CN103457243A - 直流电机保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种直流电机保护电路，其包括：电流检测模块，用于检测电机驱动芯片的驱动电流，并根据驱动电流生成检测电压；阀值输出模块，用于输出阀值电压；比较模块，用于根据检测电压和阀值电压，生成比较电平；控制信号输出模块，用于输出PWM控制信号；以及控制模块，用于根据比较电平和PWM控制信号，通过电机驱动芯片驱动直流电机。本发明的直流电机保护电路通过硬件逻辑上对直流电机进行保护，防止因为机械或传感器的原因导致直流电机堵转过热而烧毁直流电机或驱动电路板，可延长直流电机的使用寿命。

Description

直流电机保护电路
技术领域
本发明涉及工业控制领域，特别是涉及一种直流电机保护电路。
背景技术
在工业控制设备的应用中，会使用直流电机来控制机器的正常运转。但由于机械安装的原因或传感器的问题，有时候会出现运动模块运动到位后，传感器并没有检测到运动模块已经到达指定的位置，造成电机继续转动，导致电机进入堵转状态（运动模块被阻挡无法继续运动）。此时电机上的电流会很大，长时间运行在此状态下不仅会烧毁电机，还会损坏相应的驱动电路。由于电机的更换成本高，且电机的更换会造成整台设备停机无法生产，因此现有的工业生产中的生产成本过高以及生产效率过低。
故，有必要提供一种直流电机保护电路，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容
本发明的实施例的目的在于提供一种直流电机保护电路，以解决现有技术中由于电机更换频繁造成了工业生产成本过高或生产效率过低的技术问题。
为解决上述问题，本发明提供的技术方案如下：
提供一种直流电机保护电路，其包括：
电流检测模块，用于检测电机驱动芯片的驱动电流，并根据所述驱动电流生成检测电压；
阀值输出模块，用于输出阀值电压；
比较模块，用于根据所述检测电压和所述阀值电压，生成比较电平；
控制信号输出模块，用于输出PWM控制信号；以及
控制模块，用于根据所述比较电平和所述PWM控制信号，通过所述电机驱动芯片驱动所述直流电机。
在本发明所述的直流电机保护电路中，所述电流检测模块包括检测电阻R6以及限流电阻R3，所述检测电阻R6的一端与所述电机驱动芯片的检测输出脚SENSEA连接，所述检测电阻R6的另一端接地，所述限流电阻R3的一端与所述检测输出脚SENSEA连接，所述限流电阻R3的另一端与所述比较模块连接。
在本发明所述的直流电机保护电路中，所述比较模块为比较器，所述比较器的第一输入端与所述电流检测模块连接，所述比较器的第二输入端与所述阀值输出模块连接，所述比较器的输出端与所述控制模块连接。
在本发明所述的直流电机保护电路中，当所述检测电压大于所述阀值电压时，所述比较器的输出端输出低电平，当所述检测电压小于所述阀值电压时，所述比较器的输出端输出高电平。
在本发明所述的直流电机保护电路中，所述控制模块为与门，所述与门的第一输入端与所述比较器的输出端连接，所述与门的第二输入端与所述控制信号输出模块连接，所述与门的输出端与所述电机驱动芯片的使能脚ENA连接。
在本发明所述的直流电机保护电路中，当所述比较电平为低电平时，所述与门的输出端不输出信号，所述电机驱动芯片停止驱动所述直流电机；当所述比较电平为高电平时，所述与门的输出端输出所述PWM控制信号，以通过所述电机驱动芯片驱动所述直流电机。
在本发明所述的直流电机保护电路中，所述直流电机保护电路还包括：
自恢复保险丝，用于当所述电机驱动芯片的输出电流过大时，切断所述电机驱动芯片与所述直流电机之间的连接；
所述自恢复保险丝的一端与所述电机驱动芯片的第一输出端OUT1连接，所述自恢复保险丝的另一端与所述直流电机的输入接口连接。
在本发明所述的直流电机保护电路中，所述直流电机保护电路还包括：
滤波电感，用于对驱动电流进行滤波处理；
所述滤波电感的一端与所述电机驱动芯片的第二输出端OUT2连接，所述滤波电感的另一端与所述直流电机的输入接口连接。
在本发明所述的直流电机保护电路中，所述直流电机保护电路还包括：
过压保护模块，用于防止所述电机驱动芯片的输出电压过大而损坏所述直流电机；
