基于嵌入式系统级芯片的超声电机驱动控制器技术方案

基于嵌入式系统级芯片的超声电机驱动控制器，属超声电机驱动控制器。包括手动编码器调节电路、ＰＳｏＣ芯片、推挽升压电路、半桥驱动电路、半桥逆变电路、电感匹配电路、ＬＣＤ显示电路、输出电压采样电路、孤极电压采样电路，其中，手动编码器调节电路、孤极电压采样电路、输出电压采样电路的输出端接ＰＳｏＣ芯片的输入端，ＰＳｏＣ芯片的输出端接ＬＣＤ显示电路、推挽升压电路、半桥驱动电路的输入端，输出电压采样电路的输入端接推挽升压电路的输出端，推挽升压电路和半桥驱动电路的输出端接半桥逆变电路的输入端，半桥逆变电路的输出端接超声电机。孤极电压采样电路的输入端接超声电机的孤极区。本发明专利技术可以实现频率、相位差和电压的独立调节。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种超声电机驱动控制器，尤其涉及一种基于嵌入式系统级芯 片的超声电机驱动控制器。
技术介绍
超声电机(UltrasonicMotor, USM)是利用功能材料构成的一种新型电机， 它利用压电陶瓷的逆压电效应和超声振动，将弹性材料(压电陶瓷，PZT)的微 观形变通过共振放大和摩擦耦合转换成转子或滑块的宏观运动。由于其独特的 运行机理，USM具有传统电磁式电机不具备的优点结构简单紧凑、低速大转 矩、不需要减速机构、形式灵活多样等，因而受到广泛关注，在微机电系统 (MEMS)、纳米技术、军工、机器人、生物学、医疗机械、航空航天、办公自 动化等领域展现出巨大的应用潜力和优势。现在超声电机驱动器的匹配电路常用串联电感实现，使得在调频的时候加 在超声电机上的电压变化较大，如果调频同时要保证电机电压不变，必须在调 整频率后再对输入电压进行调节，这就使得电机的控制变得复杂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于嵌入式系统级芯片的超声电机驱 动控制器。一种基于嵌入式系统级芯片的超声电机驱动控制器，包括手动编码器调节电 路、PSoC芯片、电感匹配电路、LCD显示电路，其中手动编码器调节电路输出 端接PSoC芯片的输入端，PSoC芯片的输出端接LCD显示电路的输入端，电感 匹配电路的输出端接超声电机，其特征在于还包括推挽升压电路、半桥驱动电 路、半桥逆变电路、输出电压采样电路、孤极电压采样电路，其中推挽升压电 路的输入端、半桥驱动电路的输入端分别接PSoC芯片的输出端，推挽升压电路 和半桥驱动电路的输出端分别接半桥逆变电路的输入端，半桥逆变电路的输出 端接电感匹配电路的输入端，输出电压采样电路的输入端接推挽升压电路的输 出端，输出电压采样电路的输出端接PSoC芯片的输入端，孤极电压采样电路的 输入信号取自超声电机的孤极区，孤极电压采样电路的输出端接PSoC芯片的输入端o本专利技术利用PSoC芯片的三对PWM模块直接产生六路方波信号，其中一对 经过推挽驱动电路驱动MOS管完成直流升压，另外两对经半桥驱动电路驱动MOS管完成直流逆变，取代了传统的频率发生、分频分相和部分驱动电路以及 控制电路，并采用孤极电压反馈法实现了对超声电机的频率跟踪达到稳定电机 转速的目的，采用并联电感匹配技术对容性超声电机进行电路匹配，利用PSoC 的动态重组功能可以方便地调节电机电压、频率和相位。电路具有根据电机运 行状态自动调频、调相和调压功能。附图说明图1:本专利技术整体结构图； 图2:本专利技术电路原理图。 图中主要符号名称-UlPSoC芯片U2推挽电路驱动器U3A相桥驱动器U4B相桥驱动器U5光耦隔离器U6LCD显示电路U7手动编码器调节电路T升压变压器C3孤极滤波电容Rl电位器Ll、L2 滤波电感M行波超声电机A相匹配电感B相匹配电感Dl D8整流二极管R2输出电压采样电阻具体实施例方式如图1所示， 一种基于嵌入式系统级芯片的超声电机驱动控制器，包括手动编码器调节电路l、 PSoC芯片2、电感匹配电路6、 LCD显示电路7，其中手动 编码器调节电路1输出端接PSoC芯片2的输入端，PSoC芯片2的输出端接LCD 显示电路7的输入端，电感匹配电路6的输出端接超声电机M，其特征在于还 包括推挽升压电路3、半桥驱动电路4、半桥逆变电路5、输出电压采样电路8、 孤极电压采样电路9，其中推挽升压电路3的输入端、半桥驱动电路4的输入端 分别接PSoC芯片2的输出端，推挽升压电路3和半桥驱动电路4的输出端分别 接半桥逆变电路5的输入端，半桥逆变电路5的输出端接电感匹配电路6的输 入端，电压采样电路8的输入端接推挽升压电路3的输出端，采样电路8的输 出端接PSoC芯片2的输入端，孤极电压采样电路9的输入信号取自超声电机M 的孤极区，孤极电压采样电路9的输出端接PSoC芯片2的输入端。