CN107993891B - 一种电机控制系统中的继电器触点的保护电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电机控制系统中的继电器触点的保护电路及方法，包括微控制单元、电源电路、开关采集电路、继电器控制电路、场效应管控制电路、电流采样电路、中断/过流保护电路。本发明能够有效解决现有24V/48V车载电源系统中，因电机工作过程中，正转、反转电流较小，但堵转时，电流较大，堵转时间过长，导致触点烧蚀的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种电机控制系统中的继电器触点的保护电路及方法。
背景技术
随着近年来汽车工业的发展，汽车电器控制器越来越多，现有12V电源系统的控制器已非常成熟，但在24V/48V电源系统中，电器控制器应用国内比较少，且成本较高，尤其是大功率电机，如车窗电机、门锁电机等电机控制。
目前24V/48V车载电源系统中，部分大功率电机都是采用驱动芯片控制，整个电路系统成本非常高，且可供选择的种类非常少。
24V/48V车载电源系统中，部分大功率器件采用继电器控制，一方面成本较高，另一方面也不能完全保证电路稳定，仍然会出现烧蚀触点的情况。主要原因是功率电机电流较大，且在高电压系统中，切换时会产生非常恶劣的电弧，会烧蚀触点。
24V/48V车载电源系统中，出现烧蚀触点的原因：
1、电机工作过程中，正转、反转电流较小，但堵转时，电流较大，堵转时间过长，导致触点烧蚀；
2、在高压系统中，触点切换时，会出现恶劣的电弧，导致触点烧蚀；
综上所述，在高压系统中，电机的控制成本非常高，且电路可靠性不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种电机控制系统中的继电器触点的保护电路，能够有效解决现有24V/48V车载电源系统中，因电机工作过程中，正转、反转电流较小，但堵转时，电流较大，堵转时间过长，导致触点烧蚀的问题；及在高压系统中，触点切换时，会出现恶劣的电弧，导致触点烧蚀的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种电机控制系统中的继电器触点的保护电路，包括微控制单元、电源电路、开关采集电路、继电器控制电路、场效应管控制电路、电流采样电路、中断/过流保护电路；电源电路的输出端和微控制单元相连，输入端和24V/48V系统电源相接；开关采集电路的输入端和电机正/反转开关信号输出端相接，其输出端和微控制单元相接；继电器控制电路连接在电机和微控制单元之间，用于实现电机工作的载流；场效应管控制电路，用于实现电机正/反转的切换；电流采样电路用于采集电机工作时的电流；中断/过流保护电路用于根据电流采样电路采集的电流进行判断是否过流，如过流，则激活终端，让微控制单元优先处理过流问题，并立即关断场效应管，以保护电机与继电器触点；微控制单元负责信号采集后的处理以及相关驱动电路的控制，用以控制整个电路系统的功能运行。微控制单元与继电器控制电路、场效应管控制电路输入、以及电流采样电路输出连接；继电器控制电路输出与电机正反两端相连；继电器电路中共地端与场效应管控制电路输出端相连；场效应管控制电路与采样电路相连。
进一步的，场效应管控制电路包括第一三极管、第一二极管、第二二极管、第一电容、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第七电阻、场效应管；
继电器控制电路包括双胞继电器、第一非门、第二非门，双胞继电器包括第一继电器和第二继电器；
电流采样电路包括采样电阻；
中断/过流保护电路包括第三非门、第六电阻、运算放大器；
第一电阻的一端和双胞继电器的线圈的正极相接，另一端接24V/48V系统电源；双胞继电器的两个常开端和24V/48V系统电源相接，其两个常闭端接场效应管的漏极，其两个公共端接电机的两端；第一非门和第二非门的输入端和微控制单元相接，输出端和第一继电器的负极、第二继电器的负极分别对应相接；
