CN106712598B - 一种马达转速闭环控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达转速闭环控制电路，与马达相配合，包括驱动IC芯片、RC积分电路、由第一运算放大器和第二运算放大器组成的双运算放大器和RC充放电电路；驱动IC芯片上设有与马达相连的驱动控制端，还设有电压信号输入端和方波信号输出端；RC积分电路的输入端与驱动IC芯片的方波信号输出端相连，RC积分电路的输出端与第一运算放大器的同相输入端相连；第一运算放大器的反相输入端与一电阻分压电路相连，且输出端通过RC充放电电路与第二运算放大器的同相输入端相连；第二运算放大器的反相输入端与其对应的输出端相连后，并与驱动IC芯片的电压控制信号输入端相连。实施本发明，成本低且故障更少，并可实现转速闭环控制。

Description

一种马达转速闭环控制电路

技术领域

本发明涉及马达控制技术领域，尤其涉及一种马达转速闭环控制电路。

背景技术

无刷直流马达驱动主要是当定子的绕组线圈通电后，配合霍尔传感器判断永久磁铁转子的磁极位置，转换流经定子的绕组线圈的电流方向来产生交变磁场，推斥永久磁铁转子持续转动。因此，有必要对马达转速控制技术做进一步的研究。

在已知马达转速控制技术中，通常会采用电压调节电路对驱动IC芯片的输入电压的调节来实现马达转速的控制，虽然已知的控制技术可以使得马达达到定速运转，但马达无法在转动过程中实现精准的转速闭环控制，且成本高，故障多。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种马达转速闭环控制电路，成本低且故障更少，并可实现转速闭环控制。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种马达转速闭环控制电路，其与马达相配合，包括驱动IC芯片、RC积分电路、由第一运算放大器和第二运算放大器组成的双运算放大器和RC充放电电路；其中，

所述驱动IC芯片上设有与所述马达相连的驱动控制端，还设有电压控制信号输入端和方波信号输出端；

所述RC积分电路的输入端与所述驱动IC芯片的方波信号输出端相连，另一端与所述双运算放大器中第一运算放大器的同相输入端相连；

所述双运算放大器中第一运算放大器的反相输入端与一电阻分压电路相连，且输出端通过所述RC充放电电路与所述双运算放大器中第二运算放大器的同相输入端相连；

所述双运算放大器中第二运算放大器的反相输入端与其对应的输出端相连后，并与所述驱动IC芯片的电压控制信号输入端相连。

其中，当所述双运算放大器判断出所含第一运算放大器上同相输入端的输入电压大于所含第一运算放大器上反相输入端的输入电压时，则拉升所含第二运算放大器上输出端的输出电压来控制所述马达转速上升，使得所述驱动IC芯片方波信号输出端的脉冲频率增加，从而使RC积分电路输出端电压下降，直至恢复所述马达转速为定速。

其中，当所述双运算放大器判断出所含第一运算放大器上同相输入端的输入电压小于所含第一运算放大器上反相输入端的输入电压时，则降低所含第二运算放大器上输出端的输出电压来控制所述马达转速下降，使得所述驱动IC芯片方波信号输出端的脉冲频率下降，从而使RC积分电路输出端电压上升，直至恢复所述马达转速为定速。

其中，所述马达定速由所述电阻分压电路的输出电压大小决定。

其中，所述充放电电路包括依序连接的稳压二极管、第一电阻、储能电容和第二电阻；其中，

所述稳压二极管的正极与所述双运算放大器中第一运算放大器的输出端相连；

所述第一电阻的阻值小于所述第二电阻的阻值。

其中，所述驱动IC芯片采用的型号为远翔FD0255。

其中，所述双运算放大器采用的型号为LM358。

与现有技术相对比，本发明实施例具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，马达转速闭环控制电路采用双运算放大器和RC充放电电路代替现有的集成电路或MCU来实现马达转速控制，该电路结构简单，所花费的成本更低且故障更少；

