CN102593794A - 一种电动舵机输出电流瞬态保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电动舵机输出电流瞬态保护电路，属于电力电子技术领域。利用电流传感器监测到的舵机输出电流采样值与参考值进行比较，当采样值低于参考值时，保护电路不工作，一旦采样值超出参考值，保护电路将会使所有功率开关器件处于截止状态，达到限流目的，从而起到保护驱动模块功率器件及电机部件的作用。本发明的电动舵机输出电流瞬态保护电路，简单可行，所用器件少，可对电动舵机在快速启动、频繁换向以及外部干扰等情况下会产生瞬时大电流进行限流，将电流限制在安全电流值以下，大大提高了电动舵机产品的工作可靠性。

Description

一种电动舵机输出电流瞬态保护电路
技术领域
本发明涉及一种电动舵机输出电流瞬态保护电路，属于电力电子技术领域。
背景技术
依据K/YBS500A型机载布撒武器用电动舵机要求，单路舵机输出电流不超过20A的安全值，而舵机在快速启动、频繁换向以及外部干扰等情况下会产生瞬时大电流，当此电流超出安全值时有可能对驱动模块内部功率器件及电机部件造成损坏。
为了解决上述问题，需要设计一种驱动模块电流瞬时保护电路。
发明内容
本发明的目的是为了避免电动舵机输出的功率电流超出安全值时对驱动模块内部功率器件及电机部件造成损坏，提出一种电动舵机输出电流瞬态保护电路，利用电流传感器监测到的舵机输出电流采样值与参考值进行比较，当采样值低于参考值时，保护电路不工作，一旦采样值超出参考值，保护电路将会使所有功率开关器件处于截止状态，达到限流目的，从而起到保护驱动模块功率器件及电机部件的作用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种电动舵机输出电流瞬态保护电路，其外围电路为用于电机驱动的H桥电路和PWM驱动电路，该H桥电路中电机电枢位于中间连接位置，瞬态保护电路由电流传感器、电压比较电路和功率器件保护电路三部分组成；
电流传感器与电机电枢串联安装在用于电机驱动的H桥电路中间连接位置，电流传感器将对电机电枢电流进行采样，并将采样结果转换为表征电流采样值的电压信号送入到电压比较电路的输入端；
电压比较电路包括限压保护及滤波电路、参考电压产生电路和比较电路，其中电流传感器输出的电压信号经过限压保护及滤波电路送入比较电路的第一比较输入端，参考电压产生电路产生的参考电压送入到比较电路的第二比较输入端，比较电路的输出端为一个逻辑电平信号，该信号送入到功率器件保护电路，当表征电流采样值的电压信号低于参考电压信号时，比较器输出高电平，否则比较器输出低电平；
功率器件保护电路为4路逻辑“与”电路，每路逻辑“与”电路的第一输入端均为电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号，第二输入端分别为对应的PWM驱动电路输出的4路驱动信号，输出端分别用于H桥电路4个桥臂的驱动端；当电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号为低电平时，4路逻辑“与”电路的输出均为低电平，所有4个桥臂的功率开关管将立即处于截止状态，否则电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号为高电平，则4路逻辑“与”电路的输出均与PWM驱动电路输出的4路驱动信号相同；
为了防止保护电路振荡，将电压比较电路设计成滞回比较的方式。
本发明的一种电动舵机输出电流瞬态保护电路，其工作过程为：电流传感器获取的电机电枢电流采样值并转换为电压信号，该电压信号低于设定的参考电压信号时，电压比较电路输出高电平，此时功率器件保护电路不起作用，4个桥臂的控制仍由PWM驱动电路来完成；当表征电机电枢电流采样值的电压信号高于设定的参考电压信号时，电压比较电路输出低电平，功率器件保护电路中4路逻辑“与”电路均输出为低电平，所有4个桥臂的功率开关管将立即处于截止状态，起到对功率开关管的保护作用。
有益效果
本发明的电动舵机输出电流瞬态保护电路，简单可行，所用器件少，可对电动舵机在快速启动、频繁换向以及外部干扰等情况下会产生瞬时大电流进行限流，将电流限制在安全电流值以下，大大提高了电动舵机产品的工作可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例中电流传感器的安装示意图；
图2是本发明实施例中电压比较电路原理图；
图3是本发明实施例中功率器件保护原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
一种电动舵机输出电流瞬态保护电路，其外围电路为用于电机驱动的H桥电路和PWM驱动电路，该H桥电路中电机电枢位于中间连接位置，瞬态保护电路由电流传感器、电压比较电路和功率器件保护电路三部分组成；
电流传感器与电机电枢串联安装在用于电机驱动的H桥电路中间连接位置，电流传感器将对电机电枢电流进行采样，并将采样结果转换为表征电流采样值的电压信号送入到电压比较电路的输入端；
电压比较电路包括限压保护及滤波电路、参考电压产生电路和比较电路，其中电流传感器输出的电压信号经过限压保护及滤波电路送入比较电路的第一比较输入端，参考电压产生电路产生的参考电压送入到比较电路的第二比较输入端，比较电路的输出端为一个逻辑电平信号，该信号送入到功率器件保护电路，当表征电流采样值的电压信号低于参考电压信号时，比较器输出高电平，否则比较器输出低电平；
