CN102510046B - 一种电机用过流保护装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种电机用过流保护装置，属于电机保护技术领域，它解决了现有过流保护装置灵敏度不高、功耗过高的缺点。过流保护装置固定于电机外壳外表面，包括比较电路、采样电路以及控制电路，采样电路采样所需电流值并生成采样电压，比较电路预设有基准电压，比较电路比较采样电压值与基准电压值，当采样电压值大于基准电压值时由比较电路输出低电平信号给控制电路，当采样电压值小于基准电压值时由比较电路输出高电平信号给控制电路，控制电路根据所述低电平信号或高电平信号断开或者不断开所述电机电源。本发明过流保护装置由于其特殊的电路设计，具有响应灵敏、响应时间短且消耗功率小的优点。

Description

一种电机用过流保护装置
技术领域
本发明涉及一种过流保护装置，尤其涉及一种电机用过流保护装置。
背景技术
电机是将电能通过驱动轴转化机械能的一种装置。驱动轴带动外部的机械装置运转以实现所需要的各种功能。当电机润滑失效或者外部机械装置被卡死导致驱动轴转速下降或者止转时，电机的电能不能有效的转化为机械能，将会导致电机内部电流急速变大，使得电机内部温度增高导致电机烧坏甚至引起火灾。
现有技术的电机通过设置电机保护器在电机堵转时断开电机的电能来源以避免上述情况发生，常用的电机保护器一般为温度监测型保护器，通过将温度检测型保护器安装于电机绕组间以检测电机绕组的温度，当电机堵转后，电机绕组温度将显著升高，当电机绕组温度超过保护器的设定值时，保护器断开，切断电源。但是，此种保护器设置在电机绕组的缝隙间，导致保护器安装、更换和维修都十分不便且温度检测保护器存在滞后、灵敏度不够等问题。
申请号为“20061005081.X”的中国专利公开了一种电流型过流保护装置，其通过检测电压降生成电路上的电压并将其与基准电压比较来判断电路是否过流。但是在电机电路中，输出电流较大，采用电压降的方法来判断电流过流的话会有较大的功耗损失，浪费了成本。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，针对上述现有技术存在的不足，提供一种安装方便、灵敏度高且功耗小的电机用过流保护装置。
本发明的技术解决方案是：一种电机用过流保护装置，所述过流保护装置固定于所述电机外壳外表面，所述过流保护装置包括比较电路、采样电路以及控制电路，所述采样电路采样所需电流值并生成采样电压，所述比较电路预设有基准电压，所述比较电路比较所述采样电压值与所述基准电压值，当所述采样电压值大于所述基准电压值时由比较电路输出低电平信号给控制电路，当所述采样电压值小于所述基准电压值时由比较电路输出高电平信号给控制电路，所述控制电路根据所述低电平信号或所述高电平信号断开或者不断开所述电机电源。
进一步地，所述采样电路包括采样电阻以及采样MOSFET管，所述采样电阻与所述MOSFET管并联且所述采样电阻上的电流值等于所述采样MOSFET管上的电流值。
进一步地，所述采样电路还包括M12管、M13管、M15管以及M16管，所述采样MOSFET管为M1管，所述M1管和所述M12管的栅极和源极分别相互连接，所述M1管的漏极与所述M15管的源极连接电源电压，所述M12管漏极连接所述M13管源极，所述M13管栅极、所述M15管栅极、所述M15管漏极以及所述M16管漏极相互连接，所述M13管漏极连接所述采样电阻一端，所述采样电阻另一端连接所述M16管源极。
进一步地，所述M12管导电沟道的宽与所述M1管导电沟道的长的乘积等于所述M12管导电沟道的长与所述M1管导电沟道的宽的乘积。
进一步地，所述比较电路为差分放大电路，所述差分放大电路同向端加载基准电压，所述差分放大电路反向端加载所述采样电阻上的电压。
