CN104579114A - 一种马达驱动保护电路及具有该电路的电器产品 - Google Patents

一种马达驱动保护电路及具有该电路的电器产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种马达驱动保护电路及具有该电路的电器产品，其中，所述马达驱动保护电路包括：供电支路，用于为第一驱动支路和第二驱动支路提供电能；故障检测支路设置于所述供电支路与所述第一驱动支路和所述第二驱动支路之间，用于检测所述马达的是否正常工作；所述第一驱动支路，用于当所述马达正常工作时，驱动所述马达；所述第二驱动支路，用于当所述马达不正常工作时，驱动所述马达；马达转速控制支路，用于配合所述第一驱动支路或者配合所述第二驱动支路控制所述马达的转动速度。本发明的技术方案通过设置马达驱动保护电路使得马达在出现故障时，可以启动备用驱动支路，保证马达以及带该马达的系统可以正常运行。

Description

一种马达驱动保护电路及具有该电路的电器产品
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种马达驱动保护电路及具有该电路的电器产品。
背景技术
随着电力电子技术的不断发展，各种电器产品及设备应用到生产生活的各个领域。所述马达,是电动机的俗称.其工作原理是将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。在定子绕组旋转磁场的作用下，其在定子绕组有效边中有电流通过并受磁场的作用而使其转动。根据电机可逆性原则，如果电动机在其结构上没有发生任何改变，电机即电动机使用，也可作发电机使用。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的做功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到千瓦级。机床、水泵，需要电动机带动；电力机车、电梯，需要电动机牵引。家庭生活中的电扇、冰箱、洗衣机，甚至各种电动机玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生活中的各个方面。
但是，现有应用电动机，即马达的各个技术领域中，通常没有设置专门的马达的故障检测装置，因此，当所述马达出现故障时，必然引起整个系统的故障。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的，本发明的技术方案是这样实现的：
一方面，本发明提供了一种马达驱动保护电路，包括：供电支路，第一驱动支路，第二驱动支路，故障检测支路，马达转速控制支路；
所述供电支路，用于为所述第一驱动支路和所述第二驱动支路提供电能；
所述故障检测支路设置于所述供电支路与所述第一驱动支路和所述第二驱动支路之间，用于检测所述马达的是否正常工作；
所述第一驱动支路，用于当所述马达正常工作时，驱动所述马达；
所述第二驱动支路，用于当所述马达不正常工作时，驱动所述马达；
所述马达转速控制支路，用于配合所述第一驱动支路或者配合所述第二驱动支路控制所述马达的转动速度。
优选地，所述供电支路包括：供电芯片U1和电容C1；
所述供电芯片U1管脚1与所述电容C1一端相连；所述电容C1另一端接地；
所述供电芯片U1管脚2接地；
所述供电芯片U1管脚3分别与所述马达电源使能控制端相连；
所述供电芯片U1管脚4接电源VCC。
优选地，所述供电支路包括：供电芯片U1，电阻R2和电容C1；
所述供电芯片U1管脚1与所述电容C1一端相连；所述电容C1另一端接地；
所述供电芯片U1管脚2接地；
所述供电芯片U1管脚3分别与所述电阻R2一端，所述马达电源使能控制端相连；所述电阻R2另一端接地；
所述供电芯片U1管脚4接电源VCC。
优选地，所述电容C1采用微法级电容。
优选地，所述故障检测支路包括：采样电阻R5；所述采样电阻R5两端分别与控制器的两个采样信号端AD-1，AD-2相连；所述采样电阻R5连接所述采样信号端AD-1端，还与所述供电芯片U1管脚1相连，所述采样电阻R5连接所述采样信号端AD-2端，还与所述第一驱动支路相连。
优选地，所述采样电阻R5采用小阻值的高精度电阻。
优选地，所述第一驱动支路包括：开关管Q4，开关管Q1；
