有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，包括用于獲取有刷直流電機(jī)工作電流信號(hào)的電流取樣電路；所述電流取樣電路的輸出端與用于進(jìn)行信號(hào)放大的一級(jí)信號(hào)放大電路連接，所述一級(jí)信號(hào)放大電路的輸出端與用于將直流信號(hào)隔離的直流信號(hào)隔離電路連接，所述直流信號(hào)隔離電路的輸出端與二級(jí)信號(hào)放大電路連接，二級(jí)信號(hào)放大電路的輸出端與用于根據(jù)信號(hào)頻率確定所述有刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)頻率運(yùn)算電路連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，能精確獲得有刷直流電機(jī)的速度值，降低有刷直流電機(jī)速度測(cè)量的成本，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種速度測(cè)量電路，尤其是一種有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，屬于有刷直流電機(jī)速度測(cè)量的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]直流有刷電機(jī)控制簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，目前仍有廣泛的應(yīng)用。在直流有刷電機(jī)的閉環(huán)控制系統(tǒng)中，需要對(duì)直流有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速做精確的測(cè)量。受使用環(huán)境，成本預(yù)算等因素的制約，實(shí)際應(yīng)用中往往無(wú)法安裝外置速度傳感器，使得控制效果大打折扣。
[0003]直流有刷電機(jī)通過(guò)碳刷切換電樞繞組的通和斷，也即是換相。換相過(guò)程中，流過(guò)碳刷的電流都會(huì)經(jīng)歷先減小后增大的過(guò)程，產(chǎn)生電流脈動(dòng)。每產(chǎn)生一次電流脈動(dòng)就意味著完成了一次換相過(guò)程，而換相的間隔對(duì)應(yīng)著有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，測(cè)量?jī)纱无D(zhuǎn)速脈動(dòng)的時(shí)間間隔就成了測(cè)量有刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)。
[0004]計(jì)算直流有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)電流脈動(dòng)是獲取完整、精確的電流信號(hào)的基礎(chǔ)，依據(jù)歐姆定律，電流流過(guò)阻性負(fù)載后會(huì)產(chǎn)生電壓降，通過(guò)在電流回路中串接高精度低阻值采樣電阻，可以將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為微小的電壓信號(hào)?，F(xiàn)有技術(shù)中，將該電壓信號(hào)經(jīng)放大裝置放大后變?yōu)榈认辔环翟龃笄乙妆蛔R(shí)別的電壓信號(hào)，電壓信號(hào)通過(guò)信號(hào)濾波裝置進(jìn)行帶通濾波，選出整流子換相脈沖的脈動(dòng)信號(hào)，通過(guò)脈寬頻率測(cè)量裝置進(jìn)行脈寬或者頻率測(cè)量，并按照電機(jī)整流子極對(duì)數(shù)進(jìn)行換算，得到最終電機(jī)轉(zhuǎn)速。
[0005]恒定負(fù)載恒定轉(zhuǎn)速情況下，直流有刷電機(jī)的工作過(guò)程可分為兩個(gè)過(guò)程:工作在非換相狀態(tài)與工作在換相過(guò)程;其中，工作在非換相狀態(tài)時(shí)，流過(guò)有刷直流電機(jī)的電流近似為恒定值;工作在換相過(guò)程時(shí)，存在換相導(dǎo)致的電流脈動(dòng)。故流經(jīng)有刷直流電機(jī)的電流為直流分量和交流分量的疊加，直流分量的幅值取決于直流有刷電機(jī)的負(fù)載;交流分量的幅值取決于轉(zhuǎn)速的大小。
