CN103208780A - 一种具有热保护功能的直流电机控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于直流电机控制领域，描述的是一种用于避免直流电机工作过程中热事件发生问题的电机控制电路，本发明为了实现该功能采取的技术方案是：在控制回路的MOSFET驱动器的栅漏极添加一个智能电压限制模块，如果栅漏极发生短路，智能电压限制模块将启动工作而使得栅源极之间电压限制在开启电压以下，这样MOSFET即使在这种工况下也仍然保持截止，这样就有效的避免了热堆积导致的自燃现象发生，保证了直流电机控制电路的可靠性与安全性。
Description
技术领域
本发明属于直流电机控制领域，具体涉及一种用于避免直流电机工作过程中热事件发生的新型电机控制电路。
背景技术
随着科学技术的发展，电机在人们的生活中应用的越来越广泛，并且越来越多地出现在人们的交通工具中，如电动自行车、电动轮椅、电动三轮车甚至电动汽车中。因此，对电机的控制变得越来越重要，一方面电机的控制效果直接决定了系统的性能，比如乘坐此类交通工具时人们的舒适度问题，更重要的是电机的控制决定着此类系统的安全性。由于电机的控制往往是大电流控制，因此产生的热量也非常多，从而进一步影响部件及系统的安全性，这一点在汽车电子类产品方面尤为突出。众周所知，汽车电子类产品所使用的电子技术虽然并非是当下最前沿的，但它一定是当下最为安全的技术之一。直流电机的控制电路出于安全考虑一般都采用高端驱动的功率型MOSFET（场效应管）来控制电机的运转，由于MOSFET（场效应管）不是理想的开关，它仍然存在一定的阻抗，在一定的环境条件下，这些电机控制单元中可能出现渗入一些脏水的情况，而这些脏水可能导致电路产生短路。在实际的应用中已经有这样的例子，极端情况下电控单元可能会由于这些热量的堆积而自燃，并且最终导致整个电机系统燃烧。经过分析可以知道，这种情况是由于驱动电机的MOSFET（场效应管）栅漏极短路而造成的。通常，在电控单元正常运行的情况下，如果一旦发生上述情况，由于电机控制电路均设有相应的监控，因此控制系统一般能够及时提醒用户维修，从而可以避免造成更严重的后果。然而，实践证明，在有些应用场合，在电子控制单元系统没有运行的情况下，由于栅漏极产生短路，电机仍可以得电运行，由于该种情况下是在控制器的主处理器没有通电的情况下发生的，系统自然无法提醒用户进行相应处理，如果此时的电机电流值无法引起过流保险丝熔断，电机将持续运行，当热量积累到一定程度时，仍然会发生过热而发生自燃现象。
发明内容
本发明旨在MOSFET（场效应管）栅漏极出现短路的情况下自动调整场效应管的控制电压，使得该电压低于开启值，从而保证电机不会产生自行运转情况，从而避免自燃等事件的发生。本发明采用的技术方案是：
一种具有热保护功能的直流电机控制电路，包括短路电阻1、栅极驱动限流电阻2、栅漏极TVS保护管3、栅源极TVS保护管4、电机控制开关5、直流电机6、限流保险丝7、汽车电池8，在场效应管驱动器的栅漏极添加一个智能电压限制模块9。
所述智能电压限制模块包括整流二极管D3、NPN&PNP集成三极管Q2、PNP三极管Q3、电阻R3、电阻R4，电压监控端MON3，集成三极管Q2的PNP基极与PNP三极管Q3发射极相连，集成三极管Q2的PNP发射极与电机控制开关Q1相连，电机控制开关Q1与直流电机Motor相连，Q1的前端和后端分别有一个电压采样点MON1和MON2，二极管D3、NPN和PNP组成的集成三极管Q2、三极管Q3和限流电阻R3组成的限压保护电路，在发生热事件时，由集成三极管Q2、三极管Q3、限流电阻R3组成的电路可以将电机控制开关Q1的控制电压限定在2个二极管的结电压的大小，从而可靠关断Q1，避免热事件发生。
本发明的有益技术效果是：有利于防止故障部件冒烟，或在热事件中出现脱焊，方案实现方法简单，而且有别于常用的热保护方法，控制回路可以直接进行回流焊，不发生特殊组装费用，低功耗和电压降，支持直流电子电路，适合用于苛刻的环境条件(汽车和工业应用)，绿色环保的设计。