所述开关管Q4的管脚2与所述故障检测支路的电阻R5一端相连；所述开关管Q4的管脚1与所述控制器的开关信号SWITCH_1相连；所述开关管Q4的管脚3接所述马达的管脚1；
所述开关管Q1管脚2与所述电阻R5一端相连；所述开关管Q1管脚1与所述控制器的开关信号SWITCH_2相连；所述开关管Q1管脚3接所述第二驱动支路。
优选地，所述第一驱动支路包括：电阻R1，开关管Q4，电阻R4，开关管Q1；
所述电阻R1一端分别接所述故障检测支路的电阻R5一端，所述开关管Q4的管脚2；所述电阻R1另一端分别接所述开关管Q4的管脚1，所述控制器的开关信号SWITCH_1；所述开关管Q4的管脚3接所述马达的管脚1；
所述电阻R4一端分别接所述电阻R5一端，所述开关管Q1管脚2；所述电阻R4另一端分别接所述开关管Q1管脚1，所述控制器的开关信号SWITCH_2；所述开关管Q1管脚3接所述第二驱动支路。
优选地，所述第二驱动支路：开关管Q2，开关管Q5，开关管Q6，电阻R3；
所述开关管Q2管脚2与所述开关管Q5管脚2相连后与所述开关管Q1管脚3相连；
所述开关管Q2管脚1与所述开关管Q5管脚1相连后与所述开关管Q6管脚2相连；
所述开关管Q2管脚3分别接所述电阻R3一端，所述控制器报错信号端ERROR，所述开关管Q6管脚1相连；所述电阻R3另一端接地；
所述开关管Q5管脚3与所述开关管Q6管脚2相连；
所述开关管Q6管脚3与所述马达的管脚1相连。
优选地，所述马达转速控制支路包括：开关管Q3；
所述开关管Q3管脚1分别与所述控制器的脉宽调制端,接地端相连；
所述开关管Q3管脚2接地；
所述开关管Q3管脚3与管脚5，管脚6相连后，接所述马达管脚2；
所述开关管Q3管脚4接所述马达管脚1。
优选地，所述马达转速控制支路包括：开关管Q3和电阻R6；
所述开关管Q3管脚1分别与所述电阻R6一端，所述控制器的脉宽调制端相连；所述电阻R6另一端接地；
所述开关管Q3管脚2接地；
所述开关管Q3管脚3与管脚5，管脚6相连后，接所述马达管脚2；
所述开关管Q3管脚4接所述马达管脚1。
优选地，所述开关管Q3内部集成一个保护二极管。
另一方面，本发明提供了一种电器产品，包括：如上所述的任意一项所述的马达驱动保护电路。
本发明的技术方案通过故障检测支路来检测马达是否正常工作，如果正常工作，则继续采用第一驱动支路；如果通过所述故障检测支路来检测马达工作异常，则转为采用第二驱动支路进行工作。因此，本发明的技术方案通过设置马达驱动保护电路使得马达在出现故障时，可以启动备用驱动支路，保证马达以及带该马达的系统可以正常运行。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种马达驱动保护电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种马达驱动保护电路图；
图3为本发明实施例提供的另一种马达驱动保护电路图；
图4为本发明实施例提供的一种电器产品结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1为所示为本发明实施例提供的一种马达驱动保护电路；该电路包括：供电支路，第一驱动支路，第二驱动支路，故障检测支路，马达转速控制支路；
所述供电支路，用于为所述第一驱动支路和所述第二驱动支路提供电能；
所述故障检测支路设置于所述供电支路与所述第一驱动支路和所述第二驱动支路之间，用于检测所述马达的是否正常工作；
所述第一驱动支路，用于当所述马达正常工作时，驱动所述马达；
所述第二驱动支路，用于当所述马达不正常工作时，驱动所述马达；
所述马达转速控制支路，用于配合所述第一驱动支路或者配合所述第二驱动支路控制所述马达的转动速度。
基于以上实施例，如图2所示，为本发明实施例提供的一种马达驱动保护电路；该电路，包括：供电支路，第一驱动支路，第二驱动支路，故障检测支路，马达转速控制支路；
所述供电支路包括：供电芯片U1和电容C1；
所述供电芯片U1管脚1与所述电容C1一端相连；所述电容C1另一端接地；
所述供电芯片U1管脚2接地；
所述供电芯片U1管脚3分别与所述马达电源使能控制端相连；
所述供电芯片U1管脚4接电源VCC。
其中，所述电容C1采用微法级电容。