[0006]已有技術(shù)方案，使用單一的放大裝置對(duì)電壓信號(hào)放大，然而放大裝置的放大倍數(shù)卻無(wú)法覆蓋所有的工況，如空載低速運(yùn)行時(shí)電流幅值非常小，需要極大的放大倍數(shù)才能得到可識(shí)別的電壓信號(hào)，與此同時(shí)也會(huì)引入大量的噪聲干擾;重載運(yùn)行時(shí)由于有刷直流電機(jī)電流中的直流分量大，可能會(huì)導(dǎo)致放大裝置輸出飽和。
[0007]實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)的工作狀態(tài)無(wú)法預(yù)知，現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法滿(mǎn)足特定工作場(chǎng)景下的轉(zhuǎn)速的測(cè)量，導(dǎo)致控制失效甚至引發(fā)事故。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，其結(jié)構(gòu)緊湊，能精確獲得有刷直流電機(jī)的速度值，降低有刷直流電機(jī)速度測(cè)量的成本，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
[0009]按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，包括用于獲取有刷直流電機(jī)工作電流信號(hào)的電流取樣電路;所述電流取樣電路的輸出端與用于進(jìn)行信號(hào)放大的一級(jí)信號(hào)放大電路連接，所述一級(jí)信號(hào)放大電路的輸出端與用于將直流信號(hào)隔離的直流信號(hào)隔離電路連接，所述直流信號(hào)隔離電路的輸出端與二級(jí)信號(hào)放大電路連接，二級(jí)信號(hào)放大電路的輸出端與用于根據(jù)信號(hào)頻率確定所述有刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)頻率運(yùn)算電路連接。
[0010]所述二級(jí)信號(hào)放大電路通過(guò)信號(hào)帶寬濾波電路與信號(hào)頻率運(yùn)算電路連接。
[0011]所述電流取樣電路包括與有刷直流電機(jī)連接的全橋電路，所述全橋電路包括功率管Ql、功率管Q2、功率管Q3以及功率管Q4，功率管Ql的漏極端、功率管Q2的漏極端與電壓VCC連接，功率管QI的源極端與功率管Q3的漏極端以及有刷直流電機(jī)的一端連接，功率管Q2的漏極端與功率管Q4的漏極端以及有刷直流電機(jī)的另一端連接，功率管Q3的源極端、功率管Q4的源極端均與采樣電阻Rl 6的一端連接，采樣電阻Rl 6的另一端接地。
[0012]所述一級(jí)信號(hào)放大電路包括運(yùn)算放大器1A，所述運(yùn)算放大器IA的反相端與電阻Rl的一端、電阻R2的一端以及電容Cl的一端連接，運(yùn)算放大器IA的同相端與電阻R4的一端、電阻R5的一端以及電容C3的一端連接，電阻Rl的另一端接地，電容CI的另一端以及電阻R2的另一端均與運(yùn)算放大器IA的輸出端連接，電阻R4的另一端與電流取樣電路的輸出端連接，電阻R5的另一端與電源VCC連接，電容C3的另一端接地;運(yùn)算放大器IA的輸出端與電阻R3的一端連接，所述電阻R3的另一端與電容C2的一端以及直流信號(hào)隔離電路的輸入端連接，電容C2的另一端接地。
[0013]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):對(duì)采樣電阻上的電壓信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)采用兩級(jí)放大的結(jié)構(gòu)，且利用直流信號(hào)隔離電路去掉一級(jí)信號(hào)放大電路2放大后的直流分量，使得二級(jí)信號(hào)放大電路只放大有用的交流信號(hào)。空載低速運(yùn)行時(shí)，電壓信號(hào)經(jīng)兩級(jí)放大后有足夠的放大倍數(shù)使得微弱信號(hào)被識(shí)別，同時(shí)還降低了噪音的干擾;重載運(yùn)行時(shí)，由于直流信號(hào)隔離電路的存在，使得最終的放大輸出不會(huì)完全飽和，從而信號(hào)頻率運(yùn)算電路能輸出精確的有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速值，降低有刷直流電機(jī)速度測(cè)量的成本，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。
[0015]圖2為本實(shí)用新型一級(jí)信號(hào)放大電路的原理圖。
