一種嵌入式超聲電機驅動控制器的制造方法
【專利摘要】一種嵌入式超聲電機驅動控制器，包括外部時鐘、微控制器模塊、功率放大及匹配模塊、位置傳感器接口模塊、運動控制卡接口模塊、電路保護模塊、顯示接口模塊、通訊接口模塊和電源轉換單元模塊，外部時鐘為微控制器模塊提供時間基準；微控制器模塊產生的信號驅動待控制超聲電機；位置傳感器接口模塊采集位置信息并反饋到微控制器模塊；運動控制卡接口模塊提供使能信號、位置指令信號和速度指令信號到微控制器模塊；電路保護模塊提供電機連接保護、過熱、過壓、欠壓和過流保護；顯示接口模塊和通訊接口模塊提供了驅動控制器的人機交互窗口。本驅動控制器具有通用性好、控制參數多元化和易集成多種控制模式的特點，便于實現對超聲電機的高精度控制。
【專利說明】
一種嵌入式超聲電機驅動控制器
技術領域
[0001 ]本發明涉及一種超聲電機驅動控制器，屬于電機驅動控制領域。
【背景技術】
[0002]超聲電機是一種新型的微特電機，其結構及其運行原理不同于傳統的電磁電機。超聲電機主要利用壓電材料的逆壓電效應，激發彈性體的一種超聲振動，通過定子和轉子之間的摩擦作用，把彈性體的亞微米級形變轉換為動子的回轉或直線運動。它具有低轉速、力矩/質量比大、響應速度快、斷電自鎖、無電磁干擾等優點。能夠滿足現代自動化設備對運動裝置提出的諸多新要求，在生物醫學、半導體封裝、武器裝備和航空航天等領域有廣闊的應用前景。
[0003]超聲電機需要由超聲電機驅動控制器提供兩路超聲頻率的高壓正弦信號來驅動工作。專利號為ZL200710134453.3、名稱為“基于嵌入式系統級芯片超聲電機驅動控制器”的發明專利公開了一種超聲電機驅動器，包括手動編碼器調節電路、PSoC芯片、推挽逆變電路、升壓電路、電感匹配電路等，該超聲電機驅動控制器的優點是結構形式簡單，采用孤極反饋法實現對超聲電機的頻率跟蹤，并達到穩定電機轉速的目的，但是存在控制精度低、匹配效果差以及能量轉換效率低等缺點。專利號為ZL201210451717.9、名稱為“一種超聲電機雙PWM功率驅動拓撲結構”的發明專利公開了一種超聲電機雙PWM功率驅動拓撲結構，該技術方案采用恒流供電和功率耦合組件，能夠方便實現驅動頻率、電壓的調整，提高了驅動器的能量轉換效率，但是易用性較差，在驅動方式和控制策略上描述較少。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于提供一種針對超聲電機進行高精度控制的驅動控制器。所述驅動控制器以微控制器為核心，配備位置傳感器接口模塊、運動控制卡接口模塊、顯示接口模塊以及通訊接口模塊等，實現驅動控制器開環控制模式、閉環控制模式、位置指令控制模式和速度指令控制模式。
[0005]為實現上述發明目的，本發明提供的技術方案如下:
一種嵌入式超聲電機驅動控制器，所述嵌入式超聲電機驅動控制器包括外部時鐘、微控制器模塊和功率放大及匹配模塊，其中所述外部時鐘經過微控制器模塊中的鎖相環倍頻后為微控制器模塊中的系統時鐘和外設時鐘提供時鐘信號;所述微控制器模塊中的外設時鐘信號為微控制器模塊中的PWMl單元和PWM2單元提供時間基準，所述PWMl單元生成包括SIN、NSIN、SINA和SINB信號的A相方波信號，所述PWM2單元生成包括C0S、NC0S、C0SA和COSB信號的B相方波信號，其中，所述SIN和NSIN信號為一組互補方波信號，其占空比和頻率可調，所述SINA和SINB信號為一組互補方波信號，其頻率可調且占空比為50%，所述SIN和NSIN信號的頻率為所述SINA和SINB信號的兩倍，所述COS和NCOS信號為一組互補方波信號，其占空比和頻率可調，所述⑶SA和⑶SB信號為一組互補方波信號，其頻率可調且占空比為50%，所述COS和NCOS信號的頻率為所述COSA和COSB信號的兩倍;所述A相方波信號通過功率放大及匹配模塊生成A相驅動信號驅動待控制超聲電機，所述B相方波信號通過功率放大及匹配模塊生成B相驅動信號驅動待控制超聲電機。
