阅读说明：本技术 一种直流电机闭环电源系统 (Closed-loop power supply system of direct current motor ) 是由 全威 郭春林 吴文贤 肖胜宇 于 2020-04-24 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种直流电机闭环电源系统,通过设置保护电路模块,既可以提供有效的不同电机控制器所对应的直流电压和对其电压进行跟踪保护,也可以在研发过程中出现过压和过流时对其进行拉低继续运行或停电双保护,还可以对电机转速反馈跟踪,且使用的硬件电路保护响应快、精度高和防误保护等；从而为不同类型的直流电机控制器研发提供直接可靠的供电系统。(The invention provides a closed-loop power supply system of a direct current motor, which can provide effective direct current voltages corresponding to different motor controllers and track and protect the voltages of the direct current voltages by arranging a protection circuit module, can also carry out pull-down continuous operation or power failure double protection when overvoltage and overcurrent occur in the research and development process, can also carry out feedback tracking on the rotating speed of the motor, and has the advantages of quick response, high precision, anti-misoperation protection and the like of the used hardware circuit protection; therefore, a direct and reliable power supply system is provided for the research and development of different types of direct current motor controllers.)

一种直流电机闭环电源系统

技术领域

本发明涉及电机技术领域，特别是涉及一种直流电机闭环电源系统。

背景技术

随着现代电力电子技术和微控制技术的发展，无刷直流电机在很多应用领域已逐渐取代了直流电机，它是一种集电力电子变流技术、微控制技术、电机控制技术与智能控制技术于一体的产品；由于无刷直流电机采用高磁能稀土永磁材料，还具有体积小、质量轻、效率高、损耗小等特点，已广泛应用于航空、航天、机械、汽车等工业领域与家用电器等民用领域；而针对不同电压等级的直流电机控制器开发研制时，存在以下问题：第一不同的电机控制器，需要提供不同的电源问题；第二在电机运行中出现过压和过流，但对其进行拉低，能继续运行，而误保护问题；第三是电机运行出现过压和过流，但对其进行拉低，未能继续运行，而损坏电机或控制器问题；第四是电源电路不能对其电机转速进行反馈，使调试存在转速误差问题。因此，现亟需一款具有电压等级可调、过流保护、电压保护和转速闭环等功能的直流电源系统。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种克服上述问题或至少部分地解决了上述问题的一种直流电机闭环电源系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种直流电机闭环电源系统，包括：

整流电路模块，连接交流电流，并对所输入的交流电流进行整流；

Buck-Boost电路模块，与所述整流电路模块连接；

直流输出电路模块，与所述Buck-Boost电路模块；

主控制器电路模块，与所述Buck-Boost电路模块连接，用于控制Buck-Boost电路模块使交流电流整流成直流电流，从而通过所述直流输出电路模块为所述直流电机提供电源；

检测电路模块，与所述主控制器电路模块连接，用于检测所述直流电机的电流、电压以及转速；

保护电路模块，连接于所述主控制器电路模块和检测电路模块之间，实现直流电机的电流、电压以及转速的保护。

可选地，所述保护电路模块包括：直流输出电压和电流检测电路和电压第一级保护电路；

电压第一级保护电路，用于实时获取直流输出电压和电流检测电路的直流输出电压并生成与所述直流输出电压成线性关系的信号，同时根据直流输出电压的等级调节其输出基准电压，然后通过比较基准信号与电压信号生成第一设定阈值的电压校准信号。

可选地，所述保护电路模块还包括：

电流第一级保护电路，包括：基准电流第一电路、信号处理电路和信号形成第一电路；

所述直流输出电压和电流检测电路获得检测电路模块输出的电压和电流，同时由所述基准输出电压第一电路和基准电流第一电路产生基准电压和基准电流，再通过所述信号处理电路进行信号比较放大后输出。

可选地，所述保护电路模块还包括：电压和电流第二级保护电路，用于实时检测电压第一级保护电路和电流第一级保护电路输出的信号并形成第二设定阈值断电保护信号。

可选地，所述电压第一级保护电路包括基准输出电压第一电路；

所述电压和电流第二级保护电路包括：基准电压第二电路、信号形成第二电路和主控制电路；

当基准输出电压第一电路无信号产生或所形成信号小于第一设定阈值时，直流电机的电流输出正常；

当基准输出电压第一电路形成信号且大于第一设定阈值时，将所述信号传输至所述主控制电路；

当基准输出电压第一电路形成信号且大于第二设定阈值时，通过基准电压第二电路再与信号形成第一电路输出信号，由信号形成第二电路进行处理后输出信号传给主控制电路，即产生断电信号。

