CN106505526A - 一种用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构 - Google Patents

一种用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，包括取样电路、恒流源电路、稳压电路、高端电压转电流电路及电流转对地电压电路，所述取样电路的输入端与电机用功率电源输出正端相连，其输出端与电机驱动桥电路相连，所述恒流源电路的输出端与稳压电路的输入端相连，其输入端接地，所述稳压电路的输出端分别与高端电压转电流电路、取样电路的输入端相连，所述高端电压转电流电路的输出端与电流转对地电压电路的输入端相连，所述电流转对地电压电路的输出端与比较器N1的同相输入端相连。本发明通过高端电压转电流电路实现了对高共模浮地信号转对地小电压信号的转化，大大提高了电机驱动系统的可靠性和稳定性。

Description

一种用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构
技术领域
本发明涉及电机驱动控制技术领域，具体涉及一种用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构。
背景技术
在电机驱动控制电路中，过电流故障是一种常见的故障，因此过电流保护技术是保证系统可靠工作的一项关键技术。高端过流保护电路作用是当电机系统出现过大电流时，该电路将高端取样电阻采集的高共模电压浮地过流信号转换对地的低压信号，该低压信号通过比较电路去关断电机驱动信号，从而保护电机及驱动控制电路。过流保护已广泛用于各种类航空、航天、兵器、船舶、电子等高可靠领域。目前，一些低端过流保护电路无法满足不同的过流保护场合，而有些高端过流保护电路无法满足高共模电压的场合，限制其应用范围。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，能够针对在电机驱动电路中不同过电流场合实现对电机及电机驱动控制电路的保护。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，包括取样电路、恒流源电路、稳压电路、高端电压转电流电路及电流转对地电压电路，所述取样电路的输入端与电机用功率电源输出正端相连，其输出端与电机驱动桥电路相连，所述恒流源电路的输出端与稳压电路的输入端相连，其输入端接地，所述稳压电路的输出端分别与高端电压转电流电路、取样电路的输入端相连，所述高端电压转电流电路的输出端与电流转对地电压电路的输入端相连，所述电流转对地电压电路的输出端与比较器N1的同相输入端相连。
所述取样电路采用取样电阻Rs，所述采样电阻Rs的一端与电机用功率电源输出正端相连，其另一端与电机驱动桥电路相连。
所述稳压电路采用稳压管V1，所述稳压管V1的正极端与恒流源电路相连，其负极端分别与高端电压转电流电路、取样电路的输入端相连。
所述电流转对地电压电路包括二极管V4及与二极管V4并联的电阻R1和电容C1，所述二极管V4的正极端接地，其负极端分别与比较器N1的同相输入端、高端电压转电流电路的输出端相连。
所述高端电压转电流电路包括三极管V2、MOS管V3，所述三极管V2的基极经电阻Rb与取样电路的输出端相连，其发射极经电阻Re分别与稳压电路的输出端、取样电路的输入端相连，其集电极与MOS管的源极相连，MOS管的栅极与稳压电路的输入端相连，其漏极与电流转对地电压电路的输入端相连。
所述高端电压转电流电路采用差分放大器电路，所述差分放大器电路包括差动放大器U1，所述差动放大器U1的同相输入端经电阻R2与取样电路的输出端相连，其反向输入端经电阻R3与取样电路的输入端相连，差动放大器U1的输出端与电流转对地电压电路的输入端相连，差动放大器U1的反向输入端经电阻R4与其输出端相连。
所述高端电压转电流电路采用电流检测放大电路，所述电流检测放大电路包括差动放大器U2，所述差动放大器U2的同相输入端经电阻R5与取样电路输出端相连，其反向输入端经电阻R6与取样电路的输入端相连。
所述差动放大器U1的型号为INA117。
所述差动放大器U2的型号为AD8210。
由上述技术方案可知，本发明所述电机驱动高端过流保护电路拓扑结构，通过高端电压转电流电路实现了对高共模浮地信号转对地小电压信号的转化，大大提高了系统的可靠性和稳定性。
附图说明
图1是本发明的第一种实施方式的电路图；
图2是本发明的第二种实施方式的电路图；
图3是本发明的第三种实施方式的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
实施例1
如图1所示，本实施例的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，包括取样电路1、恒流源电路2、稳压电路3、高端电压转电流电路4及电流转对地电压电路5，取样电路1的输入端与电机用功率电源输出正端相连，其输出端与电机驱动桥电路6相连，恒流源电路2的输出端与稳压电路3的输入端相连，其输入端接地，稳压电路3的输出端分别与高端电压转电流电路4、取样电路1的输入端相连，高端电压转电流电路4的输出端与电流转对地电压电路5的输入端相连，电流转对地电压电路5的输出端与比较器N1的同相输入端相连。
