一種隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，包括鋰電池組電源模塊、DRV8848電機驅動電路模塊、數字控制信號隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊、串口通訊接口電路模塊、編碼器接口電路模塊；基于DRV8848電機驅動電路模塊、數字控制信號隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊依次連接；串口通訊接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，編碼器接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接；鋰電池組電源模塊分別與DRV8848電機驅動電路模塊和基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，用于為驅動器提供動力。本實用新型電路安全可靠，控制快速準確，具有適用電機范圍廣、適用環境寬、運行噪音低的優點。
【專利說明】
一種隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器
技術領域
[0001]本實用新型屬于電機控制技術領域，尤其涉及一種帶有隔離功能的低功率刷式直流伺服電機驅動器。
【背景技術】
[0002]眾所周知，電動機在現代化的許多方面中起著十分重要的作用，用途也越來越廣泛，如工業生產、運動控制技術、醫療衛生、辦公設備交通運輸、國防、航空航天、機器人技術等方面。有資料統計，現在有百分之九十以上的動力源來自于電動機。隨著現代化步伐的邁進，自動化的需求越來越高，而電機的復雜控制成為一項系統工程技術，應用領域極為廣泛。例如:軍事方面的雷達天線、火炮系統、飛船光電池對太陽的跟蹤控制，數控機床等各類工業設備。人們對各類電機的驅動、控制方法一直在不斷研究中，目前形成了數字與模擬混合控制系統和純數字控制系統的應用，而功率驅動器件也經歷了幾次比較大的變革，電機本身的原理設計，制造工藝都在不斷的進步中。
[0003]傳統的刷式直流電機驅動器的不足之處在于:
[0004]1、傳統的驅動器高速運行，減速機直接驅動時將會產生大的負載，不利于結構的穩定與安全；
[0005]2、體積大、重量大、出力小，信息控制性能差；
[0006]3、制動特性不好，效率低，運行不穩定。
【實用新型內容】
[0007]為了解決上述技術問題，本實用新型提供了一種帶有隔離功能的低功率刷式直流伺服電機驅動器。
[0008]本實用新型所采用的技術方案是:一種隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，其特征在于:包括鋰電池組電源模塊、DRV8848電機驅動電路模塊、數字控制信號隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊、串口通訊接口電路模塊、編碼器接口電路模塊;所述基于DRV8848電機驅動電路模塊、數字控制信號隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊依次連接;所述串口通訊接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，所述編碼器接口電路模塊與所述基于STM32F1的微控制器電路模塊連接;所述鋰電池組電源模塊分別與所述DRV8848電機驅動電路模塊和基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，用于為所述驅動器提供動力。
[0009]作為優選，所述DRV8848電機驅動電路模塊主要包括雙H橋電機驅動器件U1、VREF引腳電壓調節電位器Pot_Rl、高精度10毫歐電流采樣電阻R_S3;—片DRV8848雙H橋在并聯模式下共同工作實現對單個刷式直流伺服電機的控制。
[0010]作為優選，所述數字控制信號隔離電路模塊主要包括數字隔離芯片U3，型號為IS07420F，U3的2、3引腳即與所述基于STM32F1的微控制器電路模塊的1引腳PB0、PB1相接，6、7引腳與所述DRV8848電機驅動電路模塊相接。
[0011]作為優選，所述基于STM32F1的微控制器電路模塊主要包括主控芯片、晶振、復位電路、SWD下載調試接口和狀態指示LED。
[0012]作為優選，所述串口通訊接口電路模塊主要包括型號為M0LEX1.25mm 6腳座子P4。
[0013]作為優選，所述編碼器接口電路模塊主要包括型號為MX3.0Omm 6腳座子P8。
[0014]與傳統的刷式直流電機驅動器相比，本實用新型的有益效果是:
[0015](I)電路安全可靠，控制快速準確，雙環嵌套的串級PID算法達到了優秀的加、減速動態性能及恒速、鎖死的靜態性能。
[0016](2)通過強電、弱電間以及模擬、數字間的隔離，電路系統具有較好完整性、較低信噪比的信號傳遞以及防瞬態沖擊、保護數字控制端1 口的功能。
