具有延時保護的電機驅動控制器的製作方法
2023-09-19 09:01:50 4
專利名稱：具有延時保護的電機驅動控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有延時保護的電機驅動控制器。
背景技術：
永磁無刷電機用電子換向器取代機械換向器，結構更加簡單、維護方便、啟動性能和調速性能優，功率密度高，體積小，所以永磁無刷電機應用在機電一體化和轉動系統中的應用範圍不斷增大，其的控制技術的研究也不斷提高，其中涉及到的在高速運行過程中的換向問題也是一個很重要的問題。現在很多驅動在換向的時候都採用先停止電機的工作，再切換到相反的方向，這樣在使用的時候很麻煩，也造成了很大的不便。
然而這種原理結構所依賴的技術存在明顯的不足之處:
1.人為地參與電機的正反轉切換在需要快速完成的情況下，是達不到要求的，導致系統的響應時間增大到不可接受的地步。
2.若誤操作使電機直接正反轉則會損壞電機驅動器，甚至損害電機。
3.不便於系統做擴展應用。發明內容
本發明的目的是為了克服現有技術中的不足，提供一種可在運轉方向切換時自動延時輸出控制信號的具有延時保護的電機驅動控制器。
為實現以上目的，本發明通過以下技術方案實現:
具有延時保護的電機驅動控制器，包括:
控制單元，用於向電機發送運轉指令，控制電機的運轉方向、及速度；
給定方向信號輸送電路，用於向控制單兀輸送電機的運轉方向信號；
使能信號輸送電路，用於向控制單元輸送使能信號；
速度給定信號輸送電路，用於向控制單元輸送速度給定信號，由控制單元控制電機的運轉速度；
其特徵在於，所述給定方向信號輸送電路包括延時單元，所述延時單元在方向給定信號切換時，暫時切斷使能信號輸送電路或速度給定信號線路一段時間後再打開使能信號輸送電路或速度給定信號線路。
優選地是，所述延時單元包括電容器；所述延時單元利用電容充電及放電的時間實現在給定方向信號切換時暫時切斷使能信號輸送電路；電容充電或放電時間為切斷使能信號輸送電路或速度給定信號線路的時間。
優選地是，所述延時單元包括電容及異或門，所述電容串聯於與或門的一個引腳輸入電路上。
優選地是，還包括比較器、三極體、鎖存器及施密特觸發器；所述比較器具有兩個輸入引腳和一個輸出引腳，其中一個輸入引腳與始終輸入第一方向信號，另一個輸入引腳與方向信號控制裝置連接；方向信號控制裝置與比較器之間連接有第一二極體；所述比較器的輸出引腳與異或門的兩個輸入引腳連接，所述電容器連接於異或門的一個引腳與比較器的輸出引腳之間；所述異或門的輸出引腳與第一三極體連接；所述第一三極體與鎖存器的一個輸入引腳連接；所述鎖存器的另一個輸入引腳始終具有第一電平信號輸入；所述鎖存器的輸出引腳與依次串聯有第一施密特觸發器和第二施密特觸發器；鎖存器與第一施密特觸發器之間設置有第二二極體；使能信號輸送線路與給定方向信號輸送線路在第一施密特觸發器與第二施密特觸發器之間的J點並聯後與控制單元連接；使能信號輸送線路上設置有第三二極體；第二施密特觸發器與第二三極體串聯；速度給定輸送線路與第二三極體串聯。
在電機正反轉的方向信號給定時，通過自動檢測該方向信號，瞬間關閉使能信號、暫停給定信號，做一定的延時後，再啟動電機向反方向加速運轉，所有的這些都是硬體電路完成的，響應及時、可靠。無論從順時針轉動切換到逆時針轉動，還是從逆時針切換到順時針轉動，均可以實現延時後再控制電機旋轉，且可以多次進行操作。
本發明與現有技術相比，其有益效果為:電路結構簡單，工作可靠，系統響應及時，允許系統在輸入正方轉信號後自動檢測，進行自動延時，可以重複多次工作，不限定方向的切換順序，也不限定方向切換時的具體時間，快速地完成電機的正反轉切換工作。
圖1為本發明的結構框圖。
圖2為本發明的電路原理圖。
圖3為本發明實際應用時的接口框圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明進行詳細的描述:
