CN104795787B - 一种保护电路、驱动控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种保护电路，包括：单片机及mos管模块总成；所述mos管模块总成包括互相电性连接的mos管及mos管驱动模块；所述单片机与所述mos管驱动模块电性连接，用于输出控制指令；所述mos管模块总成检测其两端电压，并发送至所述单片机进行采样；所述单片机判断所述电压值后输出控制指令至所述mos管驱动模块，以控制所述mos管开启或关闭，从而保护与所述mos管模块总成串联的电路元件。采用上述技术方案后，在电机回路短路情况下可继电器将自动与地断开，保证保险丝与控制模块在电机线束与电池线束接触或缠绕时不被烧坏。

Description

一种保护电路、驱动控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车内部电路领域，尤其涉及一种保护电路、驱动控制系统及其控制方法。

背景技术

随着用户对汽车智能化，自动化，舒适性上的日益增高的要求，车窗自动升降、后视镜自动折叠、油箱盖自动收放等自动化功能广泛的应用于现代汽车当中，而这些智能化功能的实现都需要直流电机带动机械结构去实现。参阅图1，为现有技术中直流电机正常工作时控制与连接示意图，目前直流电机的运行开关都是通过对控制模块的操作来实现的，而控制模块则由模块中的单片机控制继电器开关来实现，直流电机与模块中的继电器通过车内线束连接。参阅图2，当电机停止运转或控制模块停止工作后，模块内部两控制继电器开关会同时打到地状态，使电机进入闭锁状态，以保证电机不被外部干扰或震动导致误运行。

由于汽车内部线束线路比较长，排线时电机连线相邻于电池线束，当汽车运行颠簸或电机长时间工作时，电机连接线束或与电池线束接触或缠绕，可能出现以下几种故障情况，造成电机短路：

1.继电器故障：参阅图3及图4，继电器粘合导致长时间接通电源；继电器弹片变形导致电源与地直接短路。

2.线束故障：参阅图5及图6，线束磨损，与车身地短路，从而导致继电器动作时电源与地直接短路；某些极限情况导致电机线束与电源直接短路。

3.电机故障：参阅图7，电机内部短路。

由于电机闭锁时控制模块停止工作，也无法对此故障进行诊断并关闭继电器，所以现有技术中出现此类问题时只能通过更换保险丝或控制模块来解决。

所以，急需一种具有在短路情况下可自动将继电器与地断开功能的驱动控制模块，保证保险丝与控制模块在电机线束与电池线束接触或缠绕时不被烧坏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种保护电路，及具有该保护电路的电机驱动控制系统，无需外部控制，故障发生后自动动作，极短时间内自动控制继电器开关与地断开，保证保险丝及继电器不受损坏。

本发明公开了一种保护电路，单片机及mos管模块总成；所述mos管模块总成包括互相电性连接的mos管及mos管驱动模块；所述单片机与所述mos管驱动模块电性连接，用于输出控制指令；所述mos管模块总成检测自身的两端电压，并将检测的mos管模块总成电压值发送至所述单片机进行采样；所述单片机判断所述电压值后输出控制指令至所述mos管驱动模块，以控制所述mos管开启或关闭，从而保护与所述mos管模块总成串联的电路元件。

优选地，所述mos管模块总成进一步包括：mos管电流检测模块；所述mos管电流检测模块用于检测经过所述mos管的第一电流，并形成电压值输出至所述单片机。

优选地，所述mos管电流检测模块包括一放大器；所述放大器用于放大所述mos管的两端的电压至所述单片机。

优选地，所述mos管包括mos管内阻；所述电压为所述内阻两端电压。

优选地，所述第一电流小于等于40A。

本发明还公开了一种用于电机的驱动控制系统，包括：用于控制所述电机开启或关闭的至少一个继电器，所述驱动控制系统还包括：至少一个mos管模块总成及单片机、电流检测模块与供电模块；每一所述至少一个继电器的电源端或接地端连接有一所述mos管模块总成及单片机；所述电流检测模块与所述mos管模块总成连接，用于检测经过所述mos管模块的电流；所述供电模块与所述电流检测模块连接，用于给所述电流检测模块供电；所述单片机内预设有一预定值，当所述电流检测模块检测经过所述mos管模块的电流大于所述预定值时，所述单片机关闭所述电机。

优选地，所述mos管模块总成包括：一mos管、mos管电流检测模块、mos管驱动模块；所述mos管电流检测模块用于检测经过所述mos管的第一电流；所述mos管驱动模块与所述单片机连接，根据所述单片机发来的指令控制所述mos管开启或关闭。

