本实用新型涉及直流pwm控制技术领域，具体涉及可用于直流电机调速、调光、阻性负载、电解氢气发生器的一种带有硬件保护可组合使用的直流调速器。
背景技术：
现有的直流pwm调节器都是微处理器软件可控制电流，响应速度慢，在输出端短路或者过流的时，主回路原件、功率管很容易损坏，并且只能单台使用不能多台并联扩大电流使用。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种结构设计合理的带有硬件保护可组合使用的直流调速器。
本实用新型解决上述问题所采用的技术方案是：一种带有硬件保护可组合使用的直流调速器，包括主电源接口、功能主电路、输出接口、控制电路以及接口电路；
所述的功能主电路包括滤波电路、防飞车断路器、输入电流-电压采样电路、输出功率控制电路、制动电路以及输出电流采样电路并依次电性连接；
所述的控制电路包括微处理器、限流比较器以及硬件pwm信号处理电路，所述的输入电流-电压采样电路分别连接限流比较器和微处理器，所述的输出功率控制电路分别连接硬件pwm信号处理电路与微处理器，所述的防飞车断路器与微处理器控制输出引脚相连，所述的制动电路的控制信号输入端与微处理器控制输出引脚相连；
控制电源输出接口与主电源接口相连，输出电流采样电路与输出接口连接，接口电路与硬件pwm信号处理电路以及微处理器对应引脚连接。
作为优选的：所述的接口电路包括控制电源输入接口、pwm同步信号输入接口、信号输入接口、开关量信号接口、功能编码设置开关、通讯接口、pwm同步信号输出接口以及霍尔信号接口。
作为优选的：所述的控制电源输入接口经过稳压电路分别与微处理器电性连接以及电性连接其他所需供电的电路单元；
所述的pwm同步信号输入接口连接过压保护电路一以及波形整形电路分别连接到硬件pwm信号处理电路和通过滤波器连接到微处理器输入端；
所述的信号输入接口通过过压保护电路二连接到微处理器；
所述的开关量信号接口通过过压保护电路三连接到微处理器；
所述的功能编码设置开关、霍尔信号接口与微处理器相连；
所述的通讯接口通过对应协议的串行通信电路与微处理器相连；
所述的pwm同步信号输出接口通过pwm同步信号产生电路分别与微处理器pwm2信号输出端以及控制输出端相连。
作为优选的：所述的通讯接口设置有can、rs232以及rs485任一一种或多种组合的通讯接口。
作为优选的：所述的限流比较器包括比较器、过流阈值设定电路以及锁存器，所述的比较器的反向输入引脚连接输入电流-电压采样电路，所述比较器的同向输入引脚连接过流阈值设定电路，所述比较器的输出端分别连接锁存器与硬件pwm信号处理电路以及微处理器的输入信号引脚，锁存器输入端以及过流阈值设定电路输入端都连接到微处理器的控制信号输出端。
作为优选的：所述的硬件pwm信号处理电路采用门电路和模拟开关组成，所述的硬件pwm信号处理电路其中门电路输入端与微处理器停机信号输出端相连，所述的硬件pwm信号处理电路其中1个模拟开关连接微处理器pwm信号输出端。
作为优选的：所述的主电源接口与防飞车断路器间设置有保险丝一，输出电流采样电路与输出接口设置有保险丝二，所述输出电流采样电路其信号输出端与微处理器相连，所述的pwm同步信号产生电路由pwm推动电路和pwm信号转换模拟电压电路构成，所述的功能主电路中输出功率控制电路为全桥功率开关电路、继电器切换单边功率开关电路、继电器切换半桥功率开关电路以及三相功率控制电路任一一种的构成。
本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