[0006]進一步地，所述功率放大及匹配模塊包括一個驅動控制單元、四個功率驅動芯片、兩個半橋變換器、兩個推挽變換器、兩個電感器、兩個變壓器和兩個匹配電路，所述功率驅動芯片用于驅動功率場效應管，所述半橋變換器由兩個功率場效應管串聯得到，所述匹配電路通過在變壓器次級線圈兩端并聯電容器實現，其中，驅動控制單元受電機連接狀態信號控制，當超聲電機與所述驅動控制器相連時，電機連接狀態信號有效，繼而使能驅動控制單元的輸出；所述SIN和NSIN信號經驅動控制單元后分別輸出到功率驅動芯片I，經所述功率驅動芯片I分別輸出后驅動半橋變換器I中功率場效應管的柵極，所述半橋變換器I的輸出與變壓器I的初級線圈的中心端之間通過串聯電感器I相連，所述SINA和SINB信號經驅動控制單元和功率驅動芯片2后用于驅動推挽變換器I中功率場效應管的柵極，推挽變換器I的兩個功率場效應管的漏極分別連接到變壓器I的初級線圈的首尾端，變壓器I的輸出端連接匹配電路I，匹配電路I的輸出即為施加在待控制超聲電機A相上的A相驅動信號；同理，B相方波信號COS、NC0S、COSA和COSB經由驅動控制單元、功率驅動芯片3和功率驅動芯片4、半橋變換器2、電感器2、推挽變換器2、變壓器2和匹配電路2生成施加在待控制超聲電機B相上的B相驅動信號。
[0007]進一步地，所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括位置傳感器接口模塊，所述位置傳感器接口模塊的輸入連接位置傳感器的輸出信號，該信號可為RS422或TTL信號，所述位置傳感器的輸出信號經位置傳感器接口模塊中的光電耦合器隔離后，分別輸出到微控制器模塊中的速度檢測單元和位置檢測單元，用于檢測被控制對象的速度和位置。
[0008]進一步地，所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括運動控制卡接口模塊，所述運動控制卡接口模塊包括位置反饋信號、使能信號、位置指令信號和速度指令信號。所述位置反饋信號輸出當前被控制對象的位置，所述使能信號由外部提供，經光電耦合器隔離后輸出到微控制器模塊中使能端口，所述位置指令信號由外部提供，包括脈沖信號和方向信號，分別經光電耦合器隔離后輸出到微控制器模塊中位置指令檢測單元，所述速度指令信號由外部提供，為模擬電壓信號，經信號處理后，通過線性光電耦合器隔離后，輸出到微控制器中模數轉換單元。
[0009]進一步地，所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括保護模塊，所述保護模塊包括電機連接保護、過熱保護、過壓保護和欠壓保護以及過流保護，其中所述電機連接保護通過檢測電機連接狀態信號是否有效來實現，在實際操作過程中，將電機連接線接頭上與電機連接狀態信號相對應的端口與信號地短接，當電機連接線接頭與驅動控制器相連時，電機連接狀態信號有效，繼而使能功率放大及匹配模塊中的驅動控制單元的輸出，當電機連接線接頭與驅動控制器斷開連接時，功率放大及匹配模塊中的驅動控制單元無輸出；所述過熱保護將溫度傳感器采集到的溫度信號傳輸至微控制器模塊中的溫度控制單元，按照閉環控制算法將產生的控制信號經過功率放大后驅動風扇運行的轉速，實現驅動控制器溫度控制；所述過壓和欠壓保護通過檢測外部電源的電壓，經分壓電路分壓和運算放大器的處理后連接到微控制器模塊中的模數轉換單元，通過相應的算法控制驅動控制器在合適的工作電壓范圍內工作;所述過流保護通過檢測外部電源輸入到驅動控制器的電流，將產生的模擬信號經分壓器分壓和運算放大器處理后，連接到微控制器模塊中模數轉換單元。