第七电阻R7接微控制单元的MOS CONTROL脚，另一端和第一三极管的基极，第一三极管的发射极接+5V电源，集电极和第一二极管的负极、第三电阻的一端相接；第一二极管的正极、第三电阻的另一端和第二二极管的正极、第一电容的一端、场效应管的栅极相接，第一电容的另一端接地；第二二极管的负极和第四电阻的一端相接，第四电阻的另一端和第五电阻R5的一端、第三非门的输出端相接，第五电阻的另一端接微控制单元的INT脚；第三非门的输入端接运输放大器的输出端相接；运输放大器的正输入端和场效应管的源极相接，负输出端接地；采样电阻的两端分别接场效应管的源极和地；第六电阻一端连接在第三非门的输入端和运输放大器的输出端之间，另一端接微控制单元。
进一步的，场效应管的电流参数应大于3倍的电机电流参数；且场效应管的VDS应大于60V/100V。
一种电机控制系统中的继电器触点的保护方法，
1、在整个电路系统正常供电时，且电机正、反转开关悬空时，为初始状态；此时，继电器控制电路中，双胞继电器处于常闭状态，且双胞继电器的常开端接24V/48V系统电源，常闭端接场效应管的漏极，公共端接电机正反转两端；场效应管控制电路中，场效应管处于非工作状态，即场效应管的漏极与源极处于未导通状态；此时电机两端均为悬空，无动作；
2、当开关采集电路采集到电机正转开关信号并将其输入给微控制单元后，微控制单元将此信号进行处理并驱动继电器控制电路与场效应管控制电路工作，继电器控制电路执行动作，A继电器由常开端切换到常闭端，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转端悬空，电机不动作，当继电器切换动作完成并稳定后，场效应管控制电路执行动作：场效应管的漏极与源极导通，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转接地，电机开始工作，此时电流检测电路开始检测到电流变化，并实时监控电流变化，反馈到微控制单元电路；
当电流值低于设置的阈值最小值时，且电机正转开关信号一直输入给微控制单元，微控制单元保持现有控制方式；
当电流值低于设置的阈值最小值时，电机正转开关信号输入变为悬空时，微控制单元电控驱动场效应管的源极与漏极断开，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转端悬空，电机停止动作；
当电流值达到设置的阈值区域，电机正转开关信号一直输入给微控制单元，并持续150ms后，微控制单元电控驱动场效应管的源极与漏极断开，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转端悬空，电机停止动作；
当电流值远大于设置的阈值最大值时，且电机正转开关信号一直输入给微控制单元，即此时过流，通过中断/过流保护电路，将此过流信息进行转换，将中断信息反馈给微控制单元，同时通过硬件电路转化，断开场效应管的控制端，使场效应管的源极与漏极断开，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转端悬空，电机立即停止动作；
当场效应管源极与漏极断开后，并稳定一段时间后，正转继电器由常开端切换到常闭端；
3、当开关采集电路将电机反转开关信号输入给微控制单元后，微控制单元将此信号进行处理并驱动继电器电路与场效应管控制电路工作，继电器工作电路执行动作：将双胞继电器中的B继电器由常开端切换到常闭端，此时电机反转端接24V/48V系统电源，电机正转端悬空，电机不动作，当继电器切换动作完成并稳定后，场效应管控制电路执行动作，场效应管的漏极与源极导通，此时电机反转端接24V/48V系统电源，电机正转接地，电机开始反转，此时电流检测电路开始检测到电流变化，并实时监控电流变化，反馈到微控制单元电路；
当电流值低于设置的阈值最小值时，且电机反转开关信号一直输入给微控制单元，微控制单元保持现有控制方式；