附图说明
图1是通用直流电机控制回路示意图。
图2是本发明直流电机控制回路示意图。
其中1、短路电阻 ； 2、栅极驱动限流电阻； 3、栅漏极TVS保护管 ；4、栅源极TVS保护管 ； 5、电机控制开关 ； 6、直流电机 ； 7、限流保险丝 ； 8、汽车电池 ；9、智能电压限制模块； 10、整流二极管D3； 11、 NPN&PNP集成三极管Q2 ；12、PNP三极管Q3 ； 13、电阻R3；14、电阻R4；15、电压监控端MON3。
实施方式
实施例1
图1所示为通用直流电机控制回路的电路结构示意图，在汽车电子控制单元中，特别是驱动电路单元，处于安全考虑，一般建议使用高端驱动结构，而且为了保证电能转换效率，就需要高端开关管的驱动电压要高于输入的电源电压，所以一般需要升压电路来实现，升压电路输出一般设计为输入电压源的两倍。正常情况下，当MRG得到驱动信号，Q1导通，电机运行。如果出现过流情况时，当时间超过规定时间保险丝将熔断，起到保护控制回路的功能。当MRG失去驱动信号，Q1截止，电机停止。但是在一些特定情况下由于导电溶液渗入电子控制单元导致栅漏极短路，形成具有一定阻值的通路，如图1中的R1跨接在栅漏极两端，R1等效为导电溶液的阻抗，一般为千欧姆级。这样在栅极的电压将基本等于输入电源电压，Q1也将导通，但是此时通过电机的电流一般小于保险丝的过流保护电流，所以电机将一直持续运行。随着时间的推移，Q1的热能将持续聚集，当温度达到燃点后可能导致产品发生自燃。
图2所示为本发明直流电机控制回路，为了避免上述情况发生而导致的自燃现象的发生。发明添加了虚线框中电路。正常情况下，当MRG得到驱动信号，Q2和Q3都处于关断状态，Q1导通，电机运行。当MRG失去驱动信号，Q2和Q3也处于关断状态，Q1截止，电机停运。如果出现导电溶液导致的短路现象，当MRG得到驱动信号，由于短路现象的出现，使得MRG驱动信号和汽车电池通过R1，D3和R2组成了一个回路，而此时的Q2的PNP的集电极与基极形成了一个二极管电路，管压降为Vd，这样MON3的电压将等于D3阴极电压减去Vd。这个电压与正常情况下的电压值不一致，系统可以通过监控这个电压来提示报警并记录失效模式；当MRG失去驱动信号，Q2和Q3将同时处于导通，因而使得栅极电压被钳位，大约只有两个二极管的结电压大小，所以开关管将处于关断状态，这样就不再会发生上述描述的自燃现象。以上为电机控制单元中的主处理器正常工作的情况。同时，即使电机控制单元的主处理器没有上电，考虑由R1，Q2，Q3，R3组成的回路，真正作用于场效应管Q1上的电压仍将小于场效应管的开启电压，电机仍然保持断路状态，从而避免由于自行运转而导致的电路自燃问题。
Claims (2)
1.一种具有热保护功能的直流电机控制电路，包括短路电阻（1）、栅极驱动限流电阻（2）、栅漏极TVS保护管（3）、栅源极TVS保护管（4）、电机控制开关（5）、直流电机（6）、限流保险丝（7）、汽车电池（8），其特征在于在场效应管驱动器的栅漏极添加一个智能电压限制模块（9）。
2.根据权利要求1所述的具有热保护功能的直流电机控制电路，其特征在于智能电压限制模块包括整流二极管D3（10）、NPN&PNP集成三极管Q2（11）、PNP三极管Q3（12）、电阻R3（13）、电阻R4（14），电压监控端MON3（15），集成三极管Q2的PNP基极与PNP三极管Q3发射极相连，集成三极管Q2的PNP发射极与电机控制开关Q1相连，电机控制开关Q1与直流电机Motor相连，Q1的前端和后端分别有一个电压采样点MON1和MON2，二极管D3、NPN和PNP组成的集成三极管Q2、三极管Q3和限流电阻R3组成的限压保护电路，在发生热事件时，由集成三极管Q2、三极管Q3、限流电阻R3组成的电路将电机控制开关Q1的控制电压限定在两个二极管的结电压的大小，从而可靠关断Q1，避免热事件发生。
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