一種雙向直流電機驅動電路的製作方法
2023-09-14 06:40:35 3
專利名稱：一種雙向直流電機驅動電路的製作方法
技術領域：
—種雙向直流電機驅動電路技術領域[0001]本實用新型涉及一種電機驅動電路，特別涉及一種適用於按摩椅行業的雙向直流電機驅動電路。
背景技術：
[0002]目前，在國內的按摩椅行業中，直流電機(或直流電動缸)的使用越來越多。例如控制機械手的上、下行走電機、揉捏電機、拍打電機和實現3D功能的電機以及腳部、腿部和背部電機等。[0003]按摩椅直流電機的調速和轉向控制功能的實現，都是依靠對繼電器的控制(或驅動)來完成的。繼電器驅動直流電機的缺點是:功耗大、效率低；噪音大、可靠性差壽命短；成本高，不僅硬體成本高、軟體設計成本也高。[0004]目前，按摩椅產品裡的直流電機的運轉方向是由一組雙刀雙擲繼電器電路控制的，採用繼電器驅動直流電機的缺點是:繼電器的開關是通過電磁轉換實現機械觸點的開關動作，繼電器的觸點開關在工作時產生機械動作，所以必然產生下述問題:[0005]1、繼電器線圈通電工作時功耗大、效率低:繼電器的工作是由線圈通電後，繼電器才能正常工作，一隻繼電器的線圈耗電是24V*30mA=720mW，直流電機用的越多、繼電器越多，按摩椅產品的耗電也越多；[0006]2、噪音大:繼電器的噪音，就是繼電器開關觸點在導通瞬間產生的噪音，是在工作時觸點產生的機械動作導致的結果，不可避免；觸點要想接觸牢固(減小導通電阻)，就必須線圈充分通電，進而導致機械觸點力度加大，噪音就會更大。另外繼電器開關帶電切換時還會導致觸點產生電弧(火花)，使觸點損耗加大、氧化加速(或易老化)，繼電器壽命大大縮短、不可靠；[0007]3、成本高:採用繼電器不僅硬體成本高，軟體設計成本也很高；因為所有電磁類的繼電器所驅動的直流電機，當電機在轉向控制時都具有(結構造成)等待延遲的缺陷，這一點自然給軟體設計帶來了麻煩，軟體設計師都必須充分的考慮解決這個棘手問題，否則設計不好就會出現帶電切換，使得繼電器的觸點壽命大大縮短；同時為考慮繼電器的延遲問題，給軟體設計也增加了許多不必要的軟體代碼和存儲空間，這對一般的微處理器來說都是不小的資源浪費。[0008]因此，特別需要一種雙向直流電機驅動電路，以解決上述現有存在的問題。實用新型內容[0009]本實用新型的目的在於提供一種雙向直流電機驅動電路，針對現有技術的不足，由MOS管驅動的直流電機，具有自動延遲和異或控制處理的功能，不僅節能、可靠、方便，還大大降低了硬體成本和軟體的設計成本。[0010]本實用新型所解決的技術問題可以採用以下技術方案來實現:[0011]一種雙向直流電機驅動電路，其特徵在於，它包括一延遲驅動電路、一延遲反相驅動電路、第一 MOS管電路和第二 MOS管電路；控制器的輸出端分別與所述延遲驅動電路的輸入端和所述延遲反相驅動電路的輸入端相連接，所述延遲驅動電路的輸出端通過第一 MOS管電路與直流電機相連接，所述延遲反相驅動電路的輸出端通過第二 MOS管電路與直流電機相連接。[0012]在本實用新型的一個實施例中，所述延遲驅動電路包括電阻Rl、R2、二極體D1、D2、反相器U1A、U1B和電容Cl ;電阻Rl的一端連接控制器的輸出端，二極體Dl的一端和電阻R2的一端互相連接並連接控制器的輸出端，二極體Dl的另一端分別與電阻R2的另一端和電容Cl的一端相連接並通過二極體D2分別與電阻Rl的另一端和反相器UlA的一端連接，電容Cl的另一端接地，反相器UlA的另一端分別連接反相器UlB的一端和第二 MOS管電路，反相器UlB的另一端連接第一 MOS管電路。