本实施例中，取样电路1采用取样电阻Rs，稳压电路3采用稳压管V1，电流转对地电压电路5采用二极管V4及与二极管V4并联的电阻R1和电容C1，高端电压转电流电路4采样三极管V2、MOS管V3；采样电阻Rs的一端与电机用功率电源输出正端相连，其另一端与电机驱动桥电路6相连；稳压管V1的正极端与恒流源电路2相连，其负极端分别与高端电压转电流电路4、取样电阻Rs的电源端相连。二极管V4的正极端接地，其负极端分别与比较器N1的同相输入端、MOS管的漏极相连；三极管V2的基极经电阻Rb连接在取样电阻Rs和驱动桥电路6之间，三极管V2的发射极经电阻Re分别与稳压管V1的负极端、采样电阻Rs的电源端相连，MOS管的栅极与稳压管V1的正极端相连，MOS管的漏极与二极管V2的负极相连，MOS管的源极与三极管V2的集电极相连，二极管V4的阳极接地，比较器N1的同相输入端连接在二极管V4与电阻R1、电容C1的节点处。本实施例中PNP三极管的型号为MPSA94，MOS管型号分别为VP0550。
本实施例利用三极管V2集电极电流随基极与发射极电压控制实现，当三极管V2发射极e与基极b电压大于约0.6V后，三极管V2集电极c与发射极导通，此时，PMOS管V3源极s电压接近电机功率电源电压+Vs，而PMOS管栅极G由于稳压管的作用电压小于功率电压电压+Vs，因此，PMOS管源极s电压大于栅极g电压，从而PMOS管导通，这样就与电流转对地电压电路形成回路，受三极管V2 发射极e与基极b电压控制的电流会在电流转对地电压电路上形成一个对地的低压小信号，该低压信号就可以通过比较电路去关断驱动桥的驱动信号。
流过电机负载的电流通过功率电源VS、取样电阻Rs、驱动桥电路、电机负载，最终到功率电源地的，根据欧姆定律，取样电阻Rs可以将流过电机负载的电流转换成电压信号，由于同时取样电阻高端（接功率电源VS）通过电阻Re连接到三极管V2的发射极e，取样电阻低端（接驱动桥电路）通过电阻Rb连接到三极管V2的基极b，当流过电机的电流在取样电阻形成的电压大于二极管导通压降0.3V～0.4V，即三极管V2 发射极e与基极b电压大于约0.3V～0.4V后，根据三极管的工作原理，三极管V2集电极c与发射极e导通，此时，PMOS管V3源极s电压接近电机功率电源电压+Vs，而PMOS管栅极G由于稳压管V1（其中，恒流源电路为稳压管V1的工作提供偏置电流，使得稳压管V1 正常工作稳压）的作用电压小于功率电压电压+Vs，因此，PMOS管源极s电压大于栅极g电压，根据P沟道MOS管的工作原理，此时PMOS管导通，这样，受三极管V2 发射极e与基极b电压（也即取样电阻两端电压）控制的三极管集电极电流从功率电源Vs开始经过电阻Re、三级管V2、再通过PMOS管V3，再经过电流转对地电压电路中的R1（C1用于滤波，稳压管V2用于限制电压幅度）后与地形成回路，同时会在电流转对地电压电路上形成一个对地的低压小信号，该低压小信号电压连接到比较器N1的正端（+），当该电压值大于比较器N1负端（-）+Vref参考电压时，比较器N1输出翻转为高电平（电压值接近比较器工作电压），比较器N1输出连接到驱动芯片的关断端，使得驱动芯片被关断无法输出驱动信号到驱动桥电路，因此驱动桥电路也无输出，这样功率电源VS的电流将无法输出到电机负载，从而保护电机出现过流现象。
实施例2
如图2所示，本实施例除了高端电压转电流电路4的电路图与实施1的不同，其他电路结构均相同，本实施例的高端电压转电流电路4采用差分放大器电路，该差分放大器电路由差动放大器U1与电阻网络组成，该差动放大器U1的同相输入端经电阻R2连接在取样电阻Rs与驱动桥电路之间的节点处，差动放大器U1的反向输入端经电阻R3与取样电阻Rs的电源端相连，差动放大器U1的输出端与二极管V2的负极端相连，差动放大器U1的反向输入端经电阻R4与其输出端相连。本实施例中该差动放大器的型号为INA117。
通过取样电阻Rs转换成的高共模浮地电压信号通过具有高共模电压抑制比的通用差动放大器U1和电阻网络组成的差分电路变成了对地的低压小信号，该低压信号就可以通过比较电路去关断驱动桥电路6的驱动信号。
流过电机负载的电流是通过功率电源VS、取样电阻RS、驱动桥电路、电机负载，最终到功率电源地的，根据欧姆定律，取样电阻RS可以将流过电机负载的电流转换成电压信号；取样电阻的高端（接功率电源VS）、低端（接驱动桥电路）的电压值均接近功率电源VS电压，为高共模浮地电压信号，但两者的电压差为低电压信号，通过采用高共模电压抑制比的通用差动放大器U1以及四个电阻组成的差分放大电路对该高共模浮地电压信号进行放大后，与电流转对地电压电路（R1为U1输出电压提供电流回路，C1用于滤波，稳压管V2用于限制电压幅度）一起转化成对地的低压小信号，该低压小信号电压连接到比较器N1的正端（+），当该电压值大于比较器负端（-）+Vref参考电压时，比较器N1输出翻转为高电平（电压值接近比较器工作电压），比较器N1输出连接到驱动芯片的关断端，使得驱动芯片被关断无法输出驱动信号到驱动桥电路，因此驱动桥电路也无输出，这样功率电源VS的电流将无法输出到电机负载，从而保护电机出现过流现象。