(1)本实用新型涉及的调速器具有快速的硬件过流保护结构，可以在输出端短路过流瞬间保护功能主电路的原件和功率管，增加可靠性，另外还带有多台控制器并联所需的同步信号处理电路，可以达到多台控制器并联工作时由输入信号控制同步工作达到多台控制器并联组合扩大工作电流的目的；
(2)另外本实用新型控制器所采用的pwm同步信号是pwm波与模拟量叠加的同步信号波，这种同步信号可以有效的防止多台控制器并联时候因为同步线接触不良脱落造成不稳定或者损坏控制器；
(3)另外因为当负载不是纯电阻性负载时pwm调节器的输入电流和输出电流是不一样的，本控制器主回路的输出电流传感器可以有效精准的检测控制输出电流，满足负载端精确电流控制的需要。
(4)所述的功能主电路中功率控制单元可以换成三相功率控制电路达到控制三相或者多相无刷电机的主体结构。
附图说明
图1是本实用新型实施例1直流调速器的示意框图。
图2是本实用新型实施例连接三相无刷电机工作的示意框图。
图3是本实用新型实施例2总电源与负载通过本直流调速器并联电路示意图。
图4是本实用新型实施例2pwm信号发生器依次串联直流调速控制器并与总电源的结构示意图。
图5是本实用新型实施例2并联组与三相信号发生器以及总电源示意图。
图6是pwm同步信号产生电路中各部位波形在不同输出范围的波形图
图7是本实用新型实施例输出功率控制电路为全桥功率开关电路示意图
图8是本实用新型实施例输出功率控制电路为继电器切换单边功率开关电路示意图
图9是本实用新型实施例输出功率控制电路为继电器切换半桥功率开关电路示意图
图10是本实用新型实施例输出功率控制电路为三相功率控制电路示意图
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本实用新型作进一步的详细说明，以下实施例是对本实用新型的解释而本实用新型并不局限于以下实施例。
实施例1：
参见图1-图6，本实施例一种带有硬件保护可组合使用的直流调速器，包括主电源接口、功能主电路、输出接口、控制电路以及接口电路；
所述的功能主电路包括滤波电路、防飞车断路器、输入电流-电压采样电路、输出功率控制电路、制动电路以及输出电流采样电路并依次电性连接；
所述的控制电路包括微处理器、限流比较器以及硬件pwm信号处理电路，所述的输入电流-电压采样电路分别连接限流比较器和微处理器，、所述的输出功率控制电路分别连接硬件pwm信号处理电路与微处理器，所述的防飞车断路器与微处理器控制输出引脚相连，所述的制动电路的控制信号输入端与微处理器控制输出引脚相连；
控制电源输出接口与主电源接口相连，输出电流采样电路与输出接口连接，接口电路与硬件pwm信号处理电路以及微处理器对应引脚连接。
本实施了中具体的所述的接口电路包括控制电源输入接口、pwm同步信号输入接口、信号输入接口、开关量信号接口、功能编码设置开关、通讯接口、pwm同步信号输出接口以及霍尔信号接口。
所述的控制电源输入接口经过稳压电路分别与微处理器电性连接以及电性连接其他所需供电的电路单元；
所述的pwm同步信号输入接口连接过压保护电路一以及波形整形电路分别连接到硬件pwm信号处理电路和通过滤波器连接到微处理器输入端；
所述的信号输入接口通过过压保护电路二连接到微处理器；
所述的开关量信号接口通过过压保护电路三连接到微处理器；
所述的功能编码设置开关、霍尔信号接口与微处理器相连；
所述的通讯接口通过对应协议的串行通信电路与微处理器相连；
所述的pwm同步信号输出接口通过pwm同步信号产生电路分别与微处理器pwm2信号输出端以及控制输出端相连。
所述的通讯接口设置有can、rs232以及rs485任一一种或多种组合的通讯接口。
本实施了中具体的所述的限流比较器包括比较器、过流阈值设定电路以及锁存器，所述的比较器的反向输入引脚连接输入电流-电压采样电路，所述比较器的同向输入引脚连接过流阈值设定电路，所述比较器的输出端分别连接锁存器与硬件pwm信号处理电路以及微处理器的输入信号引脚，锁存器输入端以及过流阈值设定电路输入端都连接到微处理器的控制信号输出端。
