一種陀螺電機雙電源電路的製作方法
2023-10-19 05:14:17 6
專利名稱：一種陀螺電機雙電源電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種陀螺電機電源。技術領域陀螺電機電源一般採用三相交流電源，在實際使用中，大多需要由機載系統的直 流電源經逆變得到陀螺電機的交流供電電源。在陀螺電機電源設計中，採用矩形波逆變方 式，使輸出級的功率MOS管工作在開關狀態，輸出電壓為階梯形交變電壓波形，電流近似為 正弦波，在為陀螺電機提供可靠工作電源的同時，力求體積小，損耗低。陀螺電機電源的設 計方案有很多種，其基本原理大多是採用分頻電路生成設定頻率的時鐘信號，然後通過移 相電路將時鐘信號分成兩路或三路具有一定相位差的輸出信號，然後該輸出信號通過一輸 出驅動電路轉換為大功率控制信號輸出至陀螺電機以驅動陀螺電機工作。上述陀螺電機 電源，多是單電源方案，且供電電源往往是直接加在分頻電路和移相電路上的，由於分頻電 路、移相電路多採用CMOS器件，其工作電源最高只能在18V，因此，整個陀螺電源的外部供 電電源最高不能超過18V，這對於一些供電電源超過18V的場合陀螺電機將不能適用，因 此，應用場合受到一定局限。而且，由於現有陀螺電機電源都採用單電源設計，在某些必須 使用雙電源供電的系統中則無法應用。
發明內容
本發明目的是提供一種能夠寬電壓輸入、大動態範圍輸出且可雙電源供電的陀螺 電機電源。為了達到上述目的，本發明所採用的技術方案為一種陀螺電機雙電源電路，其用 於為陀螺電機提供三路相位差為120度且幅度正負對稱的方波控制信號，它包括分頻電路，其用於產生設定頻率的方波信號，它由分頻器和外接晶振組成，所述的 分頻器的分頻係數和晶振的大小根據設定頻率選定；移相電路，其與分頻電路的方波信號輸出端相連接，用於將接收的方波信號轉換 為相位差為120度的三路正方波信號輸出；穩壓電路，其輸入端與外部工作電源相連接，輸出端分別與所述分頻電路和移相 電路相電連接，所述的穩壓電路用於將不同大小的外部工作電源轉換為適於分頻電路和移 相電路穩定工作的電壓從而為分頻電路和移相電路供電；電源轉換電路，其具有正電源和負電源輸入埠以及與移相電路三路正方波信號 輸出端相對應連接的輸入埠，所述的電源轉換電路在正電源與負電源雙電源供電下將接 收的三路正方波信號轉換為相應電壓幅值的三路正負方波信號輸出；輸出驅動電路，其也具有正電源和負電源輸入埠以及與電源轉換電路的三路正 負方波信號輸出端相對應連接的輸入埠，在所述的正電源與負電源雙電源供電下，所述 的輸出驅動電路將三路正負方波信號轉換為大功率方波控制信號輸入至陀螺電機以驅動 陀螺電機高效工作。 在根據上述技術方案所優化地實施方式中，所述的移相電路為由門電路組成的觸
3發器電路。所述的穩壓電路採用LM78/LM79系列穩壓IC晶片構成。所述的電源轉換電路主要由集成運算放大器構成，移相電路的三路方波信號輸出 端分別與對應運算放大器的反相輸入端相連接，各對應運算放大器的同相輸入端接地。所述的輸出驅動電路由三個電路單元組成，每個電路單元包括一個N溝道MOS管、 一個P溝道MOS管、兩個穩壓二極體，所述的N溝道MOS管的漏極與P溝道MOS管的漏極相 連接作為一路控制信號的輸出端，N溝道MOS管的源極與正電源相接，P溝道MOS管的源極 與負電源相接，N溝道MOS管的柵極與一穩壓二極體的正端相連接，P溝道MOS管的柵極與 另一穩壓二極體的負端相連接，兩穩壓二極體的兩一正負端分別連接作為輸出驅動電路的 一路輸入端。