CN107733303B - 一种基于到位关断的直流电机能量自回馈控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于到位关断的直流电机能量自回馈控制电路，包括：状态指示与到位关断电路、上桥驱动电路、下桥驱动电路、功率主电路、过流检测电路、互锁保护电路和自回馈保护电路；本发明无需主控芯片和大体积的继电器，避免了复杂的控制电路和软件控制算法，降低了电路的体积和成本，采用状态指示与到位关断电路将电机状态进行显示并实现电机到位自动关断，采用互锁保护电路对电流过流进行保护，及时切断主电路，避免功率主电路和电机损坏，采用自回馈保护电路将电机回馈的能量进行吸收，避免对供电总电源的冲击，提升了可靠性。

Description

一种基于到位关断的直流电机能量自回馈控制电路

技术领域

本发明涉及控制电路技术领域，尤其涉及一种基于到位关断的直流电机能量自回馈控制电路。

背景技术

直流电机具有结构和控制简单、体积和重量小、运行可靠、效率高等优点，在国防、航天、航空、汽车、医疗等各个领域。随着永磁材料的出现以及电子元器件的快速发展，永磁直流电机得到更加广泛的应用，高可靠、低成本的直流电机控制电路成为直流电机发展的关键技术之一。

当前主流的直流电机控制电路主要有两种方式，一种方式是采用四个继电器搭建H桥电路来控制电机正反转，这种方式的优点是结构简单，控制方便，无需主控芯片，降低了系统的复杂性，缺点是控制电路体积大，成本高，继电器开关次数有限，降低了系统的可靠性，对于大功率的电机，继电器体积更大，成本更高。第二种方式是采用功率管搭建桥式电路，利用主控芯片控制功率管实现电机的正反转，这种方式的优点是控制方式灵活，可扩展性高，缺点是由于主控芯片的存在导致控制电路复杂、成本高、体积较大。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于到位关断的直流电机能量自回馈控制电路，用以解决直流控制电路可靠性低、体积大、成本高的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

在基于本发明的一个实施例中，提供了一种基于到位关断的直流电机能量自回馈控制电路，包括：状态指示与到位关断电路、上桥驱动电路、下桥驱动电路、功率主电路、过流检测电路、互锁保护电路和自回馈保护电路；其中电机正转信号SZ和反转信号SF连接连接到状态指示与到位关断电路的输入端，状态指示与到位关断电路用于控制电路自动切断并指示切断状态，状态指示与到位关断电路输出上桥驱动信号SZ1＇和SF1＇到上桥驱动电路的输入端，上桥驱动电路输出电机驱动信号SZ2、SF2和下桥驱动信号SZ3、SF3，下桥驱动信号SZ3、SF3连接到下桥驱动电路输入端，下桥驱动电路输出电机驱动信号SZ4、SF4与上桥驱动电路输出的电机驱动信号SZ2、SF2连接到功率主电路来控制电机正反转，功率主电路输出电压保护信号CU1和CU2连接过流检测电路的输入端，过流检测电路输出高低电平信号OV1和OV2到互锁保护电路的输入端，用于在电机过流时切断电路，互锁保护电路根据输入的电压信号OV1和OV2输出控制信号OV3和OV4到上桥驱动电路的控制端，当输入的正转信号SZ和反转信号SF同时为高电平或者出现电流超限时保护电路，总电源VCC通过自回馈保护电路与功率主电路之间进行能量交互。

在基于本发明电路的另一个实施例中，还包括开关滤波电路，其中电机正转信号SZ和反转信号SF连接到开关滤波电路的输入端，经滤波后输出正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1连接到状态指示与到位关断电路的输入端；开关滤波电路包括：电阻R16、电阻R17，电阻R21、电阻R22、电容C1、电容C2、NPN三极管K12、NPN三极管K7；电机正转信号SZ与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与电容C1的一端、电阻R17的一端、NPN三极管K12的基极连接，电容C1的另一端与电阻R17的另一端、NPN三极管K12的发射极、电源地GND连接，NPN三极管K12的集电极输出正转滤波信号SZ1；电机反转信号SF与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与电容C2的一端、电阻R21的一端、NPN三极管K7的基极连接，电容C2的另一端与电阻R22的另一端、NPN三极管K7的发射极、电源地GND连接，NPN三极管K7的集电极输出反转滤波信号SF1。

在基于本发明电路的另一个实施例中，状态指示与到位关断电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R14、电阻R15、比较器U1、比较器U2、指示灯LM1、指示灯LM2、正转到位开关SW1、反转到位开关SW2、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R40；其中，SZ1接入R2的一端，R2的另一端分别与电阻R1的一端、正转到位开关SW1的公共端COM连接，电阻R1的另一端与电源VCC1连接，正转到位开关SW1的常开触点NO与电压比较器U1的正输入端连接，电压比较器U1的负输入端与电阻R29和电阻R30的一端连接，R29的另一端与电源V+连接，R30的另一端与电压比较器电源负极输入端、电源地GND、指示灯LM1的一端连接，电压比较器电源U1正极输入端与电源V+连接，电压比较器U1的输出端与电阻R31的一端、指示灯LM1的另一端连接，电阻R31的另一端与电源V+连接，正转到位开关SW1的常闭触点NC为状态指示与到位关断电路的第一输出端，输出上桥驱动信号SZ1＇；SF1接入R15的一端，电阻R15的另一端与电阻R14的一端、反转到位开关SW2的公共端COM连接，电阻R14的另一端与电源VCC1连接，反转到位开关SW2的常开触点NO与电压比较器U2的正输入端连接，电压比较器U2的负输入端与电阻R32和电阻R33的一端连接，R32的另一端与电源V+连接，R33的另一端与电压比较器电源负极输入端、电源地GND、指示灯LM2的一端连接，电压比较器U2电源正极输入端与电源V+连接，电压比较器U2的输出端与电阻R40的一端、指示灯LM2的另一端连接，电阻R40的另一端与电源V+连接，反转到位开关SW2的常闭触点NC为状态指示与到位关断电路的第二输出端，输出上桥驱动信号SF1＇。