功率器件保护电路为4路逻辑“与”电路，每路逻辑“与”电路的第一输入端均为电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号，第二输入端分别为对应的PWM驱动电路输出的4路驱动信号，输出端分别用于H桥电路4个桥臂的驱动端；当电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号为低电平时，4路逻辑“与”电路的输出均为低电平，所有4个桥臂的功率开关管将立即处于截止状态，否则电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号为高电平，则4路逻辑“与”电路的输出均与PWM驱动电路输出的4路驱动信号相同；
为了防止保护电路振荡，将电压比较电路设计成滞回比较的方式。
实施例
如图1所示，电阻R1、R2、R3、R4、二极管D1、D2、D3、D4、开关管Q1、Q2、Q3、Q4构成用于电机驱动的H桥电路，电机电枢Motor安装在四个桥臂连接的中间位置，电流传感器F1与电机电枢Motor串联连接，电流传感其F1检测电机电枢电流并转换为表征电流值的电压信号Current，Current送入到电压比较电路中；
如图2所示，R7、D1和C1组成限压保护及滤波电路，防止过高的电压对后级的电压比较器造成损坏，C1起到滤波、抗干扰的作用，参考电压产生电路中由R5、R6分压得到参考电压，表征电流采样值的电压信号与参考电压值分别接到比较电路的负极和正极，比较电路包括R8、R9和电压比较器U1A，电压比较起采用了芯片LM139，按图2所示接成滞回比较电路，将采样值与参考值进行比较后比较器将会输出两种状态的逻辑电平信号Logic，当采样值低于参考值时，Logic为高电平；一旦采样值超出参考值，Logic为低电平；
如图3所示，功率器件保护电路为4路逻辑“与”电路，每路逻辑“与”电路的第一输入端均为电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号Logic，第二输入端分别为对应的PWM驱动电路输出的4路驱动信号，输出端P1、P2、P3、P4分别用于H桥电路4个桥臂中开关管Q1、Q2、Q3、Q4的驱动端；当电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号为低电平时，4路逻辑“与”电路的输出均为低电平，所有4个桥臂的功率开关管Q1、Q2、Q3、Q4将立即处于截止状态，否则电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号为高电平，则4路逻辑“与”电路的输出均与PWM驱动电路输出的4路驱动信号相同；
上述电动舵机输出电流瞬态保护电路，其工作过程为：电流传感器获取的电机电枢电流采样值并转换为电压信号，该电压信号低于设定的参考电压信号时，电压比较电路输出高电平，此时功率器件保护电路不起作用，4个桥臂的控制仍由PWM驱动电路来完成；当表征电机电枢电流采样值的电压信号高于设定的参考电压信号时，电压比较电路输出低电平，功率器件保护电路中4路逻辑“与”电路均输出为低电平，所有4个桥臂的功率开关管将立即处于截止状态，起到对功率开关管的保护作用。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电动舵机输出电流瞬态保护电路，其外围电路为用于电机驱动的H桥电路和PWM驱动电路，该H桥电路中电机电枢位于中间连接位置，其特征在于，瞬态保护电路由电流传感器、电压比较电路和功率器件保护电路三部分组成；
电流传感器与电机电枢串联安装在用于电机驱动的H桥电路中间连接位置，电流传感器将对电机电枢电流进行采样，并将采样结果转换为表征电流采样值的电压信号送入到电压比较电路的输入端；
电压比较电路包括限压保护及滤波电路、参考电压产生电路和比较电路，其中电流传感器输出的电压信号经过限压保护及滤波电路送入比较电路的第一比较输入端，参考电压产生电路产生的参考电压送入到比较电路的第二比较输入端，比较电路的输出端为一个逻辑电平信号，该信号送入到功率器件保护电路，当表征电流采样值的电压信号低于参考电压信号时，比较器输出高电平，否则比较器输出低电平；
功率器件保护电路为4路逻辑“与”电路，每路逻辑“与”电路的第一输入端均为电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号，第二输入端分别为对应的PWM驱动电路输出的4路驱动信号，输出端分别用于H桥电路4个桥臂的驱动端；当电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号为低电平时，4路逻辑“与”电路的输出均为低电平，所有4个桥臂的功率开关管将立即处于截止状态，否则电压比较电路中比较电路输出的逻辑电平信号为高电平，则4路逻辑“与”电路的输出均与PWM驱动电路输出的4路驱动信号相同；
上述电动舵机输出电流瞬态保护电路，其工作过程为：电流传感器获取的电机电枢电流采样值并转换为电压信号，该电压信号低于设定的参考电压信号时，电压比较电路输出高电平，此时功率器件保护电路不起作用，4个桥臂的控制仍由PWM驱动电路来完成；当表征电机电枢电流采样值的电压信号高于设定的参考电压信号时，电压比较电路输出低电平，功率器件保护电路中4路逻辑“与”电路均输出为低电平，所有4个桥臂的功率开关管将立即处于截止状态，起到对功率开关管的保护作用。
2.根据权利要求1所述的一种电动舵机输出电流瞬态保护电路，其特征在于，电压比较电路为滞回比较的方式。
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