[0010]進一步地，所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括顯示接口模塊，所述顯示接口模塊通過微控制器模塊中的顯示控制單元將所述驅動控制器的系統參數以及待控制超聲電機的狀態輸出到顯示器中，并通過顯示接口模塊中的手動編碼器和按鍵設置控制參數。[0011 ]進一步地，所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括通訊接口模塊，所述通訊接口模塊通過微控制器模塊中的通訊控制單元將系統參數和待控制超聲電機的狀態傳輸到上位機中，用于驅動控制器的在線調試以及驅動控制器控制特性的優化。
[0012]進一步地，所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括電源轉換模塊，所述電源轉換模塊將內部電源轉換為所述驅動控制器所需的+12V、+5V和+3.3V電源。
[0013]本發明的嵌入式超聲電機驅動控制器以微控制器為核心，通過微控制器生成方波信號，經過功率放大及匹配模塊產生待控制電機所需的驅動信號，所產生的驅動信號的頻率、電壓、相位以及驅動信號輸出周期數均可準確控制;增加了位置傳感器接口模塊，可實現驅動控制器閉環控制，達到了對待控制電機的尚性能、尚精度、尚穩定性的控制目標;增加了運動控制卡接口模塊，可與現有的商用運動控制卡直接相連，能夠通過運動控制卡實現多軸控制，提高了驅動控制器的通用性;增加了保護模塊，實現對驅動控制器的電機連接保護、過熱保護、過壓保護、欠壓保護和過流保護;增加了顯示接口模塊和通訊接口模塊，可以方便地實現人機交互，進行參數的設置以及當前狀態的讀取，并優化控制參數。
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明的嵌入式超聲電機驅動控制器的電路結構示意圖；
圖2是本發明的功率放大及匹配模塊示意圖；
圖3是本發明的位置傳感器接口模塊示意圖；
圖4是本發明的運動控制卡接口模塊示意圖。
【具體實施方式】
[0015]以下結合附圖對本發明進行詳細的說明:
如圖1所示，本實施例中嵌入式超聲電機驅動控制器包括外部時鐘、微控制器模塊、功率放大及匹配模塊、位置傳感器接口模塊、運動控制卡接口模塊、保護模塊、顯示接口模塊、通訊接口模塊和電源轉換模塊。所述外部時鐘由晶體/陶瓷諧振器構成的振蕩器產生，經過微控制器模塊中的鎖相環倍頻后為微控制器模塊中的系統時鐘和外設時鐘提供時鐘信號，所述外設時鐘信號為微控制器模塊中PWMl單元和PWM2單元提供時間基準，所述PffMl單元生成A相方波信號并通過功率放大及匹配模塊產生A相驅動信號驅動待控制電機，所述PWM2單元生成B相方波信號并通過功率放大及匹配模塊產生B相驅動信號驅動待控制電機;所述位置傳感器接口模塊檢測位置傳感器的輸出信號，并將位置傳感器輸出的信號經光電耦合器隔離后輸出到微控制器模塊中速度檢測單元和位置檢測單元，所述位置傳感器可為編碼器或光柵尺，其輸出信號形式為RS422或TTL信號;所述運動控制卡接口模塊反饋被控對象的當前位置，并將接收到的外部控制信號經處理后輸出到微控制器模塊中的使能端口、位置指令檢測單元和模數轉換單元;所述保護模塊采集溫度傳感器信號、電機連接狀態信號、外部電源輸入電壓和輸入電流信號，經過信號處理后輸出到微控制器模塊中溫度控制單元、電機狀態端口和模數轉換單元，用于驅動控制器電機連接保護、過熱、過壓、欠壓和過流保護;所述顯示接口模塊連接到微控制器模塊中顯示控制單元;所述通訊接口模塊連接到微控制器模塊中通訊控制單元；所述電源轉換模塊將內部電源轉換為驅動控制器所需的+12乂、+5￥和+3.3￥電源。