[0017](3)通過IS07420F作為數字隔離器件以及DRV8848的H橋邏輯控制特性可以實現刷式直流電機的單、雙極性驅動，并且利用了DRV8848的電流自調諧功能，具有適用電機范圍廣、適用環境寬、運行噪音低的優點。
[0018](4)選用的微控制器具有編程、調試方便，處理能力強的優點，且整個驅動器各元件在一塊電路板上，體積小巧，可以方便的嵌入到其它機械電子系統中，具有方便嵌入，復用性高且電路可靠性高，工作穩定的優點。
[0019](5)具有串口通訊的接口，可以方便的將驅動器信息傳回或與其它設備之間通訊，具有穩定可靠的通訊接口。
【附圖說明】

[0020]圖1是本實用新型實施例的結構示意圖；
[0021 ]圖2是本實用新型實施例的DRV8848電機驅動電路原理圖；
[0022]圖3是本實用新型實施例的數字控制信號隔離電路原理圖；
[0023]圖4是本實用新型實施例的基于STM32F1的微控制器電路原理圖；
[0024]圖5是本實用新型實施例的串口通訊接口電路原理圖；
[0025]圖6是本實用新型實施例的編碼器接口電路原理圖。
【具體實施方式】
[0026]為了便于本領域普通技術人員理解和實施本實用新型，下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0027]請見圖1，本實用新型提供的一種隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，包括鋰電池組電源模塊、DRV8848電機驅動電路模塊、數字控制信號隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊、串口通訊接口電路模塊、編碼器接口電路模塊;基于DRV8848電機驅動電路模塊、數字控制信號隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊依次連接；串口通訊接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，編碼器接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接;鋰電池組電源模塊分別與DRV8848電機驅動電路模塊和基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，用于為驅動器提供動力。
[0028]見圖2，本實用新型裝置的01^8848電機驅動電路模塊主要包括元件1]1、？0丨_1?1、1?_S3，分別為雙H橋電機驅動器件、VREF引腳電壓調節電位器、高精度10毫歐電流采樣電阻，一片DRV8848雙H橋在并聯模式下共同工作實現對單個刷式直流伺服電機的控制。其電路原理為:通過STM32微控制器的定時器單元在GP1B的PBOJBl引腳產生P麗信號經數字隔離器IS07420F隔離后，即為圖2中Ul的9、10引腳所接信號111(^(^_81附、111(^(^_8預2來控制DRV8848的H橋的高邊或低邊的使能或失能一_即控制DRV8848的2、4、5、7引腳輸出高電平或者低電平或者處于高阻態，從而完成對電機的驅動。通過調節Pot_Rl電位器改變Ul的11引腳的參考電平大小，從而改變其電機繞組電流自調諧的閾值來滿足電機在不同環境下的負載要求、使電機工作狀態達到最佳。
[0029]單極性驅動時:微控制器的PBO、PB1引腳工作為:
[0030](I)PBO—直為低電平，PBl為一定占空比的PffM信號，此時電機正轉；
[0031](2)PB0為一定占空比的PffM信號，PBl—直為低電平，此時電機反轉；
[0032]在這兩種工作情況下一個驅動周期內電機繞組端電壓始終為同一個方向，故可以實現電機的單極性驅動。
[0033]雙極性驅動時:微控制器的ro0、roi引腳工作為I3BO為一定占空比的Pmi信號，PBl為同一占空比的PWM信號，但兩PWM信號極性相反，為互補輸出的PWM信號，此時工作狀態為:
[0034](I)若占空比高于50%，此時電機正轉；
[0035](2)若占空比低于50%，此時電機反轉；
[0036]在這兩種工作情況下一個驅動周期內電機繞組端電壓具有兩個方向，故可以實現電機的雙極性驅動。
[0037]R_S3作為電流采樣電阻連接Ul的3、6引腳與鋰電池組的地引腳，驅動電機的電流都將經過采樣電阻R_S3并在其上產生一個電壓差，該電壓差通過Ul內部放大器放大后進入Ul的邏輯控制部分，完成電機繞組電流的自調諧，即當電機電流到達預設閾值時，Ul將進行固定關斷時間的PWM電流調節完成電流Decay Mode在Fast Decay及Slow Decay間切換構成電流的Mixed Decay模式，可以防止電機繞組電流過大，具有一定的保護作用且具有較好的起動、負載沖擊性能。微控制器通過數字PID算法計算脈寬調制(PWM)信號的占空比從而控制電機電樞端電壓的大小來調節電機的轉速、轉矩，實現對刷式直流伺服電機的四象限控制。