[0013]進一步，所述反相器UlA和UlB為達林頓反相器。[0014]在本實用新型的一個實施例中，所述延遲反相驅動電路包括電阻R3、R4、二極體03、04、反相器仍(:、仍0、似4和電容C2 ;電阻R3的一端連接控制器的輸出端，二極體D3的一端和電阻R4的一端互相連接並連接控制器的輸出端，二極體D3的另一端分別與電阻R4的另一端和電容C2的一端相連接並依次通過反相器U2A和二極體D4分別與電阻R3的另一端和反相器UlC的一端連接，電容C2的另一端接地，反相器UlC的另一端分別連接反相器UlD的一端和第一 MOS管電路，反相器UlD的另一端連接第二 MOS管電路。[0015]進一步，所述反相器UlC和UlD為達林頓反相器，所述反相器U2A為施密特反相器。[0016]在本實用新型的一個實施例中，所述第一 MOS管電路包括電阻R5、R6、R7、MOS管PMOSl和NMOSl ;電阻R5的一端連接延遲驅動電路，電阻R5的另一端分別連接電阻R6的一端和MOS管PMOSl的柵極，電阻R6的另一端分別連接電阻R7的一端、MOS管PMOSl的漏極和第二 MOS管電路，電阻R7的另一端分別連接MOS管NMOSl的柵極和延遲反相驅動電路，MOS管PMOSl的源極與MOS管NMOSl的漏極互相連接並連接直流電機的一端，MOS管NMOSl的源極接地。[0017]在本實用新型的一個實施例中，所述第二 MOS管電路包括電阻R8、R9、R10、M0S管PM0S2和NM0S2 ；電阻R8的一端連接延遲反相驅動電路，電阻R8的另一端分別連接電阻R9的一端和MOS管PM0S2的柵極，電阻R9的另一端分別連接電阻RlO的一端、MOS管PM0S2的漏極和第一 MOS管電路，電阻RlO的另一端分別連接MOS管NMOSl的柵極和延遲驅動電路，MOS管PM0S2的源極與MOS管NM0S2的漏極互相連接並連接直流電機的另一端，MOS管NM0S2的源極接地。[0018]本實用新型的雙向直流電機驅動電路具有如下優點:[0019]1、由於沒有類似繼電器的線圈，電機驅動功耗大大降低、非常節能；[0020]2、採用MOS管驅動直流電機，克服了機械觸點開關的所有缺點；[0021]3、採用MOS管驅動直流電機，不僅硬體成本大大降低，同時也給軟體設計不僅帶來了極大方便，而且節省了大量資源(軟體設計延遲所佔用的大量微控制器內存的資源)，軟體設計再也不需要考慮繼電器開關切換時的延遲問題；[0022]4、採用MOS管驅動直流電機，其壽命和可靠性都比採用繼電器大大提高。[0023]本實用新型的雙向直流電機驅動電路，與現有技術相比，採用MOS管來切換代替繼電器實現電機的轉向與調速功能，具有自動延遲和異或控制處理的功能，有效的解決了採用上述繼電器驅動直流電機帶來的諸多弊端，其不僅節能、可靠、方便，還大大降低了硬體成本和軟體的設計成本，實現本實用新型的目的。[0024]本實用新型的特點可參閱本案圖式及以下較好實施方式的詳細說明而獲得清楚地了解。
[0025]圖1為本實用新型的雙向直流電機驅動電路的電路原理圖；[0026]圖2為本實用新型的電路時序圖。
具體實施方式