[0016]如圖2所示，本實施例中功率放大及匹配模塊包括驅動控制單元、功率驅動芯片、半橋變換器、推挽變換器、電感器、變壓器和匹配電路。所述驅動控制單元受電機連接狀態信號控制，僅當電機連接到驅動控制器時，驅動控制單元使能，允許后續驅動信號輸出；所述微控制器模塊中PWMl單元生成的A相方波信號包括SIN、NSIN、SINA和SINB信號，所述微控制器模塊中PWM2單元生成的B相方波信號包括C0S、N⑶S、⑶SA和COSB信號；以A相驅動信號為例，所述SIN和NSIN信號為一組互補方波信號，其占空比和頻率可調，所述SINA和SINB信號為一組互補方波信號，其頻率可調且占空比為50%，所述SIN和NSIN信號的頻率為SINA和SINB信號的兩倍;所述SIN和NSIN信號經驅動控制單元輸出到功率驅動芯片I中，并驅動半橋變換器1，所述功率驅動芯片用于驅動功率場效應管，所述半橋變換器由兩個功率場效應管串聯得到，所述半橋變換器I通過串聯電感器I連接到變壓器I初級的中心端，通過控制半橋變換器I的兩個功率場效應管的柵極信號的占空比，實現輸出電壓的控制;所述推挽變換器I的柵極驅動信號由SINA和SINB信號經驅動控制單元和功率驅動芯片2得到，所述推挽變換器I的兩個功率場效應管的漏極連接到變壓器I的初級線圈首尾端，在柵極信號的交替作用下，推挽變換器I中的兩個場效應管通過變壓器I初級的中心端交替導通，經變壓器I放大后的驅動信號通過匹配電路I進行功率匹配，并施加于待控制電機的A相上，該匹配電路通過在變壓器I的次級線圈并聯電容器方式得到，通過這種驅動方式可以得到驅動電壓與信號SIN和NSIN的占空比之間成線性關系。
[0017]如圖3所示，本實施例通過位置傳感器接口模塊實現待控制電機的閉環控制，所述位置傳感器可為編碼器或光柵尺，所述位置傳感器的輸出信號形式可為RS422或TTL信號，當所述位置傳感器的輸出信號為三組差分信號Z0+/Z0-、Z1+/Z1-和Z2+/Z2-時，所述信號ZO+/ZO-為索引信號，用于表示位置傳感器參考點，所述位置傳感器安裝在超聲電機驅動的系統中；以Ζ0+/Ζ0-信號為例，所述位置傳感器信號ZO+與高速光電耦合器UO中發光器的陽極間串聯限流電阻R1，所述位置傳感器信號ZO-與高速光電耦合器UO中發光器的陰極相連，所述發光器與二極管Dl并聯，且發光器的陽極與二極管Dl的陰極相連，所述光電耦合器UO的輸出信號ZO通過上拉電阻R2連接到微控制器中，用于檢測系統位置和速度。
[0018]如圖4所示，本實施例中通過繼電器Kl實現位置傳感器供電電源的切換，當運動控制卡模塊接受外部供電時，運動控制卡模塊中的電源信號EV+/EV-連接到光電耦合器U5，使得光電耦合器U5的發光器導通，繼而使得與光電耦合器U5相連的三極管QlO關斷，導致繼電器Kl斷開，實現位置傳感器通過運動控制卡模塊的外部輸入電源供電；當運動控制卡模塊無外部供電時，光電耦合器U5的發光器關斷，三極管QlO導通，繼而使得繼電器Kl閉合，實現位置傳感器通過驅動控制器內部產生的電源供電。
[0019]如圖4所示，本實施例中運動控制卡接口模塊包括位置反饋信號、使能信號、位置指令信號和速度指令信號；所述使能信號Enable_in經光電耦合器U6隔離后生成Enable_out信號輸出到微控制器模塊中使能端口，僅當該信號使能時，運動控制卡接口模塊中位置指令信號和速度指令信號有效;所述位置指令信號Dir_in和PffMjn分別經光電耦合器U7和U8后生成信號Dir_out和PffM_out輸出到微控制器模塊中位置指令檢測單元，所述信號Dir_in為方向信號，用于表示待控制電機運動方向，所述信號PWM_in表示待控制電機的移動位移;所訴速度指令信號V_in的大小用于待控制電機的速度控制，其正負表示電機運行方向，所述速度指令信號經電阻R18、R19和R20分壓變換后，將其范圍由-1OV?+1V轉換到0~3.3V，根據基爾霍夫電壓定律和基爾霍夫電流定律，R18、R19和R20的阻值應滿足R19=0.409.R18以及R20=0.252.R18，其輸出信號經電阻R22連接到運算放大器U9B的反相輸入端，所述運算放大器U9B的輸出通過電阻R2 3與線性光電耦合器U1中LED的陰極相連，所述LED的陽極連接隔離前的電源正極，所述線性光電耦合器UlO中PDl的陰極接運算放大器U9B的反相輸入端，所述PDl的陽極接隔離前的電源正極，所述線性光電耦合器UlO中TO2的陰極接運算放大器Ul IA的反相輸入端，所述TO2的陽極接運算放大器Ul IA的正相輸入端，當速度指令電壓改變時，導致通過線性光電耦合器UlO中LED的電流發生改變，使得LED產生的光強發生改變，由HH和TO2接受的光強發生改變，使得HH和TO2上流過的電流發生改變，最終使得輸出電壓V_out發生改變，當電阻R22和R24阻值相同且運算放大器U9B和Ull為同一型號時，可以實現模擬電壓的輸入隔離，且放大比例接近為I。
