一种伺服电机驱动电路的制作方法

1.本发明涉及伺服电机技术领域，具体为一种伺服电机的驱动电路。


背景技术：

2.交流伺服驱动器可以驱动多个伺服电机，而在这种伺服驱动器中，其对于电流的处理需要多个接口去处理正在使用的多个逻辑电路、芯片、模块，因此其承担的任务非常重，在驱动伺服电机时，电流的采集精度以及其功率分配就显得尤为重要，因为当电流不进行优化的，芯片的能耗将变得很大，也间接性提高芯片的使用成本。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种可提高采样电阻的精度及分散功率损耗减少发热的驱动电路。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种伺服电机驱动电路，包括主控电路模块和电源电路模块，所述的电源电路模块包括功率驱动单元、电流采样单元、直流母线电压比较单元和开关电源控制单元，所述的开关电源控制单元输出端与功率驱动单元相连，电流采样单元输出端与主控电路模块的电机电流放大单元相连接，直流母线电压比较单元的输入端与开关电源控制单元相连，输出端与主控电路模块的主控单元连接；所述的主控电路模块包括主控单元、总线控制单元、总线变压单元、电机电流放大单元和通信单元，所述的总线控制单元、电机电流放大单元和通信单元分别与主控单元相连接，总线变压单元与所述的总线控制单元相连接。
5.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，所述的直流母线电压比较单元包括第一稳压管、第一极性电容、第二极性电容、第三极性电容、触点开关、第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述的第一比较器输出端与制动电路相连接，正相端与第一极性电容相连接，负相端与输入参考电压端相连接，所述的第二比较器、第三比较器的负相端分别与第一稳压管连接，正相端分别通过第一参考电阻、第二参考电阻而与输入参考电压端相连接，第二比较器的输出端通过第一光电隔离开关与主控电路模块相连接，第三比较器通过所述的触点开关与所述主控单元的主控芯片相连接。
6.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，所述的功率驱动单元的输入端口与所述的开关电源控制单元的输出端相连接，功率驱动单元的输出端口与所述主控单元的主控芯片相连接。
7.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，所述的主控芯片型号为xmc4800f144f2048；主控芯片包括半双工通讯端口、电流采样端口和总线控制端口，所述的总线控制单元与总线控制端口相连接，通信单元与半双工通讯端口相连接，电机电流放大单元与电流采样端口相连接。
8.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，所述的电流采样单元包括第一采样器和第二采样器，第一采样器的输入端分别与开关电源控制单元的输出端相连接，采样
电流值，第二采样器的同相端和异相端分别与第一采样器的输出端相连接，输出端则与所述的主控芯片相连接。
9.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，所述的通信单元包括rs485接口芯片，数据差分信号输入端与所述的rs485接口芯片输入端口相连，rs485接口芯片输出端与所述的主控单元的半双工通讯输入端相连接。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果是：为提高采样电路的快速性和灵敏性，采样电阻采取较小的电感值，可避免电阻发热影响采样精度；为提高采样电阻的精度及分散功率损耗减少发热，把几个精密采样电阻并联或串联以抵消阻值的正负误差来提高精度。主控芯片的多个io接口对外接的电路中，主要分为输入和输出两部分，其信号在多个单元电路连接中都通过光藕隔离，输出信号由dsp完成，其脉冲与方向信号采取差分方式输入，这种设计可以将整体连接端口的分配更为简洁，而且在后续进行升级、改变时也便于调整。
附图说明
11.图1为本发明整体连接示意图；
12.图2为功率驱动单元电路连接图；
13.图3为直流母线电压比较单元电路连接图；
14.图4为开关电源控制单元电路连接图；
15.图5为主控单元的电路端口示意图；
