CN109659908A - 一种保护电路及电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种保护电路及电机驱动器，该保护电路包括第一隔离电路、自锁电路、脉冲宽度调制使能电路以及第二隔离电路，第一隔离电路与智能功率模块连接，用于在智能功率模块过流或过温时，输出第一电压；自锁电路与第一隔离电路连接，从第一隔离电路接收到第一电压，第一电压用于触发自锁电路，自锁电路用于根据第一电压输出第二电压；脉冲宽度调制使能电路与自锁电路连接，从自锁电路接收到第二电压，用于根据自锁电路的第二电压停止输出脉冲宽度调制信号；第二隔离电路与脉冲宽度调制使能电路连接，用于隔离脉冲宽度调制信号。通过上述方式，本申请能够利用硬件实现对智能功率模块的保护。

Description

一种保护电路及电机驱动器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，具体涉及一种保护电路及电机驱动器。

背景技术

智能功率模块(IPM，Intelligent Power Module)内部将功率开关器件和驱动电路集成在一起，内部集成有过压、过流以及过热等故障检测电路，当智能功率模块工作异常时，智能功率模块将检测信号反馈给单片机。

本申请的发明人在长期研发中发现，传统智能功率模块的保护电路如图1所示，当有过流条件时，智能功率模块的内部开关管闭合，VFO(Fault output/Temperaturemonitor，故障输出/温度监控器)输出低电平信号，低电平信号用来触发单片机，单片机再做出保护响应；当有过温条件时，智能功率模块的内部集成热敏电阻R2，通过外部上拉电阻R1可用于分压，单片机通过采集电压值来监测智能功率模块的温度，当监测到过温时，做出保护响应；这种基于软件上的保护，受限于单片机的稳定性，但由于单片机容易受到外界干扰，所以基于软件上的保护有一定的缺陷，在单片机受到干扰的情况下，可能没法做出保护动作，导致器件的损坏；且基于软件上的保护也受限于单片机资源的问题，存在一定的处理延时。

发明内容

本申请主要解决的问题是提供一种保护电路及电机驱动器，能够利用硬件实现对智能功率模块的保护。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种保护电路，该保护电路包括第一隔离电路、自锁电路、脉冲宽度调制使能电路以及第二隔离电路，第一隔离电路与智能功率模块连接，用于在智能功率模块过流或过温时，输出第一电压；自锁电路与第一隔离电路连接，从第一隔离电路接收到第一电压，第一电压用于触发自锁电路，自锁电路用于根据第一电压输出第二电压；脉冲宽度调制使能电路与自锁电路连接，从自锁电路接收到第二电压，用于根据自锁电路的第二电压停止输出脉冲宽度调制信号；第二隔离电路与脉冲宽度调制使能电路连接，用于隔离脉冲宽度调制信号。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是提供一种电机驱动器，该电机驱动器包括：智能功率模块、单片机以及保护电路，保护电路分别与智能功率模块以及单片机连接，单片机用于输出脉冲宽度调制信号，以控制智能功率模块驱动电机，智能功率模块用于检测是否过温或过流，并在过温或过流时触发保护电路，以所述保护电路停止传输脉冲宽度调制信号至智能功率模块；其中，保护电路为上述的保护电路。

通过上述方案，本申请的有益效果是：本申请中的保护电路包括依次连接的第一隔离电路、自锁电路、脉冲宽度调制使能电路以及第二隔离电路，第一隔离电路用于在智能功率模块过流或过温时，输出用于触发自锁电路的第一电压给自锁电路，自锁电路根据第一电压进入锁定状态，输出第二电压给脉冲宽度调制使能电路，以使得脉冲宽度调制使能电路停止输出脉冲宽度调制信号，从而使得智能功率模块在过流或者过温时处于不工作状态，能够利用硬件实现对智能功率模块的保护，无需利用软件来控制，增加稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是现有技术中智能功率模块的保护电路的结构示意图；

图2是本申请提供的保护电路一实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的保护电路另一实施例的结构示意图；

