信号口为5V或者3.3V,无法驱动MOS管,需要MOS驱动电路3来转换驱动电压信号,实现将5V或者3.3V的方波变成15V的方波。优选的是,所述的MOS驱动电路通过电阻一与MOS开关的G极连接,所述的电阻一的范围为10Ω~100Ω,优选的是,电阻一的电阻为10Ω~51Ω,用来减小流入MOS开关中G极的电流,所述的MOS驱动是驱动电路或者集成芯片中的至少一种。进一步的,所述的MOS开关5为场效应晶体管,MOS开关有三极,分别为:栅极G(Gate)、漏极D(Drain)、源极S(Source),所述的G极与MOS驱动电路3连接,所述的D极与电机4连接,所述的S极接地。进一步的,MOS场效应晶体管主要分为N沟道MOS开关以及P沟道MOS开关,优选的是,采用N沟道MOS开关容易制造,且内阻较小,当电路中电流较大时,MOS开关的消耗热量较小,优选的是,所述的MOS开关是电压型开关,当流入电压≥12V时,MOS开关打开,而流入电压<12V时,MOS开关关闭。进一步的,所述的电机4是感性负载,负载是指连接在电路中消耗电能的电源两端的电子元件,也称为用电器,一般负载分为感性负载、容性负载、阻性负载,其中感性负载为具有电感线圈的负载,电感对电流的变化具有抗拒作用,当流过电机的电流变化时,流过电机的电流不能发生突变,阻碍电流发生变化。电机旋转时,同时产生感应电动势,以及电机线圈内阻的压降与施加在电机相上的电压形成电机电压平衡方程。进一步的,所述的电机电压采样电路6由电阻二、电阻三组成,所述的电阻二的阻值为1kΩ~10kΩ,电阻三的阻值为10kΩ~100kΩ,在电阻二和电阻三串联,电阻三接地,电阻二和电阻三之间引出采样电路至MCU的ADC0端口,采集电阻三的压降,R3上的压降为:V_R3=(Vdc/(R3+R2)*R3),根据电阻二和电阻三的倍数关系,计算出电机的供电电压。进一步优选的是,当MCU发出PWM控制信号之后,PWM导通,电机两端的电压有高有低,高电平表示MOS开关打开,低电平表示MOS开关关闭,PWM不导通时,由于电机中线圈的感应电动势,在OFF区间产生波形,MCU的ADC1在这段区间去采样感应电动势的值,通过MCU的滤波、计算,得到采样值。进一步的,电机内的感应电动势和当前的速度是线性相关的,通过MCU的ADC1采样端口采样到的感应电动势值可以计算出电机速度的范围,一般来说,对于不同的电机,感应电动势对应的速度也不同。进一步优选的是,在MCU中预先设置所测量的电机感应电动势-速度的线性关系数组,MCU的ADC1采样到感应电动势后,就可以知道当前电机速度为多少,然后通过控制PWM的输出大小就可以保持电机的速度。采用如上所述的一种用于稳定有刷电机旋转速度的电路,不采用传感器来实现电机速度闭环控制,利用电机本身的特性,通过MCU的ADC1采样和软件算法计算出电机的速度,实时检测电机的速度,通过预先设置的感应电动势-速度的数组,快速查找,省去复杂的算法,减少MCU工作量。具体的,给电机设定一个目标速度,通过检测到的电机速度可知实际速度是否达到目标速度,通过MCU设有的PWM信号来控制MOS开关,然后通过控制PWM在一个周期内导通时间与周期时间的一个比值来控制给电机的供电电压,进而控制电机速度。附图说明:下面结合附图对具体实施方式做进一步的说明,其中:图1是本实用新型的电路图;图2是电机两端的电压图。主要结构序号说明1电源模块2MCU3MOS驱动电路4电机5MOS开关6电机电压采样电路如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。具体实施方式具体实施方式1:一种用于稳定有刷电机旋转速度的电路,包括:电源模块1、MCU2、MOS驱动电路3、电机4、MOS开关5、电机电压采样电路6,所述的电源模块1分别与MCU2、MOS驱动电路3、电机4连接,所述的MCU2与MOS驱动电路3连接,所述的MOS驱动电路4与MOS开关5连接,所述的MOS开关5与电机4连接,在电源模块1与电机4之间电路中引出电机电压采样电路6至MCU2,在电机4与MOS开关5之间引出电路至MCU2采集电机的反电动势。其中电机的电压为310V,目标速度1000转/min,所述的PWM频率为16kHz,周期为62.5μs,一个周期内导通时间占100%,电机上施加电压为310V,电机速度1000转/min。具体实施方式2:一种用于稳定有刷电机旋转速度的电路,包括:电源模块1、MCU2、MOS驱动电路3、电机4、MOS开关5、电机电压采样电路6,所述的电源模块1分别与MCU2、MOS驱动电路3、电机4连接,所述的MCU2与MOS驱动电路3连接,所述的MOS驱动电路4与MOS开关5连接,所述的MOS开关5与电机4连接,在电源模块1与电机4之间电路中引出电机电压采样电路6至MCU2,在电机4与MOS开关5之间引出电路至MCU2采集电机的反电动势。其中电机的电压为155V,目标速度500转/min,所述的PWM频率为16kHz,周期为62.5μs,一个周期内导通时间占50%,即PWM一个周期内打开31.25μs,电机上施加电压为,150V,电机速度500转/min。具体实施方式3:一种用于稳定有刷电机旋转速度的电路,包括:电源模块1、MCU2、MOS驱动电路3、电机4、MOS开关5、电机电压采样电路6,所述的电源模块1分别与MCU2、MOS驱动电路3、电机4连接,所述的MCU2与MOS驱动电路3连接,所述的MOS驱动电路4与MOS开关5连接,所述的MOS开关5与电机4连接,在电源模块1与电机4之间电路中引出电机电压采样电路6至MCU2,在电机4与MOS开关5之间引出电路至MCU2采集电机的反电动势。其中电机的电压为217V,目标速度700转/min,所述的PWM频率为16kHz,周期为62.5μs,一个周期内导通时间占70%,即PWM一个周期内打开43.75μs,电机上施加电压为217V,电机速度700转/min。以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本实用新型的保护范围。因此,本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。当前第1页1 2 3 
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