一种电路装置和有刷电机的制作方法

本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种电路装置和有刷电机。

背景技术：

h桥是一个典型的直流电机控制电路，因为它的电路形状酷似字母h，故得名与“h桥”，4个三极管组成h的4条垂直腿，而电机就是h中的横杠，h桥电路可使其连接的负载或输出端两端电压反相/电流反向。

在直流电机h桥驱动模式中，通常采用单级控制模式，传统设计中主要是通过控制芯片输出可调的脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，简称pwm)波形控制mos管的导通与关断，从而控制电机的转速及其正反转。需要占用微控制单元(microcontrolunit，简称mcu)的4个输入/输出(input/output，简称io)口，大量占用了微控制单元资源。

因此，现有技术存在直流电机h桥驱动中大量占用微控制单元资源的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种电路装置和有刷电机，以缓解了现有技术存在直流电机h桥驱动中大量占用微控制单元资源的技术问题。

第一方面本发明提供一种电路装置，包括四路二输入或非门电路、左半桥驱动电路、右半桥驱动电路和h桥电路；

所述四路二输入或非门电路的第一输入端输入pwm信号，第二输入端输入高电平信号或低电平信号；

所述四路二输入或非门电路的第一输出端与所述左半桥驱动电路的输入端相连，所述控制电路的第二输出端与所述右半桥驱动电路的输入端相连；

所述左半桥驱动电路的两个输出端分别连接所述h桥电路的两个左桥臂的控制端，所述右半桥驱动电路的两个输出端分别连接所述h桥电路的两个右桥臂的控制端。

进一步的，所述四路二输入或非门电路的第一输入端为第12引脚和第13引脚；

所述四路二输入或非门电路的第二输入端为第6引脚、第8引脚和第9引脚；

所述四路二输入或非门电路的输出端为第3引脚和第4引脚。

进一步的，所述左半桥驱动电路包括左驱动器、左上桥臂控制电路和左下桥臂控制电路；

所述左驱动器的输入端连接所述四路二输入或非门电路的第一输出端，所述左驱动器的com端接地；

所述左驱动器的高端驱动输出端连接所述左上桥臂控制电路的输入端，所述左驱动器的低端驱动输出端连接所述左下桥臂控制电路的输入端；

所述左上桥臂控制电路的输出端和所述左下桥臂控制电路的输出端分别连接h桥电路的两个左桥臂的控制端。

进一步的，所述右半桥驱动电路包括右驱动器、右上桥臂控制电路和右下桥臂控制电路；

所述右驱动器的输入端连接所述四路二输入或非门电路的第二输出端，所述右驱动器的com端接地；

所述右驱动器的高端驱动输出端连接所述第一右控制电路的输入端，所述右驱动器的低端驱动输出端连接所述右下桥臂控制电路的输入端；

所述右上桥臂控制电路的输出端和所述右下桥臂控制电路的输出端分别连接h桥电路的两个右桥臂的控制端。

进一步的，所述左半桥驱动电路或右半桥驱动电路还包括自举电路；

所述自举电路的一端连接所述左驱动器或右驱动器的vb端，另一端连接所述h桥电路的干路。

进一步的，所述自举电路包括自举电容和自举二极管；

所述自举电容一端连接所述左驱动器或右驱动器的vb端，另一端连接所述h桥电路的干路；

所述自举二极管一端连接所述左驱动器或右驱动器的vb端，另一端连接电源。

进一步的，所述左上桥臂控制电路、左下桥臂控制电路、右上桥臂控制电路和右下桥臂控制电路包括并联的二极管和偏置电阻。

进一步的，所述h桥电路包括左上桥臂mos管、左下桥臂mos管、右上桥臂mos管、右下桥臂mos管；

所述左上桥臂mos管的漏极连接电源，所述左上桥臂mos管的源极连接所述左下桥臂mos管的漏极，所述左下桥臂mos管的源极连接地线；

所述右上桥臂mos管的漏极连接电源，所述右上桥臂mos管的源极连接所述右下桥臂mos管的漏极，所述所述右下桥臂mos管的源极连接地线。

进一步的，所述h桥电路的两个左桥臂的控制端包括左上桥臂mos管的栅极和左下桥臂mos管的栅极；

所述h桥电路的两个右桥臂的控制端包括右上桥臂mos管的栅极和右下桥臂mos管的栅极；

所述左上桥臂控制电路的输出端和所述左下桥臂控制电路的输出端分别连接h桥电路的左上桥臂mos管的栅极和左下桥臂mos管的栅极；

所述右上桥臂控制电路的输出端和所述右下桥臂控制电路的输出端分别连接h桥电路的右上桥臂mos管的栅极和右下桥臂mos管的栅极。

第二方面，本发明还提供一种有刷电机，包括第一方面所述的电路装置。

本发明提供的一种电路装置，包括四路二输入或非门电路、左半桥驱动电路、右半桥驱动电路和h桥电路；四路二输入或非门电路的第一输入端输入pwm信号，第二输入端输入高电平信号或低电平信号；四路二输入或非门电路的第一输出端与左半桥驱动电路的输入端相连，四路二输入或非门电路的第二输出端与右半桥驱动电路的输入端相连；左半桥驱动电路的两个输出端分别连接h桥电路的两个左桥臂的控制端，右半桥驱动电路的两个输出端分别连接h桥电路的两个右桥臂的控制端。