当电流值低于设置的阈值最小值时，电机反转开关信号输入变为悬空时，微控制单元电控驱动场效应管的源极与漏极断开，此时电机反转端接24V/48V系统电源，电机正转端悬空，电机停止动作；
当电流值达到设置的阈值区域，电机反转开关信号一直输入给微控制单元，并持续150ms后，微控制单元电控驱动场效应管的源极与漏极断开，此时电机反转端接24V/48V系统电源，电机正转端悬空，电机停止动作；
当电流值远大于设置的阈值最大值时，且电机反转开关信号一直输入给微控制单元，即此时过流，通过中断/过流保护电路，将此过流信息进行转换，将中断信息反馈给微控制单元，同时通过硬件电路转化，断开场效应管的控制端，使场效应管的源极与漏极断开，此时电机正转端接24V/48V，电机反转端悬空，电机立即停止动作；
当场效应管源极与漏极断开后，并稳定一段时间后，反转继电器由常开端切换到常闭端。
本发明的有益效果：本电机控制系统中的继电器触点的保护电路及方法，能够有效解决现有24V/48V车载电源系统中，因电机工作过程中，正转、反转电流较小，但堵转时，电流较大，堵转时间过长，导致触点烧蚀的问题；及在高压系统中，触点切换时，会出现恶劣的电弧，导致触点烧蚀的问题。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的电路图。
图3为本发明的相关时序图。
具体实施方式
实施例，如图1、2、3所示一种电机6控制系统中的继电器触点的保护电路及其方法，包括微控制单元1、电源电路8、开关采集电路7、继电器控制电路2、场效应管控制电路3、电流采样电路4、中断/过流保护电路5；电源电路8的输出端和微控制单元1相连，输入端和24V/48V系统电源相接；开关采集电路7的输入端和电机6正/反转开关信号输出端相接，其输出端和微控制单元1相接；继电器控制电路2连接在电机6和微控制单元1之间，用于实现电机6工作的载流；场效应管控制电路3，用于实现电机6正/反转的切换；电流采样电路4用于采集电机6工作时的电流；中断/过流保护电路5用于根据电流采样电路4采集的电流进行判断是否过流，如过流，则激活终端，让微控制单元1优先处理过流问题，并立即关断场效应管，以保护电机6与继电器触点；微控制单元1负责信号采集后的处理以及相关驱动电路的控制，用以控制整个电路系统的功能运行。微控制单元1与继电器控制电路2、场效应管控制电路3输入、以及电流采样电路4输出连接；继电器控制电路2输出与电机6正反两端相连；继电器电路中共地端与场效应管控制电路3输出端相连；场效应管控制电路3与采样电路相连。
场效应管控制电路3包括第一三极管T1、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、场效应管MOS；
继电器控制电路2包括双胞继电器、第一非门NOT GateA、第二非门NOT GateB，双胞继电器包括第一继电器A和第二继电器B；
电流采样电路4包括采样电阻R2；
中断/过流保护电路5包括第三非门NOT GateC、第六电阻R6、运算放大器OP AMP；
第一电阻R1的一端和双胞继电器的线圈的正极相接，另一端接24V/48V系统电源；双胞继电器的两个常开端和24V/48V系统电源相接，其两个常闭端接场效应管MOS的漏极，其两个公共端接电机6的两端；第一非门NOT GateA和第二非门NOT GateB的输入端和微控制单元1相接，输出端和第一继电器A的负极、第二继电器B的负极分别对应相接；
第七电阻R7接微控制单元1的MOS CONTROL脚，另一端和第一三极管T1的基极，第一三极管T1的发射极接+5V电源，集电极和第一二极管D1的负极、第三电阻R3的一端相接；第一二极管D1的正极、第三电阻R3的另一端和第二二极管D2的正极、第一电容C1的一端、场效应管MOS的栅极相接，第一电容C1的另一端接地；第二二极管D2的负极和第四电阻R4的一端相接，第四电阻R4的另一端和第五电阻R5的一端、第三非门NOT GateC的输出端相接，第五电阻R5的另一端接微控制单元1的INT脚；第三非门NOT GateC的输入端接运输放大器OPAMP的输出端相接；运输放大器OP AMP的正输入端和场效应管MOS的源极相接，负输出端接地；采样电阻R2的两端分别接场效应管MOS的源极和地；第六电阻R6一端连接在第三非门NOT GateC的输入端和运输放大器OP AMP的输出端之间，另一端接微控制单元1。