所述故障检测支路包括：采样电阻R5；所述采样电阻R5两端分别与控制器的两个采样信号端AD-1，AD-2相连；所述采样电阻R5连接所述采样信号端AD-1端，还与所述供电芯片U1管脚1相连，所述采样电阻R5连接所述采样信号端AD-2端，还与所述第一驱动支路相连。
其中，所述采样电阻R5采用小阻值的高精度电阻。
所述第一驱动支路包括：开关管Q4，开关管Q1；
所述开关管Q4的管脚2与所述故障检测支路的电阻R5一端相连；所述开关管Q4的管脚1与所述控制器的开关信号SWITCH_1相连；所述开关管Q4的管脚3接所述马达的管脚1；
所述开关管Q1管脚2与所述电阻R5一端相连；所述开关管Q1管脚1与所述控制器的开关信号SWITCH_2相连；所述开关管Q1管脚3接所述第二驱动支路。
所述第二驱动支路：开关管Q2，开关管Q5，开关管Q6，电阻R3；
所述开关管Q2管脚2与所述开关管Q5管脚2相连后与所述开关管Q1管脚3相连；
所述开关管Q2管脚1与所述开关管Q5管脚1相连后与所述开关管Q6管脚2相连；
所述开关管Q2管脚3分别接所述电阻R3一端，所述控制器报错信号端ERROR，所述开关管Q6管脚1相连；所述电阻R3另一端接地；
所述开关管Q5管脚3与所述开关管Q6管脚2相连；
所述开关管Q6管脚3与所述马达的管脚1相连。
所述马达转速控制支路包括：开关管Q3；
所述开关管Q3管脚1分别与所述控制器的脉宽调制端,接地端相连；
所述开关管Q3管脚2接地；
所述开关管Q3管脚3与管脚5，管脚6相连后，接所述马达管脚2；
所述开关管Q3管脚4接所述马达管脚1。
其中，所述开关管Q3内部集成一个保护二极管。
基于以上实施例，如图3所示，为本发明实施例提供的另一种马达驱动保护电路；该电路，包括：供电支路，第一驱动支路，第二驱动支路，故障检测支路，马达转速控制支路；
所述供电支路包括：供电芯片U1，电阻R2和电容C1；
所述供电芯片U1管脚1与所述电容C1一端相连；所述电容C1另一端接地；
所述供电芯片U1管脚2接地；
所述供电芯片U1管脚3分别与所述电阻R2一端，所述马达电源使能控制端相连；所述电阻R2另一端接地；
所述供电芯片U1管脚4接电源VCC。
所述故障检测支路包括：采样电阻R5；所述采样电阻R5两端分别与控制器的两个采样信号端AD-1，AD-2相连；所述采样电阻R5连接所述采样信号端AD-1端，还与所述供电芯片U1管脚1相连，所述采样电阻R5连接所述采样信号端AD-2端，还与所述第一驱动支路相连。
所述第一驱动支路包括：电阻R1，开关管Q4，电阻R4，开关管Q1；
所述电阻R1一端分别接所述故障检测支路的电阻R5一端，所述开关管Q4的管脚2；所述电阻R1另一端分别接所述开关管Q4的管脚1，所述控制器的开关信号SWITCH_1；所述开关管Q4的管脚3接所述马达的管脚1；
所述电阻R4一端分别接所述电阻R5一端，所述开关管Q1管脚2；所述电阻R4另一端分别接所述开关管Q1管脚1，所述控制器的开关信号SWITCH_2；所述开关管Q1管脚3接所述第二驱动支路。
所述第二驱动支路：开关管Q2，开关管Q5，开关管Q6，电阻R3；
所述开关管Q2管脚2与所述开关管Q5管脚2相连后与所述开关管Q1管脚3相连；
所述开关管Q2管脚1与所述开关管Q5管脚1相连后与所述开关管Q6管脚2相连；
所述开关管Q2管脚3分别接所述电阻R3一端，所述控制器报错信号端ERROR，所述开关管Q6管脚1相连；所述电阻R3另一端接地；
所述开关管Q5管脚3与所述开关管Q6管脚2相连；
所述开关管Q6管脚3与所述马达的管脚1相连。
所述马达转速控制支路包括：开关管Q3和电阻R6；
所述开关管Q3管脚1分别与所述电阻R6一端，所述控制器的脉宽调制端相连；所述电阻R6另一端接地；
所述开关管Q3管脚2接地；
所述开关管Q3管脚3与管脚5，管脚6相连后，接所述马达管脚2；
所述开关管Q3管脚4接所述马达管脚1。
需要说明的是，所述开关管Q3内部集成一个保护二极管。所述开关管Q4，Q1可以为P-MOS管，该管选择导通电压较低的；所述开管管Q2，Q5，Q6为型号相同的PNP三极管；所述电阻R4，R1，R2，R6均可以选择100K欧姆左右，保证电路稳定性；所述电容C1采用微法级电容；所述采样电阻R5采用小阻值的高精度电阻。
基于以上电路对其工作原理进行详细说明:
正常情况下，控制器MCU发出控制信号控制所述电源芯片U1,马达及其转动速度。控制器MCU通过MOTRO_LDO_EN端发送电源使能控制信号为高电平，脉宽调制端PWM_MOTOR由MCU输出控制马达转动需要的PWM波形。控制器通过开关管脚发送开关信号SWITCH_1是低电平，SWITCH_2是高电平，使得开关管Q4导通，开关管Q1关断，电流从电源芯片U1流出后，依次经过电阻R5，开关管Q4，马达，以及开关管Q3到地。
在马达转动的时候，对电阻R5两端的电压进行AD采样，控制器内部预先设定正常的导通电流应该小于ISET-1，则只有当控制器采样的电压信号V2，V1，满足V2-V1<＝R5*ISET-1时，MCU认为马达的运转正常，MCU恒定的输出SWITCH_1为低电平，SWITCH_2为高电平，保持开关管Q4的导通和开关管Q1的关断状态，此为第一驱动电流路径。此时马达转速受MCU输出的PWM波进行控制。
当所述采样信号V2-V1〉R5*ISET-1时，则认为是马达MOTOR的运转异常，此时MCU输出SWITCH_1为高电平，SWITCH_2为低电平，使得开关管Q4关断和开关管Q1导通。这样，使得从电源芯片U1出来的电流依次流经电阻R5，开关管Q1，开关管Q5，开关管Q6，马达，开关管Q3，最后接地，此为第二驱动电流路径。在此路径时，马达的转速不完全受MCU输出的PWM控制，而是以设定好的恒流工作，直到采样电压恢复正常，恢复到第一驱动电流路径后，又恢复了MCU对马达的完全控制。
在所述第二驱动电流路径中，由于所述开管管Q2，Q5，Q6为型号相同的三极管，所以βQ5＝βQ2＝βQ6＝β,IC0＝IC1＝IC；β为三极管的直流放大倍数。
在节点A的电流方程为：IE2＝IC+2IB＝IC+2IC/β，
所以，IC＝[β/(β+2)]*IE2＝[β/(β+2)]*[(1+β)/β]*IC2
＝[(1+β)/(β+2]]*IC2
在节点B，IR3＝IB2+IC＝IC2/β+[(1+β)/(β+2)]*IC2
可得：IC2＝(1-2/(β2+2β+2))*IR3≈IR3，IR3＝(V1-UQ1DS-UBE0)/R3，
UQ1DS为Q1导通的漏源极的压降，该压降一般为0.3V左右，
UBE0为三级管BE极的导通压降，该压降一般为0.7V左右，
当β＝20时，IC2≈0.996IR3，可见，即使当β很小的时候，也能满足IC2≈IR3，而β越大，相应的IC2也越接近于IR3，基本可以认为两者相等。
所以，可以通过对R3的阻值的选择，设置IR3，此电流值为设置的恒流值，当V2-V1〉R5*ISET-1时，就由所述第一驱动电流路径变为第二驱动电流路径，并且横流输出，即IC2为恒定值，这样就不会因为马达本身的故障，引起电流无限增大，导致马达损坏，甚至进而影响到整个系统的性能。
本发明可以通过在MCU中设定两个电流限值，即所述故障检测支路对应的采样电流预设值ISET-1，和第二驱动支路对应的设置的恒流源电流值；
这样，使得当马达的工作电流不大于电流限值ISET-1时，正常工作，电流受控制器输出的PWM波控制输出电流，马达的转速；当超过电流限值ISET-1时，认为是发生了故障，然后就将通过马达的电流控制在第二个电流值上恒流工作，并且同时发出一个提示信号给到MCU，让MCU进行相应的处理动作，避免了因为马达或者别的干扰导致的马达的工作电流过高引起的马达故障甚至影响到整个系统的正常工作。
如图4所示，为本发明实施例提供的一种电器产品；该产品，包括：如上所述的马达驱动保护电路。
本发明的技术方案通过故障检测支路来检测马达是否正常工作，如果正常工作则继续采用第一驱动支路；如果通过所述故障检测支路来检测马达是不正常工作，则采用第二驱动支路进行工作。因此，本发明的技术方案通过设置马达驱动保护电路使得马达在出现故障时，可以启动备用驱动支路，保证马达以及带该马达的系统可以正常运行，这样不但可以延长马达的使用寿命，还可以提高整个系统的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种马达驱动保护电路，其特征在于，包括：供电支路，第一驱动支路，第二驱动支路，故障检测支路，马达转速控制支路；
所述供电支路，用于为所述第一驱动支路和所述第二驱动支路提供电能；