优选地，所述mos管电流检测模块包括一第一放大器及比较器；所述放大器用于放大所述mos管的两端的电压至所述单片机；所述比较器内预设一警戒值，当电压超过所述警戒值时，所述比较器输出高电平关闭所述mos管。

优选地，所述mos管包括mos管内阻；所述电压为所述内阻两端电压。

优选地，所述第一电流小于等于40A。

优选地，所述至少一个继电器为两个，包括互相串联的第一继电器及第二继电器；所述第一继电器及第二继电器分别串联一所述mos管模块总成及单片机，由所述mos管模块总成及单片机控制所述第一继电器及第二继电器的开断路状态

优选地，所述驱动控制系统还包括：电流判断模块，集成于所述电流检测模块内；所述电流检测模块内预设一危险值，当所述驱动控制系统的电流超过所述危险值时，所述电流判断模块控制所述mos管模块总成关闭。

优选地，所述电流判断模块包括一第二放大器；所述第二放大器的同相输入端为所述电流判断模块的输入端；所述第二放大器的输出端为所述电流判断模块的输出端。

优选地，所述mos管驱动模块包括一驱动模块输入端、单片机控制输出口、驱动模块输出端及第一三极管、第二三极管；其中所述第一三极管的基极与所述驱动模块输入端、所述单片机控制输出口并联，发射极与地连接，集电极与所述第二三极管的基极连接；所述第二三极管的发射极与地连接，集电极与所述第一三极管的发射极连接，共同连接至所述驱动模块输出端。

本发明又公开了一种驱动控制系统的控制方法，所述电流检测模块放大所述mos管模块总成两端电压至所述单片机进行采样；当所述电机赌转时，所述单片机根据其采样的电压关闭所述电机。

优选地，当所述电机电路出现大电流脉冲时，所述电流检测模块关闭所述mos管模块总成。

优选地，所述大电流的电流值大于等于60A。

优选地，所述驱动控制系统还包括：电流判断模块；当所述继电器粘合时，所述电流判断模块触发并关闭所述mos管模块总成。

优选地，当所述电机电路停止工作后，所述电流检测模块关闭，使静态电流降低。

采用上述技术方案后，当本发明的保护电路检测到电机驱动控制电路中的故障时，将在极短的时间内隔断该大电流回路，以保护电路中的继电器及保险丝，防止其被烧坏。且由于上述保护电路在该电机驱动控制电路正常工作时仅消耗极少电力，对整个电路的正常工作不产生任何影响。

附图说明

图1为现有技术中直流电机正常工作时控制与连接示意图；

图2为现有技术中直流电机闭锁时电路状态示意图；

图3为现有技术中继电器粘合时电路状态示意图；

图4为现有技术中继电器弹片变形时电路状态示意图；

图5为现有技术中线束与车身地短路时电路状态示意图；

图6为现有技术中线束与电源短路时电路状态示意图；

图7为现有技术中电机本体短路时电路状态示意图；

图8为本发明驱动控制系统示意图；

图9为本发明一优选实施例中mos管电流检测模块的电路示意图；

图10为本发明一优选实施例中mos管模块总成内电流判断模块的电路示意图；

图11为本发明另一优选实施例中mos管电流检测模块的电路示意图；

图12为本发明另一优选实施例中mos管模块总成内电流判断模块的电路示意图；

图13为本发明一优选实施例中mos管驱动模块的电路示意图；

图14为本发明另一优选实施例中mos管驱动模块的电路示意图；

图15为本发明一优选实施例中供电模块的电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。

参阅图8，为本发明具有保护电路的驱动控制系统示意图。该驱动控制系统中，保护电路包括单片机及一mos管模块总成，其中，mos管模块总成包括mos管及mos管驱动模块，两者互相电性连接，由mos管驱动模块驱动mos管开启或关闭。单片机则与mos管驱动模块电性连接，并向其输出控制指令，mos管驱动模块驱动mos管开启或关闭的控制方式均由单片机驱使操作。mos管模块总成可检测自身两端的电压，并将检测的mos管模块总成电压值发送至单片机进行采样分析，单片机判断并分析完毕后，通过mos管驱动模块控制mos管开启或关闭的工作状态。当外部电路元件与mos管模块总成串联时，利用mos管的开启或关闭控制电路元件在电路中导通状态及电路回路状态，从而起到当电路电流过大时对电路元件的保护作用。图8中，该驱动电路使用了两套上述配置的保护电路，以对每一电路元件进行保护。