[0027]為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。[0028]如圖1和圖2所示，本實用新型的雙向直流電機驅動電路，它包括一延遲驅動電路100、一延遲反相驅動電路200、第一 MOS管電路300和第二 MOS管電路400 ;控制器10的輸出端分別與所述延遲驅動電路100的輸入端和所述延遲反相驅動電路200的輸入端相連接，所述延遲驅動電路100的輸出端通過第一 MOS管電路300與直流電機20相連接，所述延遲反相驅動電路200的輸出端通過第二 MOS管電路400與直流電機20相連接。[0029]在本實用新型中，所述延遲驅動電路100包括電阻Rl、R2、二極體Dl、D2、反相器U1A、U1B和電容Cl ;電阻Rl的一端連接控制器10的輸出端，二極體Dl的一端和電阻R2的一端互相連接並連接控制器10的輸出端，二極體Dl的另一端分別與電阻R2的另一端和電容Cl的一端相連接並通過二極體D2分別與電阻Rl的另一端和反相器UlA的一端連接，電容Cl的另一端接地，反相器UlA的另一端分別連接反相器UlB的一端和第二 MOS管電路，反相器UlB的另一端連接第一 MOS管電路300。[0030]進一步，所述反相器UlA和UlB為達林頓反相器。[0031]在本實用新型中，所述延遲反相驅動電路200包括電阻R3、R4、二極體D3、D4、反相器U1C、U1D、U2A和電容C2 ;電阻R3的一端連接控制器10的輸出端，二極體D3的一端和電阻R4的一端互相連接並連接控制器10的輸出端，二極體D3的另一端分別與電阻R4的另一端和電容C2的一端相連接並依次通過反相器U2A和二極體D4分別與電阻R3的另一端和反相器UlC的一端連接，電容C2的另一端接地，反相器UlC的另一端分別連接反相器UlD的一端和第一 MOS管電路，反相器UlD的另一端連接第二 MOS管電路400。[0032]進一步，所述反相器UlC和UlD為達林頓反相器，所述反相器U2A為施密特反相器。[0033]在本實用新型中，所述第一 MOS管電路300包括電阻R5、R6、R7、MOS管PMOSl和NMOSl ；電阻R5的一端連接延遲驅動電路100，電阻R5的另一端分別連接電阻R6的一端和MOS管PMOSl的柵極，電阻R6的另一端分別連接電阻R7的一端、MOS管PMOSl的漏極和第二MOS管電路，電阻R7的另一端分別連接MOS管NMOSl的柵極和延遲反相驅動電路200，MOS管PMOSl的源極與MOS管NMOSl的漏極互相連接並連接直流電機20的一端，MOS管NMOSl的源極接地。[0034]在本實用新型中，所述第二 MOS管電路400包括電阻R8、R9、R10、M0S管PM0S2和NM0S2 ；電阻R8的一端連接延遲反相驅動電路200，電阻R8的另一端分別連接電阻R9的一端和MOS管PM0S2的柵極，電阻R9的另一端分別連接電阻RlO的一端、MOS管PM0S2的漏極和第一 MOS管電路，電阻RlO的另一端分別連接MOS管NMOSl的柵極和延遲驅動電路100，MOS管PM0S2的源極與MOS管NM0S2的漏極互相連接並連接直流電機20的另一端，MOS管NM0S2的源極接地。[0035]延遲驅動電路100中，一方面，控制器10的輸入信號XP通過電阻Rl連接到AO節點；另一方面，控制器10的輸入信號XT通過二極體Dl與延遲Tl模塊相併聯再與二極體D2串聯所組成的正向電壓的快速通道，將輸入信號XT會接於AO節點，同時對來自輸入信號XT的反向低電壓的下降沿信號，具有延遲Tl的效果；U1A和UlB是具有開漏輸出的達林頓反相器，節點AO與UlA的輸入端相連；U1A的輸出端一方面與UlB的輸入端相連經過反相後去控制PMOSl柵極使其導通或關閉，另一方面UlA的輸出端直接控制NM0S2的柵極使其導通或關閉。