免驱动电源无触点有刷直流电机正反转互锁控制电路的制作方法

本实用新型涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种免驱动电源无触点有刷直流电机正反转互锁控制电路。

背景技术：

现有直流有刷电机的正转或反转和停止，一般情况有两种：一种是使用多个接触器或继电器通过触头切换加到电机两端的驱动电压的正负极完成转向切换，通过切断驱动电源完成停止(如图1所示)。另一种是使用功率晶体管或功率MOS管或IGBT等电力电子器件代替继电器触头完成转向切换和启停(如图2，图3所示)。

上述的两种开关机构驱动电路中，第一种使用继电器或接触器的方法存在着机械触点寿命低，容易产生火花，并且抗振动性能差，不适合运用在有振动的场合；而第二种使用FET、MOS或IGBT等功率电力电子器件虽然克服了第一种的缺点，但是其驱动电路复杂，需要额外的驱动电源，尤其在电机驱动电源电压较高时，对驱动电路的要求更高，如要获得高的可靠性，需要在功率器件的驱动电路上增加许多成本，由此带来驱动电路复杂度高，器件众多。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种免驱动电源无触点有刷直流电机正反转互锁控制电路，通过较少的器件克服以上的缺点，抗震动，电路简单可靠，适用于对可靠性要求较高的高压隔离开关控制器场合。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：

一种免驱动电源无触点有刷直流电机正反转互锁控制电路，包括单片机MCU、单向可控硅控制器FW_CTRL、单向可控硅控制器RW_CTRL、开关控制器ON_OFF_CTRL、功率晶体管Q5、功率晶体管Q6、功率晶体管Q7、H桥及若干隔离放大器U，所述单片机MCU通过开关控制器ON_OFF_CTRL与功率晶体管Q5连接，所述功率晶体管Q5与H桥连接，单片机通过单向可控硅控制器FW_CTRL与功率晶体管Q6连接，单片机通过单向可控硅控制器RW_CTRL与功率晶体管Q7连接，所述隔离放大器U与H桥连接。

在本实用新型另一较佳实施例中，所述的免驱动电源无触点有刷直流电机正反转互锁控制电路，包括单片机MCU、单向可控硅控制器FW_CTRL、单向可控硅控制器RW_CTRL、开关控制器ON_OFF_CTRL、继电器触点K1、功率晶体管Q6、功率晶体管Q7、H桥及若干隔离放大器U，所述单片机MCU通过开关控制器ON_OFF_CTRL与继电器触点K1连接，所述继电器触点K1与H桥连接，单片机通过单向可控硅控制器FW_CTRL与功率晶体管Q6连接，单片机通过单向可控硅控制器RW_CTRL与功率晶体管Q7连接，所述隔离放大器U与H桥连接。

其中，所述H桥包括与电机并联的功率晶体管Q1、功率晶体管Q2、功率晶体管Q3、功率晶体管Q4；所述功率晶体管Q1、功率晶体管Q2、功率晶体管Q3、功率晶体管Q4分别与一隔离放大器U连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型原理简单，容易实现，并具有高度的可靠性和低成本，因单向可控硅器件在高压大电流场合价格也不是非常高昂(和功率晶体管以及功率场效应管相比)，因此也非常容易实现所有器件的国产化；另外通过以上的原理分析可以看出，本实用新型不需要给H桥额外提供控制电源和H桥上桥臂的自举电源，因此实现同样功能，本实用新型使用的器件数量大大减少，从可靠性的角度，较少的器件数量也带来较少的故障率。

附图说明

图1为现有技术中使用多个接触器或继电器通过触头切换加到电机两端的驱动电压的正负极完成转向切换的电路原理图；

图2为现有技术中使用MOS管代替继电器触头完成转向切换和启停的电路原理图；

图3为现有技术中使用功率晶体管代替继电器触头完成转向切换和启停的电路原理图；

图4为本实用新型的免驱动电源无触点有刷直流电机正反转互锁控制电路的一较佳实施例的电路原理图；

图5为本实用新型的免驱动电源无触点有刷直流电机正反转互锁控制电路的另一较佳实施例的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例1：

本发明使用普通单向可控硅替代现有的继电器触点或功率晶体管，通过本发明的方法使单向可控硅实现可控的关断，并实现直流有刷电机的转向切换，原理如图4所示。

实现有刷电机正转的工作过程：单片机MCU控制单向可控硅控制器FW_CTRL输出高电平，使功率晶体管Q6饱和导通，FW_CTRL输出拉低，使光耦导通，紧接着通过开关控制器ON_OFF_CTRL信号置高，使功率晶体管Q5饱和导通，使可控硅H桥有电流通过开始工作，电流依次从DC+经过Q1→M+→电机M→M-→Q4→Q5→GND，电机M得到正向电流实现正转；

实现有刷电机停止：单片机MCU控制单向可控硅控制器FW_CTRL、单向可控硅控制器RW_CTRL和开关控制器ON_OFF_CTRL信号无效，功率晶体管Q5截止，单向可控硅因为失去维持电流，将全部关断，实现了可控硅H桥的可控关断；

实现有刷电机反转的工作过程：单片机MCU控制单向可控硅控制器RW_CTRL输出高电平，使功率晶体管Q7饱和导通，RW_CTRL输出拉低，使光耦导通，紧接着通过开关控制器ON_OFF_CTRL信号置高，使功率晶体管Q5饱和导通，使可控硅H桥有电流通过开始工作，电流依次从DC+经过Q2→M-→电机M→M+→Q3→Q5→GND，电机M得到反向电流实现反转。

实现有刷电机的调速，可在上述正转或反转过程中，保持FW或RW有效，在ON_OFF_CTRL控制引脚上施加PWM控制信号，即可以方便实现直流电机的调速。

为防止桥臂直通现象的发生，FW和RW的输出信号分别连接到反转和正转回路光耦的正输入端，以实现互锁。如果同时有控制信号输出，因Q6，Q7将会同时饱和导通，FW和RW同时为低，隔离放大器U1、U2、U3、U4的第一引脚将会得不到正电源，所以隔离放大器U1、U2、U3、U4将都不会导通，电路不工作，从而实现互锁保护。

实施例2：

本实用新型是以直流电源为例，阐述了实现直流有刷电机在高压隔离开关上实现正转，反转和启停及调速的原理。但在交流电源场合，增加一个整流桥也就可以同样实现以上的功能。因此，延伸到交流电源供电的场合，本实用新型也可以用同样精简的器件实现有刷直流电机的正反转控制，启停及调速的功能。

如图5所示，功率晶体管Q5可以在交流电源供电场合用一对继电器触点K1代替，实现以上除调速功能的全部功能，并能实现输出和电源的完全断开。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。