上述工作过程中，保护电路内的mos管模块总成进一步包括了一mos管电流检测模块，用于检测经过mos管的电流，并形成一电压值输出至单片机，单片机便根据该电压值来进行判断是否需要关闭mos管。参阅图9及图11，分别为优选实施例中mos管电流检测模块的电路示意图。图9中，mos管包括mos管内阻，记作R1，其两端电压值即为单片机采样的电压值的依据。电路中R2为模拟负载电阻，X1A为一放大器，设于输出端Y1与R1及R2间，用于将流经R1的电流形成的电压放大，使得单片机更加容易识别并判断。图11中，mos管还可包括缓冲器，设于输出端与放大器X1A间，将放大器输出的电压值暂时缓存，周期性地将电压值发送至单片机，以节省单片机工作判断时间。

上述优选实施例中，mos管电流检测模块仅检测经过mos管小于等于40A的小电流，以提高对不同电流的检测、敏感的精确度。

对于经常造成内部线束短路汽车电机来说，可使用上述保护电路对电路内的继电器、电机及保险丝进行保护。电机的驱动控制系统包括了至少一个继电器、多个具有mos管模块总成及单片机的上述保护电路、电流检测模块及供电模块。该实施例中，在保护电路的外部外设了一电流检测模块，用于检测经过mos管模块总成的电流，尤其是大电流脉冲，其中大电流一般指电流值大于60A的电流。该驱动控制系统中，每一继电器的电源端或接地端连接有一mos管模块总成及单片机，与继电器串联的目的在于，继电器的导通状态由mos管模块总成及单片机形成的保护电路确定，大电流脉冲的情况发生时可及时切断继电器与电机及发动机的连接关系。供电模块与上述电流检测模块连接，用于给电流检测模块供电，供电模块进一步地与mos管模块总成连接，将发动机的电力部分导通至电流检测模块。本实施例中，继电器的数量为两个，分别记为第一继电器及第二继电器，该两个继电器串联连接，且均串联了一上述具有mos管模块总成及单片机的保护电路，由该保护电路控制两继电器的开断路状态。

参阅图15，为该供电模块的电路示意图，当使用者打开任意一个mos管模块总成时，供电模块便被触发给整个电流检测判断模块供电，P1为单片机控制一mos管模块总成打开时的信号口，P11为另一单片机控制另一mos管模块总成打开时的信号口。上述两mos管模块中任一打开时，就会驱动Q5,Q6将电源V1经Vop供给放大和判断模块。当整个大电流回路停止工作后，电流检测以及判断电路的电源则相应关闭。

单片机内使用者可预设一预定值，当电流检测模块检测经过mos管模块的电流大于该预定值时，单片机便执行关闭电机的操作，在电流过大的情况下保护继电器、电机、保险丝不被烧坏。

一优选实施例中，驱动控制系统还包括了一电流判断模块，集成在电流检测模块内部。参阅图10及图12，分别为实施例中mos管模块总成内电流判断模块的电路示意图。该判断模块的输入端与电流检测模块电路的输出端连接，于图10中相互连接的判断模块的输入端与电流检测模块电路的输出端均标为Y1，于图12中相互连接的判断模块的输入端与电流检测模块电路的输出端标为Y3，以示两端互连。图10中的实施例的判断模块的输出端为其内置的放大器X2A的输出端，记作Y2，输出端为内置放大器X2A的同相输入端，记作Y1；于图12的实施例的判断模块的输出端为与放大器相连的三极管Q1的集电极，记作Y4。各判断模块的输入端与输出端间可设置多个电阻，图10实施例中分别通过并联于输入端与输出端（图示中为R10）、放大器的反相输入端与地（图示中为R9）、输出端与放大器的反相输入端（图示中为R8及R12）中的任一方式，图12实施例中分别通过在输入端Y3与地间设置电容（图示中为C2）、同相输入端与三极管Q1的基极间设置电阻（图示中为R10、R11）、反相输入端与三极管Q1的基极间设置电阻（图示中为R8、R11）中的任意方式，来调整判断模块对电流的敏感程度，使用者可根据现场使用要求，任意调整变换。上述电流判断模块内预设一危险值，当驱动控制系统的电流超过该危险值时，电流判断模块便控制mos管模块总成关闭。上述配置下，当单片机无法对电路产生的故障进行及时的处理关闭mos管时，该电流判断模块硬件判断是否需要关闭mos管，若是，则直接控制mos管驱动模块进行相应的操作。如此做来，可以更加快速关闭大电流回路，是整个电路更加可靠。