所述过压保护模块分别与所述电机驱动芯片的第一输出端OUT1和所述电机驱动芯片的第二输出端OUT2连接。
在本发明所述的直流电机保护电路中，所述过压保护模块包括肖特基二极管D1、肖特基二极管D2、肖特基二极管D3以及肖特基二极管D4，所述肖特基二极管D1的负极和所述肖特基二极管D2的负极分别与24V电源连接，所述肖特基二极管D1的正极和所述肖特基二极管D3的负极分别与所述电机驱动芯片的第一输出端OUT1连接，所述肖特基二极管D2的正极和所述肖特基二极管D4的负极分别与所述电机驱动芯片的第二输出端OUT2连接，所述肖特基二极管D3的正极接地，所述肖特基二极管D4的正极接地。
相较于现有技术，本发明的直流电机保护电路通过硬件逻辑上对直流电机进行保护，防止因为机械或传感器的原因导致直流电机堵转过热而烧毁直流电机或驱动电路板，可延长直流电机的使用寿命；解决了现有技术中由于电机更换频繁造成了工业生产成本过高或生产效率过低的技术问题的技术问题。
附图说明
图1为本发明的直流电机保护电路的第一优选实施例的结构示意图；
图2为本发明的直流电机保护电路的第二优选实施例的结构示意图；
图3为本发明的直流电机保护电路的具体实施例的电路示意图；
其中，附图标记说明如下：
10、10’：直流电机保护电路；
11：电流检测模块；
12：阀值输出模块；
13：比较模块；
14：控制信号输出模块；
15：控制模块；
16：自恢复保险丝；
17：滤波电感；
18：过压保护模块；
20：直流电机；
30：电机驱动芯片。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附加的图式，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。
请参照图1，图1为本发明的直流电机保护电路的第一优选实施例的结构示意图。本优选实施例的直流电机保护电路10用于对相应的直流电机20进行过流保护，该直流电机20通过电机驱动芯片30进行驱动。本优选实施例的直流电机保护电路10包括电流检测模块11、阀值输出模块12、比较模块13、控制信号输出模块14以及控制模块15。电流检测模块11用于检测电机驱动芯片30的驱动电流，并根据驱动电流生成检测电压；阀值输出模块12用于输出阀值电压；比较模块13用于根据检测电压和阀值电压，生成比较电平；控制信号输出模块14用于输出PWM（脉冲宽度调制，Pulse Width Modulation）控制信号；控制模块15用于根据比较电平和PWM控制信号，通过电机驱动芯片30驱动直流电机20。
本优选实施例的直流电机保护电路10使用时，电流检测模块11检测电机驱动芯片30的驱动电流，并根据该驱动电流生成检测电压。然后比较模块13将检测电压与阀值输出模块12输出的阀值电压进行比较，生成比较电平（高电平或低电平）。随后控制模块15接收该比较电平和控制信号输出模块14输出的PWM控制信号，并根据该比较电平确定是否使用该PWM控制信号，通过电机驱动芯片30驱动直流电机20工作。如检测电压大于阀值电压时，比较模块13生成低电平的比较电平，这时控制模块15不输出任何信号；如检测电压小于阀值电压时，比较模块13生成高电平的比较电平，这时控制模块15输出控制信号输出模块14的PWM控制信号至电机驱动芯片30。
本优选实施例的直流电机保护电路10通过硬件逻辑上对直流电机20进行保护，防止因为机械或传感器的原因导致直流电机20堵转过热而烧毁直流电机20或驱动电路板，可延长直流电机20的使用寿命。
请参照图2，图2为本发明的直流电机保护电路的第二优选实施例的结构示意图。在第一优选实施例的基础上，本优选实施例的直流电机保护电路10’还包括自恢复保险丝16、滤波电感17以及过压保护模块18。其中自恢复保险丝16用于当电机驱动芯片30的输出电流过大时，切断电机驱动芯片30与直流电机20之间的连接，自恢复保险丝16的一端与电机驱动芯片30的第一输出端OUT1连接（如图3所示），自恢复保险丝16的另一端与直流电机20的输入接口连接。滤波电感17用于对驱动电流进行滤波处理，该滤波电感17的一端与电机驱动芯片30的第二输出端OUT2连接，该滤波电感17的另一端与直流电机20的输入接口连接。过压保护模块18用于防止电机驱动芯片30的输出电压过大而损坏直流电机，该过压保护模块18分别与电机驱动芯片30的第一输出端OUT1和电机驱动芯片30的第二输出端OUT2连接。该自恢复保险丝16、滤波电感17以及过压保护模块18的具体工作原理请参见下述具体实施例。