通過增加穩壓二極體，不管陀螺電源的工作電壓是多少，都可通過改變穩壓二 極管的穩壓值使MOS管的VGS導通電壓始終保持在IOV左右，進一步實現了陀螺電源的寬 電壓範圍輸入、大動態輸出的功能。進一步地，所述的MOS管為VDMOS管。且所述的P溝道MOS管的柵極與源極之間連接一電阻；所述的N溝道MOS管的柵 極與源極之間也連接一電阻。該雙電源電路基於厚膜工藝進行封裝成型，從而整個電源電路體積更小、方便調 試，全溫範圍內溫飄很小，可靠性較高。由於採用上述技術方案，本發明具有以下優點本發明陀螺電機電源採用穩壓電 路對提供給分頻電路和移相電路的電壓進行穩定控制，從而可使得外部輸入電壓範圍在 士7V 士20V之間，故拓寬了陀螺電機的應用場合。同時，增加了具有正電源和負電源輸入 埠的電源轉換電路，從而使得陀螺電源為雙電源供電模式，這樣，不僅可以在單電源供電 模式下使用，也可在雙電源供電模式下使用，具有較大的通用性。
附圖1為本發明陀螺電機雙電源電路的原理框圖；附圖2為本發明所具體實施的分頻電路的電路圖；附圖3為本發明所具體實施的移相電路的電路圖；附圖4為本發明所具體實施的穩壓電路的電路圖；附圖5為本發明所具體實施的一路電源轉換電路的電路圖；附圖6為本發明所具體實施的輸出驅動電路一個電路單元的電路圖。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發明優選的具體實施例進行說明如圖1所示的陀螺電機電源，其在主要由分頻電路、移相電路、穩壓電路、電源轉 換電路以及輸出驅動電路五大功能模塊組成，穩壓電路的輸入端用於接外部供電電源，其 輸出端分別與分頻電路和移相電路連接，用於為分頻電路與移相電路提供穩定的工作電 壓。分頻電路用於產生適於驅動陀螺電機工作的一定頻率方波信號，分頻電路的輸出端與 移相電路輸入端相連接，移相電路接收方波信號，並將該方波信號轉換為三路相位差各為 120度的方波信號輸出。電源轉換電路設置有正電源輸入埠和負電壓輸入埠，同時，電源轉換電路還具有與移相電路三路方波信號輸出端相對應連接的輸入埠，電源轉換電 路在雙電源供電下，將輸入的三路方波信號轉換為幅度為正負對稱的方波信號後輸出。輸 出驅動電路輸入端與電源轉換電路的輸出端對應連接，輸出驅動電路也具有正負電源輸入 端，在雙電源供電下，輸出驅動電路將接收的三路正負方波信號轉換為大功率信號輸出，以 驅動陀螺電機工作。上述對各功能電路功能原理進行了說明，下面將對各功能電路的具體實現進行介 紹，以更清楚理解本發明圖2所示的為分頻電路的電路圖，該分頻電路由分頻器外接晶振組成，分頻器的 分頻係數以及晶振大小決定了分頻電路的輸出時鐘頻率。本實施例中，分頻器採用CD4060 晶片，分頻係數為IOM次，外接晶振為2. 4576M，故通過該分頻電路後將輸出2. 4kHz的方波信號。圖3所示的為移相電路，該電路由三個D觸發器和一個與非門構成，第一個觸發 器DlA的輸入端與第二個觸發器D2B的正輸出端相連，再連接到三與非門D3A的一個輸入 端；第一個觸發器DlA的正輸出端連接到電源轉換電路的一個輸入端；第一個觸發器DlA 的負輸出端連接到三與非門D3A的一個輸入端；第二個觸發器D2B的輸入端與第三個觸發 器D2A的負輸出端相連，再連接到電源轉換電路的一個輸入端；第二個觸發器D2B的負輸出 端連接到電源轉換電路的一個輸入端；第三個觸發器D2A的輸入端與第一個觸發器DlA的 正輸出端相連，再連接到三與非門D3A的一個輸入端；第三個觸發器D2A的正輸出端連接到 三與非門D3A的一個輸入端；三個觸發器的時鐘端CK都連接到分頻電路的輸出端，置位端 PRE都連接到電源端，清零端CLR都連接到三與非門的輸出端。