所述的PSoC芯片2内部配置三个带死区的16位的PWM模块，其中一个用 来驱动推挽升压电路3，另外两个PWM模块产生四路彼此相差^的带死区的方波信号，且该方波信经半桥驱动电路4得到驱动信号，所述驱动信号推动半 桥逆变电路5完成直流逆变。如图2所示的附图包括手动编码器调节电路1、 PSoC芯片2、推挽升压电路 3、半桥驱动电路4、半桥逆变电路5、电感匹配电路6、 LCD显示电路7、输出电压采样电路8、孤极电压采样电路9，图中Ul即PSoC芯片2， U6即LCD显 示电路7， U7即手动编码器调节电路1。所述的推挽升压电路3由推挽电路驱动器U2、直流电源DC、第一开关管 Ql、第二开关管Q2、升压变压器T、四个整流二极管即第一整流二极管D1至 第四整流二极管D4、第一滤波电感L1、第二滤波电感L2、第一滤波电容C1、 第二滤波电容C2、第一体二极管D9、第二体二极管D10组成，其中推挽电路 驱动器U2的HIN端与PSoC芯片2的P16端连接，推挽电路驱动器U2的LIN 端与PSoC芯片2的P14端连接，推挽电路驱动器U2的HO端与第二开关管 Q2的栅极连接，推挽电路驱动器U2的LO端与第一开关管Ql的栅极连接，直 流电源DC的正极与第一开关管Ql和第二开关管Q2的漏极、第一体二极管D9 和第二体二极管DIO的阴极连接，第一开关管Q1的源极和第一体二极管D9的 阳极连接后与升压变压器T的原边绕组的同名端连接，第二开关管Q2的源极和 第二体二极管D10的阳极连接后与升压变压器T的原边绕组的异名端连接，直 流电源DC的负极与升压变压器T的原边绕组的中间端连接，第一整流二极管 Dl的阴极与第三整流二极管D3的阳极连接后接升压变压器T的副边绕组的同 名端，第二整流二极管D2的阴极与第四整流二极管D4的阳极连接后接升压变 压器T的副边绕组的异名端，第一整流二极管D1的阳极与第二整流二极管D2 的阳极连接后接第二滤波电感L2的输出端，第二滤波电感L2的输入端分别与 第二滤波电容C2的输出端、半桥逆变电路5的输入端连接，第三整流二极管 D3的阴极与第四整流二极管D4的阴极连接后接第一滤波电感L1的输入端，第 一滤波电感Ll的输出端分别与输出电压采样电路8的输入端、第一滤波电容 Cl的输入端、半桥逆变电路5的输入端连接，第一滤波电容Cl的输出端和第 二滤波电容C2的输入端连接后与电感匹配电路6的输出端连接。所述的半桥驱动电路4由A相桥驱动器U3和B相桥驱动器U4组成，其中 A相桥驱动器U3的HO端、LO端分别与半桥逆变电路5连接，A相桥驱动器 U3的HIN端与PSoC芯片2的P17端连接，A相桥驱动器U3的LIN端与PSoC 芯片2的P15端连接；B相桥驱动器U4的HO端、LO端分别与半桥逆变电路 5连接，B相桥驱动器U4的fflN端与PSoC芯片2的P13端连接，B相桥驱动 器U4的LIN端与PSoC芯片2的Pll端连接。所述半桥逆变电路(5)由A相两个开关管即第三开关管Q3、第四开关管 Q4、 B相的两个开关管即第五开关管Q5、第六开关管Q6以及四个体二极管即 第三体二极管Dll至第六体二极管D16组成，其中第三开关管Q3、第四开关管 Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6的栅极分别与半桥驱动电路4的输出端连 接，第三开关管Q3的漏极与第三体二极管Dll的阴极、第五开关管Q本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于嵌入式系统级芯片的超声电机驱动控制器，包括手动编码器调节电路（１）、ＰＳｏＣ芯片（２）、电感匹配电路（６）、ＬＣＤ显示电路（７），其中手动编码器调节电路（１）输出端接ＰＳｏＣ芯片（２）的输入端，ＰＳｏＣ芯片（２）的输出端接ＬＣＤ显示电路（７）的输入端，电感匹配电路（６）的输出端接超声电机（Ｍ），其特征在于还包括推挽升压电路（３）、半桥驱动电路（４）、半桥逆变电路（５）、输出电压采样电路（８）、孤极电压采样电路（９），其中推挽升压电路（３）的输入端、半桥驱动电路（４）的输入端分别接ＰＳｏＣ芯片（２）的输出端，推挽升压电路（３）和半桥驱动电路（４）的输出端分别接半桥逆变电路（５）的输入端，半桥逆变电路（５）的输出端接电感匹配电路（６）的输入端，输出电压采样电路（８）的输入端接推挽升压电路（３）的输出端，输出电压采样电路（８）的输出端接ＰＳｏＣ芯片（２）的输入端，孤极电压采样电路（９）的输入信号取自超声电机（Ｍ）的孤极区，孤极电压采样电路（９）的输出端接ＰＳｏＣ芯片（２）的输入端。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李华峰，赵淳生，王红占，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]