[0020]本實施例中保護模塊包括電機連接保護、過熱保護、過壓保護、欠壓保護以及過流保護，所述電機連接保護通過在電機連接線上設置一個與信號地相連的端口實現，通過檢測該端口的狀態實現電機連接狀態的檢測，當電機連接線未連接到驅動控制器中時，驅動信號輸出無效，所述過熱保護通過檢測功率放大及匹配模塊中變壓器的溫度實現，所述溫度傳感器安裝在變壓器附近，通過一線總線接口將數據傳輸到溫度控制單元，溫度控制單元通過閉環控制算法產生控制信號驅動風扇對驅動控制器進行溫度控制，以防止由于驅動器過熱而引起故障;所述過壓保護和欠壓保護通過檢測輸入電源的電壓實現，該檢測信號經分壓后通過運算放大器進行信號處理后輸出到微控制器中模數轉換單元，在該單元內實現電壓的采集與控制；所述過流保護通過電流傳感器檢測輸入到驅動控制器中的電流實現，其輸出信號經過分壓后通過運算放大器信號處理后輸出到微控制器中模數轉換單元中，通過對電流信號的監測，防止過流對驅動控制器產生損害。
[0021]本實施例中微控制器以意法半導體公司STM32F4系列高性能微控制器為例，其中PWMl單元和PWM2單元分別由高級定時器I和高級定時器8組成。以PffMl單元為例，將高級定時器I配置成中心對齊模式，其周期通過定時器時鐘信號的四分之一除以所需頻率得到，其輸出通道I配置成互補輸出，生成信號SIN和NSIN，其輸出通道2配置成互補輸出，生成信號SINA和SINB，其輸出通道3配置成觸發信號模式觸發高級定時器8的啟動，所述通道I采用計數器值與比較值匹配時觸發輸出波形翻轉，通過改變比較值生成不同占空比的驅動信號，實現驅動電壓的控制，所述通道2采用計數器計數到O時觸發輸出波形翻轉，實現輸出信號SINA和SINB的輸出頻率為信號SIN和NSIN的一半，所述通道3通過改變觸發信號的延時時間實現驅動信號的相位差;所述速度檢測單元將定時器配置成PWM輸入模式，通過得到脈沖周期計算當前瞬時速度;所述位置檢測單元將定時器配置成編碼器接口模式，測量當前位置；所述位置指令檢測單元將定時器配置成編碼器接口模式，測量當前計數脈沖個數以及計數方向。
[0022]本實施例中顯示接口模塊用于顯示驅動控制器當前運行狀態、內部控制參數以及位置傳感器信息，并通過手動編碼器實現控制參數的改變，通過按鍵實現相關參數的設置，通過顯示接口可以實現驅動控制器控制模式的切換，包括開環控制模式、閉環控制模式、位置指令控制模式和速度指令控制模式。
[0023]本實施例中通訊接口模塊用于傳輸驅動控制器在線調試，通過上位機的命令控制驅動控制器的運行狀態和運行參數，并實時反饋當前驅動控制器工作狀態和位置傳感器信息，通過優化控制參數，實現驅動控制器的高性能控制。
[0024]本實施例中驅動控制器配置為開環控制模式時，位置傳感器接口模塊和運動控制卡接口模塊輸入信號無效，通過顯示接口模塊設置相關參數可以實現連續控制和步進控制兩種控制方式，當僅設置驅動頻率、驅動電壓、相位差以及運動方向時，由微控制器模塊中PffMl單元和PWM2單元產生相應的驅動信號，驅動待控制電機連續運行，當追加參數驅動周期數、驅動時間間隔時，微控制器中PWMl單元和PWM2單元按照指定的時間間隔產生指定個數驅動脈沖驅動待控制電機步進運動，用于實現電機高精度控制。
[0025]本實施例中驅動控制器配置為閉環控制模式時，位置傳感器接口模塊輸入信號有效，運動控制卡接口模塊輸入信號無效，通過位置傳感器的輸出信號，實現閉環控制，控制參變量根據控制電機的不同可以為驅動頻率、驅動電壓、相位差。
