一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]直流電機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的電動(dòng)機(jī)，因其良好的調(diào)速性能而得到廣泛的應(yīng)用。低壓直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)有多種驅(qū)動(dòng)方法，采用繼電器對(duì)電機(jī)進(jìn)行開關(guān)控制，由于繼電器響應(yīng)時(shí)間慢、機(jī)械結(jié)構(gòu)易損壞、壽命短可靠性較低等原因很少使用;采用專用芯片，雖然電路簡單，便于調(diào)試，但是當(dāng)電機(jī)電流較大時(shí)，沒有滿足要求的專用芯片，適用范圍受到一定的限制;采用H橋型電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，并利用PffM來實(shí)現(xiàn)電機(jī)調(diào)速，其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和三極管的型號(hào)選擇和電路布圖至關(guān)重要。
[0003]“自動(dòng)變速器的電機(jī)控制電路”(申請(qǐng)?zhí)?009202567247)提出一種電機(jī)控制電路，包括全橋式驅(qū)動(dòng)器A3941和4個(gè)MOSFET組成的全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)還包括RD并聯(lián)電路和穩(wěn)壓電路?！耙环N直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路”(申請(qǐng)?zhí)?014107205873)提出一種H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理。
[0004]在上述專利中，低壓電子元器件功率MOSFET管在運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，嚴(yán)重影響功率MOSFET管的穩(wěn)定運(yùn)行，當(dāng)散熱條件惡劣時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響整個(gè)電路的正常運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺陷，本實(shí)用新型提出一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，以增強(qiáng)整個(gè)電路的散熱能力，本電路采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，由M⑶、檢測模塊、CAN總線模塊、電源模塊、隔離電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，所述驅(qū)動(dòng)電路的各組成部分分布在電路板的正、反兩面；
[0007]所述檢測模塊、CAN總線模塊、電源模塊以及MCU的接口分布在電路板的正面，隔離電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分布在電路板的反面；
[0008]其中，所述電源模塊的輸出端提供兩路電源電壓，其中一路與MCU、檢測模塊和CAN總線模塊相連，另一路通過電路板內(nèi)部走線與位于電路板反面的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連接；
[0009 ]所述檢測模塊的檢測值輸出端與MCU相連;所述MCU的P麗信號(hào)輸出端通過電路板內(nèi)部走線與位于電路板反面的隔離電路連接;所述隔離電路的參考電壓輸出端與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連接;所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊電流輸出端與直流電機(jī)相連接；
[0010]所述CAN總線模塊與M⑶雙向連接。
[0011]即通過CANH和CANL與外界監(jiān)控電路相連，將直流電機(jī)的電流值、驅(qū)動(dòng)電路的溫度值以及程序運(yùn)行狀態(tài)信息向外界傳輸，從而提高人機(jī)交互和運(yùn)行安全性。
[0012]所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和驅(qū)動(dòng)電路組成，所述驅(qū)動(dòng)電路是由4個(gè)N溝道功率MOSFET管連接組成的H橋驅(qū)動(dòng)電路。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于:
[0014]1、由于本實(shí)用新型的電路在電路板上雙面布圖，在提高散熱的同時(shí)，也減小了電路板的體積，方便實(shí)用。
[0015]2、由于本實(shí)用新型的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊和整個(gè)電路控制部分的電源為兩路，因此可以隔離電機(jī)啟停對(duì)電路的控制部分造成的電磁干擾，從而達(dá)到控制準(zhǔn)確。
[0016]3、本實(shí)用新型中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊采用新型功率MOSFET管可以從本質(zhì)上增大直流電機(jī)的功率，并減小功率MOSFET的能耗損失，提高效率。
[0017]4、由于本實(shí)用新型檢測模塊采用溫度和電流檢測模塊，可以有效避免過流和高溫對(duì)電路板帶來的危害。