在基于本发明电路的另一个实施例中，上桥驱动电路包括：电阻R8、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R18、电阻R23、PNP三极管K2、PNP三极管K4；PNP三极管K2的基极接入上桥驱动信号SZ1＇，PNP三极管K2的发射极与电源VCC1连接，PNP三极管K2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R23的一端、电阻R27的一端连接，连接点输出电机驱动信号SZ2，电阻R23的另一端输出下桥驱动信号SZ3；PNP三极管K4的基极接入上桥驱动信号SF1＇，PNP三极管K4的发射极与电源VCC1连接，PNP三极管K4的集电极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端分别与电阻R28的一端、电阻R18的一端连接，连接点输出电机驱动信号SF2，R18的另一端输出下桥驱动信号SF3。

在基于本发明电路的另一个实施例中，下桥驱动电路包括：电阻R19、电阻R20、电阻R24、电阻R25、NPN三极管K8、NPN三极管K10；NPN三极管K8的基极与电阻R19的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SF3，NPN三极管K8的集电极与R27的另一端连接，电阻R19的另一端与电阻R20的一端、NPN三极管K8的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SF4，电阻R20的另一端与电源地GND连接；NPN三极管K10的基极与电阻R24的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SZ3，NPN三极管K10的集电极与R28的另一端连接，电阻R24的另一端与电阻R25的一端、NPN三极管K10的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SZ4，电阻R25的另一端与电源地GND连接。

在基于本发明电路的另一个实施例中，功率主电路包括：NPN三极管K3、NPN三极管K5、NPN三极管K9、NPN三极管K11、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；其中，NPN三极管K3的基极输入电机驱动信号SZ2，NPN三极管K3的发射极与电阻R27的另一端、NPN三极管K8的集电极、NPN三极管K9的集电极、二极管D1的阳极、二极管D3的阴极、直流电机的正极连接，NPN三极管K9的发射极、二极管D3的阳极与电源地GND连接，二极管D1的阴极、自回馈保护电路二极管D5的阴极、电阻R34的一端、电阻R35的一端与电源VCC1连接，NPN三极管K3的集电极为功率主电路的第一输出端；NPN三极管K5的基极输入电机驱动信号SF2，NPN三极管K5的发射极与电阻R28的另一端、NPN三极管K10的集电极、NPN三极管K11的集电极、二极管D2的阳极、二极管D4的阴极、直流电机的负极连接，NPN三极管K11的发射极、二极管D4的阳极与电源地GND连接，二极管D2的阴极与电源VCC1连接，NPN三极管K5的集电极为功率主电路的第二输出端；功率主电路的第一输出端输出保护电压信号CU1，功率主电路的第二输出端输出保护电压信号CU2。

在基于本发明电路的另一个实施例中，过流检测电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；其中，电阻R6的一端与电阻R7的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输入端，与功率主电路的第一输出端连接，电阻R6的另一端与R7的另一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输出端，电阻R4的另一端和电阻R5的另一端与电源VCC1连接；电阻R11的一端与电阻R12的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输入端，电阻R11的另一端与R12的另一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输出端，与功率主电路的第二输出端连接，电阻R4的另一端和电阻R5的另一端与电源VCC1连接；过流检测电路的第一输入端与保护电压信号CU1连接，过流检测电路的第二输入端与保护电压信号CU2连接，第一输出端输出电压信号OV1，第二输出端输出电压信号OV2。

在基于本发明电路的另一个实施例中，互锁保护电路包括：电阻R3、电阻R13、PNP三极管K1、PNP三极管K6；其中，R3的一端为互锁保护电路的第一输入端，与过流检测电路的第一输出端连接，R3的另一端与K1的基极连接，PNP三极管K1的发射极、电阻R1的一端与电源VCC1连接，PNP三极管K1的集电极与K2的基极连接，连接点为互锁保护电路的第一输出端；电阻R13的一端为互锁保护电路的第二输入端，与过流检测电路的第二输出端连接电阻R13的另一端与K6的基极连接，PNP三极管K6的发射极、电阻R14的一端与电源VCC1连接，PNP三极管K6的集电极与K4的基极连接，连接点为互锁保护电路的第二输出端；互锁保护电路的第一输入端输入电压信号OV1，互锁保护电路的第二输入端输入电压信号OV2，互锁保护电路的第一输出端输出电压控制信号OV3，互锁保护电路的第二输出端输出电压控制信号OV4，电压控制信号OV3和OV4分别连接上桥驱动电路的第一控制端和第二控制端。

在基于本发明电路的另一个实施例中，自回馈保护电路包括：二极管D5、二极管D6、PNP三极管K13、NPN三极管K14、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39；供电总电源VCC与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极连接，二极管D5的阴极与PNP三极管K13的发射极、电阻R34的一端、电阻R35的一端、功率主电路中二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、电源VCC1连接，二极管D6的阴极与电阻R39的一端连接，R39的另一端与电阻R38的一端、PNP三极管K13的基极，电阻R38的另一端与电阻R37的一端、NPN三极管K14的发射极、电源地GND连接，电阻R37的另一端与PNP三极管K13的集电极、电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端与NPN三极管K14的基极连接，NPN三极管K14的集电极与电阻R34的另一端、电阻R35的另一端连接。