场效应管MOS的电流参数应大于3倍的电机6电流参数；且场效应管MOS的VDS应大于60V/100V。
一种电机6控制系统中的继电器触点的保护方法，
1、在整个电路系统正常供电时，且电机6正、反转开关悬空时，为初始状态；此时，继电器控制电路2中，双胞继电器处于常闭状态，且双胞继电器的常开端接24V/48V系统电源，常闭端接场效应管MOS的漏极，公共端接电机6正反转两端；场效应管控制电路3中，场效应管MOS处于非工作状态，即场效应管MOS的漏极与源极处于未导通状态；此时电机6两端均为悬空，无动作；
2、当开关采集电路7采集到电机6正转开关信号并将其输入给微控制单元1后，微控制单元1将此信号进行处理并驱动继电器控制电路2与场效应管控制电路3工作，继电器控制电路2执行动作，A继电器由常开端切换到常闭端，此时电机6正转端接24V/48V系统电源，电机6反转端悬空，电机6不动作，当继电器切换动作完成并稳定后，场效应管控制电路3执行动作：场效应管MOS的漏极与源极导通，此时电机6正转端接24V/48V系统电源，电机6反转接地，电机6开始工作，此时电流检测电路开始检测到电流变化，并实时监控电流变化，反馈到微控制单元1电路；
当电流值低于设置的阈值最小值时，且电机6正转开关信号一直输入给微控制单元1，微控制单元1保持现有控制方式；
当电流值低于设置的阈值最小值时，电机6正转开关信号输入变为悬空时，微控制单元1电控驱动场效应管MOS的源极与漏极断开，此时电机6正转端接24V/48V系统电源，电机6反转端悬空，电机6停止动作；
当电流值达到设置的阈值区域，电机6正转开关信号一直输入给微控制单元1，并持续150ms后，微控制单元1电控驱动场效应管MOS的源极与漏极断开，此时电机6正转端接24V/48V系统电源，电机6反转端悬空，电机6停止动作；
当电流值远大于设置的阈值最大值时，且电机6正转开关信号一直输入给微控制单元1，即此时过流，通过中断/过流保护电路5，将此过流信息进行转换，将中断信息反馈给微控制单元1，同时通过硬件电路转化，断开场效应管MOS的控制端，使场效应管MOS的源极与漏极断开，此时电机6正转端接24V/48V系统电源，电机6反转端悬空，电机6立即停止动作；
当场效应管MOS源极与漏极断开后，并稳定一段时间后，正转继电器由常开端切换到常闭端；
3、当开关采集电路7将电机6反转开关信号输入给微控制单元1后，微控制单元1将此信号进行处理并驱动继电器电路与场效应管控制电路3工作，继电器工作电路执行动作：将双胞继电器中的B继电器由常开端切换到常闭端，此时电机6反转端接24V/48V系统电源，电机6正转端悬空，电机6不动作，当继电器切换动作完成并稳定后，场效应管控制电路3执行动作，场效应管MOS的漏极与源极导通，此时电机6反转端接24V/48V系统电源，电机6正转接地，电机6开始反转，此时电流检测电路开始检测到电流变化，并实时监控电流变化，反馈到微控制单元1电路；
当电流值低于设置的阈值最小值时，且电机6反转开关信号一直输入给微控制单元1，微控制单元1保持现有控制方式；
当电流值低于设置的阈值最小值时，电机6反转开关信号输入变为悬空时，微控制单元1电控驱动场效应管MOS的源极与漏极断开，此时电机6反转端接24V/48V系统电源，电机6正转端悬空，电机6停止动作；
当电流值达到设置的阈值区域，电机6反转开关信号一直输入给微控制单元1，并持续150ms后，微控制单元1电控驱动场效应管MOS的源极与漏极断开，此时电机6反转端接24V/48V系统电源，电机6正转端悬空，电机6停止动作；