图4是本申请提供的电机驱动器一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参阅图2，图2是本申请提供的保护电路一实施例的结构示意图，该保护电路包括：第一隔离电路21、自锁电路22、脉冲宽度调制使能电路23以及第二隔离电路24。

第一隔离电路21与智能功率模块25连接，用于在智能功率模块25过流或过温时，输出第一电压；当智能功率模块25的内部温度或电流过高时，第一隔离电路21输出第一电压给自锁电路22，以触发自锁电路22，使得自锁电路22进入锁定状态。

自锁电路22与第一隔离电路21连接，从第一隔离电路21接收到第一电压，第一电压用于触发自锁电路22，自锁电路22用于根据第一电压输出第二电压；自锁电路22接收第一隔离电路21输出的第一电压，在第一电压的作用下，进入锁定状态，输出第二电压，且不会因第一隔离电路21输出电压的变化而变化，不再受第一隔离电路21的控制，始终保持输出第二电压，除非电路断电重启。

脉冲宽度调制使能电路23与自锁电路22连接，从自锁电路22接收到第二电压，用于根据自锁电路22的第二电压停止输出脉冲宽度调制信号(PWM，Pulse WidthModulation)；脉冲宽度调制使能电路23还与单片机26连接，用于接收单片机26发送的信号，从而使得单片机26通过脉冲宽度调制使能电路23来控制智能功率模块25；第二隔离电路24用于隔离脉冲宽度调制信号。

本实施例中的保护电路包括依次连接的第一隔离电路21、自锁电路22、脉冲宽度调制使能电路23以及第二隔离电路24，第一隔离电路21用于在智能功率模块25过流或过温时，输出第一电压给自锁电路22，自锁电路22根据第一电压进入锁定状态，输出第二电压给脉冲宽度调制使能电路23，以使得脉冲宽度调制使能电路23停止输出脉冲宽度调制信号，从而使得智能功率模块25在过流或者过温时处于不工作状态，能够利用硬件实现对智能功率模块25的保护，无需利用软件来控制，增加稳定性。

参阅图3，图3是本申请提供的保护电路另一实施例的结构示意图，该保护电路包括：依次连接的第一隔离电路31、自锁电路32及脉冲宽度调制使能电路33以及第二隔离电路34。

第一隔离电路31用于在智能功率模块35过流或过温时，触发自锁电路32；自锁电路32从第一隔离电路31接收到高电平信号，根据高电平信号输出低电平信号给脉冲宽度调制使能电路33；脉冲宽度调制使能电路33从自锁电路32接收到低电平信号，停止输出脉冲宽度调制信号，使得智能功率模块35停止工作。

脉冲宽度调制使能电路33包括缓冲器(Buffer)芯片331，其包括使能控制端OE，当使能控制端OE为高电平时，缓冲器芯片331在单片机36的控制下输出脉冲宽度调制信号给智能功率模块35；第二隔离电路34包括第二光耦合器341；具体地，缓冲器芯片331通过第二光耦合器341将脉冲宽度调制信号发送至智能功率模块35的控制模块351，从而使得智能功率模块35正常工作；当使能控制端OE为低电平时，缓冲器芯片331将不会输出脉冲宽度调制信号，以保护智能功率模块35。

第一隔离电路31包括限流电路311、滤波电路312以及第一光耦合器313，限流电路311分别与智能功率模块35以及滤波电路312连接，用于限制输入至第一光耦合器313的电流；滤波电路312分别与第一电源VCC以及第一光耦合器313连接，用于滤除干扰信号，在一具体的实施例中，第一电源VCC提供的电压可以为5V；第一光耦合器313用于隔离智能功率模块35与自锁电路32，并在过温或者过流时输出第一电压以触发自锁电路32。

限流电路311为第一电阻R1，滤波电路312为第一电容C1，第一隔离电路31还包括第二电阻R2，第一电阻R1的一端与智能功率模块35的输出端连接，第一电阻R1的另一端与第一电容C1的一端以及第一光耦合器313的第二管脚连接，第一电容C1的另一端与第一光耦合器313的第一管脚连接至第一电源VCC，第一光耦合器313的第三管脚与自锁电路32连接，第一光耦合器313的第四管脚与第二电源VDD连接，在一具体的实施例中，第二电源VDD可以为3.3V，第二电阻R2的一端与第一光耦合器313的第三管脚连接，第二电阻R2的另一端接地。