在基于本发明电路的另一个实施例中，电机正常运行时，如果正转信号SZ是高电平，反转信号SF是低电平，NPN三极管K12导通，NPN三极管K7关断，SZ1＇是低电平，SF1＇是高电平，PNP三极管K2导通，PNP三极管K4关断，SZ2是高电平，SF2是低电平，SZ3是高电平，SF3是低电平，NPN三极管K3导通，NPN三极管K5关断，NPN三极管K8关断，NPN三极管K10导通，SZ4为高电平，SF4为低电平，NPN三极管K11导通，NPN三极管K9关断，电流通过电源正极VCC1，流经电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN三极管K3、直流电机、NPN三极管K11流入电源地GND，形成闭合回路，电机正转；反之电机反转

当电机正转到位时，正转到位开关SW1的公共端COM与其常开触点NO连接，与其常闭触点NC断开，电压比较器U1输出高电平，电压比较器U2均输出低电平，指示灯LM1点亮，指示灯LM2熄灭，PNP三极管K2和PNP三极管K4均关断，使得NPN三极管K3和NPN三极管K5均关断，直流电机正转通路断开，电机停转；当电机反转到位时，反转到位开关SW2的公共端COM与其常开触点NO连接，与其常闭触点NC断开，电压比较器U1输出低电平，电压比较器U2均输出高电平，指示灯LM1熄灭，指示灯LM2点亮，PNP三极管K2和PNP三极管K4均关断，使得NPN三极管K3和NPN三极管K5均关断，直流电机反转通路断开，电机停转；

当出现能量回馈时，电源VCC1的电压升高到大于供电总电源VCC，PNP三极管K13导通，驱动NPN三极管K14导通，电源VCC1的能量经过电阻R34、电阻R35和NPN三极管K14流向电源地GND，电源VCC1的能量不断降低，当电源VCC1降低到低于供电总电源VCC电压时，PNP三极管K13和NPN三极管K14将会关断，回馈保护通路关断。

本发明有益效果如下：

本发明无需主控芯片和大体积的继电器，避免了复杂的控制电路和软件控制算法，降低了电路的体积和成本，采用状态指示与到位关断电路将电机状态进行显示并实现电机到位自动关断，采用互锁保护电路对电流过流进行保护，及时切断主电路，避免功率主电路和电机损坏，采用自回馈保护电路将电机回馈的能量进行吸收，避免对供电总电源的冲击，提升了可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明一个实施例的电路示意图；

图2为本发明另一个实施例的电路图。

其中，1：开关滤波电路、2：状态指示与到位关断电路、3：上桥驱动电路、4：下桥驱动电路、5：功率主电路、6：过流检测电路、7：互锁保护电路、8：自回馈保护电路。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本申请实施例提供了一种基于到位关断的直流电机能量自回馈控制电路。

如图1所示具体包括：状态指示与到位关断电路、上桥驱动电路、下桥驱动电路、功率主电路、过流检测电路、互锁保护电路、自回馈保护电路；其中电机正转信号SZ和反转信号SF连接到连接到状态指示与到位关断电路的输入端，状态指示与到位关断电路用于控制电路自动切断并指示切断状态，状态指示与到位关断电路输出上桥驱动信号SZ1＇和SF1＇到上桥驱动电路的输入端，上桥驱动电路输出电机驱动信号SZ2、SF2和下桥驱动信号SZ3、SF3，下桥驱动信号SZ3、SF3连接到下桥驱动电路输入端，下桥驱动电路输出电机驱动信号SZ4、SF4与上桥驱动电路输出的电机驱动信号SZ2、SF2连接到功率主电路来控制电机正反转，功率主电路输出保护信号CU连接过流检测电路的输入端，过流检测电路用于电流超限时切断电路，过流检测电路输出高低电平信号OV到互锁保护电路的输入端，互锁保护电路用于输入的正转信号SZ和反转信号SF同时为高电平时保护电路，互锁保护电路输出控制信号OV1到上桥驱动电路的控制端，总电源VCC通过自回馈保护电路与功率主电路之间进行能量交互。

在本发明的另一个实施例中，如图2所示：

还包括开关滤波电路，电机正转信号SZ和反转信号SF连接到开关滤波电路的输入端，经滤波后输出正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1连接到状态指示与到位关断电路的输入端；开关滤波电路具体包括：电阻R16、电阻R17，电阻R21、电阻R22、电容C1、电容C2、NPN三极管K12、NPN三极管K7；电机正转信号SZ与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与电容C1的一端、电阻R17的一端、NPN三极管K12的基极连接，电容C1的另一端与电阻R17的另一端、NPN三极管K12的发射极、电源地GND连接，NPN三极管K12的集电极输出正转滤波信号SZ1；电机反转信号SF与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与电容C2的一端、电阻R21的一端、NPN三极管K7的基极连接，电容C2的另一端与电阻R22的另一端、NPN三极管K7的发射极、电源地GND连接，NPN三极管K7的集电极输出反转滤波信号SF1。