本优选实施例的直流电机保护电路10’使用时，如直流电机保护电路10’的电流检测模块11失效，电机驱动芯片30的输出电流超过了自恢复保险丝16的临界值，自恢复保险丝16会断开电机驱动芯片30与直流电机20之间的连接，进而保护负载、直流电机20以及相应驱动电路；当排出故障后，电机驱动芯片30重新通电后，自恢复保险丝16又可接通电路。
同时在滤波电感17串联在电机驱动芯片30和直流电机20之间，可对输出进行滤波处理，当PWM控制信号为低占空比信号时，可使纹波减小，更好的保护直流电机20运行。
本优选实施例的直流电机保护电路10’在第一优选实施例的基础上增加了自恢复保险丝16、滤波电感17以及过压保护模块18，进一步保证了直流电机20的稳定工作。
请参见图3，图3为本发明的直流电机保护电路的具体实施例的电路示意图，下面根据图3具体说明本优选实施例的直流电机保护电路的具体工作原理。
本优选实施例的直流电机保护电路的电流检测模块包括检测电阻R6以及限流电阻R3，检测电阻R6的一端与电机驱动芯片U1的检测输出脚SENSEA连接，检测电阻R6的另一端接地，限流电阻R3的一端与检测输出脚SENSEA连接，限流电阻R3的另一端与比较模块连接。
直流电机保护电路的比较模块为比较器U2，比较器U2的第一输入端-与电流检测模块的限流电阻R3连接，比较器U2的第二输入端+通过限流电阻R4与阀值输出模块(用于输出阀值电压VTH)连接，比较器U2的输出端通过限流电阻R1与控制模块连接。
直流电机保护电路的控制模块为与门U3，与门U3的第一输入端1A与比较器U2的输出端连接，与门U3的第二输入端1B与控制信号输出模块（用于输出PWM控制信号）连接，与门U3的输出端1Y与电机驱动芯片的使能脚ENA连接。
检测电流由检测输出脚SENSEA输出，经过检测电阻R6接地，检测电阻R6上的检测电压通过限流电阻R3发送至比较器U2的第一输入端-。比较器U2将第一输入端-输入的检测电压和第二输入端+输入的阀值电压VTH进行比较。
当检测电压小于阀值电压VTH时，比较器U2输出高电平作为比较电平（此处由于比较器U2为开漏输出，需要通过上拉电阻R5连接到5V电压），这时与门U3输出端输出与门U3的第二输入端1B输入的PWM控制信号，使用该PWM控制信号通过电机驱动芯片U1驱动直流电机。
当检测电压大于阀值电压VTH时，比较器U2输出低电平作为比较电平，这时与门U3输出端不输出信号，电机驱动芯片U1停止驱动直流电机。这时检测电压又会小于阀值电压VTH，比较器U2又输出高电平，与门U3又输出PWM控制信号，电机驱动芯片U1再次驱动直流电机。如果直流电机出现堵转，直流电机保护电路会在上述的两个状态之间进行切换，以保证流经直流电机的电流在允许的范围之内，不会瞬间损坏直流电机。
自恢复保险丝F1的一端与电机驱动芯片U1的第一输出端OUT1连接，自恢复保险丝F1的另一端与直流电机的接口端子J1（即输入接口）的2管脚连接；滤波电感L1的一端与电机驱动芯片的第二输出端OUT2连接，滤波电感L1的另一端与直流电机的接口端子J1的1管脚连接。
当直流电机因为某种原因出现堵转或者其它情况导致电流过大，且电流检测模块失效时，自恢复保险丝F1会切断整个通路，保护直流电机和驱动电路；当问题得到解决后，在保证自恢复保险丝F1恢复时间的情况下，只需要对驱动电路重新上电，自恢复保险丝F1又可正常工作。
滤波电感L1在电路中起到滤波的作用，在直流电机运行的过程中，会出现电流纹波比较大的情况；此时，通过滤波电感L1，会使该电流纹波减小，可使直流电机的电流平稳，延长直流电机的寿命。