[0026]本實施例中驅動控制器配置為位置指令控制模式時，位置傳感器接口模塊輸入信號有效，運動控制卡接口模塊中位置反饋信號、使能信號和位置指令信號有效，所述位置指令信號包括方向信號和脈沖信號，所述方向信號由于指定電機運動方向，所述脈沖信號用于指定電機的移動位移大小，所述脈沖信號的頻率用于指定電機的運動速度，在該模式下驅動控制器內部通過速度環和位置環，實現雙環控制。
[0027]本實施例中驅動控制器配置為速度指令控制模式時，位置傳感器接口模塊有效，運動控制卡接口模塊中位置反饋信號、使能信號和速度指令信號有效，所述速度指令信號的正負指定電機運行方向，所述速度指令信號的大小指定電機運行的速度大小，在該模式下驅動控制器內部實現速度環。
[0028]本發明公開的超聲電機驅動控制器是以微控制器作為核心的驅動控制器，屬于數字式驅動器，該驅動控制器能夠實現開環控制模式、閉環控制模式、位置指令控制模式和速度指令控制模式四種方式，可實現驅動電壓信號的線性輸出，提高了對電機速度的控制精度。通過閉環反饋控制更有利于實現電機高定位精度、高分辨率步距的控制，通過提供運動控制卡接口提升了驅動控制器的應用范圍。
[0029]以上實施例子僅說明本發明而非限制，雖然對本發明進行了詳細的說明，本領域的專業人員應當理解，對本發明的修改和等效置換，而不脫離本發明的精神和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍之內。
【主權項】
1.一種嵌入式超聲電機驅動控制器，其特征在于:所述嵌入式超聲電機驅動控制器包括外部時鐘、微控制器模塊和功率放大及匹配模塊，其中所述外部時鐘經過所述微控制器模塊中的鎖相環倍頻后為所述微控制器模塊中的系統時鐘和外設時鐘提供時鐘信號;所述微控制器模塊中的外設時鐘信號為所述微控制器模塊中的PWMl單元和PWM2單元提供時間基準，所述PffMl單元生成包括SIN、NSIN、SINA和SINB信號的A相方波信號，所述PWM2單元生成包括COS、NCOS、COSA和COSB信號的B相方波信號，其中，所述SIN和NSIN信號為一組互補方波信號，其占空比和頻率可調，所述SINA和SINB信號為一組互補方波信號，其頻率可調且占空比為50%，所述SIN和NSIN信號的頻率為所述SINA和SINB信號的兩倍，所述COS和NCOS信號為一組互補方波信號，其占空比和頻率可調，所述COSA和COSB信號為一組互補方波信號，其頻率可調且占空比為50%，所述COS和NCOS信號的頻率為所述COSA和COSB信號的兩倍;所述A相方波信號通過功率放大及匹配模塊生成A相驅動信號驅動待控制超聲電機，所述B相方波信號通過功率放大及匹配模塊生成B相驅動信號驅動待控制超聲電機。2.根據權利要求1所述的嵌入式超聲電機驅動控制器，其特征在于:所述功率放大及匹配模塊包括一個驅動控制單元、四個功率驅動芯片、兩個半橋變換器、兩個推挽變換器、兩個電感器、兩個變壓器和兩個匹配電路，所述功率驅動芯片用于驅動功率場效應管，所述半橋變換器由兩個功率場效應管串聯得到，所述匹配電路通過在變壓器次級線圈兩端并聯電容器實現，其中，所述驅動控制單元受電機連接狀態信號控制，當超聲電機與所述驅動控制器相連時，電機連接狀態信號有效，繼而使能驅動控制單元的輸出；所述SIN和NSIN信號經驅動控制單元后分別輸出到功率驅動芯片1，經所述功率驅動芯片I分別輸出后驅動半橋變換器I中功率場效應管的柵極，所述半橋變換器I的輸出與變壓器I的初級線圈的中心端之間通過串聯電感器I相連，所述SINA和SINB信號經驅動控制單元和功率驅動芯片2后用于驅動推挽變換器I中功率場效應管的柵極，推挽變換器I的兩個功率場效應管的漏極分別連接到變壓器I的初級線圈的首尾端，變壓器I的輸出端連接匹配電路I，匹配電路I的輸出即為施加在待控制超聲電機A相上的A相驅動信號；同理，B相方波信號C0S、NC0S、C0SA和COSB經由驅動控制單元、功率驅動芯片3和功率驅動芯片4、半橋變換器2、電感器2、推挽變換器2、變壓器2和匹配電路2生成施加在待控制超聲電機B相上的B相驅動信號。