本实施了中具体的所述的硬件pwm信号处理电路采用门电路和模拟开关组成，所述的硬件pwm信号处理电路其中门电路输入端与微处理器停机信号输出端相连，所述的硬件pwm信号处理电路其中1个模拟开关连接微处理器pwm信号输出端。
所述的主电源接口与防飞车断路器间设置有保险丝一，输出电流采样电路与输出接口设置有保险丝二，所述输出电流采样电路其信号输出端与微处理器相连，所述的pwm同步信号产生电路由pwm推动电路和pwm信号转换模拟电压电路构成，所述的功能主电路中输出功率控制电路为全桥功率开关电路、继电器切换单边功率开关电路、继电器切换半桥功率开关电路以及三相功率控制电路任一一种的构成，例如图7-10所示。
本实施例涉及的调速器具有快速的硬件过流保护结构，可以在输出端短路过流瞬间保护功能主电路的原件和功率管，增加可靠性，另外还带有多台控制器并联所需的同步信号处理电路，可以达到多台控制器并联工作时由输入信号控制同步工作达到多台控制器并联组合扩大工作电流的目的，另外本实用新型控制器所采用的pwm同步信号是pwm波与模拟量叠加的同步信号波，这种同步信号可以有效的防止多台控制器并联时候因为同步线接触不良脱落造成不稳定或者损坏控制器；
另外因为当负载不是纯电阻性负载时pwm调节器的输入电流和输出电流是不一样的，本控制器主回路的输出电流传感器可以有效精准的检测控制输出电流，满足负载端精确电流控制的需要。
本实施例中具体的功能主回路与电源、负载、外部开关等基本线路连接，其具体工作参考图2包括以下步骤；
(1)首先将主回路中的“主电源接口(直流)”通过导线连接到外部直流电源
(2)接口电路中的“控制电源输入接口”通过导线和“电源控制开关”、“控制电源输出接口”连接到外部直流电源。
(3)将主回路中的“输出接口”连接到负载电机。
(4)将接口电路中的“信号输入接口1”接入电位器(或者连接到外部模拟信号电压输入源)
(5)将开关量接口连接到正反转切换开关
(6)将“pwm同步信号输出接口”通过导线连接到“pwm同步信号输入接口”。
本实施例中功能主回路工作步骤如下：
(1)开机自检阶段；首先接通“电源控制开关”此时电源经过稳压电路向控制电路进行供电，此时微处理器开始工作，微处理器首先检查各个输入信号是否正常(具体信号包括；电源电压、输入电流、输出电流、输入信号电压(0-5v)、功能编码开关、通讯接口等信号)如果此时输入信号不再正常范围此时执行故障状态程序关闭防飞车断路器用以切断主回路供电，关闭输出pwm信号、输出故障码等等操作进行保护，如果此时输入信号都在正常范围微处理器就执行正常工作程序，此时控制防飞车断路器接通，使得主回路接通，电流通过电流采样电路进入功率开关电路输入端，微处理器再读取功能编码开关状态和串行通信接口代码状态以及eeprom保存信息，通过相应处理程序选择硬件过流阈值、pwm信号源、信号输入接口的信号输入范围和输入信号种类。
(2)正常工作阶段描述；主电路开机自检结束后进入正常工作状态，
此时；微处理器ad端口检测信号输入接口输入的电压信号然后输出相应占空比的pwm信号(本例电压信号范围为0-5v对应的pwm占空比范围为0-100％)经过门电路控制输出功率管调节输出电流占空比达到调节电机速度的目的。
与此同时微处理器还通过开关量信号接口连接到正反转切换开关读取信号然后通过推动电路控制功率开关电路输出电流方向。
本实施例中功能主电路过流保护阶段描述；
在正常工作中如果负载短路或者负载过载或者功率管的电流异常增加超过保护阈值保护电路就会保护；
具体瞬间硬件过流保护机理如下：