[0016]圖3為本實(shí)用新型電流取樣電路的原理圖。
[0017]附圖標(biāo)記說(shuō)明:1_電流取樣電路、2-—級(jí)信號(hào)放大電路、3-直流信號(hào)隔離電路、4-二級(jí)信號(hào)放大電路、5-信號(hào)帶寬濾波電路以及6-信號(hào)頻率運(yùn)算電路。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0019]如圖1所示:為了能精確獲得有刷直流電機(jī)的速度值，降低有刷直流電機(jī)速度測(cè)量的成本，本實(shí)用新型包括用于獲取有刷直流電機(jī)工作電流信號(hào)的電流取樣電路I;所述電流取樣電路I的輸出端與用于進(jìn)行信號(hào)放大的一級(jí)信號(hào)放大電路2連接，所述一級(jí)信號(hào)放大電路2的輸出端與用于將直流信號(hào)隔離的直流信號(hào)隔離電路3連接，所述直流信號(hào)隔離電路3的輸出端與二級(jí)信號(hào)放大電路4連接，二級(jí)信號(hào)放大電路4的輸出端與用于根據(jù)信號(hào)頻率確定所述有刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)頻率運(yùn)算電路6連接。
[0020]具體地，電流取樣電路I與有刷直流電機(jī)連接，把有刷直流電機(jī)工作時(shí)的電流信號(hào)采樣并轉(zhuǎn)換為同相位的電壓信號(hào)。一級(jí)信號(hào)放大電路2對(duì)電流取樣電路I傳輸?shù)碾妷盒盘?hào)以較小的放大倍數(shù)進(jìn)行放大，以使得電壓信號(hào)中的直流信號(hào)、交流信號(hào)均被放大。直流信號(hào)隔離電路3對(duì)一級(jí)信號(hào)放大電路2放大后的電壓信號(hào)中的直流分量進(jìn)行隔離去除，只保留交流分量，直流信號(hào)隔離電路3輸出三角波的交流信號(hào)。二級(jí)信號(hào)放大電路4通過(guò)對(duì)直流信號(hào)隔離電路3輸出的三角波進(jìn)行放大，使得信號(hào)的幅值達(dá)到識(shí)別的目的；此外，由于直流信號(hào)隔離電路3只輸出交流信號(hào)，則二級(jí)信號(hào)放大電路4也只輸出三角波或梯形波。信號(hào)頻率運(yùn)算電路6能對(duì)二級(jí)信號(hào)放大電路4輸出信號(hào)的頻率進(jìn)行計(jì)算，以得到直流有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
[0021]所述二級(jí)信號(hào)放大電路4通過(guò)信號(hào)帶寬濾波電路5與信號(hào)頻率運(yùn)算電路6連接。本實(shí)用新型實(shí)施例中，信號(hào)帶寬濾波電路5對(duì)二級(jí)信號(hào)放大電路4輸出的信號(hào)進(jìn)行濾波，以得到所需的頻率信號(hào)，便于信號(hào)頻率運(yùn)算電路6根據(jù)頻率信號(hào)運(yùn)算得到有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。信號(hào)頻率運(yùn)算電路6根據(jù)頻率信號(hào)得到有刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的過(guò)程為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知，此處不再贅述。
[0022]如圖3所示，所述電流取樣電路I包括與有刷直流電機(jī)連接的全橋電路，所述全橋電路包括功率管Ql、功率管Q2、功率管Q3以及功率管Q4，功率管Ql的漏極端、功率管Q2的漏極端與電壓VCC連接，功率管Ql的源極端與功率管Q3的漏極端以及有刷直流電機(jī)的一端連接，功率管Q2的漏極端與功率管Q4的漏極端以及有刷直流電機(jī)的另一端連接，功率管Q3的源極端、功率管Q4的源極端均與采樣電阻R16的一端連接，采樣電阻R16的另一端接地。
[0023]本實(shí)用新型實(shí)施例中，采樣電路R16可以為常用的高精度電阻，采樣電阻R16與功率管Q3的源極端、功率管Q4源極端相連的一端作為電流區(qū)域電路I的輸出端。