所述故障检测支路设置于所述供电支路与所述第一驱动支路和所述第二驱动支路之间，用于检测所述马达的是否正常工作；
所述第一驱动支路，用于当所述马达正常工作时，驱动所述马达；
所述第二驱动支路，用于当所述马达不正常工作时，驱动所述马达；
所述马达转速控制支路，用于配合所述第一驱动支路或者配合所述第二驱动支路控制所述马达的转动速度。
2.根据权利要求1所述的马达驱动保护电路，其特征在于，
所述供电支路包括：供电芯片U1和电容C1；
所述供电芯片U1管脚1与所述电容C1一端相连；所述电容C1另一端接地；
所述供电芯片U1管脚2接地；
所述供电芯片U1管脚3分别与所述马达电源使能控制端相连；
所述供电芯片U1管脚4接电源VCC；
或者，
所述供电支路包括：供电芯片U1，电阻R2和电容C1；
所述供电芯片U1管脚1与所述电容C1一端相连；所述电容C1另一端接地；
所述供电芯片U1管脚2接地；
所述供电芯片U1管脚3分别与所述电阻R2一端，所述马达电源使能控制端相连；所述电阻R2另一端接地；
所述供电芯片U1管脚4接电源VCC。
3.根据权利要求2所述的马达驱动保护电路，其特征在于，所述电容C1采用微法级电容。
4.根据权利要求2或3所述的马达驱动保护电路，其特征在于，所述故障检测支路包括：采样电阻R5；所述采样电阻R5两端分别与控制器的两个采样信号端AD-1，AD-2相连；所述采样电阻R5连接所述采样信号端AD-1端，还与所述供电芯片U1管脚1相连，所述采样电阻R5连接所述采样信号端AD-2端，还与所述第一驱动支路相连。
5.根据权利要求4所述的马达驱动保护电路，其特征在于，所述采样电阻R5采用小阻值的高精度电阻。
6.根据权利要求5所述的马达驱动保护电路，其特征在于，
所述第一驱动支路包括：开关管Q4，开关管Q1；
所述开关管Q4的管脚2与所述故障检测支路的电阻R5一端相连；所述开关管Q4的管脚1与所述控制器的开关信号SWITCH_1相连；所述开关管Q4的管脚3接所述马达的管脚1；
所述开关管Q1管脚2与所述电阻R5一端相连；所述开关管Q1管脚1与所述控制器的开关信号SWITCH_2相连；所述开关管Q1管脚3接所述第二驱动支路；
或者，
所述第一驱动支路包括：电阻R1，开关管Q4，电阻R4，开关管Q1；
所述电阻R1一端分别接所述故障检测支路的电阻R5一端，所述开关管Q4的管脚2；所述电阻R1另一端分别接所述开关管Q4的管脚1，所述控制器的开关信号SWITCH_1；所述开关管Q4的管脚3接所述马达的管脚1；
所述电阻R4一端分别接所述电阻R5一端，所述开关管Q1管脚2；所述电阻R4另一端分别接所述开关管Q1管脚1，所述控制器的开关信号SWITCH_2；所述开关管Q1管脚3接所述第二驱动支路。
7.根据权利要求6所述的马达驱动保护电路，其特征在于，
所述第二驱动支路：开关管Q2，开关管Q5，开关管Q6，电阻R3；
所述开关管Q2管脚2与所述开关管Q5管脚2相连后与所述开关管Q1管脚3相连；
所述开关管Q2管脚1与所述开关管Q5管脚1相连后与所述开关管Q6管脚2相连；
所述开关管Q2管脚3分别接所述电阻R3一端，所述控制器报错信号端ERROR，所述开关管Q6管脚1相连；所述电阻R3另一端接地；
所述开关管Q5管脚3与所述开关管Q6管脚2相连；
所述开关管Q6管脚3与所述马达的管脚1相连。
8.根据权利要求7所述的马达驱动保护电路，其特征在于，
所述马达转速控制支路包括：开关管Q3；
所述开关管Q3管脚1分别与所述控制器的脉宽调制端,接地端相连；
所述开关管Q3管脚2接地；
所述开关管Q3管脚3与管脚5，管脚6相连后，接所述马达管脚2；
所述开关管Q3管脚4接所述马达管脚1；
或者，
所述马达转速控制支路包括：开关管Q3和电阻R6；
所述开关管Q3管脚1分别与所述电阻R6一端，所述控制器的脉宽调制端相连；所述电阻R6另一端接地；
所述开关管Q3管脚2接地；
所述开关管Q3管脚3与管脚5，管脚6相连后，接所述马达管脚2；
所述开关管Q3管脚4接所述马达管脚1。
9.根据权利要求8所述的马达驱动保护电路，其特征在于，所述开关管Q3内部集成一个保护二极管。
10.一种电器产品，其特征在于，包括：如权利要求1至9中任一项所述马达驱动保护电路。
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