(1)当过流保护时候输入电流采样电路将电流信号转换成电压信号分别送给限流比较器和微处理器，其中限流比较器将过流电压信号与过流电压阈值进行比较，如果电流信号超过阈值则过流比较器翻转输出通过锁存器连接到门电路切断输出功率控制电路的pwm信号达到过流保护目的，这种硬件保护速度可达到纳秒级别，可以在一个pwm信号周期内进行保护，反映速度很快并且不受电路开机自检影响，在开机自检过程中仍然可以起到实时过流保护作用，适用于超过最大额定值的电流保护，大大增加了过流保护的可靠性。
(2)另外本主功能电路还具有软件过流/恒流功能具体如下；
过流电压信号另一路送入微处理器作为软件过流信号由微处理器处理过流信号，当微处理器检测到过流时候调取相应的程序控制输出功率控制电路输入的pwm信号达到过流保护或者输入恒流的目的，但此种保护由于需要微处理器程序参与响应较慢要多个pwm信号周期才行大概几百微秒到几百毫秒，只适合不超过最大额定电流的过流或者恒流控制控制。
本实施例中功能主电路输出的pwm同步信号描述；
(1)pwm同步信号用途，pwm同步信号是应用在多台驱动器并联时让所有并联的驱动器中功率开关电路都跟随着一个pwm信号同步工作。
(2)现有技术中的同步信号传递是一根pwm同步信号线只传送pwm波，这种方式的缺点是在多台驱动器工作的时候如果其中有一台驱动器的同步信号线意外断开或者接触不良此时这台驱动器并不能检测到同步信号连接线出问题，会在同步信号线断开的时候认为是在输入占空比为0的信号，当输入信号线连接似断非断触不良的时候驱动器输入的波形就不会和其他驱动器同步，例如其他控制器输出功率控制电路在一个pwm周期打开的时候这台控制器的输出功率控制电路可能是关闭状态，当其他控制器输出功率控制电路是占空比50％导通的时候这台控制器输出功率控制电路有可能是100％导通这就会带来这台驱动器过流，并且接触不良的时候还会导致pwm信号波形畸变，波形畸变产生的影响轻则使电路失去效果或产生误动作，严重时候波形畸变还会使输出功率管工作在线性区域功耗剧增还可能损坏功率输出部分，上述问题会导致多台驱动器并联不能正常工作甚至损坏，本实用新型pwm同步信号传送方式可以克服上述缺点，具体工作如下：通俗地说就是用一根同步信号线同时传送叠加在一起的数字信号和模拟信号两种信号，其中数字信号就是pwm波0-100％占空比，模拟信号就是模拟电压的数值值，比如1-3v范围的电压信号，使用这种传送同步信号的方式，在多台驱动器工作的时候如果其中有一台驱动器的同步信号线意外断开或者接触不良此时这台驱动器就可以通过检测输入的pwm信号和模拟信号是否同时存在是否按比例存在，来判断pwm同步信号线连接是否有问题。
本功能电路输出的pwm叠加信号被驱动部分接收时驱动部分可以通过门电路和滤波器和微处理器构成的同步信号处理电路将此信号分离成pwm信号和模拟量信号(1-3v)，pwm信号和模拟信号都被微处理器实时监测是否断线，
例如，当微处理器检测到输入pwm波占空比为0时候，则再输入的模拟电压是否为1v，如果输入模拟电压也是0v就可以判定同步信号线路已断开，此时驱动部分进入保护状态，关闭输出、切断防飞车断路器、输出报警信号或者通过串行通讯模块发送报警信息到指定位置。
具体(见图6)本实施例中pwm同步波形叠加是由硬件形成的，主要由pwm推动电路和pwm信号转模拟电压电路组成，其中pwm推动电路输出端的低电位端连接到pwm信号转模拟电压电路的输出端，这样就会得到pwm信号和模拟电压信号叠加在一起的同步信号波形，同步波中模拟信号电压范围是1-3v，这个1-3v范围电压信号值也是pwm波的低电平电压值pwm信号高电平电压值为5v。