可选地，所述电压第一级保护电路：电压传感器(S1)、电阻(R1)、电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R4)、电阻(R5)、电阻(R6)、电阻(R7)、电阻(R8)、电阻(R9)、电阻(R10)、电阻(R11)、电阻(R12)、电阻(R13)、电阻(R14)、运放器(U1)、运放器(U2)、运放器(U3)、运放器(U4)、运放器(U5)、三级管(Q1)、三级管(Q2)、滑动变阻器(RS1)和电容(C1)；其中，

电阻(R1)的一端与电源电压连接，另一端与滑动变阻器(RS1)的一端相连；滑动变阻器(RS1)的另一端与电阻(R2)相连,滑动变阻器(RS1)的中端与运放器(U1)的正端相连；

电阻(R2)另一端连地端，运放器(U1)的负端与输出端同时与电阻(R6)相连，电阻(R6)另一端与运放器(U3)的正端相连，运放器(U3)的负端与电阻(R5)和电阻(R8)相连，电阻(R5)另一端接地；

电压传感器(S1)与电阻(R4)一端相连，电阻(R4)另一端与运放器(U2)正端相连，电阻(R3)一端接地另一端与运放器(U2)的负端和电阻(R7)一端相连，电阻(R8)另一端与运放器(U3)输出端、三级管(Q2)的发射极和电阻(R10)相连，电阻(R10)另一端与运放器(U4)的正端相连；

运放器(U2)输出端与电阻(R7)的另一端、三级管(Q1)的发射极和电阻器(R9)一端同时相连，电阻器(R9)另一端与电阻(R11)一端和运放器(U4)负端同时相连；电阻(R11)另一端与运放器(U4)输出端、三级管(Q1)的基极和三级管(Q2)的基极同时相连，电容(C1)一端与三级管(Q1)的集电极和电阻(R12)一端同时相连，电容(C1)另一端与三级管(Q2)的集电极和电阻(R13)一端相连，电阻(R12)另一端与运放器(U5)负端和电阻(R14)一端相连，电阻(R14)另一端与运放器(U5)输出端相连，电阻另(R13)一端与运放器(U5)正端相连。

可选地，所述电流第一级保护电路包括：电流传感器(S2)、电阻(R15)、电阻(R16)、电阻(R17)、电阻(R18)、电阻(R19)、电阻(R20)、电阻(R21)、电阻(R22)、电阻(R23)、电阻(R24)、电阻(R25)、电阻(R26)、电阻(R27)、电阻(R28)、电阻(R29、电阻(R30)、运放器(U6)、运放器(U7)、运放器(U8)、运放器(U9)、运放器(U10)、三级管(Q3)、滑动变阻器(RS2)和电容(C2)；

滑动变阻(RS2)的一端接，地中间段与电阻(R15)一端连接，电阻(R15)另端与与电阻(R17)一端和运放器(U6)正端同时连接，运放器(U6)负端与电阻(R16)一端连接，电阻(R16)另一端接地，运放器(U6)输出端与电阻(R17)和电阻(R21)一端同时连接；

电阻(R21)另一端与运放器(U8)正端连接，运放器(U8)负端与电阻(R20)一端和电阻(R23)一端同时连接，电阻(R23)另一端与运放器(U8)输出端和电阻R26一端相连；电流传感器(S2)一端与电阻(R19)一端相连，电阻(R19)另一端与运放器(U7)的正端相连，运放器(U7)的负端与电阻(R18)一端和电阻(R22)一端共同相连，电阻(R22)另一端与运放器(U7)的输出端、电阻(R24)的一端、三极管(Q3)的集电极、电容(C2)的一端和电阻(R28)的一端同时相连；

运放器(U9)的负端与电阻(R24)另一端和电阻(R27一端共同相连，运放器(U9)正端与电阻(R26)另一端相连，运放器(U9)的输出端与电阻(R27)另一端和三极管(Q3)的基极共同相连，三极管(Q3)的发射极与运放器(U8)的输出端、电容(C2)的另一端和电阻(R29)的一端共同相连，电阻(R28)的另一端与运放器(U10)的负端和电阻(R30)的一端共同相连，电阻(R29)的另一端与运放器(U10)的正端相连，运放器(U10)的输出端与电阻(R30)的另一端和主控制器电路模块共同相连。