如圖1所示，具有延時保護的電機驅動控制器，包括控制單元、給定方向信號輸送電路、使能信號輸送電路和速度給定信號輸送電路。給定方向信號輸送電路、使能信號輸送電路和速度給定信號輸送電路三者並聯後與控制單元串聯。給定方向信號輸送電路用於輸送給定方向信號，並控制使能信號輸送電路和控制速度給定信號輸送電路之一或兩者的開關。控制單元根據接收到的給定方向信號、使能信號和速度給定信號，控制無刷電機工作。控制單元只有在接收到給定方向信號、使能信號和速度給定信號三個信號時，才指令無刷電機按照給定的方向和速度運轉。
給定方向信號輸送電路包括檢測單元、延時單元、鎖存單元和反相單元。檢測單元用於檢測給定方向信號，並在檢測到給定方向信號時，向控制單元輸出方向信號。延時單元在給定方向信號切換，在設定的時間內維持切換之前的給定方向信號。鎖存單元根據延時單元輸出的信號，向反相單元輸出信號。反相單元用於接收鎖存單元輸出的信號，並將其進行反相處理後輸出。反相單元用於輸出信號，控制使能信號輸送線路的開關及速度控制信號輸送線路的開關。
檢測單元包括第一二極體Dl和比較器U1A，方向信號控制裝置與比較器UlA的引腳3連接。方向給定信號為低電平信號或高電平信號，其傳輸至比較器UlA的引腳3。比較器UlA的引腳2始終輸入高電平信號。
延時單元包括異或門U2A，電容Cl和第一三極體Ql。比較器UlA的引腳I輸出低電平信號或高電平信號至異或門U2A的引腳I和引腳2。比較器UlA的引腳I與異或門U2A的引腳I的電路上設置有一個電容Cl，電容Cl與異或門U2A的引腳2電連接。異或門U2A與三極體Ql電連接。三極體Ql集電極與鎖存單元電連接，發射極接地。
鎖存單元為RS鎖存器，包括異或門U3A和異或門U3D。異或門U3A的引腳I與三極體Ql的集電極連接。異或門U3D的引腳13始終輸入高電平信號。異或門U3A的引腳3輸出信號至第一施密特觸發器U4A。異或門U3A的引腳3與第一施密特觸發器U4A之間設置有第二二極體D2。第一施密特觸發器U4A與第二施密特觸發器U4B串聯。
使能信號輸送線路與方向信號輸送線路在第一施密特觸發器U4A與第二施密特觸發器U4B之間的J點連接。使能信號輸送線路上設置有第三二極體D3。
給定方向信號輸送電路、使能信號輸送電路和速度給定信號輸送電路在J點交匯。使能信號輸送電路經J點後輸送至控制單元。使能信號輸送電路中在J點與控制單元之間設置有二極體D3。使能給定信號為高電平時可經J點、二極體Dl輸送至控制單元。
速度給定信號輸送電路經J點後輸送至控制單元。速度給定信號輸送電路在J點與控制單元之間串聯有施密特觸發器和三極體Q2。
本發明工作過程如下:
當給定方向信號為高電平信號時，控制單元控制無刷電機順時針旋轉。給定方向信號為低電平信號時，控制單元控制無刷電機逆時針旋轉。本發明中的驅動控制器有兩種延時方式，第一狀態是在順時針旋轉時切換為逆時針旋轉時的延時；第二狀態是在逆時針旋轉切換為順時針方向旋轉時延時。
第一狀態:
無刷電機順時針旋轉。無刷電機保持順時針旋轉的情況下，給定方向信號為高電平信號，二極體Dll不導通。比較器UlA的引腳3輸入高電平信號。比較器UlA的引腳2始終輸入高電平信號。此時，比較器UlA的引腳I輸出高電平信號，且此時電容Cl充電。異或門U2A的引腳1、引腳2輸入均為高電平信號。異或門U2A的輸出為低電平信號。低電平信號經電阻R5後不能導通三極體Q1。鎖存器的U3A的引腳I輸入為高電平信號。鎖存器的U3D的引腳13始終輸入高電平信號。此時,鎖存器輸出低電平信號。低電平信號不能導通二極體，所以對後面的電路無影響。但由於R7電阻的存在，且該電阻上拉到高電平上，所以，使能信號和速度給定信號不受影響，系統正常運行。低電平信號經第一施密特觸發器U4A後轉換為高電平信號輸出，此時J點與控制單元之間的使能信號輸送電路、J點與控制單元之間的速度給定信號輸送電路均為連通狀態。控制單元接收到方向給定信號、使能信號和速度給定信號，並向無刷電機輸出指令。無刷電機按照控制單元的指令，以設定方向和速度旋轉。
