一种电动机驱动电路及其控制方法与流程

1.本发明涉及电动机驱动技术领域，特别是涉及一种电动机驱动电路及其控制方法。


背景技术：

2.电动机是一种把电能转换成机械能的设备，它利用通电线圈产生旋转磁场，并作用于转子，形成磁电动力旋转扭矩，广泛应用在各种工业系统中。控制电动机扭矩的大小，实际就是控制电动机线圈中电流的大小。由于直接控制电动机线圈的电流非常困难，一般是采用控制线圈两端电压的方法来控制线圈的电流。
3.目前，最常用的是脉宽调制(pwm波)驱动系统，如图1所示。两相步进电机一共有两个线圈，图1所示为其中的1相线圈驱动电路，图1中的a+和a-为电机的其中一相线圈的接点号；另一路线圈的驱动电路与图1完全一样，线圈的另一相接点号定义为b+和b-。图1中的v1～v4为开关管，当开关管的控制端加高电平时，开关管导通，当开关管的控制端加低电平时，开关管关闭。当开关管v1、v4导通，v2、v3关闭时，电动机线圈上施加正向电压；当v2、v3导通，v1、v4关闭时，电动机线圈上施加反向电压；当v2、v4导通，v1、v3关闭时，电动机线圈上不施加电压，处于续流状态。通过控制线圈上施加正向电压或者反向电压时间的长短，来控制线圈上的电流大小。在一个控制周期内，线圈上施加正向电压的时间大于反向电压的时间时，线圈电流增加；反之，当线圈上施加反向电压的时间大于正向电压的时间时，线圈电流减小。
4.当v1导通，v2关闭时，图1中a点的电动势为us；当v1关闭，v2导通时，a点的电动势为0；当开关管v1和v2同时导通时，流过v1和v2上的电流将非常大，有可能损坏开关管。为了保护开关管，延长开关管的寿命，在实际使用时，会加入死区。即图1中从v1打开、v2关闭的状态向v1关闭、v2打开的状态过度时，会加入一段v1和v2都关闭的状态，该状态称为死区。一般常用的控制方式中，一个pwm周期一般分为三种状态，如图2所示，其中状态1为正向电压时间，状态2、4为死区时间，状态3为电动机线圈续流时间。
5.目前常用的驱动电路驱动6出线电机时，其电机线圈的接法如图3和图4所示。图3是将电机中的两个线圈串联在一起组成一个线圈后与驱动电路相连，此种接法能够提高电机的电感，增大输出力矩，但是会造成电机的高速性能降低。图4是电机的每个线圈都只接一半，这样可以减小电机的电感，增加线圈的电流，增大电机的高速性能指标，但是会造成电机的输出力矩减小。