可选地，所述电压和电流第二级保护电路包括电阻(R31)、电阻(R32)、电阻(R33)、电阻(R34)、电阻(R35)、电阻(R36)、电阻(R37)、电阻(R38)、电阻(R39)、电阻(R40)、电阻(R41)、运放器(U11)、运放器(U12)、运放器(U13)、三极管(Q4)、三极管(Q5)、电解电容(C3)和二极管(D1)、二极管(D2)和二极管(D3)；其中，

三极管(Q4)的发射极与电源电压、电阻(R35)的一端和电解电容(C3)的一端共同连接，三极管(Q4)的基极与运放器(U12)的输出端相连，运放器(U12)的负端与三极管(Q4)的集电极和电阻(R36)的一端相连，运放器(U12)的正端与电阻(R38)的一端、电解电容(C3)的另一端和二极管(D1)的一端共同相连，二极管(D1)的另一端与电阻(R35)的另一端相连，三极管(Q5)的基极与电阻(R38)的另一端和电阻(R37)的一端共同相连，三极管(Q5)的集电极与电阻(R37)的另一端和电阻(R36)的另一端共同相连，三极管(Q5)的发射极与电阻(R39)的一端相连。

电阻(R39)的另一端与运放器(U13)的负端相连，运放(器U13)的正端与电阻(R40)的一端相连，运放器(U13)的输出端与二极(管D2)、二极管(D3)、电阻(R41)和主控制器电路模块共同相连。

可选地，还包括：滤波和浪涌限制电路、显示电路模块、人机交互模块。

本发明提供了一种直流电机闭环电源系统，既可以提供有效的不同电机控制器所对应的直流电压和对其电压进行跟踪保护，也可以在研发过程中出现过压和过流时对其进行拉低继续运行或停电双保护，还可以对电机转速反馈跟踪，且使用的硬件电路保护响应快、精度高和防误保护等；从而为不同类型的直流电机控制器研发提供直接可靠的供电系统。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的

具体实施方式

。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的直流电机闭环电源系统结构示意图；

图2示出了根据本发明实施例的保护电路模块结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的电压第一级保护电路示意图；

图4示出了根据本发明实施例的电流第一级保护电路示意图；

图5示出了根据本发明实施例的电压和电流第二级保护电路示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如图1所示，本发明实施例提供了一种直流电机闭环电源系统，包括：整流电路模块10，连接交流电流，并对所输入的交流电流进行整流；Buck-Boost电路模块20，与所述整流电路模块10连接；直流输出电路模块30，与所述Buck-Boost电路模块20；主控制器电路模块40，与所述Buck-Boost电路模块20连接，用于控制Buck-Boost电路模块20使交流电流整流成直流电流，从而通过所述直流输出电路模块30为所述直流电机提供电源；检测电路模块50，与所述主控制器电路模块40连接，用于检测所述直流电机的电流、电压以及转速；保护电路模块60，连接于所述主控制器电路模块40和检测电路模块50之间，实现直流电机的电流、电压以及转速的保护。

除上述介绍的之外，直流电机闭环电源系统还可以包括滤波和浪涌限制电路70、显示电路模块80、人机交互模块90。基于本发明实施例提供的直流电机闭环电源系统具有一定的通用性，可针对不同电压等级的直流电机控制器提供一种具有电压等级可调、过流保护、电压保护和转速闭环等功能的直流电源系统。

在本发明一可选实施例中，如图2所示，所述保护电路模块60包括：直流输出电压和电流检测电路61和电压第一级保护电路62。

电压第一级保护电路62，用于实时获取直流输出电压和电流检测电路61的直流输出电压并生成与所述直流输出电压成线性关系的信号，同时根据直流输出电压的等级调节其输出基准电压，然后通过比较基准信号与电压信号生成第一设定阈值的电压校准信号。

继续参见图2，所述保护电路模块60还包括：电流第一级保护电路63，其包括：基准电流第一电路、信号处理电路和信号形成第一电路；所述直流输出电压和电流检测电路61获得检测电路模块50输出的电压和电流，同时由所述基准输出电压第一电路和基准电流第一电路产生基准电压和基准电流，再通过所述信号处理电路进行信号比较放大后输出。