[0036]延遲反相驅動電路200中，一方面，控制器10的輸入信號XP通過電阻R3連接到BO節點；另一方面，控制器10的輸入信號XT通過二極體D3與延遲T2模塊相併聯，構成對輸入信號XT所產生的下降沿提供一個快速響應通道，連接到施密特反相器U2A的輸入端，經過U2A的輸出端串聯連接二極體D4的陽極，二極體D4的陰極與BO節點匯合，UlC和UlD是具有開漏輸出的達林頓反相器，節點BO與UlC的輸入端相連；U1C的輸出端一方面與UlD的輸入端相連經過反相後去控制PM0S2柵極使其導通或關閉，另一方面UlC的輸出端直接控制NMOSl的柵極使其導通或關閉。[0037]本實用新型的雙向直流電機驅動電路的工作過程如下:[0038]輸入信號XP為直流電機的脈寬調速控制信號:其XP低電平使直流電機運轉、XP高電平使直流電機關閉；輸入信號XT為直流電機的轉向控制信號:高電平為一種轉向、低電平為另一種轉向。U1A、U1B、U1C、U1D均為達林頓開漏反相器,且封裝在同一晶片中(型號類似ULN2003 )。U2A為施密特反相器(型號類似74HC14 )。[0039]直流電機停止運轉狀態下(既:關閉狀態下)XP信號一直處於高電平，因為XP的高電平信號一方面:通過Rl傳遞到節點A0，AO節點為高電平，此時與XT信號無關，因為二極體D2是單向高電平時才能進入節點A0，低電平時D2被截止，所以節點AO的電壓實際上就是等於XP或XT的邏輯「或」關係。節點AO高電平通過UlA反相器使其開漏輸出控制信號被拉低導致兩個結果:1、使NM0S2的柵極直接也被拉為低電平狀態，從而導致NM0S2關閉(既:漏極和源極斷開);2、通過UlB進一步的二次反相，使UlB的開漏輸出截止電壓被R5和R6拉高，使PMOSl的柵極處於拉高致+V狀態，導致PMOSl的關閉慨:漏極和源極斷開)。[0040]因為XP的高電平信號另一方面:[0041]通過R3傳遞到節點B0，BO節點為高電平，此時與XT信號無關，因為二極體D4是單向高電平時才能進入節點B0，/XTB為低電平時D4被截止，所以節點BO的電壓實際上就是等於XP或/XTB的邏輯「或」關係。節點BO高電平通過UlC反相器使其開漏輸出控制信號被拉低導致兩個結果:1、使NMOSl的柵極直接也被拉為低電平狀態，從而導致NMOSl關閉(既:漏極和源極斷開);2、通過UlD進一步的二次反相，使UlD的開漏輸出截止電壓被R5和R6拉高，使PM0S2的柵極處於拉高致+V狀態，導致PM0S2的關閉慨:漏極和源極斷開)。[0042]上述結論:既XP的高電平信號可以使兩組MOS管:PM0S1、NM0S2和PM0S2、NMOSl都處於斷開狀態(既:直流電機處於關閉狀態)。[0043]直流電機通電工作運轉狀態下(XP信號一直處於低電平狀態下)，此時直流電機開始工作，其電機的運轉方向是由兩組MOS管的導通與關閉來決定的，而究竟是:PM0S1、NM0S2組開關導通還是PM0S2、NM0S1組開關導通，將取決於直流電機的轉向控制信號XT的電壓狀態:是「高」還是「低」:[0044]情況1、當XT處於連續低電平時，對通道A (見圖1中延遲驅動電路100)來說，電容Cl通過電阻Rl放電產生的延遲時間T=RlCl會致使節點XTA電壓為低、二極體Dl和D2被單向禁止(如同開路)，使節點AO電壓只受到XP的電壓狀態影響也為「低」電平，使節點AO電壓只能夠受到XP的電壓狀態影響也為「低」電平，經過兩個具有開漏輸出反相器UlA和UlB的電壓反相，分別導致節點Al電平(也是NM0S2的柵極)被RlO拉為「高」、節點A2電平被UlB內部開漏三極體拉為「低」，再經過電阻R5和R6分壓使PMOSl的柵極電壓被拉「低」，A1、A2的電壓狀態剛好構成了符合PMOSl和NM0S2導通的柵極控制條件，此狀態致使直流電機沿著PMOSl和NM0S2管子的「源極-漏極」導通方向運轉。