进一步地，所述差分放大电路包括M2管、M3管、M4管、M5管、M6管、M7管、M8管、M9管、M10管，所述M4管、所述M5管的源极相互连接且连接至所述采样电路中M1管的源极，所述M4管、所述M5管的栅极以及所述M4管的漏极、所述M8管的漏极相互连接，所述M5管的漏极以及所述M7管的漏极连接至所述控制电路，所述M8管栅极、所述M2管源极相互连接且连接至所述M4管源极，所述M8管源极连接至所述M6管漏极，所述M6管源极上加载基准电压，所述M6管源极、所述M9管源极以及所述M10管漏极相互连接，所述M9管漏极连接至所述M7管源极，所述M2管栅极、所述M2管漏极以及所述M3管源极相互连接，所述M3管栅极、所述M3管漏极、所述M10管源极、所述M11管源极相互连接且连接至所述采样电路中M16管源极，所述M10管栅极、所述M11管栅极相互连接且连接至所述采样电路中M16管栅极，所述M9管栅极连接至所述采样电路中M13管漏极。
进一步地，所述的过流保护装置通过螺钉固定在电机外壳外表面上。这一设置，使得电机保护器更加稳固地安装在电机外壳上。
进一步地，所述的电机外壳外表面上设置有用于容置所述过流保护装置的凹槽。这一设置，电机保护器可直接放在凹槽内，安装更加方便，且对电机保护器起到保护作用，不容易被磕坏碰坏。
本发明过流保护装置由于其特殊的电路设计，具有响应灵敏、响应时间短且消耗功率小的优点。
附图说明
图1为本发明过流保护装置与电机外壳连接结构的爆炸示意图
图2为应用有本发明过流保护装置的电机结构示意图；
图3为本发明过流保护装置电路图。
图中所示：1、电机本体，2、电机外壳，21、凹槽，3、风叶，4、过流保护装置，41、螺钉。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1、图2所示，本发明过流保护装置4通过螺钉41设置于电机外壳2外表面的上的凹槽21上。拆卸更换或者维护该过流保护装置时仅需要松开固定螺钉41即可，无需拆开电机本体1的外壳2。
如图3所示，本发明过流保护装置电路包括比较电路、采样电路以及控制电路。采样电路采集过流保护装置中的电流值，比较电路比较该采样得到的电流值并与比较电路中的预设值比较，若采样值大于预设值则由比较电路输出低电平信号，控制电路根据该低电平信号控制电源的通断。
本发明中，M1-M16均为MOSFET管；Rs为采样电阻，M1为采样MOSFET管。与现有的过流保护装置不同的是，采样管M1不与采样电阻Rs串联，因而不会在采样电阻Rs上损失一个压降以浪费功率并影响采样时间和采样效率。但是在这种结构下，流经Rs的电流Is就不等于输出电流I，因此需要特别设计采样电路使得输出电流I近似等于采样电流Is。
采样电路中，M1和M12的栅极和源极分别相互连接，M1的漏极与M15的源极连接电源电压，M12漏极连接M13源极，M13栅极、M15栅极、M15漏极以及M16漏极相互连接，M13漏极连接采样电阻Rs一端，采样电阻Rs另一端连接M16源极。
由于M1和M12的栅极和源极分别相互连接，同时M13、M15和M16的设置使得M12上的电压近似等于输入电压U。由公式：
Is＝(WM12*LM1/WM1*LM12)*I可知，当M12管导电沟道的宽WM12与M1管导电沟道的长LM1的乘积等于M12导电沟道的长LM12与M1管导电沟道的宽WM1的乘积时，采样电流Is等于输出电流I。
M2-M10构成比较电路，其输出端接控制电路输入端。其中M4、M5的源极相互连接且连接至采样电路M1的源极，M4、M5的栅极以及M4的漏极、M8的漏极相互连接，M5的漏极以及M7的漏极连接至控制电路输入端，M8栅极、M2源极相互连接且连接至M4源极，M8源极连接至M6漏极，M6源极上加载基准电压，M6源极、M9源极以及M10漏极相互连接，M9漏极连接至M7源极，M2栅极、M2漏极以及M3源极相互连接，M3栅极、M3漏极、M10源极\M11源极相互连接且连接至采样电路中M16源极，M10栅极、M11栅极相互连接且连接至采样电路中M16栅极，M9栅极连接至采样电路中M13漏极。