[0024]如圖2所示，所述一級(jí)信號(hào)放大電路2包括運(yùn)算放大器1A，所述運(yùn)算放大器IA的反相端與電阻Rl的一端、電阻R2的一端以及電容Cl的一端連接，運(yùn)算放大器IA的同相端與電阻R4的一端、電阻R5的一端以及電容C3的一端連接，電阻Rl的另一端接地，電容Cl的另一端以及電阻R2的另一端均與運(yùn)算放大器IA的輸出端連接，電阻R4的另一端與電流取樣電路I的輸出端連接，電阻R5的另一端與電源VCC連接，電容C3的另一端接地;運(yùn)算放大器IA的輸出端與電阻R3的一端連接，所述電阻R3的另一端與電容C2的一端以及直流信號(hào)隔離電路3的輸入端連接，電容C2的另一端接地。
[0025]本實(shí)用新型實(shí)施例中，二級(jí)信號(hào)放大電路4可以采用與所述一級(jí)信號(hào)放大電路2相同的形式。
[0026]本實(shí)用新型對(duì)采樣電阻R16上的電壓信號(hào)進(jìn)行放大時(shí)采用兩級(jí)放大的結(jié)構(gòu)，且利用直流信號(hào)隔離電路3去掉一級(jí)信號(hào)放大電路2放大后的直流分量，使得二級(jí)信號(hào)放大電路4只放大有用的交流信號(hào)?？蛰d低速運(yùn)行時(shí)，電壓信號(hào)經(jīng)兩級(jí)放大后有足夠的放大倍數(shù)使得微弱信號(hào)被識(shí)別，同時(shí)還降低了噪音的干擾;重載運(yùn)行時(shí)，由于直流信號(hào)隔離電路3的存在，使得最終的放大輸出不會(huì)完全飽和，從而信號(hào)頻率運(yùn)算電路6能輸出精確的有刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速值，降低有刷直流電機(jī)速度測(cè)量的成本，適應(yīng)范圍廣，安全可靠。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，包括用于獲取有刷直流電機(jī)工作電流信號(hào)的電流取樣電路(I);其特征是:所述電流取樣電路(I)的輸出端與用于進(jìn)行信號(hào)放大的一級(jí)信號(hào)放大電路(2)連接，所述一級(jí)信號(hào)放大電路(2)的輸出端與用于將直流信號(hào)隔離的直流信號(hào)隔離電路(3)連接，所述直流信號(hào)隔離電路(3)的輸出端與二級(jí)信號(hào)放大電路(4)連接，二級(jí)信號(hào)放大電路(4)的輸出端與用于根據(jù)信號(hào)頻率確定所述有刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)頻率運(yùn)算電路(6)連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，其特征是:所述二級(jí)信號(hào)放大電路(4)通過(guò)信號(hào)帶寬濾波電路(5)與信號(hào)頻率運(yùn)算電路(6)連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，其特征是:所述電流取樣電路(I)包括與有刷直流電機(jī)連接的全橋電路，所述全橋電路包括功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3以及功率管Q4，功率管Ql的漏極端、功率管Q2的漏極端與電壓VCC連接，功率管Ql的源極端與功率管Q3的漏極端以及有刷直流電機(jī)的一端連接，功率管Q2的漏極端與功率管Q4的漏極端以及有刷直流電機(jī)的另一端連接，功率管Q3的源極端、功率管Q4的源極端均與采樣電阻Rl 6的一端連接，采樣電阻Rl 6的另一端接地。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有刷直流電機(jī)用高精度低成本速度測(cè)量電路，其特征是:所述一級(jí)信號(hào)放大電路(2)包括運(yùn)算放大器1A，所述運(yùn)算放大器IA的反相端與電阻Rl的一端、電阻R2的一端以及電容Cl的一端連接，運(yùn)算放大器IA的同相端與電阻R4的一端、電阻R5的一端以及電容C3的一端連接，電阻Rl的另一端接地，電容Cl的另一端以及電阻R2的另一端均與運(yùn)算放大器IA的輸出端連接，電阻R4的另一端與電流取樣電路(I)的輸出端連接，電阻R5的另一端與電源VCC連接，電容C3的另一端接地;運(yùn)算放大器IA的輸出端與電阻R3的一端連接，所述電阻R3的另一端與電容C2的一端以及直流信號(hào)隔離電路(3)的輸入端連接，電容C2的另一端接地。
【文檔編號(hào)】G01P3/48GK205484401SQ201620059257
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年1月21日
【發(fā)明人】賈淑礦, 趙后松, 王浩
【申請(qǐng)人】蘇州諾樂(lè)智能科技有限公司