状态指示与到位关断电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R14、电阻R15、比较器U1、比较器U2、指示灯LM1、指示灯LM2、正转到位开关SW1、反转到位开关SW2、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R40；其中，R2的一端为状态指示与到位关断电路的第一输入端，R2的另一端分别与电阻R1的一端、正转到位开关SW1的公共端COM连接，电阻R1的另一端与电源VCC1连接，正转到位开关SW1的常开触点NO与电压比较器U1的正输入端连接，电压比较器U1的负输入端与电阻R29和电阻R30的一端连接，R29的另一端与电源V+连接，R30的另一端与电压比较器电源负极输入端、电源地GND、指示灯LM1的一端连接，电压比较器电源U1正极输入端与电源V+连接，电压比较器U1的输出端与电阻R31的一端、指示灯LM1的另一端连接，电阻R31的另一端与电源V+连接，正转到位开关SW1的常闭触点NC为状态指示与到位关断电路的第一输出端，输出上桥驱动信号SZ1＇；SF1接入R15的一端，电阻R15的一端为状态指示与到位关断电路的第二输入端，电阻R15的另一端与电阻R14的一端、反转到位开关SW2的公共端COM连接，电阻R14的另一端与电源VCC1连接，反转到位开关SW2的常开触点NO与电压比较器U2的正输入端连接，电压比较器U2的负输入端与电阻R32和电阻R33的一端连接，R32的另一端与电源V+连接，R33的另一端与电压比较器电源负极输入端、电源地GND、指示灯LM2的一端连接，电压比较器U2电源正极输入端与电源V+连接，电压比较器U2的输出端与电阻R40的一端、指示灯LM2的另一端连接，电阻R40的另一端与电源V+连接，反转到位开关SW2的常闭触点NC为状态指示与到位关断电路的第二输出端，输出上桥驱动信号SF1＇。

上桥驱动电路包括：电阻R8、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R18、电阻R23、PNP三极管K2、PNP三极管K4；PNP三极管K2的基极接入上桥驱动信号SZ1＇，PNP三极管K2的发射极与电源VCC1连接，PNP三极管K2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R23的一端、R27的一端连接，连接点输出电机驱动信号SZ2，R23的另一端输出下桥驱动信号SZ3；PNP三极管K4的基极接入上桥驱动信号SF1＇，PNP三极管K4的发射极与电源VCC1连接，PNP三极管K4的集电极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端分别与电阻R28的一端、R18的一端连接，连接点输出电机驱动信号SF2，R18的另一端输出下桥驱动信号SF3。

下桥驱动电路包括：电阻R19、电阻R20、电阻R24、电阻R25、NPN三极管K8、NPN三极管K10；NPN三极管K8的基极与电阻R19的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SF3，NPN三极管K8的集电极与R27的另一端连接，电阻R19的另一端与电阻R20的一端、NPN三极管K8的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SF4，电阻R20的另一端与电源地GND连接；NPN三极管K10的基极与电阻R24的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SZ3，NPN三极管K10的集电极与R28的另一端连接，电阻R24的另一端与电阻R25的一端、NPN三极管K10的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SZ4，电阻R25的另一端与电源地GND连接。

功率主电路包括：NPN三极管K3、NPN三极管K5、NPN三极管K9、NPN三极管K11、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；其中，NPN三极管K3的基极输入电机驱动信号SZ2，NPN三极管K3的发射极与电阻R27的另一端、NPN三极管K8的集电极、NPN三极管K9的集电极、二极管D1的阳极、二极管D3的阴极、直流电机的正极连接，NPN三极管K9的发射极、二极管D3的阳极与电源地GND连接，二极管D1的阴极与电源VCC1连接，NPN三极管K3的集电极为功率主电路的第一输出端；NPN三极管K5的基极输入电机驱动信号SF2，NPN三极管K5的发射极与电阻R28的另一端、NPN三极管K10的集电极、NPN三极管K11的集电极、二极管D2的阳极、二极管D4的阴极、直流电机的负极连接，NPN三极管K11的发射极、二极管D4的阳极与电源地GND连接，二极管D2的阴极与电源VCC1连接，NPN三极管K5的集电极为功率主电路的第二输出端；功率主电路的第一输出端输出保护电压信号CU1，功率主电路的第二输出端输出保护电压信号CU2。

过流检测电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；其中，电阻R6的一端与电阻R7的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输入端，与功率主电路的第一输出端连接，电阻R6的另一端与R7的另一端、R4的一端、R5的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输出端，R4的另一端和R5的另一端与电源VCC1连接；电阻R11的一端与电阻R12的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输入端，电阻R11的另一端与R12的另一端、R9的一端、R10的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输出端，与功率主电路的第二输出端连接，R4的另一端和R5的另一端与电源VCC1连接；过流检测电路的第一输入端与保护电压信号CU1连接，过流检测电路的第二输入端与保护电压信号CU2连接，第一输出端输出电压信号OV1，第二输出端输出电压信号OV2。

互锁保护电路包括：电阻R3、电阻R13、PNP三极管K1、PNP三极管K6；其中，R3的一端为互锁保护电路的第一输入端，与过流检测电路的第一输出端连接，R3的另一端与K1的基极连接，PNP三极管K1的发射极、电阻R1的一端与电源VCC1连接，PNP三极管K1的集电极与K2的基极连接，连接点为互锁保护电路的第一输出端；R13的一端为互锁保护电路的第二输入端，与过流检测电路的第二输出端连接R13的另一端与K6的基极连接，PNP三极管K6的发射极、电阻R14的一端与电源VCC1连接，PNP三极管K6的集电极与K4的基极连接，连接点为互锁保护电路的第二输出端；互锁保护电路的第一输入端输出电压信号OV1，互锁保护电路的第二输入端输出电压信号OV2，互锁保护电路的第一输出端输出电压控制信号OV3，互锁保护电路的第二输出端输出电压控制信号OV4，电压控制信号OV3和OV4分别连接上桥驱动电路的第一控制端和第二控制端。