3.根據權利要求1或2所述的嵌入式超聲電機驅動控制器，其特征在于:所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括位置傳感器接口模塊，所述位置傳感器接口模塊的輸入端連接位置傳感器的輸出信號，所述位置傳感器的輸出信號經位置傳感器接口模塊中的光電耦合器隔離后，分別輸出到微控制器模塊中的速度檢測單元和位置檢測單元，用于檢測被控制對象的速度和位置。4.根據權利要求1或2所述的嵌入式超聲電機驅動控制器，其特征在于:所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括運動控制卡接口模塊，所述運動控制卡接口模塊包括位置反饋信號、使能信號、位置指令信號和速度指令信號，其中，所述位置反饋信號輸出當前被控制對象的位置，所述使能信號由外部提供，經光電耦合器隔離后輸出到微控制器模塊中使能端口，所述位置指令信號由外部提供，包括脈沖信號和方向信號，分別經光電耦合器隔離后輸出到微控制器模塊中位置指令檢測單元，所述速度指令信號由外部提供，為模擬電壓信號，經信號處理后，通過線性光電耦合器隔離后，輸出到微控制器中模數轉換單元。5.根據權利要求1或2所述的嵌入式超聲電機驅動控制器，其特征在于:所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括保護模塊，所述保護模塊包括電機連接保護、過熱保護、過壓保護和欠壓保護以及過流保護，其中所述電機連接保護通過檢測電機連接狀態信號是否有效來實現，當電機連接狀態信號有效時使能功率放大及匹配模塊中的驅動控制單元的輸出，當電機連接狀態信號無效時使得功率放大及匹配模塊中的驅動控制單元無輸出;所述過熱保護將溫度傳感器采集到的溫度信號傳輸至微控制器模塊中的溫度控制單元，按照閉環控制算法將產生的控制信號經過功率放大后驅動風扇運行的轉速，實現驅動控制器溫度控制；所述過壓和欠壓保護通過檢測外部電源的電壓，所檢測到的電壓信號經分壓電路分壓和運算放大器的處理后輸出到微控制器模塊中的模數轉換單元，以控制驅動控制器在限定的工作電壓范圍內工作;所述過流保護通過檢測外部電源輸入到驅動控制器的電流，將產生的模擬信號經分壓器分壓和運算放大器處理后輸出到微控制器模塊中模數轉換單元。6.根據權利要求1或2所述的嵌入式超聲電機驅動控制器，其特征在于:所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括顯示接口模塊，所述顯示接口模塊通過所述微控制器模塊中的顯示控制單元將所述驅動控制器的系統參數以及待控制超聲電機的狀態輸出到顯示器中，并通過顯示接口模塊中的手動編碼器和按鍵設置控制參數。7.根據權利要求1或2所述的嵌入式超聲電機驅動控制器，其特征在于:所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括通訊接口模塊，所述通訊接口模塊通過所述微控制器模塊中的通訊控制單元將系統參數和待控制超聲電機的狀態傳輸到上位機中，用于驅動控制器的在線調試以及驅動控制器控制特性的優化。8.根據權利要求1或2所述的嵌入式超聲電機驅動控制器，其特征在于:所述嵌入式超聲電機驅動控制器還包括電源轉換模塊，所述電源轉換模塊將內部電源轉換為所述驅動控制器所需的+12V、+5V和+3.3V電源。
【文檔編號】H02N2/00GK106026761SQ201610328501
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】時運來, 張軍, 馮森, 婁成樹, 趙淳生
【申請人】南京航空航天大學