继续参见图2，所述保护电路模块60还包括：电压和电流第二级保护电路64，用于实时检测电压第一级保护电路62和电流第一级保护电路63输出的信号并形成第二设定阈值断电保护信号。所述电压第一级保护电路62包括基准输出电压第一电路；所述电压和电流第二级保护电路64包括：基准电压第二电路、信号形成第二电路和主控制电路；当基准输出电压第一电路无信号产生或所形成信号小于第一设定阈值时，直流电机的电流输出正常；当基准输出电压第一电路形成信号且大于第一设定阈值时，将所述信号传输至所述主控制电路；当基准输出电压第一电路形成信号且大于第二设定阈值时，通过基准电压第二电路再与信号形成第一电路输出信号，由信号形成第二电路进行处理后输出信号传给主控制电路，即产生断电信号。

也就是说，由直流输出电压和电流检测电路61获得输出电压和电流，同时由基准输出电压第一电路和基准电流第一电路产生基准电压和基准电流，再通过信号处理电路，在信号处理电路过后出现三种方式处理；

第一种：基准输出电压第一电路形成信号无信号产生或小于阈值1(可根据实际需求进行设置)，即输出电压基本跟踪设定电压(或电流输出正常)；

第二种若由信号形成第一电路形成信号且大于阈值1将信号传给主控制电路，即产生电压校准信号(或限流拉低信号)；

第三种若由信号形成第一电路形成信号且大于阈值2(可根据实际需求进行设置)，则通过基准电压第二电路再与信号形成电路输出信号由信号形成第二电路进行处理后输出信号传给主控制电路，即产生断电信号。

如图3所示，所述电压第一级保护电路62包括电压传感器(S1)、电阻(R1)、电阻(R2)、电阻(R3)、电阻(R4)、电阻(R5)、电阻(R6)、电阻(R7)、电阻(R8)、电阻(R9)、电阻(R10)、电阻(R11)、电阻(R12)、电阻(R13)、电阻(R14)、运放器(U1)、运放器(U2)、运放器(U3)、运放器(U4)、运放器(U5)、三级管(Q1)、三级管(Q2)、滑动变阻器(RS1)和电容(C1)。

其中，基准电压第一电路的电阻(R1)的一端与电源电压VCC连接，另一端与滑动变阻器(RS1)的一端相连；滑动变阻器(RS1)的另一端与电阻(R2)相连,滑动变阻器(RS1)的中端与运放器(U1)的正端相连；电阻(R2)另一端连地端，运放器(U1)的负端与输出端同时与电阻(R6)相连，电阻(R6)另一端与运放器(U3)的正端相连，运放器(U3)的负端与电阻(R5)和电阻(R8)相连，电阻(R5)另一端接地。

信号处理电路电压传感器(S1)与电阻(R4)一端相连，电阻(R4)另一端与运放器(U2)正端相连，电阻(R3)一端接地另一端与运放器(U2)的负端和电阻(R7)一端相连，电阻(R8)另一端与运放器(U3)输出端、三级管(Q2)的发射极和电阻(R10)相连，电阻(R10)另一端与运放器(U4)的正端相连；

信号形成第一电路的运放器(U2)输出端与电阻(R7)的另一端、三级管(Q1)的发射极和电阻器(R9)一端同时相连，电阻器(R9)另一端与电阻(R11)一端和运放器(U4)负端同时相连；电阻(R11)另一端与运放器(U4)输出端、三级管(Q1)的基极和三级管(Q2)的基极同时相连，电容(C1)一端与三级管(Q1)的集电极和电阻(R12)一端同时相连，电容(C1)另一端与三级管(Q2)的集电极和电阻(R13)一端相连，电阻(R12)另一端与运放器(U5)负端和电阻(R14)一端相连，电阻(R14)另一端与运放器(U5)输出端相连，电阻另(R13)一端与运放器(U5)正端相连。

即，电压第一级保护电路62实时检测直流输出电压并生成与输出电压成线性关系的信号，同时可根据电压等级调节其输出基准电压，然后通过比较基准信号与电压信号生成阈值1电压校准信号。