在此狀態下(XT保持「高」電平)，如果再重複改變XP信號的脈衝寬度就能夠輕而易舉的實現對直流電機在此轉向的調速控制功能。當XT處於連續低電平時，對另一通道B (見圖1中延遲反相驅動電路200)來說，二極體D3單向導通與其並聯的電阻R4不起作用，電容C2被瞬間放電後，會致使節點XTB強制為低電平，經過施密特反相器輸出節點/XTB為高電平後，再通過二極體D4的單向導通，使節點BO電壓也強制為高，經過反相器UlC和UlD的電壓反相，分別導致節點BI電平為「低」、B2被R8、R9拉致「高」電平，BUB2的狀態剛好符合PM0S2和NMOSl關閉的柵極控制條件，此狀態致使直流電機沿著PM0S2和NMOSl管子的「源極-漏極」導通方向被禁止、被斷開。在此狀態下XT保持「高」電平，如果再重複改變XP信號的脈衝寬度PM0S2和NMOSl管子的「源極-漏極」的斷開狀態都不會被發生改變。[0045]情況2、當XT處於連續高電平時，對通道A (見圖1中延遲驅動電路100)來說，二極體Dl和D2被單向導通，電容Cl被瞬間充滿電壓會致使節點AO電壓強制為為高，經過反相器UlA和UlB的電壓反相，分別導致節點Al電平為「低」、A2被R5、R6拉致「高」電平，Al、A2的狀態剛好符合PMOSl和NM0S2關閉的柵極控制條件，此狀態致使直流電機沿著PMOSl和NM0S2管子的「源極-漏極」導通方向被禁止、被斷開。在此狀態下XT保持「高」電平，如果再重複改變XP信號的脈衝寬度PMOSl和NM0S2管子的「源極-漏極」的斷開狀態都不會被發生改變；對另一通道B (見圖1中延遲反相驅動電路200)來說，當XT處於連續高電平時，並聯在R4兩端的二極體D3被截止，XT信號通過電阻R4對C2充電，C2充滿電壓產生的延遲時間T=R4C2後致使節點XTB (既:施密特反相器輸入端)也為高電平，經過施密特反相器輸出端/XTB低電平，二極體D4被單向禁止(如同開路)，使節點BO電壓只能夠受到XP的電壓狀態影響也為「低」電平，經過兩個具有開漏輸出反相器UlC和UlD的電壓反相，分別導致節點BI電平(也是NMOSl的柵極)被R7拉為「高」、節點B2電平被UlD內部開漏三極體拉為「低」，再經過電阻R8和R9分壓使PM0S2的柵極電壓被拉「低」，B1、B2的電壓狀態剛好構成了符合PM0S2和NMOSl導通的柵極控制條件，此狀態致使直流電機沿著PM0S2和NMOSl管子的「源極-漏極」導通方向運轉。在此狀態下(XT保持「高」電平)，如果再重複改變XP信號的脈衝寬度就能夠輕而易舉的實現對直流電機在另一個轉向的調速控制功能。[0046]以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內，本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種雙向直流電機驅動電路，其特徵在於，它包括一延遲驅動電路、一延遲反相驅動電路、第一 MOS管電路和第二 MOS管電路；控制器的輸出端分別與所述延遲驅動電路的輸入端和所述延遲反相驅動電路的輸入端相連接，所述延遲驅動電路的輸出端通過第一 MOS管電路與直流電機相連接，所述延遲反相驅動電路的輸出端通過第二 MOS管電路與直流電機相連接。