16.图6为总线控制单元电路连接图；
17.图7为总线变压单元电路连接图；
18.图8为电流采样单元电路连接图；
19.图9为通信单元电路连接图；
20.图10为电机电流放大单元电路连接图。
具体实施方式
21.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。
22.请参阅图1-图10，本发明提供一种伺服电机驱动电路，包括主控电路模块和电源电路模块。电源电路模块起功率放大的作用，通过主控电路模块发出的pwm波来对ipm进行控制，从而实现电机控制矢量的合成，达到控制电机的目的，完成交流-直流-交流的逆变过程。电源电路模块主要包括四个模块电路：功率驱动单元、电流采样单元、直流母线电压比较单元和开关电源控制单元，所述的开关电源控制单元输出端与功率驱动单元相连，电流采样单元输出端与主控电路模块的电机电流放大单元相连接，直流母线电压比较单元的输入端与开关电源控制单元相连，输出端与主控电路模块的主控单元连接；所述的主控电路模块包括主控单元、总线控制单元、总线变压单元、电机电流放大单元和通信单元，图中，vcc(+5v)：给部分逻辑芯片、通信模块供电；+3.3v：给主控芯片、通用芯片、指示灯供电；+3v(ref)：a/d转换基准参考电压。所述的总线控制单元、电机电流放大单元和通信单元分别与
主控单元相连接，总线变压单元与所述的总线控制单元相连接。
23.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，参照图3，所述的直流母线电压比较单元包括第一稳压管zd2、第一极性电容c38、第二极性电容c39、第三极性电容c42、触点开关j1、第一比较器u2a、第二比较器u2c和第三比较器u2d，所述的第一比较器输出端br与制动电路相连接，正相端与第一极性电容c38相连接，负相端与输入参考电压端vref相连接，所述的第二比较器、第三比较器的负相端分别与第一稳压管zd2连接，正相端分别通过第一参考电阻r8、第二参考电阻r6而与输入参考电压端vref相连接，第二比较器的输出端通过第一光电隔离开关u13与主控电路模块相连接，在输入电路、输出电路、逻辑电路之间使用光电耦合开关来实现有效的隔离，可以达到高效的抗干扰稳定性能，而第三比较器通过所述的触点开关与所述主控单元的主控芯片相连接。
24.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，参照图2，所述的功率驱动单元的输入端口u4-u7与所述的开关电源控制单元的输出端u23-u25相连接，功率驱动单元的输出端口与所述主控单元的主控芯片相连接。
25.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，参照图5，所述的主控芯片型号为xmc4800f144f2048；主控芯片包括半双工通讯端口p3-p4、电流采样端口p14和总线控制端口p0，所述的总线控制单元与总线控制端口相连接，通信单元与半双工通讯端口相连接，电机电流放大单元与电流采样端口相连接。
26.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，如图8所示，所述的电流采样单元包括第一采样器u18和第二采样器u19a，第一采样器的输入端vdd1分别与开关电源控制单元的输出端相连接，采样电流值，第二采样器优选为hcpl-7860，其同相端和异相端分别与第一采样器的输出端vout+相连接，输出端则与所述的主控芯片相连接。hcpl-7860的原级工作电源要求在4.5～5.5v之间，本方案可采用开关电源控制模块供电、dc-dc供电等模式，但为达到适当的工作效果，本方案从功率开关器件(ipm、igbt)的门极驱动电路的电源中获取(图中未示出)，然后通过一个外部的三端稳压器输出5v电压，为使电源稳定，要求在靠近芯片管脚处安放滤波电容c34。关于采样电阻r58，其阻值较大可提高采样电路的准确性，但是过大的阻值也会带来问题：一方面可采集的电流范围太小，不能发挥出功率器件的最大输出能力；另一方面较大的阻值会使采样电阻上功率损耗比较大，带来严重的发热问题，从而影响电阻的精度和温升系数的非线性，甚至烧毁采样电阻；反之，采样电阻较小，虽然可以提高采样电路的采样能力，采集到较大的电机电流，但过小的采样电阻会使得采样电阻上输出电压减小，从而使得误差偏移量和干扰噪声在信号幅度中所占比重过大，降低采样精度。因此，本方案中采样电阻r58是用输入电压除以正常工作情况下流经采样电阻的峰值电流，然后再乘以一个0.8～0.9的裕量系数，由于电阻峰值与输入电压不能确定，因而本方案中不示出明确的电阻值。同时，本方案还将采样电阻r42、r43通过串联方式进行连接，以抵消阻值的正负误差，以提高精度。