切換無刷電機轉向為逆時針旋轉時，給定方向信號由高電平信號變為低電平信號。此時，二極體Dll導通後輸出低電平信號。比較器UlA的引腳3輸入低電平信號。UlA的引腳I輸出低電平信號至異或門U2A的引腳I和控制單元。控制單元切換無刷電機的旋轉方向，但在控制單元接收到使能信號和速度給定信號之前，控制單元不向無刷電機發送指令。當異或門U2A的引腳I輸入為低電平信號時、電容Cl放電輸出高電平信號至異或門U2A的引腳2並持續一定的時間，異或門U2A輸出高電平信號至電阻R5，經電阻R5後導通三極體，然後降為低電平信號並輸送至RS鎖存器的U3A引腳I。鎖存器的U3A的引腳3輸出高電平。高電平信號經第一施密特觸發器U4A後變為低電平信號。該低電平信號在J點將使能信號拉低為低電平信號，系統處於待機不工作狀態。速度給定信號在J點被拉低為低電平信號。該低電平信號經施密特觸發器U4B後變為高電平信號，從而使三極體Q2導通接地，不向控制單元輸送速度給定信號。在電容Cl放電的時間段內，本電路切斷了使能信號輸送電路和速度給定信號輸送電路，控制單元暫時不向無刷電機發送工作指令，電機停止工作。電機此時只能依靠慣性旋轉，直至收到工作指令。
經過一段時間的放電後，電容Cl的輸出信號由高電平變化為低電平,並輸送至異或門U2A的引腳2。在異或門U2A的引腳I和引腳2均輸入低電平信號時，異或門U2A輸出低電平信號。該低電平信號無法導通三極體Ql。RS鎖存器的U3A的引腳I輸入高電平信號。在鎖存器的U3A的引腳I無電平信號、U3D的引腳13輸入高電平信號的情況下,鎖存器輸出低電平信號。該低電平信號不能導通二極體，系統靜如正常模式。該低電平信號第一經施密特觸發器U4A後變為高電平信號。高電平信號使二極體D3導通，即J點與控制單元之間的使能信號輸送電路導通。使能信號輸送至控制單元。施密特觸發器U4A輸出的高電平信號經施密特出發U4B後變為低電平信號，並將低電平信號輸送至三極體Q2。三極體Q2在輸入低電平信號的情況下不導通接地。因此，速度給定信號輸送至控制單元。控制單元此時接收到了方向信號、使能信號和速度給定信號，向無刷電機發出逆時針旋轉的工作指令，無刷電機開始逆時針旋轉。自操作人員改變方向給定信號，至控制單元發出切換後的旋轉方向指令，存在時間間隔。在此時間間隔內，電機依靠慣性旋轉，且其速度逐漸降低，甚至可降為O。時間間隔的大小，取決於電容Cl的容量大小，電容容量大，則放電時間長，時間間隔長；電容容量小，則放電時間短，時間間隔短。
第二狀態:
無刷電機逆時針旋轉，給定方向信號為低電平信號。此時，二極體Dl導通。比較器UlA的引腳3輸入低電平信號、比較器UlA的引腳2輸入高電平信號，比較器UlA的引腳I輸出低電平信號。異或門U2A的引腳1、引腳2輸入均為低電平信號。異或門U2A的輸出為低電平信號。低電平信號經電阻R5不導通三極體Ql發射極。鎖存器的U3A的引腳I輸入高電平信號。鎖存器的U3D的引腳13始終輸入高電平信號。此時，鎖存器低電平信號。低電平信號經施密特觸發器U4A後轉換為高電平信號輸出，此時J點與控制單元之間的使能信號輸送電路、J點與控制單元之間的速度給定信號輸送電路均為連通狀態。控制單元接收到方向給定信號、使能信號和速度給定信號，並向無刷電機輸出指令。無刷電機按照控制單元的指令，以設定方向和速度旋轉。