移相電路對分頻電路輸入 的2. 4k方波信號經過邏輯組合處理後，不僅能實現相位差120度的功能，同時對輸入的分 頻信號又進行了六分頻，即產生400Hz的方波信號。圖4為穩壓電路示意圖，其主要由LM78/LM79系列穩壓IC晶片實現，本實施例中， 穩壓晶片採用LM7805，外部輸入電源接LM7805的輸入引腳，即第2腳，輸出電壓經其第3引 腳輸出，引腳1接地，同時，在其輸入引腳與地之間以及輸出引腳與地之間分別連接有濾波 電容。LM7805可將外部輸入的不同大小的電壓轉換為+5V直流電壓穩定輸出，從而為分頻 電路的分頻器以及移相電路的D觸發器提供合適的工作電壓。通過設置該穩壓電路，外部 輸入電壓範圍可達到30V。圖5所示的是接收其中一路方波信號的電源轉換電路，其主要由運算放大器實 現，一路方波信號經電阻R5輸入至運放的反相輸入端，運放的同相輸入端接地。本實施例 中，三路接收運算放大器可通過一集成運放實現，如四運放，其還具有接正電源VDD和負電 源VEE的接口，三路經轉換的方波信號經轉換後分別輸出三路幅度為正負的方波信號。圖6所示的為輸出驅動電路的一個電路單元，輸出驅動電路由此三個電路單元組 成，每個電路單元由二個穩壓二極體V7和V8、兩個VDMOS管組成。兩個穩壓二極體的正負 端分別相連，一端與電源轉換電路的輸出端相連，另一端分別與兩個VDMOS管的G極相連。 兩個VDMOS管的D極相連做為輸出。N溝道VDMOS管的S極接VDD，P溝道VDMOS管的S極 接VEE。兩個電阻分別接在兩個VDMOS管的G極和S極之間。由於在電源轉換電路的運 放輸出端與MOS管的柵極輸入端之間連接穩壓二極體，通過改變穩壓二極體的穩壓值可使 VDMOS的VGS導通電壓始終保持在IOV左右，即，不再受限於VDMOS管的VGS導通電壓(一
5般為4V-10V)，這樣，不管外部正電源與負電源的電壓是多少，都可實現對陀螺電機的輸出 驅動。從而進一步實現陀螺電源的寬電壓範圍輸入、大動態輸出的效果。上述對本發明陀螺電機電源的具體實施電路進行了說明，在硬體實現上，本發明 可採用厚膜工藝進行加工製作，元器件採用軍品級的裸晶片，全溫範圍內溫飄很小，金屬管 殼進行全密閉封裝，具有電路結構簡潔，體積小，集成化程度高，調試方便等特點，同時電路 具有很高的精度和可靠性，可工作於士7V 士20V的寬電壓範圍。上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人 士能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍，凡根據本發明 精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種陀螺電機雙電源電路，其用於為陀螺電機提供三路相位差為120度且幅度正負 對稱的方波控制信號，它包括分頻電路，其用於產生設定頻率的方波信號，它由分頻器和外接晶振組成，所述的分頻 