2.如權利要求1所述的雙向直流電機驅動電路，其特徵在於，所述延遲驅動電路包括電阻Rl、R2、二極體Dl、D2、反相器U1A、UlB和電容Cl ;電阻Rl的一端連接控制器的輸出端，二極體Dl的一端和電阻R2的一端互相連接並連接控制器的輸出端，二極體Dl的另一端分別與電阻R2的另一端和電容Cl的一端相連接並通過二極體D2分別與電阻Rl的另一端和反相器UlA的一端連接，電容Cl的另一端接地，反相器UlA的另一端分別連接反相器UlB的一端和第二 MOS管電路，反相器UlB的另一端連接第一 MOS管電路。
3.如權利要求2所述的雙向直流電機驅動電路，其特徵在於，所述反相器UlA和UlB為達林頓反相器。
4.如權利要求1所述的雙向直流電機驅動電路，其特徵在於，所述延遲反相驅動電路包括電阻R3、R4、二極體D3、D4、反相器U1C、U1D、U2A和電容C2 ；電阻R3的一端連接控制器的輸出端，二極體D3的一端和電阻R4的一端互相連接並連接控制器的輸出端，二極體D3的另一端分別與電阻R4的另一端和電容C2的一端相連接並依次通過反相器U2A和二極體D4分別與電阻R3的另一端和反相器UlC的一端連接，電容C2的另一端接地，反相器UlC的另一端分別連接反相器UlD的一端和第一 MOS管電路，反相器UlD的另一端連接第二 MOS管電路。
5.如權利要求4所述的雙向直流電機驅動電路，其特徵在於，所述反相器UlC和UlD為達林頓反相器，所述反相器U2A為施密特反相器。
6.如權利要求1所述的雙向直流電機驅動電路，其特徵在於，所述第一MOS管電路包括電阻R5、R6、R7、MOS管PMOSl和NMOSl ；電阻R5的一端連接延遲驅動電路，電阻R5的另一端分別連接電阻R6的一端和MOS管PMOSl的柵極，電阻R6的另一端分別連接電阻R7的一端、MOS管PMOSl的漏極和第二 MOS管電路，電阻R7的另一端分別連接MOS管NMOSl的柵極和延遲反相驅動電路，MOS管PMOSl的源極與MOS管NMOSl的漏極互相連接並連接直流電機的一端，MOS管NMOSl的源極接地。
7.如權利要求1所述的雙向直流電機驅動電路，其特徵在於，所述第二MOS管電路包括電阻R8、R9、R10、M0S管PM0S2和NM0S2 ；電阻R8的一端連接延遲反相驅動電路，電阻R8的另一端分別連接電阻R9的一端和MOS管PM0S2的柵極，電阻R9的另一端分別連接電阻RlO的一端、MOS管PM0S2的漏極和第一 MOS管電路，電阻RlO的另一端分別連接MOS管NMOSl的柵極和延遲驅動電路，MOS管PM0S2的源極與MOS管NM0S2的漏極互相連接並連接直流電機的另一端，MOS管NM0S2的源極接地。
專利摘要本實用新型的目的在於公開一種雙向直流電機驅動電路，它包括一延遲驅動電路、一延遲反相驅動電路、第一MOS管電路和第二MOS管電路；控制器的輸出端分別與所述延遲驅動電路的輸入端和所述延遲反相驅動電路的輸入端相連接，所述延遲驅動電路的輸出端通過第一MOS管電路與直流電機相連接，所述延遲反相驅動電路的輸出端通過第二MOS管電路與直流電機相連接；與現有技術相比，採用MOS管來切換代替繼電器實現電機的轉向與調速功能，具有自動延遲和異或控制處理的功能，有效的解決了採用上述繼電器驅動直流電機帶來的諸多弊端，其不僅節能、可靠、方便，還大大降低了硬體成本和軟體的設計成本，實現本實用新型的目的。
文檔編號H02P7/00GK203071856SQ20132006115
公開日2013年7月17日 申請日期2013年2月2日 優先權日2013年2月2日
發明者朱家榮, 朱嗣哲 申請人:上海昂基智能科技有限公司