自回馈保护电路包括：二极管D5、二极管D6、PNP三极管K13、NPN三极管K14、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39；供电总电源VCC与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极连接，二极管D5的阴极与PNP三极管K13的发射极、电阻R34的一端、电阻R35的一端、电源VCC1连接，二极管D6的阴极与电阻R39的一端连接，R39的另一端与电阻R38的一端、PNP三极管K13的基极，电阻R38的另一端与电阻R37的一端、NPN三极管K14的发射极、电源地GND连接，电阻R37的另一端与PNP三极管K13的集电极、电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端与NPN三极管K14的基极连接，NPN三极管K14的集电极与电阻R34的另一端、电阻R35的另一端连接。

电机正常运行时，如果电机正转，正转信号SZ是高电平，反转信号SF是低电平，经过开关滤波电路之后，NPN三极管K12导通，NPN三极管K7关断，产生正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1，此时，正转到位开关SW1的公共端COM与其常闭触点NC连接，反转到位开关SW2的公共端COM与其常闭触点NC连接，正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1分别经过正转到位开关SW1的公共端COM与其常闭触点NC、反转到位开关SW2的公共端COM与其常闭触点NC生成上桥驱动信号SZ1＇和SF1＇输入到上桥驱动电路，SZ1＇是低电平，SF1＇是高电平，经过上桥驱动电路，PNP三极管K2导通，PNP三极管K4关断，生成电机驱动信号SZ2、SF2和下桥驱动信号SZ3、SF3，SZ2是高电平，SF2是低电平，SZ3是高电平，SF3是低电平，NPN三极管K3导通，NPN三极管K5关断，信号SZ3和信号SF3输入下桥驱动电路，NPN三极管K8关断，NPN三极管K10导通，下桥驱动电路生成信号SZ4和信号SF4，SZ4为高电平，SF4为低电平，NPN三极管K11导通，NPN三极管K9关断，至此，电流通过电源正极VCC1，流经电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN三极管K3、直流电机、NPN三极管K11流入电源地GND，形成闭合回路，电机正转，正转到位开关SW1的常开触点NO和反转到位开关SW2的常开触点NO均悬空，电压比较器U1和电压比较器U2均输出低电平，指示灯LM1和指示灯LM2均熄灭，当电机正转到位时，正转到位开关SW1的公共端COM与其常开触点NO连接，与其常闭触点NC断开，电压比较器U1输出高电平，电压比较器U2均输出低电平，指示灯LM1点亮，指示灯LM2熄灭，PNP三极管K2和PNP三极管K4均关断，使得NPN三极管K3和NPN三极管K5均关断，直流电机正转通路断开，电机停转；如果电机反转，正转信号SZ是低电平，反转信号SF是高电平，经过开关滤波电路之后，NPN三极管K12关断，NPN三极管K7导通，产生正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1，此时，正转到位开关SW1的公共端COM与其常闭触点NC连接，反转到位开关SW2的公共端COM与其常闭触点NC连接，正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1分别经过正转到位开关SW1的公共端COM与其常闭触点NC、反转到位开关SW2的公共端COM与其常闭触点NC生成信号SZ1＇和信号SF1＇输入到上桥驱动电路，SZ1＇是高电平，SF1＇是低电平，经过上桥驱动电路，PNP三极管K2关断，PNP三极管K4导通，生成信号SZ2、信号SF2、信号SZ3、信号SF3，SZ2是低电平，SF2是高电平，SZ3是低电平，SF3是高电平，NPN三极管K3关断，NPN三极管K5导通，信号SZ3和信号SF3输入下桥驱动电路，NPN三极管K8导通，NPN三极管K10关断，下桥驱动电路生成信号SZ4和信号SF4，SZ4为低电平，SF4为到电平，NPN三极管K11关断，NPN三极管K9导通，至此，电流通过电源正极VCC1，流经电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN三极管K5、直流电机、NPN三极管K9流入电源地GND，形成闭合回路，电机反转。反转到位开关SW1的常开触点NO和反转到位开关SW2的常开触点NO均悬空，电压比较器U1和电压比较器U2均输出低电平，指示灯LM1和指示灯LM2均熄灭，当电机反转到位时，反转到位开关SW2的公共端COM与其常开触点NO连接，与其常闭触点NC断开，电压比较器U1输出低电平，电压比较器U2均输出高电平，指示灯LM1熄灭，指示灯LM2点亮，PNP三极管K2和PNP三极管K4均关断，使得NPN三极管K3和NPN三极管K5均关断，直流电机反转通路断开，电机停转。

在正常情况下，无论电机正转还是反转，电流检测电路中的电阻R4和电阻R5两端的电压都不足通过电阻R3使NPN三极管K1导通，电阻R9和电阻R10两端的电压都不足通过电阻R3使PNP三极管K6导通，PNP三极管K1和PNP三极管K6保持完全关断状态，当电机出现过流时，如果此时电机正转，电流检测电路中的电阻R9和电阻R10两端的电压为零，电阻R4和电阻R5两端的电压会升高，通过电阻R3使互锁保护电路中的PNP三极管K1导通，PNP三极管K1集电极和发射极之间呈现低电压，将PNP三极管K2关断，信号SZ2呈现低电平，实现对上桥驱动信号的封锁，NPN三极管K3关断，流过电机的电流被切断，电机电流降低，达到保护电机的目的，当电机电流恢复到正常工作电流时，PNP三极管K1又关断，电机继续正常正转。如果此时电机反转，电流检测电路中的电阻R4和电阻R5两端的电压为零，电阻R9和电阻R10两端的电压会升高，通过电阻R13使互锁保护电路中的PNP三极管K6导通，PNP三极管K6集电极和发射极之间呈现低电压，将PNP三极管K4关断，信号SF2呈现低电平，实现对反转驱动信号的封锁，NPN三极管K5关断，流过电机的电流被切断，电机电流降低，达到保护电机的目的，当电机电流恢复到正常工作电流时，PNP三极管K6又关断，电机继续正常反转。