技术实现要素：

6.本发明的目的是提供一种电动机驱动电路及其控制方法，可以控制6出线电机中每个线圈的电流，既可以节省cpu的pwm波输出引脚，又可以增大电机线圈中的电流，提高电机的输出力矩和高速性能指标。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种电动机驱动电路，应用于6出线电动机，电动机设置两相线圈，包括：两组驱动电路，两组驱动电路和两相线圈一一对应连接，每组驱动电路包括三条控制电路，每组驱动电路对应的三条控制电路分别连接到对应线圈的两端抽头和中间抽头；每条控制电路上均设置有mos管，每个mos管连接pwm逻辑控制单元，两端抽头所在控制电路上的mos管分别输入pwm2、pwm3控制信号，中间抽头所在控制电路上的mos管输入pwm1控制信号，中间抽头所在控制电路用于输入电动势us。
9.进一步的，所述两端抽头所在控制电路上串联有电流检测器。
10.进一步的，所述mos管采用n型mos管，所述pwm逻辑控制单元采用cpu控制器，每个mos管的栅极与cpu控制器的其中一路pwm波形输出接口相连，当pwm波形为高电平时，其对应的mos管漏极与源极导通，当pwm波形为低电平时，其对应的mos管关闭。
11.进一步的，所述pwm1、pwm2、pwm3控制信号的pwm波形的占空比均设置为从0％到100％的任一数值。
12.一种电动机驱动电路的控制方法，应用于上述的电动机驱动电路，两组驱动电路的控制方法相同，包括以下步骤：
13.控制pwm1周期性的输出一定占空比的方波图形，pwm1高电平时，中间抽头所在控制电路上的mos管的源极和漏极导通，低电平时关断；
14.控制pwm2输出高电平信号，对应控制电路上的mos管处于导通状态；
15.控制pwm3的输出波形与pwm1相反，pwm1的高电平所占比例越大，则对应线圈的正向电流越大，反之越小。
16.进一步的，电流检测器实时监测所在控制电路的电流，通过控制pwm1信号高电平所占的比例，控制对应线圈的电流为需要设置的电流。
17.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供的电动机驱动电路及其控制方法，采用三路pwm波控制三个mos管(场效应管)的通断，从而控制加在电动机线圈上的电压，最终控制电动机线圈的电流；驱动电路在工作时，其输入电压us是加在电机线圈一半的位置，其线圈电感量比较小，能够使线圈电流快速增加，同时，当pwm1关断时，由于电机线圈的电流不能突变，此时电机线圈的另一半也会产生同样的电流，这样从整体上会增加线圈的电流；驱动电路在工作时，不需要设置死区时间，每一路pwm波形的占空比均可以设置为从0％到100％的所有数值，增加了电源的利用率，使线圈电流进一步加大；本发明能够增大电动机线圈的利用率，使电动机的所有线圈都能够快速产生电流，即增加了电动机的输出力矩，也增加了电动机的高速性能，从根本上提升电动机的性能指标。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为现有技术中的一相电动机驱动示意图；
20.图2为现有技术的一相电动机驱动pwm波形示意图；
21.图3为现有技术中的6出线电动机接法一；
22.图4为现有技术中的6出线电动机接法二；
23.图5为本发明实施例电动机中的一相线圈驱动示意图；
24.图6为本发明实施例的6出线电动机接法图；
25.图7为本发明实施例一相线圈正向电流驱动pwm波形示意图；
26.图8为本发明实施例一相线圈反向电流驱动pwm波形示意图；
27.附图标记说明：v1-第一mos管；v2-第二mos管；v3-第三mos管；u1-第一电流检测器；u2-第二电流检测器。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本发明的目的是提供一种电动机驱动电路及其控制方法，可以控制6出线电机中每个线圈的电流，既可以节省cpu的pwm波输出引脚，又可以增大电机线圈中的电流，提高电机的输出力矩和高速性能指标。
30.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
31.如图5和图6所示，本发明实施例提供的电动机驱动电路，应用于6出线电动机，电动机设置两相线圈，包括：两组驱动电路，两组驱动电路和两相线圈一一对应连接，每组驱动电路包括三条控制电路，每组驱动电路对应的三条控制电路分别连接到对应线圈的两端抽头和中间抽头；每条控制电路上均设置有mos管，每个mos管连接pwm逻辑控制单元，两端抽头所在控制电路上的mos管分别输入pwm2、pwm3控制信号，中间抽头所在控制电路上的mos管输入pwm1控制信号，中间抽头所在控制电路用于输入电动势us。