本发明上述比较器电路中，由于采用共源共栅的差分放大结构，确保了放大电路的精度。且放大电路的同向端，即M6管的栅极端为基准电压；采样电阻Rs的采样电压加载于放大电路的反向端，即M9的栅极端。当采样电压小于基准电压，即采样电流小于基准电流时，放大电路输出端，即M5或M7的漏极端输出高电平给控制电路；当采样电压大于基准电压，即采样电流大于基准电流时，放大电路输出端，即M5或M7的漏极端输出低电平给控制电路。控制电路根据接收到的高低电平情况通断电源电压。
控制电路可采用常规的二极管控制或者单片机控制，其不是本发明发明点所在，因此不再赘述。
应用上述电路构成本发明的过流保护装置4，其灵敏度高、响应时间短且消耗功率小，非常适合电机这种大功率、高精度的控制需求。
以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化，如：所述的过流保护装置4还可以是焊接在电机外壳2上；所述的过流保护装置4还可以是通过铆钉铆接在电机外壳2上；凡是本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims (5)

1.一种电机用过流保护装置，其特征在于：所述过流保护装置固定于所述电机外壳外表面，所述过流保护装置包括比较电路、采样电路以及控制电路，所述采样电路采样所需电流值并生成采样电压，所述比较电路预设有基准电压，所述比较电路比较所述采样电压值与所述基准电压值，当所述采样电压值大于所述基准电压值时由比较电路输出低电平信号给控制电路，当所述采样电压值小于所述基准电压值时由比较电路输出高电平信号给控制电路，所述控制电路根据所述低电平信号或所述高电平信号断开或者不断开电机电源；所述采样电路包括采样电阻以及采样MOSFET管，所述采样电阻与所述采样MOSFET管并联且所述采样电阻上的电流值等于所述采样MOSFET管上的电流值；采样电路还包括M12管、M13管、M15管以及M16管，所述采样MOSFET管为M1管，所述M1管的栅极与所述M12管的栅极相连、所述M1管的源极与所述M12管的源极相连，所述M1管的漏极与所述M15管的源极连接电源电压，所述M12管漏极连接所述M13管源极，所述M13管栅极、所述M15管栅极、所述M15管漏极以及所述M16管漏极相互连接，所述M13管漏极连接所述采样电阻一端，所述采样电阻另一端连接所述M16管源极；所述M16管的栅极连至M1管的源极；所述M12管导电沟道的宽与所述M1管导电沟道的长的乘积等于所述M12管导电沟道的长与所述M1管导电沟道的宽的乘积。
2.根据权利要求1所述的电机用过流保护装置，其特征在于：所述比较电路为差分放大电路，所述差分放大电路同向端加载基准电压，所述差分放大电路反向端加载所述采样电阻上的电压。
3.根据权利要求2所述的电机用过流保护装置，其特征在于：所述差分放大电路包括M2管、M3管、M4管、M5管、M6管、M7管、M8管、M9管、M10管和M11管，所述M4管、所述M5管的源极相互连接且连接至所述采样电路中M1管的源极，所述M4管、所述M5管的栅极以及所述M4管的漏极、所述M8管的漏极相互连接，所述M5管的漏极以及所述M7管的漏极连接至所述控制电路，所述M8管栅极、所述M2管源极相互连接且连接至所述M4管源极，所述M8管源极连接至所述M6管漏极，所述M6管栅极上加载基准电压，所述M6管源极、所述M9管源极以及所述M10管漏极相互连接，所述M9管漏极连接至所述M7管源极，所述M7管的栅极与M8管的源极相连，所述M2管栅极、所述M2管漏极以及所述M3管源极相互连接，所述M3管栅极、所述M3管漏极、所述M10管源极、所述M11管源极相互连接且连接至所述采样电路中M16管源极，所述M10管栅极、所述M11管栅极，及所述M11管漏极相互连接且连接至所述采样电路中M16管栅极，所述M9管栅极连接至所述采样电路中M13管漏极，所述M11管的漏极与采样电路中M1管的源极相连。
4.根据权利要求1所述的电机用过流保护装置，其特征在于：所述的过流保护装置通过螺钉固定在电机外壳外表面上。
5.根据权利要求1或4所述的电机用过流保护装置，其特征在于：所述的电机外壳外表面上设置有用于容置所述过流保护装置的凹槽。
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