当电流值远大于设置的阈值最大值时，且电机6反转开关信号一直输入给微控制单元1，即此时过流，通过中断/过流保护电路5，将此过流信息进行转换，将中断信息反馈给微控制单元1，同时通过硬件电路转化，断开场效应管MOS的控制端，使场效应管MOS的源极与漏极断开，此时电机6正转端接24V/48V，电机6反转端悬空，电机6立即停止动作；
当场效应管MOS源极与漏极断开后，并稳定一段时间后，反转继电器由常开端切换到常闭端。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种电机控制系统中的继电器触点的保护电路，其特征在于：包括微控制单元、电源电路、开关采集电路、继电器控制电路、场效应管控制电路、电流采样电路、中断/过流保护电路；电源电路的输出端和微控制单元相连，输入端和24V/48V系统电源相接；开关采集电路的输入端和电机正/反转开关信号输出端相接，其输出端和微控制单元相接；继电器控制电路连接在电机和微控制单元之间，用于实现电机工作的载流；场效应管控制电路，用于实现电机正/反转的切换；电流采样电路用于采集电机工作时的电流；中断/过流保护电路用于根据电流采样电路采集的电流进行判断是否过流，如过流，则激活终端，让微控制单元优先处理过流问题，并立即关断场效应管，以保护电机与继电器触点；微控制单元负责信号采集后的处理以及相关驱动电路的控制，用以控制整个电路系统的功能运行；微控制单元与继电器控制电路、场效应管控制电路输入、以及电流采样电路输出连接；继电器控制电路输出与电机正反两端相连；继电器电路中共地端与场效应管控制电路输出端相连；场效应管控制电路与采样电路相连；
场效应管控制电路包括第一三极管(T1)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一电容(C1)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第七电阻(R7)、场效应管(MOS)；
继电器控制电路包括双胞继电器、第一非门(NOT GateA)、第二非门(NOT GateB)，双胞继电器包括第一继电器(A)和第二继电器(B)；
电流采样电路包括采样电阻(R2)；
中断/过流保护电路包括第三非门(NOT GateC)、第六电阻(R6)、运算放大器(OP AMP)；
第一电阻(R1)的一端和双胞继电器的线圈的正极相接，另一端接24V/48V系统电源；双胞继电器的两个常开端和24V/48V系统电源相接，其两个常闭端接场效应管(MOS)的漏极，其两个公共端接电机的两端；第一非门(NOT GateA)和第二非门(NOT GateB)的输入端和微控制单元相接，输出端和第一继电器(A)的负极、第二继电器(B)的负极分别对应相接；
第七电阻(R7)接微控制单元的MOS CONTROL脚，另一端和第一三极管(T1)的基极，第一三极管(T1)的发射极接+5V电源，集电极和第一二极管(D1)的负极、第三电阻(R3)的一端相接；第一二极管(D1)的正极、第三电阻(R3)的另一端和第二二极管(D2)的正极、第一电容(C1)的一端、场效应管(MOS)的栅极相接，第一电容(C1)的另一端接地；第二二极管(D2)的负极和第四电阻(R4)的一端相接，第四电阻(R4)的另一端和第五电阻(R5)的一端、第三非门(NOT GateC)的输出端相接，第五电阻(R5)的另一端接微控制单元的INT脚；第三非门(NOT GateC)的输入端接运输放大器(OP AMP)的输出端相接；运输放大器(OP AMP)的正输入端和场效应管(MOS)的源极相接，负输出端接地；采样电阻(R2)的两端分别接场效应管(MOS)的源极和地；第六电阻(R6)一端连接在第三非门(NOT GateC)的输入端和运输放大器(OP AMP)的输出端之间，另一端接微控制单元。
2.根据权利要求1所述的电机控制系统中的继电器触点的保护电路，其特征在于：场效应管(MOS)的电流参数应大于3倍的电机电流参数。
3.一种电机控制系统中的继电器触点的保护方法，其特征在于：