正常情况下，电机的正转信号SZ和反转信号SF是不允许同时为高电平的，如果操作中出现误操作或者其他工况，导致正转信号SZ和反转信号SF同时出现高电平时，信号SZ2、信号SF2、信号SZ4、信号SF4将会同时出现高电平，NPN三极管K3、PNP三极管K4、NPN三极管K9、NPN三极管K11将会同时被驱动导通，至此，将会有两个电流通路产生，电流回路一是电流通过电源正极VCC1，流经电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN三极管K3、NPN三极管K9流入电源地GND，形成闭合回路，电流回路二是电流通过电源正极VCC1，流经电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN三极管K5、NPN三极管K11流入电源地GND，形成闭合回路，由于电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12均是采样电阻，数值都很小，流经NPN三极管K3、NPN三极管K9、NPN三极管K5、NPN三极管K11的电流会很大，如果不加保护，NPN三极管K3、NPN三极管K9、NPN三极管K5、NPN三极管K11存在被烧毁的危险，降低电路可靠性，由于存在电流检测电路，电阻R4、电阻R5两端的电压和电阻R9、电阻R10两端的电压都会快速升高，通过电阻R3使互锁保护电路中的PNP三极管K1导通，PNP三极管K1集电极和发射极之间呈现低电压，将PNP三极管K2关断，信号SZ2呈现低电平，实现对正转驱动信号的封锁，NPN三极管K3关断，电流回路一中断，流经NPN三极管K3和NPN三极管K9的电流减小，对NPN三极管K3和NPN三极管K9进行了保护，通过电阻R13使互锁保护电路中的PNP三极管K6导通，PNP三极管K6集电极和发射极之间呈现低电压，将PNP三极管K4关断，信号SF2呈现低电平，实现对反转驱动信号的封锁，NPN三极管K5关断，电流回路中断，流经NPN三极管K3和NPN三极管K9的电流减小，电流回路二中断，流经NPN三极管K5和NPN三极管K11的电流减小，对NPN三极管K5和NPN三极管K11进行了保护。

电机在正转或者反转过程中，随着负载变化，可能会出现发电状态，此时电机的能量将会回馈到电源端，如果不加保护，可能会对供电总电源VCC造成冲击，影响电路可靠性，当电机正转过程中出现能量回馈时，电机能量回馈可能有两个通路，通路一是电机电流通过二极管D1和二极管D4流向供电总电源VCC的方向，通路二是电机电流通过二极管D2和二极管D3流向供电总电源VCC的方向，无论是通路一还是通路二，电机电流都将导致电源VCC1电压增加，由于自回馈保护电路的存在，当电源VCC1的电压升高到大于供电总电源VCC，原本关断的PNP三极管K13将会导通，从而驱动NPN三极管K14导通，电源VCC1的能量经过电阻R34、电阻R35和NPN三极管K14流向电源地GND，电源VCC1的能量不断降低，结合二极管D5和二极管D6的单向导电性，能量回馈过程电源VCC1的能量不会对供电总电源VCC造成冲击，当电源VCC1降低到低于供电总电源VCC电压时，PNP三极管K13和NPN三极管K14将会关断，回馈保护通路关断。当电机反转过程中出现能量回馈时，电机能量回馈可能有两个通路，通路一是电机电流通过二极管D1和二极管D4流向供电总电源VCC的方向，通路二是电机电流通过二极管D2和二极管D3流向供电总电源VCC的方向，无论是通路一还是通路二，电机电流都将导致电源VCC1电压增加，由于自回馈保护电路的存在，当电源VCC1的电压升高到大于供电总电源VCC，原本关断的PNP三极管K13将会导通，从而驱动NPN三极管K14导通，电源VCC1的能量经过电阻R34、电阻R35和NPN三极管K14流向电源地GND，电源VCC1的能量不断降低，结合二极管D5和二极管D6的单向导电性，能量回馈过程电源VCC1的能量不会对供电总电源VCC造成冲击，当电源VCC1降低到低于供电总电源VCC电压时，PNP三极管K13和NPN三极管K14将会关断，回馈保护通路关断。