[0018]5、CAN總線的使用可以將電路的相關(guān)信息傳遞給外部的檢測裝置，從而可以方便人機(jī)交互，方便電路調(diào)試，提高電路的運(yùn)行安全性。
【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型電路的電路方框圖；
[0020]圖2為本實(shí)用新型電路中電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊原理圖；
[0021]圖3為本實(shí)用新型電路的電路板的正面布圖；
[0022]圖4為本實(shí)用新型電路的電路板的背面布圖；
[0023]圖5為現(xiàn)有技術(shù)中電路的電路板布圖；
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本實(shí)用新型電路的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本電路的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)的說明，使本電路的上述目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中，并未刻意按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本電路的主旨。
[0025]如圖1所示，本直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，包括M⑶、檢測模塊、CAN總線模塊、電源模塊、隔離電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；
[0026]所述檢測模塊包括電流檢測模塊和溫度檢測模塊。
[0027]在電路接口中設(shè)置了兩路12V電源接口，電源模塊從接口中將外界兩路12V電源連接至本電路中，其中一路12V電壓直接供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊作為驅(qū)動(dòng)電流，另一路經(jīng)過電源模塊處理之后輸出端輸出為MCU等模塊需要的5V工作電壓，兩路電源在電路板制作時(shí)覆銅分別接各自的地線，兩路電源可以進(jìn)一步減小電機(jī)啟停對(duì)MCU的影響；
[0028]M⑶采用飛思卡爾公司16位單片機(jī)MC9S12XS128，發(fā)出電機(jī)運(yùn)動(dòng)方向和運(yùn)動(dòng)速度的P麗信號(hào)，運(yùn)動(dòng)方向控制接口輸出O或5V兩個(gè)電平接到隔離模塊運(yùn)動(dòng)方向接口，OV為電機(jī)正轉(zhuǎn)，5V為電機(jī)反轉(zhuǎn);運(yùn)動(dòng)速度控制接口輸出0-5V的PffM信號(hào)，接到隔離模塊速度接口，OV為電機(jī)靜止，5V為電機(jī)以最大速度旋轉(zhuǎn)。
[0029]溫度檢測模塊采用的溫度傳感器為DALLAS公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器，檢測溫度范圍為_55°C?+125°C，體積小、成本低、抗干擾能力強(qiáng)和精度高，溫度模塊的輸出信號(hào)接到MCU上，與MCU進(jìn)行串口通信，MCU讀取溫度值，當(dāng)讀取溫度值高于設(shè)定的門限值時(shí)，逐步減小MCU的輸出運(yùn)動(dòng)速度PWM控制信號(hào)到溫度值低于門限值為止;電流檢測模塊采用的電流傳感器是LEM公司HLSR-SM系列，電流傳感器串聯(lián)在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊中，其第一端連接圖2中U2的輸出端和U4的輸入端，第二端與電機(jī)第二端相連，從傳感器的信號(hào)輸出端輸出0-5V模擬電壓值提供給MCU的AD 口。
[0030]CAN總線模塊與MCU相連，當(dāng)出現(xiàn)過流和高溫后，MCU通過電流檢測模塊和溫度檢測模塊檢測，并通過CANH和CANL與外界監(jiān)控電路相連，提高人機(jī)交互和運(yùn)行安全性。
[0031 ]隔離電路連接M⑶和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，采用光耦TLP521，隔離電機(jī)反向電壓。
[0032]電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，是以TD340大功率全橋驅(qū)動(dòng)芯片，配合使用4個(gè)功率MOSFET管的調(diào)速控制系統(tǒng)。TD340采用雙列貼片式20腳封裝，電源電壓為6.5V-18.5V，工作電流值為4.5mA，功率耗散為500mW，靜電放電為2KV，工作溫度為-40?+125°C。功率M0SFET管采用N溝道型IXTA 180N055T,Rds = 4.0mQ，Id= 180A，Vd = 55V，Pd = 360W，Tj = _55?+175°C，內(nèi)阻低，功率大。