2、在本发明实施例中，马达转速闭环控制电路中电阻分压电路的输出电压大小决定马达定速转动，一旦判断出马达转速产生变化时，会通过驱动IC芯片产生方波信号，使RC积分电路输出不同的电压，而双运算放大器会根据驱动IC芯片所产生的不同电压调整输出电压来调节马达转速，使得马达转速自动恢复至定速，从而实现马达转速闭环控制的目的。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的马达转速闭环控制电路的系统结构示意图；

图2为图1中RC充放电电路的系统结构示意图；

图3为本发明实施例提供的马达转速闭环控制电路的电路连接示意图。

具体实施方式

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。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种马达转速闭环控制电路，其与马达M相配合，包括驱动IC芯片1、RC积分电路2、由第一运算放大器31和第二运算放大器32组成的双运算放大器3和RC充放电电路4；其中，

驱动IC芯片1上设有与马达M相连的驱动控制端a1，还设有电压控制信号输入端a3和方波信号输出端a2；

RC积分电路2的输入端与驱动IC芯片的方波信号输出端a2相连，输出端与双运算放大器3中第一运算放大器31的同相输入端I1+相连；

双运算放大器3中第一运算放大器31的反相输入端I1-与一电阻分压电路K相连，且输出端O1通过RC充放电电路4与双运算放大器3中第二运算放大器32的同相输入端I2+相连；

双运算放大器3中第二运算放大器32的反相输入端I2-与其对应的输出端O2相连后，并与驱动IC芯片1的电压控制信号输入端a3相连。

应当说明的是，马达定速转动时，第一运算放大器31的同相输入端I1+的输入电压与其对应的反相输入端I1-输入电压相等，才能避免双运算放大器3对马达M转速的调节。因此，可以根据马达的定速确定对应驱动IC芯片的输出电压，从而确定电阻分压电路K的输出电压应设计多大，即电阻分压电路K的输出电压大小可以反应马达M定速。换句话来说，马达M定速是由电阻分压电路K的输出电压大小决定。

应当说明的是，驱动IC芯片1方波信号输出端a2输出的信号为方波，为了便于双运算放大器3处理，通过RC积分电路2处理成锯齿波。其中，驱动IC芯片采用的型号为远翔FD0255；双运算放大器采用的型号为LM358。

在本发明实施例中，马达M在转动过程中，一旦转速与定速之间出现偏差，此时可以通过双运算放大器3控制输出电压的大小来实现对马达M转速的调节，以达到马达M恢复定速的要求，从而实现马达M转速的自我控制，包括转速小于定速和转速大于定速两种情况，具体如下：

(1)当马达M的转速小于定速时(即实际转速<目标转速)，说明马达M的N极和S极此时的切换频率低于定速时的切换频率，使得驱动IC芯片1输出的高电平持续时间更长，电平宽度变宽，使得第一运算放大器31上同相输入端I1+的输入电压>第一运算放大器31上反相输入端I1-的输入电压(参考电压)，即三端稳压电源K输出的电压。

一旦双运算放大器3判断出所含第一运算放大器31上同相输入端I1+的输入电压大于所含第一运算放大器31上反相输入端I1-的输入电压时，则拉升所含第二运算放大器32上输出端O2的输出电压来控制马达M转速上升，使得驱动IC芯片1方波信号输出端a2的输出频率上升，从而引起RC积分电路2输出端电压下降，直至恢复马达M转速为定速。

(2)同理，当马达M的转速大于定速时(即实际转速>目标转速)，说明马达M的N极和S极此时的切换频率高于定速时的切换频率，使得驱动IC芯片1输出的高电平持续时间更短，电平宽度变窄，使得第一运算放大器31上同相输入端I1+的输入电压<第一运算放大器31上反相输入端I1-的输入电压(参考电压)，即电阻分压电路K输出的电压。