本发明有益效果如下：

本发明无需主控芯片和大体积的继电器，避免了复杂的控制电路和软件控制算法，降低了电路的体积和成本，采用状态指示与到位关断电路将电机状态进行显示并实现电机到位自动关断，采用互锁保护电路对电流过流进行保护，及时切断主电路，避免功率主电路和电机损坏，采用自回馈保护电路将电机回馈的能量进行吸收，避免对供电总电源的冲击，提升了可靠性。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于到位关断的直流电机能量自回馈控制电路，其特征在于，包括：状态指示与到位关断电路、上桥驱动电路、下桥驱动电路、功率主电路、过流检测电路、互锁保护电路和自回馈保护电路；其中电机正转信号SZ和反转信号SF连接到状态指示与到位关断电路的输入端，状态指示与到位关断电路用于控制电路自动切断并指示切断状态，状态指示与到位关断电路输出上桥驱动信号SZ1＇和SF1＇到上桥驱动电路的输入端，上桥驱动电路输出电机驱动信号SZ2、SF2和下桥驱动信号SZ3、SF3，下桥驱动信号SZ3、SF3连接到下桥驱动电路输入端，下桥驱动电路输出电机驱动信号SZ4、SF4与上桥驱动电路输出的电机驱动信号SZ2、SF2连接到功率主电路来控制电机正反转，功率主电路输出电压保护信号CU1和CU2连接过流检测电路的输入端，过流检测电路输出高低电平信号OV1和OV2到互锁保护电路的输入端，用于在电机过流时切断电路，互锁保护电路根据输入的电压信号OV1和OV2输出控制信号OV3和OV4到上桥驱动电路的控制端，当输入的正转信号SZ和反转信号SF同时为高电平或者出现电流超限时保护电路，总电源VCC通过自回馈保护电路与功率主电路之间进行能量交互；

还包括开关滤波电路，其中电机正转信号SZ和反转信号SF连接到开关滤波电路的输入端，经滤波后输出正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1连接到状态指示与到位关断电路的输入端；开关滤波电路包括：电阻R16、电阻R17，电阻R21、电阻R22、电容C1、电容C2、NPN三极管K12、NPN三极管K7；电机正转信号SZ与电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与电容C1的一端、电阻R17的一端、NPN三极管K12的基极连接，电容C1的另一端与电阻R17的另一端、NPN三极管K12的发射极、电源地GND连接，NPN三极管K12的集电极输出正转滤波信号SZ1；电机反转信号SF与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与电容C2的一端、电阻R21的一端、NPN三极管K7的基极连接，电容C2的另一端与电阻R22的另一端、NPN三极管K7的发射极、电源地GND连接，NPN三极管K7的集电极输出反转滤波信号SF1。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，状态指示与到位关断电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R14、电阻R15、比较器U1、比较器U2、指示灯LM1、指示灯LM2、正转到位开关SW1、反转到位开关SW2、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R32、电阻R33、电阻R40；其中，SZ1接入电阻R2的一端，电阻R2的另一端分别与电阻R1的一端、正转到位开关SW1的公共端COM连接，电阻R1的另一端与电源VCC1连接，正转到位开关SW1的常开触点NO与电压比较器U1的正输入端连接，电压比较器U1的负输入端与电阻R29和电阻R30的一端连接，电阻R29的另一端与电源V+连接，电阻R30的另一端与电压比较器电源负极输入端、电源地GND、指示灯LM1的一端连接，电压比较器电源U1正极输入端与电源V+连接，电压比较器U1的输出端与电阻R31的一端、指示灯LM1的另一端连接，电阻R31的另一端与电源V+连接，正转到位开关SW1的常闭触点NC为状态指示与到位关断电路的第一输出端，输出上桥驱动信号SZ1＇；SF1接入电阻R15的一端，电阻R15的另一端与电阻R14的一端、反转到位开关SW2的公共端COM连接，电阻R14的另一端与电源VCC1连接，反转到位开关SW2的常开触点NO与电压比较器U2的正输入端连接，电压比较器U2的负输入端与电阻R32和电阻R33的一端连接，电阻R32的另一端与电源V+连接，电阻R33的另一端与电压比较器U2电源负极输入端、电源地GND、指示灯LM2的一端连接，电压比较器U2电源正极输入端与电源V+连接，电压比较器U2的输出端与电阻R40的一端、指示灯LM2的另一端连接，电阻R40的另一端与电源V+连接，反转到位开关SW2的常闭触点NC为状态指示与到位关断电路的第二输出端，输出上桥驱动信号SF1＇。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述上桥驱动电路包括：电阻R8、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R18、电阻R23、PNP三极管K2、PNP三极管K4；PNP三极管K2的基极接入上桥驱动信号SZ1＇，PNP三极管K2的发射极与电源VCC1连接，PNP三极管K2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R23的一端、电阻R27的一端连接，连接点输出电机驱动信号SZ2，电阻R23的另一端输出下桥驱动信号SZ3；PNP三极管K4的基极接入上桥驱动信号SF1＇，PNP三极管K4的发射极与电源VCC1连接，PNP三极管K4的集电极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端分别与电阻R28的一端、电阻R18的一端连接，连接点输出电机驱动信号SF2，电阻R18的另一端输出下桥驱动信号SF3。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述下桥驱动电路包括：电阻R19、电阻R20、电阻R24、电阻R25、NPN三极管K8、NPN三极管K10；NPN三极管K8的基极与电阻R19的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SF3，NPN三极管K8的集电极与电阻R27的另一端连接，电阻R19的另一端与电阻R20的一端、NPN三极管K8的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SF4，电阻R20的另一端与电源地GND连接；NPN三极管K10的基极与电阻R24的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SZ3，NPN三极管K10的集电极与电阻R28的另一端连接，电阻R24的另一端与电阻R25的一端、NPN三极管K10的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SZ4，电阻R25的另一端与电源地GND连接。