(1)、在整个电路系统正常供电时，且电机正、反转开关悬空时，为初始状态；此时，继电器控制电路中，双胞继电器处于常闭状态，且双胞继电器的常开端接24V/48V系统电源，常闭端接场效应管(MOS)的漏极，公共端接电机正反转两端；场效应管控制电路中，场效应管(MOS)处于非工作状态，即场效应管(MOS)的漏极与源极处于未导通状态；此时电机两端均为悬空，无动作；
(2)、当开关采集电路采集到电机正转开关信号并将其输入给微控制单元后，微控制单元将此信号进行处理并驱动继电器控制电路与场效应管控制电路工作，继电器控制电路执行动作，A继电器由常开端切换到常闭端，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转端悬空，电机不动作，当继电器切换动作完成并稳定后，场效应管控制电路执行动作：场效应管(MOS)的漏极与源极导通，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转接地，电机开始工作，此时电流检测电路开始检测到电流变化，并实时监控电流变化，反馈到微控制单元电路；
当电流值低于设置的阈值最小值时，且电机正转开关信号一直输入给微控制单元，微控制单元保持现有控制方式；
当电流值低于设置的阈值最小值时，电机正转开关信号输入变为悬空时，微控制单元电控驱动场效应管(MOS)的源极与漏极断开，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转端悬空，电机停止动作；
当电流值达到设置的阈值区域，电机正转开关信号一直输入给微控制单元，并持续150ms后，微控制单元电控驱动场效应管(MOS)的源极与漏极断开，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转端悬空，电机停止动作；
当电流值远大于设置的阈值最大值时，且电机正转开关信号一直输入给微控制单元，即此时过流，通过中断/过流保护电路，将此过流信息进行转换，将中断信息反馈给微控制单元，同时通过硬件电路转化，断开场效应管(MOS)的控制端，使场效应管(MOS)的源极与漏极断开，此时电机正转端接24V/48V系统电源，电机反转端悬空，电机立即停止动作；
当场效应管(MOS)源极与漏极断开后，并稳定一段时间后，正转继电器由常开端切换到常闭端；
(3)、当开关采集电路将电机反转开关信号输入给微控制单元后，微控制单元将此信号进行处理并驱动继电器电路与场效应管控制电路工作，继电器工作电路执行动作：将双胞继电器中的B继电器由常开端切换到常闭端，此时电机反转端接24V/48V系统电源，电机正转端悬空，电机不动作，当继电器切换动作完成并稳定后，场效应管控制电路执行动作，场效应管(MOS)的漏极与源极导通，此时电机反转端接24V/48V系统电源，电机正转接地，电机开始反转，此时电流检测电路开始检测到电流变化，并实时监控电流变化，反馈到微控制单元电路；
当电流值低于设置的阈值最小值时，且电机反转开关信号一直输入给微控制单元，微控制单元保持现有控制方式；
当电流值低于设置的阈值最小值时，电机反转开关信号输入变为悬空时，微控制单元电控驱动场效应管(MOS)的源极与漏极断开，此时电机反转端接24V/48V系统电源，电机正转端悬空，电机停止动作；
当电流值达到设置的阈值区域，电机反转开关信号一直输入给微控制单元，并持续150ms后，微控制单元电控驱动场效应管(MOS)的源极与漏极断开，此时电机反转端接24V/48V系统电源，电机正转端悬空，电机停止动作；
当电流值远大于设置的阈值最大值时，且电机反转开关信号一直输入给微控制单元，即此时过流，通过中断/过流保护电路，将此过流信息进行转换，将中断信息反馈给微控制单元，同时通过硬件电路转化，断开场效应管(MOS)的控制端，使场效应管(MOS)的源极与漏极断开，此时电机正转端接24V/48V，电机反转端悬空，电机立即停止动作；
当场效应管(MOS)源极与漏极断开后，并稳定一段时间后，反转继电器由常开端切换到常闭端。
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