27.作为对上述一种伺服电机驱动电路的优选方案，参照图9，所述的通信单元包括rs485接口芯片ic5，数据差分信号输入端rs485a、rs485b与所述的rs485接口芯片输入端口a、b相连，rs485接口芯片输出端ro与所述的主控单元的半双工通讯输入端相连接。
28.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换
和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.一种伺服电机驱动电路，包括主控电路模块和电源电路模块，其特征在于：所述的电源电路模块包括功率驱动单元、电流采样单元、直流母线电压比较单元和开关电源控制单元，所述的开关电源控制单元输出端与功率驱动单元相连，电流采样单元输出端与主控电路模块的电机电流放大单元相连接，直流母线电压比较单元的输入端与开关电源控制单元相连，输出端与主控电路模块的主控单元连接；所述的主控电路模块包括主控单元、总线控制单元、总线变压单元、电机电流放大单元和通信单元，所述的总线控制单元、电机电流放大单元和通信单元分别与主控单元相连接，总线变压单元与所述的总线控制单元相连接。2.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动电路，其特征在于：所述的直流母线电压比较单元包括第一稳压管、第一极性电容、第二极性电容、第三极性电容、触点开关、第一比较器、第二比较器和第三比较器，所述的第一比较器输出端与制动电路相连接，正相端与第一极性电容相连接，负相端与输入参考电压端相连接，所述的第二比较器、第三比较器的负相端分别与第一稳压管连接，正相端分别通过第一参考电阻、第二参考电阻而与输入参考电压端相连接，第二比较器的输出端通过第一光电隔离开关与主控电路模块相连接，第三比较器通过所述的触点开关与所述主控单元的主控芯片相连接。3.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动电路，其特征在于：所述的功率驱动单元的输入端口与所述的开关电源控制单元的输出端相连接，功率驱动单元的输出端口与所述主控单元的主控芯片相连接。4.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动电路，其特征在于：所述的主控芯片型号为xmc4800f144f2048；主控芯片包括半双工通讯端口、电流采样端口和总线控制端口，所述的总线控制单元与总线控制端口相连接，通信单元与半双工通讯端口相连接，电机电流放大单元与电流采样端口相连接。5.根据权利要求1所述的一种伺服电机驱动电路，其特征在于：所述的电流采样单元包括第一采样器和第二采样器，第一采样器的输入端分别与开关电源控制单元的输出端相连接，采样电流值，第二采样器的同相端和异相端分别与第一采样器的输出端相连接，输出端则与所述的主控芯片相连接。6.根据权利要求4所述的一种伺服电机驱动电路，其特征在于：所述的通信单元包括rs485接口芯片，数据差分信号输入端与所述的rs485接口芯片输入端口相连，rs485接口芯片输出端与所述的主控单元的半双工通讯输入端相连接。

技术总结
本发明公开了一种伺服电机驱动电路，包括主控电路模块和电源电路模块，所述的电源电路模块包括功率驱动单元、电流采样单元、直流母线电压比较单元和开关电源控制单元；所述的主控电路模块包括主控单元、总线控制单元、总线变压单元、电机电流放大单元和通信单元，所述的总线控制单元、电机电流放大单元和通信单元分别与主控单元相连接，总线变压单元与所述的总线控制单元相连接。本发明为提高采样电阻的精度及分散功率损耗减少发热，把几个精密采样电阻并联或串联以抵消阻值的正负误差来提高精度。而主控芯片的多个IO接口对外接的电路中，信号在多个单元电路连接中都通过光藕隔离，可具备较强的抗干扰能力。可具备较强的抗干扰能力。


技术研发人员：文立冬 杨建清 王云
受保护的技术使用者：东莞市德普信自动化设备有限公司
技术研发日：2021.08.13
技术公布日：2022/3/8