32.图5为6出线电机的一相线圈的电流控制示意图，采用三路pwm波控制三个mos管(场效应管)的通断，从而控制加在电动机线圈上的电压，最终控制电动机线圈的电流。该路控制电路一共输出三个接点号ac、a+和a-与电动机的线圈相连，ac与电动机线圈的中间抽头相连，a+和a-分别与电动机线圈的两端抽头相连。另一路控制电路同样输出三个接点号bc、b+和b-与电动机的另一线圈相连，bc与电动机线圈的中间抽头相连，b+和b-分别与电动机线圈的两端抽头相连。
33.如图5所示，采用三个n型mos管v1～v3来实现对电机其中的一相线圈电流控制，每一个mos的栅极与cpu控制器的其中一路pwm波形输出接口相连。当pwm波形为高电平时，其对应的mos管漏极与源极导通；当pwm波形为低电平时，其对应的mos管关闭。每一路控制电路采用两路电流检测器u1和u2来检测电动机线圈中的电流，其中第一检测器u1与第二mos管串联，用于检测其中一半线圈的电流；第二检测器u2与第三mos管v3串联，用于检测该线圈另一半的电流。u1与u2的电流平均值，即为该相线圈的等效电流值。
34.一种电动机驱动电路的控制方法，应用于上述的电动机驱动电路，两组驱动电路的控制方法相同，包括以下步骤：
35.控制pwm1周期性的输出一定占空比的方波图形，pwm1高电平时，中间抽头所在控
制电路上的mos管的源极和漏极导通，低电平时关断；
36.控制pwm2输出高电平信号，对应控制电路上的mos管处于导通状态；
37.控制pwm3的输出波形与pwm1相反，pwm1的高电平所占比例越大，则对应线圈的正向电流越大，反之越小。
38.图7所示为本实施例线圈电流为正向时的三路pwm控制波形图，其中pwm1周期性的输出一定占空比的方波图形，pwm1高电平时，第一mos管v1的源极和漏极导通，低电平时关断。pwm2整周期输出高电平信号，即第二mos管v2整周期处于导通状态。pwm3的输出波形与pwm1相反，即当v1的漏极与源极导通时，v3的漏极与源极关断，当v1的漏极与源极关断时，v3的漏极与源极导通。pwm1的高电平所占比例越大，则电机线圈的正向电流越大，反之越小。图7中u1和u2分别为第一、第二电流检测器，根据电流检测器u1和u2的数值，通过控制pwm1信号中高电平所占的比例，即可控制线圈的电流为所设置的电流。图8所示为电动机线圈电流为反向时的三路pwm控制波形图。其中pwm1周期性的输出一定占空比的方波图形，pwm3整周期输出高电平信号，pwm2其输出波形与pwm1相反，pwm1的高电平所占比例越大，则电机线圈的反向电流越大，反之越小，通过控制pwm1信号高电平所占的比例，即可控制线圈的电流为所设置的电流。图7和图8的波形交替进行，即可以控制电动机线圈中交替产生正向和反向电流，从而驱动电动机按照设定的位置移动。电动机的另一相线圈其电流的控制方法与此相同。
39.发明提供的驱动电路在工作时，不需要设置死区时间，每一路pwm波形的占空比均可以设置为从0％到100％的任一数值。
40.电动机的另相线圈电流控制电路与图5完全相同，同样采用三路pwm波控制三个mos管的通断，其对外输出接点号为bc、b+和b-，其中bc与电动机另一线圈的中间抽头相连，b+和b-分别与该线圈的两端抽头相连，其pwm波形控制方法及原理与图7和图8一样。
41.图5所示的位号为v1的n型mos管也可以更换为p型mos管，当更换为p型mos管时，该mos管控制波形与n型mos管相反。
42.本发明提供的电动机驱动电路及其控制方法，采用三路pwm波控制三个mos管(场效应管)的通断，从而控制加在电动机线圈上的电压，最终控制电动机线圈的电流；驱动电路在工作时，其输入电压us是加在电机线圈一半的位置，其线圈电感量比较小，能够使线圈电流快速增加，同时，当pwm1关断时，由于电机线圈的电流不能突变，此时电机线圈的另一半也会产生同样的电流，这样从整体上会增加线圈的电流；驱动电路在工作时，不需要设置死区时间，每一路pwm波形的占空比均可以设置为从0％到100％的所有数值，增加了电源的利用率，使线圈电流进一步加大；本发明能够增大电动机线圈的利用率，使电动机的所有线圈都能够快速产生电流，即增加了电动机的输出力矩，也增加了电动机的高速性能，从根本上提升电动机的性能指标。
43.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。