一旦双运算放大器3判断出所含第一运算放大器31上同相输入端I1+的输入电压小于所含第一运算放大器31上反相输入端I1-的输入电压时，则降低所含第二运算放大器32上输出端O2的输出电压来控制马达M转速下降，使得驱动IC芯片1方波信号输出端a2的输出频率下降，从而引起RC积分电路2输出端电压上升，直至恢复马达M转速为定速。

在本发明实施例中，如图2所示，RC充放电电路4包括依序连接的稳压二极管41、第一电阻42、储能电容43和第二电阻44；其中，

稳压二极管41的正极与双运算放大器3中第一运算放大器31的输出端O1相连；

第一电阻42的阻值小于第二电阻44的阻值。

应当说明的是，为了保证充放电时间基本均衡，必须使第一电阻42阻值远小于第二电阻44的阻值。在充电过程中，稳压二极管41、第一电阻42、储能电容43形成充电电路，而在放电过程中，储能电容43和第二电阻44形成放电电路。

如图3所示，对本发明实施例中马达转速闭环控制电路的应用场景做进一步说明：

U1为驱动IC芯片，采用远翔FD0255，是一颗霍尔驱动IC芯片，第6脚(即图1中电压控制信号输入端a3)为调速电压信号输入，电压越高，转速越高，反之则越低；第1脚为FG集电极开路输出(即图1中电压信号输出端a2)，当接入上拉电阻，马达(由图1中L1、L2表示)接入第3脚和第4脚(即图1中驱动控制端a1)运转时，伴随转子磁极的变换会输出高低电平信号；

LM358为双运算放大器，其中IN1+、IN1-、OUT1为第一运算放大器31的同向输入端、反向输入端和输出端，IN2+、IN2-、OUT2为第二运算放大器32的同向输入端、反向输入端和输出端；

连接电阻R4的5V电压源为电阻分压电路的供电电源，用于决定马达的目标转速值，通过R4与R5形成电阻分压电路的分压来调节目标转速，从而进一步满足马达的目标转速值；

R3，C2形成的RC积分电路；D2为稳压二极管、R7为第一电阻、C4为储能电容、R6为第二电阻；其中，稳压二极管D2、第一电阻R7及储能电容C4形成充电电路；储能电容C4和第二电阻R6形成放电电路。应当说明的是，当电路趋于基本稳态时高电平宽度会远小于低电平宽度，故为保证充放电时间基本均衡，必须使第一电阻R7阻值远小于第二电阻R6阻值。

当FG_INPUT输入高平电时，经过R3，C2的RC积分电路作用后，波形输出如图3中A处点所示。当第一运算放大器的同向输入端的输入电压UA>反向输入端的输入电压Uref时，第一运算放大器的输出端OUT1输出高电平，反之为低电平；该第一运算放大器的输出端OUT1输出电压的波形如图3中B处所示。当第一运算放大器的输出端OUT1输出电压经D2、R7、C4和R6的充放电电路作用后，第二运算放大器的同向输入端所得到的输入电压的波形如图3中C处所示，再经过自身放大后，给驱动IC芯片U1第6脚加载的输入电压的波形如图3中D处所示。

当第一运算放大器的同向输入端的输入电压UA>反向输入端的输入电压Uref时，UB＝H(高电平信号)，UB通过稳压二极管D2、第一电阻R7给储能电容C4充电，其充电时间取决于UB的高电平宽度，UC升高(第二运算放大器用作电流放大)，故UD也升高，其增加量取决于UB高电平的宽度。U1的调速电压上升，马达转速会上升，从而引起驱动IC芯片U1第1脚(FG引脚)输出的电平宽度变窄，也就是UA降低。因此，UA>Uref(也即实际转速<目标转速)，最终引起驱动IC芯片U1的调速电压上升，马达转速会上升(即UA降低)；