采用本发明提供的电路装置，利用四路二输入或非门电路的第一输入端输入pwm信号，第二输入端输入高电平信号或低电平信号，四路二输入或非门电路的输出端分别连接左半桥驱动电路和右半桥驱动电路的输入端，此时输出端分别输出pwm信号和低电平信号，当第二输入端输入变换的高低电平信号时，经过四路二输入或非门电路的内部逻辑运算，使得输出的pwm信号和低电平信号在两个输出端之间交换，也就是输出的pwm信号和低电平信号在左半桥驱动电路和右半桥驱动电路的输入端之间交换，从而仅利用mcu的1路pwm信号和1路高低电平的io口即可实现对有刷电机正反转的变换和速度的控制，减少了控制芯片io口的占用，节省了硬件资源，且仅利用四路二输入或非门电路即可实现对有刷电机的控制，无需使用造价较高的控制芯片，进而也降低了成本。

相应地，本发明提供的一种有刷电机也同样具有上述技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种电路装置的示意图；

图2为本发明实施例中四路二输入或非门的电路图一；

图3为本发明实施例中四路二输入或非门的电路图二；

图4为本发明实施例中左、右半桥驱动电路和h桥电路的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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。

本发明实施例中所提到的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括其他没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在直流电机h桥驱动模式中，通常采用单级控制模式，传统设计中主要是通过控制芯片输出可调的脉冲宽度调制(pulsewidthmodulation，简称pwm)波形控制mos管的导通与关断，从而控制电机的转速及其正反转。需要占用微控制单元(microcontrolunit，简称mcu)的4个输入/输出(input/output，简称io)口，大量占用了微控制单元资源，往往需要选择更高级的控制芯片，导致成本增加。

因此，现有技术存在直流电机h桥驱动中大量占用微控制单元资源的技术问题。

为解决以上问题，本发明实施例提供一种电路装置。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例提供的一种电路装置，包括四路二输入或非门电路、左半桥驱动电路、右半桥驱动电路和h桥电路；四路二输入或非门电路的第一输入端输入pwm信号，第二输入端输入高电平信号或低电平信号；四路二输入或非门电路的第一输出端与左半桥驱动电路的输入端相连，四路二输入或非门电路的第二输出端与右半桥驱动电路的输入端相连；左半桥驱动电路的两个输出端分别连接h桥电路的两个左桥臂的控制端，右半桥驱动电路的两个输出端分别连接h桥电路的两个右桥臂的控制端。

采用本发明实施例提供的电路装置，利用四路二输入或非门电路的第一输入端输入pwm信号，第二输入端输入高电平信号或低电平信号，四路二输入或非门电路的输出端分别连接左半桥驱动电路和右半桥驱动电路的输入端，此时输出端分别输出pwm信号和低电平信号，当第二输入端输入变换的高低电平信号时，经过四路二输入或非门电路的内部逻辑运算，使得输出的pwm信号和低电平信号在两个输出端之间交换，也就是输出的pwm信号和低电平信号在左半桥驱动电路和右半桥驱动电路的输入端之间交换，从而仅利用mcu的1路pwm信号和1路高低电平的io口即可实现对有刷电机正反转的变换和速度的控制，减少了控制芯片io口的占用，节省了硬件资源，且仅利用四路二输入或非门电路即可实现对有刷电机的控制，无需使用造价较高的控制芯片，进而也降低了成本。

在一种可能的实施方式中，如图2和图3所示，u1为四路二输入或非门电路，四路二输入或非门电路的第一输入端为第12引脚和第13引脚，第一输入端输入pwm信号；四路二输入或非门电路的第二输入端为第6引脚、第8引脚和第9引脚，第二输入端输入高电平或低电平；四路二输入或非门电路的输出端为第3引脚和第4引脚，四路二输入或非门电路的第3引脚和第4引脚分别连接左半桥驱动电路和右半桥驱动电路的输入端。

在一种可能的实施方式中，如图4所示，u2和u3为分别为左驱动器和右驱动器，其中左驱动器和右驱动器中包括多个端口，分别为1引脚in：逻辑信号输入端，2引脚sd：关端引脚，3引脚com：下桥臂参考输出，4引脚lo：下桥臂输出，5引脚vcc：电源输入，6引脚vs：上桥臂参考输出，7引脚vb：浮动通道。