如图4所示，所述电流第一级保护电路63包括：电流传感器(S2)、电阻(R15)、电阻(R16)、电阻(R17)、电阻(R18)、电阻(R19)、电阻(R20)、电阻(R21)、电阻(R22)、电阻(R23)、电阻(R24)、电阻(R25)、电阻(R26)、电阻(R27)、电阻(R28)、电阻(R29、电阻(R30)、运放器(U6)、运放器(U7)、运放器(U8)、运放器(U9)、运放器(U10)、三级管(Q3)、滑动变阻器(RS2)和电容(C2)；

基准电流第一电路的滑动变阻(RS2)的一端接，地中间段与电阻(R15)一端连接，电阻(R15)另端与与电阻(R17)一端和运放器(U6)正端同时连接，运放器(U6)负端与电阻(R16)一端连接，电阻(R16)另一端接地，运放器(U6)输出端与电阻(R17)和电阻(R21)一端同时连接；

信号处理电路的电阻(R21)另一端与运放器(U8)正端连接，运放器(U8)负端与电阻(R20)一端和电阻(R23)一端同时连接，电阻(R23)另一端与运放器(U8)输出端和电阻R26一端相连；电流传感器(S2)一端与电阻(R19)一端相连，电阻(R19)另一端与运放器(U7)的正端相连，运放器(U7)的负端与电阻(R18)一端和电阻(R22)一端共同相连，电阻(R22)另一端与运放器(U7)的输出端、电阻(R24)的一端、三极管(Q3)的集电极、电容(C2)的一端和电阻(R28)的一端同时相连；

信号形成第一电路的运放器(U9)的负端与电阻(R24)另一端和电阻(R27一端共同相连，运放器(U9)正端与电阻(R26)另一端相连，运放器(U9)的输出端与电阻(R27)另一端和三极管(Q3)的基极共同相连，三极管(Q3)的发射极与运放器(U8)的输出端、电容(C2)的另一端和电阻(R29)的一端共同相连，电阻(R28)的另一端与运放器(U10)的负端和电阻(R30)的一端共同相连，电阻(R29)的另一端与运放器(U10)的正端相连，运放器(U10)的输出端与电阻(R30)的另一端和主控制器电路模块40共同相连。

电压和电流第二级保护电路用于实时检测电压和电流第I级输出的信号并形成阈值2断电保护信号。如图5所示，所述电压和电流第二级保护电路64包括电阻(R31)、电阻(R32)、电阻(R33)、电阻(R34)、电阻(R35)、电阻(R36)、电阻(R37)、电阻(R38)、电阻(R39)、电阻(R40)、电阻(R41)、运放器(U11)、运放器(U12)、运放器(U13)、三极管(Q4)、三极管(Q5)、电解电容(C3)和二极管(D1)、二极管(D2)和二极管(D3)；其中，

基准电压第二电路的三极管(Q4)的发射极与电源电压、电阻(R35)的一端和电解电容(C3)的一端共同连接，三极管(Q4)的基极与运放器(U12)的输出端相连，运放器(U12)的负端与三极管(Q4)的集电极和电阻(R36)的一端相连，运放器(U12)的正端与电阻(R38)的一端、电解电容(C3)的另一端和二极管(D1)的一端共同相连，二极管(D1)的另一端与电阻(R35)的另一端相连，三极管(Q5)的基极与电阻(R38)的另一端和电阻(R37)的一端共同相连，三极管(Q5)的集电极与电阻(R37)的另一端和电阻(R36)的另一端共同相连，三极管(Q5)的发射极与电阻(R39)的一端相连。

信号形成第二电路的电阻(R39)的另一端与运放器(U13)的负端相连，运放(器U13)的正端与电阻(R40)的一端相连，运放器(U13)的输出端与二极(管D2)、二极管(D3)、电阻(R41)和主控制器电路模块40共同相连。

对于本实施例所提供的直流电机闭环电源系统的其他各模块，在直流电机电源系统中常用模块，属于常规技术，此处不多赘述。

本发明实施例提供了一种直流电机闭环电源系统，通过设置保护电路模块60既可以提供有效的不同电机控制器所对应的直流电压和对其电压进行跟踪保护，也可以在研发过程中出现过压和过流时对其进行拉低继续运行或停电双保护，还可以对电机转速反馈跟踪，且使用的硬件电路保护响应快、精度高和防误保护等；从而为不同类型的直流电机控制器研发提供直接可靠的供电系统。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。