[0038]請見圖3，本實用新型裝置的數字控制信號隔離電路模塊主要包括元件U3。元件U3為數字隔離芯片，型號為IS07420F，U3的2、3引腳即與微控制器的1引腳PB0、PB1相接，6、7引腳與電機驅動芯片相接，輸出隔離后的數字控制信號，通過其增強了板上微控制器控制電路系統的安全性，避免了電機驅動電路部分對微控制器部分的沖擊可能造成的損害。
[0039]請見圖4，本實用新型裝置的基于STM32F1的微控制器電路模塊主要包括主控芯片部分，晶振、復位部分，SWD下載調試接口部分，狀態指示LED部分。主控芯片為32位微控制器STM32F103CBU6，該主控芯片工作在72MHz主頻，處理能力為1.25DMIPS/MHz，具有128KBFlash，20KB SRAM，3.3V電壓下工作，4個Timer定時器單元，工作頻率可達72MHz，2*12Bit1Channels ADC數模轉換單元，支持JTAG/SWD調試，具有CAN、USART通訊等功能接口，具有編程、調試方便，功耗低、處理能力強、外設模塊多的優點，適用于此隔離式刷式直流電機驅動板。
[0040]請見圖5，本實用新型裝置的串口通訊接口電路模塊主要包括元件P4，型號為MOLEXl.25mm 6腳座子，具有接口插拔方便、占板上面積小等特點，可以通過線纜與其它設備的串口通訊接口相連，形成一個USART通信網絡，通信穩定、可靠。
[0041]請見圖6，本實用新型裝置的編碼器接口電路模塊主要包括元件P8，型號為MX3.00mm 6腳座子，具有接口插拔方便、占板上面積小等特點，可以通過線纜與電機的編碼器接口相連，傳遞編碼器的A、B兩相信號，連接穩定、可靠。
[0042]應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。
[0043]應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本實用新型專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本實用新型的啟示下，在不脫離本實用新型權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本實用新型的保護范圍之內，本實用新型的請求保護范圍應以所附權利要求為準。
【主權項】
1.一種隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，其特征在于:包括鋰電池組電源模塊、DRV8848電機驅動電路模塊、數字控制信號隔離電路模塊、基于STM32FI的微控制器電路模塊、串口通訊接口電路模塊、編碼器接口電路模塊;所述DRV8848電機驅動電路模塊、數字控制信號隔離電路模塊、基于STM32F1的微控制器電路模塊依次連接;所述串口通訊接口電路模塊與基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，所述編碼器接口電路模塊與所述基于STM32F1的微控制器電路模塊連接;所述鋰電池組電源模塊分別與所述DRV8848電機驅動電路模塊和基于STM32F1的微控制器電路模塊連接，用于為所述驅動器提供動力。2.根據權利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，其特征在于:所述DRV8848電機驅動電路模塊主要包括雙H橋電機驅動器件UUVREF引腳電壓調節電位器Pot_R1、高精度10毫歐電流采樣電阻R_S3;—片DRV8848雙H橋在并聯模式下共同工作實現對單個刷式直流伺服電機的控制。3.根據權利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，其特征在于:所述數字控制信號隔離電路模塊主要包括數字隔離芯片U3，型號為IS07420F，U3的2、3引腳即與所述基于STM3 2FI的微控制器電路模塊的1引腳PBO、PB I相接，6、7引腳與所述DRV8848電機驅動電路模塊相接。4.根據權利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，其特征在于:所述基于STM32F1的微控制器電路模塊主要包括主控芯片、晶振、復位電路、SWD下載調試接口和狀態指示LED。5.根據權利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，其特征在于:所述串口通訊接口電路模塊主要包括型號為MOLEXl.25mm 6腳座子P4。6.根據權利要求1所述的隔離式低功率刷式直流伺服電機驅動器，其特征在于:所述編碼器接口電路模塊主要包括型號為MX3.00_ 6腳座子P8。
【文檔編號】H02P7/06GK205725540SQ201620410169
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年5月9日
【發明人】李衛華, 曾凌云, 阮華平, 黃蘭蘭, 周力平
【申請人】武漢大學