在一种可能的实施方式中，左半桥驱动电路包括左驱动器、左上桥臂控制电路和左下桥臂控制电路；左驱动器的输入端连接四路二输入或非门电路的第一输出端，左驱动器的com端接地；左驱动器的高端驱动输出端连接左上桥臂控制电路的输入端，左驱动器的低端驱动输出端连接左下桥臂控制电路的输入端；左上桥臂控制电路的输出端和左下桥臂控制电路的输出端分别连接h桥电路的两个左桥臂的控制端。

在一种可能的实施方式中，右半桥驱动电路包括右驱动器、右上桥臂控制电路和右下桥臂控制电路；右驱动器的输入端连接四路二输入或非门电路的第二输出端，右驱动器的com端接地；右驱动器的高端驱动输出端连接第一右控制电路的输入端，右驱动器的低端驱动输出端连接右下桥臂控制电路的输入端；右上桥臂控制电路的输出端和右下桥臂控制电路的输出端分别连接h桥电路的两个右桥臂的控制端。

当左驱动器u2输入的是pwm，右驱动器u3输入的是低电平时，右下桥臂mos管q4常导通，左上桥臂mos管q1和左下桥臂mos管q2由半桥式驱动器产生的一对互补pwm进行控制，当左上桥臂mos管为高电平时，由vcc电源-左上桥臂mos管q1、电机、右下桥臂mos管和gnd接地形成通路，电机电流上升。当左上桥臂q1为低电平时，左下桥臂mos管q2变为高电平，根据楞次定律，当不再给电机供电，线圈中存在自感电动势，电流继续往同一方向流动，于是由左下桥臂mos管q2、电机和右下桥臂mos管q4形成通路，给线圈电流继续提供通路。

当左驱动器u2输入的是低电平，右驱动器u3输入的是pwm时，左下桥臂mos管q2常导通，右上桥臂mos管q3和右下桥臂mos管q4由半桥式驱动器产生的一对互补pwm进行控制，当右上桥臂mos管q3为高电平时，由vcc电源-右上桥臂mos管q3、电机、左下桥臂mos管q2和gnd接地形成通路，电机电流上升。当右上桥臂mos管q3为低电平时，右下桥臂mos管q4变为高电平，根据楞次定律，当不再给电机供电，线圈中存在自感电动势，电流继续往同一方向流动，于是由右下桥臂mos管q4、电机和左下桥臂mos管q2形成通路，给线圈电流继续提供通路。

在一种可能的实施方式中，左半桥驱动电路或右半桥驱动电路还包括自举电路；自举电路的一端连接左驱动器或右驱动器的vb端，另一端连接h桥电路的干路，此干路是指h桥电路中连接电机所在的电路。自举电路也叫升压电路，是利用自举升压二极管，自举升压电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高，有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。

在一种可能的实施方式中，自举电路包括自举电容和自举二极管，如图4所示，d5和d6分别为左侧自举电路和右侧自举电路的自举二极管，c2和c4分别为左侧自举电路和右侧自举电路的自举电容。自举电容一端连接左驱动器或右驱动器的vb端，另一端连接h桥电路的干路，此干路是指h桥电路中连接电机所在的电路。自举二极管一端连接左驱动器或右驱动器的vb端，另一端连接电源。

在一种可能的实施方式中，左上桥臂控制电路、左下桥臂控制电路、右上桥臂控制电路和右下桥臂控制电路包括并联的二极管和偏置电阻。二极管提供mos管快速放电，偏置电阻用来调节基极偏置电流，使晶体管有一个适合的工作点。如图4所示，d1、d2、d3和d4为二极管，r1、r2、r3和r4为偏置电阻，c1和c3为滤波电容。

在一种可能的实施方式中，h桥电路包括左上桥臂mos管q1、左下桥臂mos管q2、右上桥臂mos管q3、右下桥臂mos管q4；左上桥臂mos管的漏极连接电源，左上桥臂mos管的源极连接左下桥臂mos管的漏极，左下桥臂mos管的源极连接地线；右上桥臂mos管的漏极连接电源，右上桥臂mos管的源极连接右下桥臂mos管的漏极，右下桥臂mos管的源极连接地线。

在一种可能的实施方式中，h桥电路的两个左桥臂的控制端包括左上桥臂mos管的栅极和左下桥臂mos管的栅极；h桥电路的两个右桥臂的控制端包括右上桥臂mos管的栅极和右下桥臂mos管的栅极；左上桥臂控制电路的输出端和左下桥臂控制电路的输出端分别连接h桥电路的左上桥臂mos管的栅极和左下桥臂mos管的栅极；右上桥臂控制电路的输出端和右下桥臂控制电路的输出端分别连接h桥电路的右上桥臂mos管的栅极和右下桥臂mos管的栅极。

实施例2：

本发明实施例提供一种有刷电机，包括实施例1提供的电路装置。采用此电路装置的有刷电机具有硬件资源占用少的优势。

本发明实施例提供的一种有刷电机与电路装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，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，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。