CN104638613A - 一种具有电机对电源短路保护功能的设计 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有电机对电源短路保护功能的针对直流电机驱动的设计。该设计用软件、硬件协同检测的方式解决常规电机驱动芯片无法实现电机对电源短路保护功能的问题。硬件电路主要包括分压电路和滤波电路两部分，软件部分则主要通过单片机对采集到的数据进行分析，结合电机实际工况，对短路情况加以判别并进行硬件保护。其主要特点为：具有电机输出端对电源正极短路保护功能；具有电机输出端对电源负极短路保护功能。

Description

一种具有电机对电源短路保护功能的设计

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，具体涉及电机对电源短路时的检测电路和保护、处理方式。

背景技术

在汽车电子控制技术中，直流电机作为重要的执行器件在众多控制单元中均有使用。直流电机的可靠性对于控制系统来说相当重要。

目前常用的直流电机驱动方式均为采用H桥驱动，单片机通过电机驱动芯片进行H桥驱动控制。常用的电机驱动芯片有TLE6284、TLE7182、VNH2SP30等。这些驱动芯片均具有过压、过温、电机输出正负极之间短路保护功能。但在实际使用的过程中发现，当出现电机输出端与电源正极或负极短路故障时，电机驱动芯片往往无法对此类故障进行故障保护或故障定位不准确，存在造成控制单元或直流电机损坏的风险。

发明内容

汽车环境对车载电子设备可靠性和安全性的要求非常高，不但要求有精确的工作特性，还要求控制系统具有故障检测、硬件保护功能。本发明公开了一种具有电机对电源短路保护功能的针对直流电机驱动的设计，可以对电机对电源短路故障进行检测并保护硬件不因短路故障而损坏。

本发明公开的电路具有适应性强、响应迅速、配置灵活的特点。当电机输出端对电源或对地短路时，通过此电路，结合单片机信号处理和计算，可以及时关断电机输出并上传故障码，实现短路检测以及在短路故障产生时对硬件进行保护。

本发明有益的技术效果是：

本发明公开的设计具有实现容易，成本低，针对性强、性能稳定等优点。通过采用本设计，可提高直流电机控制系统的安全性，避免因外部线束问题引起的电源正负极与电机输出端短路造成硬件损坏的风险。

附图说明

图1  本设计的硬件模块框图

图2  对电控单元电机输出端正极电压的检测电路

图3  对电控单元电机输出端负极电压的检测电路

图4  对电控单元工作电源电压的检测电路

图5  为本设计的软件故障诊断流程图。

具体实施方式

本发明提出的一种具有电机对电源短路保护功能的设计，用软件、硬件协同检测的方式解决常规电机驱动芯片无法实现的电机对电源短路保护功能问题。

图1是本设计的硬件模块框图

图2、图3、图4是本发明公开的电路图，该电路包括分压电路和滤波电路。

以图2为例，分压电路由两个R1、R2两个分压电阻组成，电控单元电机输出端正极电压（记为Va）经分压处理后电压值变为R2/（R1+R2）*Va（记为Vadin），通过合理选择分压电阻值，即可将Vadin的电压值控制在0-5V以内，从而使电压值较高的Va变为满足单片机AD采样口输入电压要求的Vadin信号。滤波电路由R3、C1组成，该电路为典型的RC滤波电路，主要作用为保证输入到单片机AD口的MCU_ADIN信号稳定且无噪声干扰。单片机对MCU_ADIN进行采样和换算，实时计算出电控单元电机输出端正极电压值。

图3、图4的原理与图1相同，经过信号处理后最终均可通过单片机实时计算出电控单元电机输出端负极电压值和电控单元工作电源电压值。

单片机通过对图1、图2、图3中所示检测电路处理后的信号进行模拟-数字信号（AD）转换，可以计算出同一时刻电控单元电机输出端正极电压（记为Va）、电控单元电机输出端负极电压（记为Vb）以及电控单元工作电源电压（记为Vp）。在软件设计时结合这三个电压值，即可根据控制系统的实际工况，对电机是否存在对电源短路故障进行判断和保护。

具体故障判断方式如图5所示：

（1）电机控制系统处于空闲模式（即电机不工作时）时，若Va采样值大于（Vp－0. 5V）或小于0.3V，则判定电机输出端正极对电源正极或对电源负极短路。同理，若Vb采样值大于（Vp－0. 5V）或小于0.3V，则判定电机输出端负极对电源正极或对电源负极短路。

（2）电机控制系统处于正转模式（即电机输出端正极电压为高电平，电机输出端负极电压为低电平）时，若Va采样值小于0.3V，则判定电机输出端正极对电源负极短路，若Vb采样值大于（Vp－0. 5V），则判定电机输出端负极对电源负极短路，若Vb采样值小于0.3V，则判定电机输出端负极对电源负极短路。

（3）电机控制系统处于反转模式（即电机输出端正极电压为低电平，电机输出端负极电压为高电平）时，若Vb采样值小于0.3V，则判定电机输出端负极对电源负极短路，若Va采样值大于（Vp－0. 5V），则判定电机输出端正极对电源负极短路，若Va采样值小于0.3V，则判定电机输出端正极对电源负极短路。

在控制系统运行时，若单片机检测到上述任一条件，均判定为产生了电机对电源短路的故障。系统立即关断电机驱动芯片并上传相应的故障信息，此时H桥高低端不会导通，电机输出端正、负极变为高阻态，短路故障不会造成控制系统或直流电机损坏。在电控单元系统中使用本设计，即可实现电机对电源短路故障的诊断和硬件保护功能。

Claims (2)

1.一种具有电机对电源短路保护功能的针对直流电机驱动的设计，其特征在于：该设计采用软件、硬件结合的方式进行短路故障检测，当电机输出端对电源或对地短路时，通过此电路，结合单片机信号处理和计算，可以及时关断电机输出并上传故障码，实现短路检测以及在短路故障产生时对硬件进行保护。

2.如权利要求1所述设计，其特征在于：电控单元电机输出端正极电压、电控单元电机输出端负极电压、电控单元工作电源电压经分压处理后变为满足单片机AD采样口输入电压要求的信号；滤波电路保证输入到单片机AD采样口的信号稳定且无噪声干扰；单片机对信号进行采样和换算，实时计算出电控单元电机输出端正负极电压值和电控单元工作电源电压值，根据控制系统的实际工况，对电机是否存在对电源短路故障进行判断，从而实现短路故障识别和短路硬件保护。