过压保护模块包括肖特基二极管D1、肖特基二极管D2、肖特基二极管D3以及肖特基二极管D4，肖特基二极管D1的负极和肖特基二极管D2的负极分别与24V电源连接，肖特基二极管D1的正极和肖特基二极管D3的负极分别与电机驱动芯片的第一输出端OUT1连接，肖特基二极管D2的正极和肖特基二极管D4的负极分别与电机驱动芯片的第二输出端OUT2连接，肖特基二极管D3的正极接地，肖特基二极管D4的正极接地。该过压保护模块可以很好的防止电机驱动芯片的输出电压过大而损坏直流电机，特别是防止直流电机反转时产生大电动势而损坏直流电机。
本发明的直流电机保护电路通过硬件逻辑上对直流电机进行保护，防止因为机械或传感器的原因导致直流电机堵转过热而烧毁直流电机或驱动电路板，可延长直流电机的使用寿命；解决了现有技术中由于电机更换频繁造成了工业生产成本过高或生产效率过低的技术问题的技术问题。
综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种直流电机保护电路，其特征在于，包括：
电流检测模块，用于检测电机驱动芯片的驱动电流，并根据所述驱动电流生成检测电压；
阀值输出模块，用于输出阀值电压；
比较模块，用于根据所述检测电压和所述阀值电压，生成比较电平；
控制信号输出模块，用于输出PWM控制信号；以及
控制模块，用于根据所述比较电平和所述PWM控制信号，通过所述电机驱动芯片驱动所述直流电机。
2.根据权利要求1所述的直流电机保护电路，其特征在于，所述电流检测模块包括检测电阻R6以及限流电阻R3，所述检测电阻R6的一端与所述电机驱动芯片的检测输出脚SENSEA连接，所述检测电阻R6的另一端接地，所述限流电阻R3的一端与所述检测输出脚SENSEA连接，所述限流电阻R3的另一端与所述比较模块连接。
3.根据权利要求2所述的直流电机保护电路，其特征在于，所述比较模块为比较器，所述比较器的第一输入端与所述电流检测模块连接，所述比较器的第二输入端与所述阀值输出模块连接，所述比较器的输出端与所述控制模块连接。
4.根据权利要求3所述的直流电机保护电路，其特征在于，当所述检测电压大于所述阀值电压时，所述比较器的输出端输出低电平，当所述检测电压小于所述阀值电压时，所述比较器的输出端输出高电平。
5.根据权利要求3所述的直流电机保护电路，其特征在于，所述控制模块为与门，所述与门的第一输入端与所述比较器的输出端连接，所述与门的第二输入端与所述控制信号输出模块连接，所述与门的输出端与所述电机驱动芯片的使能脚ENA连接。
6.根据权利要求5所述的直流电机保护电路，其特征在于，当所述比较电平为低电平时，所述与门的输出端不输出信号，所述电机驱动芯片停止驱动所述直流电机；当所述比较电平为高电平时，所述与门的输出端输出所述PWM控制信号，以通过所述电机驱动芯片驱动所述直流电机。
7.根据权利要求1所述的直流电机保护电路，其特征在于，所述直流电机保护电路还包括：
自恢复保险丝，用于当所述电机驱动芯片的输出电流过大时，切断所述电机驱动芯片与所述直流电机之间的连接；
所述自恢复保险丝的一端与所述电机驱动芯片的第一输出端OUT1连接，所述自恢复保险丝的另一端与所述直流电机的输入接口连接。
8.根据权利要求1所述的直流电机保护电路，其特征在于，所述直流电机保护电路还包括：
滤波电感，用于对驱动电流进行滤波处理；
所述滤波电感的一端与所述电机驱动芯片的第二输出端OUT2连接，所述滤波电感的另一端与所述直流电机的输入接口连接。
9.根据权利要求1所述的直流电机保护电路，其特征在于，所述直流电机保护电路还包括：
过压保护模块，用于防止所述电机驱动芯片的输出电压过大而损坏所述直流电机；
所述过压保护模块分别与所述电机驱动芯片的第一输出端OUT1和所述电机驱动芯片的第二输出端OUT2连接。
10.根据权利要求9所述的直流电机保护电路，其特征在于，所述过压保护模块包括肖特基二极管D1、肖特基二极管D2、肖特基二极管D3以及肖特基二极管D4，所述肖特基二极管D1的负极和所述肖特基二极管D2的负极分别与24V电源连接，所述肖特基二极管D1的正极和所述肖特基二极管D3的负极分别与所述电机驱动芯片的第一输出端OUT1连接，所述肖特基二极管D2的正极和所述肖特基二极管D4的负极分别与所述电机驱动芯片的第二输出端OUT2连接，所述肖特基二极管D3的正极接地，所述肖特基二极管D4的正极接地。
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