实现输出恒流控制中，在现有pwm电流恒流控制技术是将电流传感器设置在电源的输入端，也就是设置在输出功率控制电路的输入端，此时电路结构是输入端闭环电流控制，功率开关电路的输出端是开环控制，由于开环输出控制的特性当电路的特性在负载为非纯电阻负载时候，例如电机、电解水发生器等等感性或者容性负载，输出功率控制电路的输入电流和输出电流是不一样的，输出电流可能会大于输入电流，这种输出电流大于输入电流的现象类似于buck降压开关电源电路的特性在输入电压和电流不变的时候(输入功率不变)输出电压越低输出电流就越大，所以通过检测输入电流达到恒流只能是达到输入电流恒流的效果，本控制器为了解决上述问题，在输出端设置有电流传感器，可以通过输出电流传感器检测输出电流信号提供给微处理器控制输出功率控制电路，构成具有闭环电流调节或者恒定电流输出的控制器，达到精确控制负载电流的目的。
本产品中，如图2所示，给出了负载为三相无刷电机，霍尔传感器连接三相无刷电机，由于本产品主功能电路针对的是有刷电机控制，因此可在有刷电机控制基础上增加霍尔传感器再把功率控制单元换成三相功率控制电路就成无刷电机调速器了。
实施例2：
上述实施例中涉及的直流调速器可具有串联、并联以及串并联综合使用，例如图3-5分别给出了串并联使用的电路示意图，例如图3中，总电源与负载通过本直流调速器并联构成回路；在单台调节器不能满足负载电流要求时候，常规的做法是使用相应电流规格的调节器，就是说如果负载有多少种电流规格对应的调节器就要有多少种规格，多种电流规格的调节器会带来生产成本问题通用性差问题，本实用新型的控制器可以将多台控制器并联成一组并且用共用一个同步pwm信号驱动达到增大控制电流的目的克服了多种电流规格调节器的生产问题和通用性差问题，具体是这样实现的；例如负载需要200a电流，假设单台控制器只可以提供25a电流，这时候可以将8台控制器并联成一组应用达到负载所需的电流，通过此方法只要增加控制器并联的数量就可以达到适应任何大电流负载的需求。
多台控制器在并联使用中需要一台主机作为pwm同步输出信号源，另外分机信号输入端还设置有由滤波器、整形电路和门电路模块中的模拟开关构成的同步信号处理电路，其中滤波器可以将模拟电压信号分离出来传送到微处理器ad输入端口，整形电路和门电路模块可以将pwm信号送到微处理器和输出功率控制电路。
分机的数量则由实际需要具体确定，本控制器通过不同的功能开关设置和软件配置可以成为主机或者成为分机，当然pwm同步信号也可以是其他相同功能的主机产生。
控制器具体并联接线如下：将所有分机控制器的电源输入端并联，、输出端并联，pwm同步信号线并联，、控制电源并联，将通讯线路进行连接，并且将通讯线路和pwm同步线与控制主机相连,
电路接好后，接通电源此时所有分机都由主机进行控制，通过主机发出的pwm同步信号可以调节并联后的所有分机调节器的输出电流，主机通过和分机之间通讯可以实时了解各个分机的工作情况可以配置各个分机的设置，使得多台控制器并联工作更加稳定、实用，另外还可以通过主机或者上位机实现对各个分机进行更加细致复杂的操作满足不同控制领域的要求。
例如图4所示，采用pwm信号发生器依次串联直流调速控制器并与总电源构成回路；当单组并联的调速器工作电压达不到使用要求时候，例如工作电压要求是108v，假设单个或者单组调节器工作电压只能是36v这时候可以将3个或者3组调节器串联起来使用达到要求。
例如图5所示，采用多组直流调速器先并联构成若干并联组，并联组依次串联并与三相信号发生器以及总电源构成回路；在实施例2并联的基础上可以用多组调节器和三相或者多项信号源形成大功率三相或者多相电机的控制，可以通过这种组合控制更多不同电流规格的三相或者多相电机，进一步增加了该调节器的实用性。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本实用新型所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本实用新型说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本实用新型的保护范围。