实施例3
如图3所示，本实施例除了高端电压转电流电路4的电路图与实施1的不同，其他电路结构均相同，本实施例的高端电压转电流电路4采用电流检测放大电路，该电流检测放大电路采用型号为AD8210的差动放大器U2，该差动放大器U2的同相输入端经电阻R5连接在取样电阻Rs与驱动桥电路之间的节点处，其反向输入端经电阻R6与取样电阻Rs的电源端相连，该差动放大器U2的输出端与二极管V2的负极端相连。
通过取样电阻Rs转换成的高共模浮地电压信号,再通过专用的电流检测放大器电路变成了对地的低压小信号，该低压信号就可以通过比较电路去关断驱动桥的驱动信号。
流过电机负载的电流是通过功率电源VS、取样电阻RS、驱动桥电路、电机负载，最终到功率电源地的，根据欧姆定律，取样电阻RS可以将流过电机负载的电流转换成电压信号；取样电阻的高端（接功率电源VS）、低端（接驱动桥电路）的电压值均接近功率电源VS电压，为高共模浮地电压信号，但两者的电压差为低电压信号，该地电压信号通过专用的电流检测放大器电路（无需4个电阻，内部集成专用电路）放大后，与电流转对地电压电路（R1为U1输出电压提供电流回路，C1用于滤波，稳压管V2用于限制电压幅度）一起转化成对地的低压小信号，该低压小信号电压连接到比较器N1的正端（+），当该电压值大于比较器负端（-）+Vref参考电压时，比较器N1输出翻转为高电平（电压值接近比较器工作电压），比较器N1输出连接到驱动芯片的关断端，使得驱动芯片被关断无法输出驱动信号到驱动桥电路，因此驱动桥电路也无输出，这样功率电源VS的电流将无法输出到电机负载，从而保护电机出现过流现象。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：包括取样电路（1）、恒流源电路（2）、稳压电路（3）、高端电压转电流电路（4）及电流转对地电压电路（5），所述取样电路（1）的输入端与电机用功率电源输出正端相连，其输出端与电机驱动桥电路（6）相连，所述恒流源电路（2）的输出端与稳压电路（3）的输入端相连，其输入端接地，所述稳压电路（3）的输出端分别与高端电压转电流电路（4）、取样电路（1）的输入端相连，所述高端电压转电流电路（4）的输出端与电流转对地电压电路（5）的输入端相连，所述电流转对地电压电路（5）的输出端与比较器N1的同相输入端相连。
2.根据权利要求1所述的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：所述取样电路（1）采用取样电阻Rs，所述采样电阻Rs的一端与电机用功率电源输出正端相连，其另一端与电机驱动桥电路（6）相连。
3.根据权利要求1所述的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：所述稳压电路（3）采用稳压管V1，所述稳压管V1的正极端与恒流源电路（2）相连，其负极端分别与高端电压转电流电路（4）、取样电路（1）的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：所述电流转对地电压电路（5）包括二极管V4及与二极管V4并联的电阻R1和电容C1，所述二极管V4的正极端接地，其负极端分别与比较器N1的同相输入端、高端电压转电流电路（4）的输出端相连。
5.根据权利要求1所述的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：所述高端电压转电流电路（4）包括三极管V2、MOS管V3，所述三极管V2的基极经电阻Rb与取样电路（1）的输出端相连，其发射极经电阻Re分别与稳压电路（3）的输出端、取样电路（1）的输入端相连，其集电极与MOS管的源极相连，MOS管的栅极与稳压电路（3）的输入端相连，其漏极与电流转对地电压电路（5）的输入端相连。
6.根据权利要求1所述的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：所述高端电压转电流电路（4）采用差分放大器电路，所述差分放大器电路包括差动放大器U1，所述差动放大器U1的同相输入端经电阻R2与取样电路（1）的输出端相连，其反向输入端经电阻R3与取样电路（1）的输入端相连，差动放大器U1的输出端与电流转对地电压电路（5）的输入端相连，差动放大器U1的反向输入端经电阻R4与其输出端相连。
7.根据权利要求1所述的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：所述高端电压转电流电路（4）采用电流检测放大电路，所述电流检测放大电路包括差动放大器U2，所述差动放大器U2的同相输入端经电阻R5与取样电路（1）输出端相连，其反向输入端经电阻R6与取样电路（1）的输入端相连。
8.根据权利要求6所述的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：所述差动放大器U1的型号为INA117。
9.根据权利要求7所述的用于电机驱动的高端过流保护电路拓扑结构，其特征在于：所述差动放大器U2的型号为AD8210。
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