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述功率主电路包括：NPN三极管K3、NPN三极管K5、NPN三极管K9、NPN三极管K11、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；其中，NPN三极管K3的基极输入电机驱动信号SZ2，NPN三极管K3的发射极与电阻R27的另一端、NPN三极管K8的集电极、NPN三极管K9的集电极、二极管D1的阳极、二极管D3的阴极、直流电机的正极连接，NPN三极管K9的发射极、二极管D3的阳极与电源地GND连接，二极管D1的阴极、自回馈保护电路二极管D5的阴极、电阻R34的一端、电阻R35的一端与电源VCC1连接，NPN三极管K3的集电极为功率主电路的第一输出端；NPN三极管K5的基极输入电机驱动信号SF2，NPN三极管K5的发射极与电阻R28的另一端、NPN三极管K10的集电极、NPN三极管K11的集电极、二极管D2的阳极、二极管D4的阴极、直流电机的负极连接，NPN三极管K11的发射极、二极管D4的阳极与电源地GND连接，二极管D2的阴极与电源VCC1连接，NPN三极管K5的集电极为功率主电路的第二输出端；功率主电路的第一输出端输出保护电压信号CU1，功率主电路的第二输出端输出保护电压信号CU2。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述过流检测电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；其中，电阻R6的一端与电阻R7的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输入端，与功率主电路的第一输出端连接，电阻R6的另一端与电阻R7的另一端、电阻R4的一端、电阻R5的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输出端，电阻R4的另一端和电阻R5的另一端与电源VCC1连接；电阻R11的一端与电阻R12的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输入端，电阻R11的另一端与电阻R12的另一端、电阻R9的一端、电阻R10的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输出端，与功率主电路的第二输出端连接，电阻R4的另一端和电阻R5的另一端与电源VCC1连接；过流检测电路的第一输入端与保护电压信号CU1连接，过流检测电路的第二输入端与保护电压信号CU2连接，第一输出端输出电压信号OV1，第二输出端输出电压信号OV2。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述互锁保护电路包括：电阻R3、电阻R13、PNP三极管K1、PNP三极管K6；其中，电阻R3的一端为互锁保护电路的第一输入端，与过流检测电路的第一输出端连接，电阻R3的另一端与PNP三极管K1的基极连接，PNP三极管K1的发射极、电阻R1的一端与电源VCC1连接，PNP三极管K1的集电极与PNP三极管K2的基极连接，连接点为互锁保护电路的第一输出端；电阻R13的一端为互锁保护电路的第二输入端，与过流检测电路的第二输出端连接电阻R13的另一端与PNP三极管K6的基极连接，PNP三极管K6的发射极、电阻R14的一端与电源VCC1连接，PNP三极管K6的集电极与PNP三极管K4的基极连接，连接点为互锁保护电路的第二输出端；互锁保护电路的第一输入端输入电压信号OV1，互锁保护电路的第二输入端输入电压信号OV2，互锁保护电路的第一输出端输出电压控制信号OV3，互锁保护电路的第二输出端输出电压控制信号OV4，电压控制信号OV3和OV4分别连接上桥驱动电路的第一控制端和第二控制端。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，所述自回馈保护电路包括：二极管D5、二极管D6、PNP三极管K13、NPN三极管K14、电阻R34、电阻R35、电阻R36、电阻R37、电阻R38、电阻R39；供电总电源VCC与二极管D5的阳极、二极管D6的阳极连接，二极管D5的阴极与PNP三极管K13的发射极、电阻R34的一端、电阻R35的一端、功率主电路中二极管D1的阴极、二极管D2的阴极、电源VCC1连接，二极管D6的阴极与电阻R39的一端连接，电阻R39的另一端与电阻R38的一端、PNP三极管K13的基极，电阻R38的另一端与电阻R37的一端、NPN三极管K14的发射极、电源地GND连接，电阻R37的另一端与PNP三极管K13的集电极、电阻R36的一端连接，电阻R36的另一端与NPN三极管K14的基极连接，NPN三极管K14的集电极与电阻R34的另一端、电阻R35的另一端连接。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，电机正常运行时，如果正转信号SZ是高电平，反转信号SF是低电平，NPN三极管K12导通，NPN三极管K7关断，SZ1＇是低电平，SF1＇是高电平，PNP三极管K2导通，PNP三极管K4关断，SZ2是高电平，SF2是低电平，SZ3是高电平，SF3是低电平，NPN三极管K3导通，NPN三极管K5关断，NPN三极管K8关断，NPN三极管K10导通，SZ4为高电平，SF4为低电平，NPN三极管K11导通，NPN三极管K9关断，电流通过电源正极VCC1，流经电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN三极管K3、直流电机、NPN三极管K11流入电源地GND，形成闭合回路，电机正转；反之电机反转；

当电机正转到位时，正转到位开关SW1的公共端COM与其常开触点NO连接，与其常闭触点NC断开，电压比较器U1输出高电平，电压比较器U2均输出低电平，指示灯LM1点亮，指示灯LM2熄灭，PNP三极管K2和PNP三极管K4均关断，使得NPN三极管K3和NPN三极管K5均关断，直流电机正转通路断开，电机停转；当电机反转到位时，反转到位开关SW2的公共端COM与其常开触点NO连接，与其常闭触点NC断开，电压比较器U1输出低电平，电压比较器U2均输出高电平，指示灯LM1熄灭，指示灯LM2点亮，PNP三极管K2和PNP三极管K4均关断，使得NPN三极管K3和NPN三极管K5均关断，直流电机反转通路断开，电机停转；

当出现能量回馈时，电源VCC1的电压升高到大于供电总电源VCC，PNP三极管K13导通，驱动NPN三极管K14导通，电源VCC1的能量经过电阻R34、电阻R35和NPN三极管K14流向电源地GND，电源VCC1的能量不断降低，当电源VCC1降低到低于供电总电源VCC电压时，PNP三极管K13和NPN三极管K14将会关断，回馈保护通路关断。