1.一种带有硬件保护可组合使用的直流调速器，其特征在于：包括主电源接口、功能主电路、输出接口、控制电路以及接口电路；
所述的功能主电路包括滤波电路、防飞车断路器、输入电流-电压采样电路、输出功率控制电路、制动电路以及输出电流采样电路并依次电性连接；
所述的控制电路包括微处理器、限流比较器以及硬件pwm信号处理电路，所述的输入电流-电压采样电路分别连接限流比较器和微处理器，所述的输出功率控制电路分别连接硬件pwm信号处理电路与微处理器，所述的防飞车断路器与微处理器控制输出引脚相连，所述的制动电路的控制信号输入端与微处理器控制输出引脚相连；
控制电源输出接口与主电源接口相连，输出电流采样电路与输出接口连接，接口电路与硬件pwm信号处理电路以及微处理器对应引脚连接。
2.根据权利要求1所述的带有硬件保护可组合使用的直流调速器，其特征在于：所述的接口电路包括控制电源输入接口、pwm同步信号输入接口、信号输入接口、开关量信号接口、功能编码设置开关、通讯接口、pwm同步信号输出接口以及霍尔信号接口。
3.根据权利要求2所述的带有硬件保护可组合使用的直流调速器，其特征在于：所述的控制电源输入接口经过稳压电路分别与微处理器电性连接以及电性连接其他所需供电的电路单元；
所述的pwm同步信号输入接口连接过压保护电路一以及波形整形电路分别连接到硬件pwm信号处理电路和通过滤波器连接到微处理器输入端；
所述的信号输入接口通过过压保护电路二连接到微处理器；
所述的开关量信号接口通过过压保护电路三连接到微处理器；
所述的功能编码设置开关、霍尔信号接口与微处理器相连；
所述的通讯接口通过对应协议的串行通信电路与微处理器相连；
所述的pwm同步信号输出接口通过pwm同步信号产生电路分别与微处理器pwm2信号输出端以及控制输出端相连。
4.根据权利要求3所述的带有硬件保护可组合使用的直流调速器，其特征在于：所述的通讯接口设置有can、rs232以及rs485任一一种或多种组合的通讯接口。
5.根据权利要求3所述的带有硬件保护可组合使用的直流调速器，其特征在于：所述的限流比较器包括比较器、过流阈值设定电路以及锁存器，所述的比较器的反向输入引脚连接输入电流-电压采样电路，所述比较器的同向输入引脚连接过流阈值设定电路，所述比较器的输出端分别连接锁存器与硬件pwm信号处理电路以及微处理器的输入信号引脚，锁存器输入端以及过流阈值设定电路输入端都连接到微处理器的控制信号输出端。
6.根据权利要求5所述的带有硬件保护可组合使用的直流调速器，其特征在于：所述的硬件pwm信号处理电路采用门电路和模拟开关组成，所述的硬件pwm信号处理电路其中门电路输入端与微处理器停机信号输出端相连，所述的硬件pwm信号处理电路其中1个模拟开关连接微处理器pwm信号输出端。
7.根据权利要求5或6所述的带有硬件保护可组合使用的直流调速器，其特征在于：所述的主电源接口与防飞车断路器间设置有保险丝一，输出电流采样电路与输出接口设置有保险丝二，所述的主电源接口与控制电源输出接口设置有保险丝三，所述输出电流采样电路其信号输出端与微处理器相连，所述的pwm同步信号产生电路由pwm推动电路和pwm信号转换模拟电压电路构成，所述的功能主电路中输出功率控制电路为全桥功率开关电路、继电器切换单边功率开关电路、继电器切换半桥功率开关电路以及三相功率控制电路任一一种的构成。
技术总结