同理，当第一运算放大器的同向输入端的输入电压UA<反向输入端的输入电压Uref时，UB＝L(低电平信号)，储能电容C4通过第二电阻R6放电，其放电时间取决于第二电阻R6阻值大小，UC降低(第二运算放大器用作电流放大)，故UD也降低，其减小量取决于UB低电平的宽度。驱动IC芯片U1的调速电压下降，马达转速会降低，从而引起驱动IC芯片U1第1脚(FG引脚)输出的电平宽度变宽，也就是UA升高。因此，UA<Uref(也即实际转速>目标转速)，最终引起U1的调速电压下降，马达转速会下降(即UA升高)。

应当说明的是，电容C5只在初次通电起作用，其目的是防止通电瞬间UC过低，造成驱动IC芯片U1的调速电压过低，从而引起驱动IC芯片U1一直处于最小占空比输出，致使马达不能启动。

与现有技术相对比，本发明实施例具有如下有益效果：

1、在本发明实施例中，马达转速闭环控制电路采用双运算放大器和RC充放电电路代替现有的集成电路或MCU来实现马达转速控制，该电路结构简单，所花费的成本更低且故障更少；

2、在本发明实施例中，马达转速闭环控制电路中电阻分压电路的输出电压大小决定马达定速转动，一旦判断出马达转速产生变化时，会通过驱动IC芯片产生方波信号，使RC积分电路输出不同的电压，而双运算放大器会根据驱动IC芯片所产生的不同电压调整输出电压来调节马达转速，使得马达转速自动恢复至定速，从而实现马达转速闭环控制的目的。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种马达转速闭环控制电路，其与马达相配合，其特征在于，包括驱动IC芯片、RC积分电路、由第一运算放大器和第二运算放大器组成的双运算放大器和RC充放电电路；其中，

所述驱动IC芯片上设有与所述马达相连的驱动控制端，还设有电压控制信号输入端和方波信号输出端；

所述RC积分电路的一端与所述驱动IC芯片的方波信号输出端相连，输出端与所述双运算放大器中第一运算放大器的同相输入端相连；

所述双运算放大器中第一运算放大器的反相输入端与一电阻分压电路相连，且输出端通过所述RC充放电电路与所述双运算放大器中第二运算放大器的同相输入端相连；

所述双运算放大器中第二运算放大器的反相输入端与其对应的输出端相连后，并与所述驱动IC芯片的电压控制信号输入端相连；

其中，所述RC充放电电路包括依序连接的稳压二极管、第一电阻、储能电容和第二电阻；其中，所述稳压二极管的正极连接所述双运算放大器中第一运算放大器的输出端，负极连接所述第一电阻的一端；所述第一电阻的另一端连接所述储能电容的一端；所述储能电容的另一端接地；所述第二电阻的一端接地，另一端连接所述双运算放大器中第二运算放大器的同相输入端；所述第一电阻的阻值小于所述第二电阻的阻值。

2.根据权利要求1所述的马达转速闭环控制电路，其特征在于，当所述双运算放大器判断出所含第一运算放大器上同相输入端的输入电压大于所含第一运算放大器上反相输入端的输入电压时，则拉升所含第二运算放大器上输出端的输出电压来控制所述马达转速上升，使得所述驱动IC芯片方波信号输出端的脉冲频率增加，从而使RC积分电路输出端电压下降，直至恢复所述马达转速为定速。

3.根据权利要求2所述的马达转速闭环控制电路，其特征在于，当所述双运算放大器判断出所含第一运算放大器上同相输入端的输入电压小于所含第一运算放大器上反相输入端的输入电压时，则降低所含第二运算放大器上输出端的输出电压来控制所述马达转速下降，使得所述驱动IC芯片方波信号输出端的脉冲频率下降，从而使RC积分电路输出端电压上升，直至恢复所述马达转速为定速。

4.根据权利要求3所述的马达转速闭环控制电路，其特征在于，所述马达定速由所述电阻分压电路的输出电压大小决定。

5.根据权利要求4所述的马达转速闭环控制电路，其特征在于，所述驱动IC芯片采用的型号为远翔FD0255。

6.根据权利要求5所述的马达转速闭环控制电路，其特征在于，所述双运算放大器采用的型号为LM358。