器的分頻係數和晶振的大小根據設定頻率選定；移相電路，其與分頻電路的方波信號輸出端相連接，用於將接收的方波信號轉換為相 位差為120度的三路正方波信號輸出；穩壓電路，其輸入端與外部工作電源相連接，輸出端分別與所述分頻電路和移相電路 相電連接，所述的穩壓電路用於將不同大小的外部工作電源轉換為適於分頻電路和移相電 路穩定工作的電壓從而為分頻電路和移相電路供電；電源轉換電路，其具有正電源和負電源輸入埠以及與移相電路三路正方波信號輸出 端相對應連接的輸入埠，所述的電源轉換電路在正電源與負電源雙電源供電下將接收的 三路正方波信號轉換為相應電壓幅值的三路正負方波信號輸出；輸出驅動電路，其也具有正電源和負電源輸入埠以及與電源轉換電路的三路正負方 波信號輸出端相對應連接的輸入埠，在所述的正電源與負電源雙電源供電下，所述的輸 出驅動電路將三路正負方波信號轉換為大功率方波控制信號輸入至陀螺電機以驅動陀螺 電機高效工作。
2.根據權利要求1所述的陀螺電機雙電源電路，其特徵在於所述的移相電路為由門 電路組成的觸發器電路。
3.根據權利要求1所述的陀螺電機雙電源電路，其特徵在於所述的穩壓電路採用 LM78/LM79系列穩壓IC晶片構成。
4.根據權利要求1所述的陀螺電機雙電源電路，其特徵在於所述的電源轉換電路主 要由集成運算放大器構成，移相電路的三路方波信號輸出端分別與對應運算放大器的反相 輸入端相連接，各對應運算放大器的同相輸入端接地。
5.根據權利要求1或4所述的陀螺電機雙電源電路，其特徵在於所述的輸出驅動電 路由三個電路單元組成，每個電路單元包括一個N溝道MOS管、一個P溝道MOS管、兩個穩 壓二極體，所述的N溝道MOS管的漏極與P溝道MOS管的漏極相連接作為一路控制信號的 輸出端，N溝道MOS管的源極與正電源相接，P溝道MOS管的源極與負電源相接，N溝道MOS 管的柵極與一穩壓二極體的正端相連接，P溝道MOS管的柵極與另一穩壓二極體的負端相 連接，兩穩壓二極體的兩一正負端分別連接作為輸出驅動電路的一路輸入端。
6.根據權利要求5所述的陀螺電機雙電源電路，其特徵在於所述的MOS管為VDMOS管。
7.根據權利要求5所述的陀螺電機雙電源電路，其特徵在於所述的P溝道MOS管的 柵極與源極之間連接一電阻；所述的N溝道MOS管的柵極與源極之間也連接一電阻。
8.根據權利要求1所述的陀螺電機雙電源電路，其特徵在於該雙電源電路基於厚膜 工藝進行封裝成型。
全文摘要
本發明涉及一種陀螺電機雙電源電路，它包括用於產生設定頻率的方波信號的分頻電路、將接收的方波信號轉換為相位差為120度的三路正方波信號輸出的移相電路、將不同大小的外部工作電源轉換為適於分頻電路和移相電路穩定工作的電壓的穩壓電路、在正電源與負電源雙電源供電下將接收的三路正方波信號轉換為相應電壓幅值的三路正負方波信號輸出的電源轉換電路、將三路正負方波信號轉換為大功率方波控制信號輸入至陀螺電機以驅動陀螺電機高效工作的輸出驅動電路，本發明陀螺電機電源外部輸入電壓範圍在±7V～±20V之間，且陀螺電源為雙電源供電模式，這樣，不僅可以在單電源供電模式下使用，也可在雙電源供電模式下使用，具有較大的通用性。
文檔編號H03K4/02GK102064803SQ20101053427
公開日2011年5月18日 申請日期2010年11月8日 優先權日2010年11月8日
發明者劉鵬, 尤廣為, 張浩然, 房建峰, 魯爭豔 申請人:中國兵器工業集團第二一四研究所蘇州研發中心