無刷電機逆時針旋轉切換到順時針旋轉時，給定方向信號為高電平信號。此時，二極體Dll不導通。比較器UlA的引腳3輸入高電平信號、比較器UlA的引腳2輸入高電平信號，比較器UlA的引腳I輸出高電平信號。高電平信號為電容Cl充電,至電容Cl充電完成之前，異或門U2A的引腳I輸入為低電平信號、此時異或門U2A的引腳2輸入為高電平。異或門U2A的輸出為高電平信號。高電平信號經電阻R5導通三極體Ql發射極。鎖存器的U3A的引腳I此時輸入低電平信號。鎖存器的U3D的引腳13始終輸入高電平信號。此時，鎖存器輸出高電平信號。高電平信號經施密特觸發器U4A後轉換為低電平信號輸出，此時使能信號無效、同時速度給定信號也為零，系統進入延時狀態。
當電容Cl充電完成之後，異或門U2A的引腳I和引腳2均輸入高電平信號，引腳3輸出為低電平信號，三極體Ql不導通，鎖存器輸出為低電平，系統進入正常運行模式。
本發明中的實施例僅用於對本發明進行說明，並不構成對權利要求範圍的限制，本領域內技術人員可以想到的其他實質上等同的替代，均在本發明保護範圍內。
權利要求
1.具有延時保護的電機驅動控制器，包括: 控制單元，用於向電機發送運轉指令，控制電機的運轉方向、及速度； 給定方向信號輸送電路，用於向控制單元輸送電機的運轉方向信號； 使能信號輸送電路，用於向控制單元輸送使能信號； 速度給定信號輸送電路，用於向控制單元輸送速度給定信號，由控制單元控制電機的運轉速度； 其特徵在於，所述給定方向信號輸送電路包括延時單元，所述延時單元在方向給定信號切換時，暫時切斷使能信號輸送電路或速度給定信號線路一段時間後再打開使能信號輸送電路或速度給定信號線路。
2.根據權利要求1所述的具有延時保護的電機驅動控制器，其特徵在於，所述延時單元包括電容器；所述延時單元利用電容充電及放電的時間實現在給定方向信號切換時暫時切斷使能信號輸送電路；電容充電或放電時間為切斷使能信號輸送電路或速度給定信號線路的時間。
3.根據權利要求1或2所述的具有延時保護的電機驅動控制器，其特徵在於，所述延時單元包括電容及異或門，所述電容串聯於與或門的一個引腳輸入電路上。
4.根據權利要求3所述的具有延時保護的電機驅動控制器，其特徵在於，還包括比較器、三極體、鎖存器及施密特觸發器；所述比較器具有兩個輸入引腳和一個輸出引腳，其中一個輸入引腳與始終輸入第一方向信號，另一個輸入引腳與方向信號控制裝置連接；方向信號控制裝置與比較器之間連接有第一二極體；所述比較器的輸出引腳與異或門的兩個輸入引腳連接，所述電容器連接於異或門的一個引腳與比較器的輸出引腳之間；所述異或門的輸出引腳與第一三極體連接；所述第一三極體與鎖存器的一個輸入引腳連接；所述鎖存器的另一個輸入引腳始終具有第一電平信號輸入；所述鎖存器的輸出引腳與依次串聯有第一施密特觸發器和第二施密特觸發器；鎖存器與第一施密特觸發器之間設置有第二二極體；使能信號輸送線路與給定方向信號輸送線路在第一施密特觸發器與第二施密特觸發器之間的J點並聯後與控制單元連接；使能信號輸送線路上設置有第三二極體；第二施密特觸發器與第二三極體串聯；速度給定輸送線路與第二三極體串聯。
全文摘要
本發明公開了一種具有延時保護的電機驅動控制器，包括控制單元，用於向電機發送運轉指令，控制電機的運轉方向、及速度；給定方向信號輸送電路，用於向控制單元輸送電機的運轉方向信號；使能信號輸送電路，用於向控制單元輸送使能信號；速度給定信號輸送電路，用於向控制單元輸送速度給定信號，由控制單元控制電機的運轉速度；其特徵在於，所述給定方向信號輸送電路包括延時單元，所述延時單元在方向給定信號切換時，暫時切斷使能信號輸送電路或速度給定信號線路一段時間後再打開使能信號輸送電路或速度給定信號線路。本發明電路結構簡單，工作可靠，系統響應及時，允許系統在輸入正方轉信號後自動檢測，進行自動延時。
文檔編號H02P6/22GK103138665SQ20121047351
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月20日 優先權日2012年11月20日
發明者焦玉良 申請人:上海矽力電子科技有限公司