[0033]如圖2所示，為電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的工作原理，包括第一組MOSFET管和第二組MOSFET管。其中第一組MOSFET管包括Ul和U4，第二組MOSFET管包括U2和U3。其連接關(guān)系為:Ul的輸入端pinl和U2的輸入端pinl與12V電源正極相連，Ul的輸出端pin3分別與電機(jī)的第一端和U3的輸入端pinl相連，電機(jī)的第二端與電流檢測模塊的第二端相連，U2的輸出端Pin3分別與電流檢測模塊的第一端和U4的輸入端pinl相連，U3和U4的輸出端pin3都接地。當(dāng)需要電機(jī)正轉(zhuǎn)時(shí)，MCU傳輸信號(hào)到光耦，大功率驅(qū)動(dòng)芯片的pin9引腳與光耦連接，接收OV電平，pin8引腳與光耦連接，得到電機(jī)轉(zhuǎn)速PWM信號(hào);第一組MOSFET管關(guān)閉，第二組MOSFET管導(dǎo)通，此時(shí)電流從12V電源正極流經(jīng)U2的源極和漏極后，經(jīng)過電流檢測模塊和直流電機(jī)之后，在通過U3連到12V電源的地，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；當(dāng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，pin9為5V電平，第一組MOSFET管導(dǎo)通，第二組MOSFET管關(guān)閉，此時(shí)電流從12V電源正極流經(jīng)Ul的源極和漏極后，經(jīng)過直流電機(jī)和電流檢測模塊之后，在通過U4連到12V電源的地，實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。PWM信號(hào)越大，電機(jī)轉(zhuǎn)速越快。
[0034]如圖3所示，是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電路板的正面布圖設(shè)計(jì)，電源通過接口接到電路板中，在流經(jīng)位于最左邊的繼電器之后到達(dá)電源模塊，處理成5V工作電壓，輸送到M⑶、檢測模塊和CAN總線模塊。電流檢測模塊位于電源模塊的右端，MCU接口位于正面布圖的最右端，在接口之間的空白區(qū)域是CAN總線模塊和溫度檢測模塊。
[0035 ]如圖4所示，描述的是直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電路板的反面布圖設(shè)計(jì)，為了方便MOSFET管的散熱，將電機(jī)的驅(qū)動(dòng)模塊放置在電路板的反面，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊的旁邊，布置了隔離電路。
[0036]如圖5所示，是普通直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路電路板的布圖設(shè)計(jì)，本電路板布圖設(shè)計(jì)與之相比，功能性齊全;尺寸小便于安裝;散熱條件好;MOSFET管內(nèi)阻小，從本質(zhì)上減小散熱。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，由M⑶、檢測模塊、CAN總線模塊、電源模塊、隔離電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，其特征在于: 所述驅(qū)動(dòng)電路的各組成部分分布在電路板的正、反兩面； 所述檢測模塊、CAN總線模塊、電源模塊以及MCU的接口分布在電路板的正面，隔離電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分布在電路板的反面； 其中，所述電源模塊的輸出端提供兩路電源電壓，其中一路與MCU、檢測模塊和CAN總線模塊相連，另一路通過電路板內(nèi)部走線與位于電路板反面的電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連接； 所述檢測模塊的檢測值輸出端與MCU相連;所述MCU的PWM信號(hào)輸出端通過電路板內(nèi)部走線與位于電路板反面的隔離電路連接;所述隔離電路的參考電壓輸出端與所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊相連接;所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊控制信號(hào)輸出端與直流電機(jī)相連接； 所述CAN總線模塊與MCU雙向連接。2.如權(quán)利要求1所述一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于: 所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊由電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和驅(qū)動(dòng)電路組成，所述驅(qū)動(dòng)電路是由4個(gè)N溝道功率MOSFET管連接組成的H橋驅(qū)動(dòng)電路。
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，由MCU、檢測模塊、CAN總線模塊、電源模塊、隔離電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊組成，所述檢測模塊、CAN總線模塊、電源模塊以及MCU的接口分布在電路板的正面，隔離電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊分布在電路板的反面。本實(shí)用新型電路采用溫度與電流檢測模塊檢測電路參數(shù)，并用CAN總線模塊傳遞信息，以輔助TD340和IXTA180N055T搭建的驅(qū)動(dòng)模塊從根本上減小發(fā)熱，并且在電路板布圖上采用雙面布圖，在減小電路尺寸的同時(shí)提高散熱條件，從而提高電機(jī)控制精度，并提高了效率和可靠性。
【IPC分類】H02P7/28
【公開號(hào)】CN205265578
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201521042822
【發(fā)明人】張超, 高炳釗, 王斌, 趙良春
【申請(qǐng)人】吉林大學(xué)
【公開日】2016年5月25日
【申請(qǐng)日】2015年12月15日