本发明驱动控制系统的保护电路中，mos管模块总成同样包括了mos管、mos管电流检测模块及mos管驱动模块，且各自的工作过程与上述保护电路中介绍的相同。其中，mos管电流检测模块包括放大器及比较器，放大器X1A放大mos管两端的电压至单片机，而比较器内使用者可预设一警戒值，当电压值超过警戒值时，比较器便会输出高电平以关闭mos管。

参阅图13及图14，分别为实施例中mos管驱动模块的电路示意图。具体地，图13中，mos管驱动模块采用L6384驱动升压电路，来驱动mos管模块总成。Y2为检测和判断电路的输出口，P1为单片机的控制输出口。单片机输出控制该驱动电路的使能，后从Y7输出至mos管的栅极。当大电流回路出现问题，判断电路输出关闭mos管的信号，则Y2驱动Q2关闭该驱动电路，从而关闭mos管。图14中，为另一mos管模块总成的驱动模块。Y4为图12实施例中检测和判断电路的输出口，P11为单片机的控制输出口。该驱动模块包括两三极管，分别记作Q3及Q4，其中三极管Q3的基极与输入端P11、Y4并联，发射极与地连接，集电极则与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极与地连接，集电极则与三极管Q3的发射极连接，共同连接至输出端Y5。输入端P11、Y4与三极管Q3的基极间可设置一电阻（图示中为R16）或是在三极管Q3的集电极与三极管Q4的基极间串联一电阻R3，亦或是三极管Q3的发射极与三极管Q4的集电极间串联一电阻R8来对驱动模块的电流敏感度进行调整。正常工作时由单片机P11来控制mos管的开启以及关闭，当mos管模块总成出现大电流脉冲或者异常大电流时，单片机来不及关闭该mos管,则此时由判断模块输出控制信号来关闭该mos管。

上述图13与图14中所示的驱动模块中，可根据实际电路使用情况选用不同的mos管设计。具体地，图13所选的mos管可以是大电流mos管，均为N channel配置，打开此mos管的条件是mos管的栅极电压要高于mos管的源极电压。由于在电源端的mos管打开后，栅极和源极电压几乎相等，均为电源电压，则要维持该mos管的开启状态，栅极电压必须升压，使其电压高于电源电压。而图14中接地端的mos管，因源极一直接地，因此不需要升压，采用比较简单的上拉电路的配置进行驱动即可。

本发明还公开了一种驱动电路控制方法，电流检测模块放大mos管模块总成两端电压至单片机进行采样；当电机赌转时，单片机根据其采样的电压关闭电机。更具体地，当电路正常工作时，MOS管模块总成正常导通，由于MOS管模块总成正常导通时内阻是一定的，通过电流检测模块将MOS管模块总成两端的电压进行放大给单片机进行采样。这样单片机可以根据电流变化的趋势来判断电机处的状态，及时关闭电机，防止电机由于长时间的赌转而发热而减少其本身的寿命。当大电流回路出现异常大电流（大于等于60A）脉冲时，电流检测以及判断保护模块及时检测并可触发该保护电路，硬件快速关断MOS管模块总成，从而避免大电流脉冲超出继电器承受能力，进一步地保护继电器。如果继电器粘合导致电机长时间出现在赌转状态时，MOS管模块总成本体温度上升，其内阻增大，其两端电压随着内阻的增加而增加，从而电流检测模块检测到的电流相应增加，当到达设定的危险区域时，电流判断模块被触发，硬件关闭MOS管模块总成从而切断大电流回路，只有系统电流低于安全值才能重新接通大电流回路，这样可以避免长时间的大电流加热所导致的烧车，且由于该电路可直接避开电机启动时的脉冲电流，其可迅速作出判断。当回路出现短路，电流过大时，MOS管模块总成两端电压瞬间超过安全值，触发保护电路硬件快速关闭MOS管模块总成，避免保险丝以及大电流回路的损毁。当整个大电流回路停止工作后，电流检测以及判断电路的电源相应关闭，保证静态电流降到最低。

采用上述技术方案后，当本发明的保护电路检测到电机驱动控制电路中的故障时，将在极短的时间内隔断该大电流回路，以保护电路中的继电器及保险丝，防止其被烧坏。且由于上述保护电路在该电机驱动控制电路正常工作时仅消耗极少电力，对整个电路的正常工作不产生任何影响。

应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (18)

1.一种保护电路，包括：单片机及mos管模块总成；

所述mos管模块总成包括互相电性连接的mos管及mos管驱动模块；

所述单片机与所述mos管驱动模块电性连接，用于输出控制指令；

所述mos管模块总成检测自身的两端电压，并将检测的mos管模块总成电压值发送至所述单片机进行采样；

所述单片机判断所述电压值后输出控制指令至所述mos管驱动模块，以控制所述mos管开启或关闭，从而保护与所述mos管模块总成串联的电路元件。

2.如权利要求1所述的保护电路，其特征在于：

所述mos管模块总成进一步包括：mos管电流检测模块；

所述mos管电流检测模块用于检测经过所述mos管的第一电流，并形成电压值输出至所述单片机。

3.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于：

所述mos管电流检测模块包括一放大器；

所述放大器用于放大所述mos管的两端的电压至所述单片机。

4.如权利要求3所述的保护电路，其特征在于：

所述mos管包括mos管内阻；

所述电压为所述内阻两端电压。

5.如权利要求2所述的保护电路，其特征在于：

所述第一电流小于等于40A。

6.一种用于电机的驱动控制系统，包括：

用于控制所述电机开启或关闭的至少一个继电器，其特征在于：

所述驱动控制系统还包括：至少一个mos管模块总成、单片机及供电模块；

每一所述至少一个继电器的电源端或接地端连接有一所述mos管模块总成及单片机；

所述mos管模块总成包括：一mos管、mos管电流检测模块、mos管驱动模块；

所述mos管电流检测模块用于检测经过所述mos管的第一电流；

所述mos管驱动模块与所述单片机连接，根据所述单片机发来的指令控制所述mos管开启或关闭；

所述mos管电流检测模块用于检测经过所述mos管模块总成的第一电流；所述供电模块与所述mos管电流检测模块连接，用于给所述mos管电流检测模块供电；

所述单片机内预设有一预定值，当所述mos管电流检测模块检测经过所述mos管模块总成的第一电流大于所述预定值时，所述单片机关闭所述电机。

7.如权利要求6所述的驱动控制系统，其特征在于：

所述mos管电流检测模块包括一第一放大器及比较器；

所述第一放大器用于放大所述mos管的两端的电压至所述单片机；

所述比较器内预设一警戒值，当电压超过所述警戒值时，所述比较器输出高电平关闭所述mos管。

8.如权利要求7所述的驱动控制系统，其特征在于：

所述mos管包括mos管内阻；

所述电压为所述内阻两端电压。

9.如权利要求6所述的驱动控制系统，其特征在于：

所述第一电流小于等于40A。

10.如权利要求6所述的驱动控制系统，其特征在于：

所述至少一个继电器为两个，包括互相串联的第一继电器及第二继电器；所述第一继电器及第二继电器分别串联一所述mos管模块总成及单片机，由所述mos管模块总成及单片机控制所述第一继电器及第二继电器的开断路状态。

11.如权利要求6所述的驱动控制系统，其特征在于：

所述驱动控制系统还包括：电流判断模块，集成于所述mos管电流检测模块内；

所述mos管电流检测模块内预设一危险值，当所述第一电流超过所述危险值时，所述电流判断模块控制所述mos管模块总成关闭。

12.如权利要求11所述的驱动控制系统，其特征在于：

所述电流判断模块包括一第二放大器；

所述第二放大器的同相输入端为所述电流判断模块的输入端；

所述第二放大器的输出端为所述电流判断模块的输出端。

13.如权利要求6所述的驱动控制系统，其特征在于：

所述mos管驱动模块包括一驱动模块输入端、单片机控制输出口、驱动模块输出端及第一三极管、第二三极管及第一电阻；

其中所述第一三极管的基极与所述驱动模块输入端、所述单片机控制输出口连接，发射极与地连接，集电极与所述第二三极管的基极连接；

所述第二三极管的发射极与地连接，集电极与所述第一电阻的第一端和所述驱动模块输出端连接，所述第一电阻的第二端与所述第一三极管的发射极连接。

14.一种如权利要求6所述驱动控制系统的控制方法，其特征在于：

所述mos管电流检测模块放大所述mos管模块总成两端电压至所述单片机进行采样；

当所述电机赌转时，所述单片机根据其采样的电压关闭所述电机。

15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于：

当所述电机电路出现大电流脉冲时，所述mos管电流检测模块关闭所述mos管模块总成。

16.如权利要求15所述的控制方法，其特征在于：

所述大电流的电流值大于等于60A。

17.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于：

所述驱动控制系统还包括：电流判断模块；

当所述继电器粘合时，所述电流判断模块触发并关闭所述mos管模块总成。

18.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于：

当所述电机电路停止工作后，所述mos管电流检测模块关闭，使静态电流降低。