自锁电路32包括偏置电路321和锁定电路322，偏置电路321与锁定电路322的输入端连接，用于为锁定电路322提供偏置电压并进行滤波，锁定电路322用于在偏置电路321输入的偏置电压为高电平时，进入锁定状态，输出低电平至缓冲器芯片331。

偏置电路321包括第三电阻R3、第四电阻R4以及第二电容C2，第三电阻R3的一端与第一光耦合器313的第三管脚连接，第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的一端、第二电容C2的一端以及锁定电路322的输入端连接，第四电阻R4的另一端接地，第二电容C2的另一端接地。

锁定电路322包括第一开关管T1和第二开关管T2，第一开关管T1的第一端与偏置电路321的输出端连接，第一开关管T1的第二端分别与第二开关管T2的第一端以及缓冲器芯片331的输入端连接，第一开关管T1的第三端接地，第二开关管T2的第一端与第二开关管T2的第三端连接至第二电源VDD，第二开关管T2的第二端与第一开关管T1的第一端连接。

第一开关管T1为NPN型三极管，第二开关管T2为PNP型三极管，第一端、第二端以及第三端分别为三极管的基极、集电极和发射极。

锁定电路322还包括限流电阻，防止电流过大烧毁器件，限流电阻包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7以及第八电阻R8，第五电阻R5的一端与NPN型三极管的基极连接，第五电阻R5的另一端与PNP型三极管的集电极连接，第六电阻R6的一端与NPN型三极管的集电极连接，第六电阻R6的另一端与PNP型三极管的基极连接，第七电阻R7的一端与第二电源VDD连接，第七电阻R7的另一端与PNP型三极管的基极连接，第八电阻R8的一端与NPN型三极管的集电极连接，第八电阻R8的另一端与缓冲器芯片331的使能控制端OE连接。

当智能功率模块35过温或过流时，触发第一光耦合器313中的发光二极管3131发光，光敏元件3132受到光照后产生电流，第一光耦合器313的第三管脚和第四管脚导通，第一光耦合器313的第三管脚输出高电平，第一开关管T1的第一端为高电平，第一开关管T1导通，第一开关管T1的第二端输出低电平，第二开关管T2的第一端为低电平，第二开关管T2导通，第二开关管T2的第二端输出高电平至第一开关管T1的第一端，第一开关管T1和第二开关管T2形成闭合环路，自锁电路32输出保持为低电平，缓冲器芯片331停止输出脉冲宽度调制信号。

当智能功率模块35温度正常且电流正常，且自锁电路32未进入锁定状态时，无法触发第一光耦合器313中的发光二极管3131发光，第一光耦合器313的第三管脚和第四管脚无法导通，第一光耦合器313的第三管脚输出低电平，第一开关管T1无法导通，第一开关管T1的第二端输出高电平，第二开关管T2处于截止状态，自锁电路32输出高电平，从而使得缓冲器芯片331处于正常工作状态，缓冲器芯片331输出脉冲宽度调制信号至智能功率模块35。

本实施例利用第一光耦合器313隔离智能功率模块35和自锁电路32，自锁电路32包括偏置电路321和锁定电路322，偏置电路32用于为锁定电路322提供触发电压和滤除干扰信号，利用第一开关管T1和第二开关管T2构成锁定电路322，使得第一开关管T1的第一端为低电平时，第一开关管T1和第二开关管T2形成闭合回路，进入锁定状态，保持输出低电平，从而使得脉冲宽度调制使能电路33停止输出脉冲宽度调制信号，能够使得智能功率模块35在过流或者过温时处于不工作状态，仅利用硬件便可实现对智能功率模块35的保护，无需利用软件来控制，增加稳定性。

参阅图4，图4是本申请提供的电机驱动器一实施例的结构示意图，该电机驱动器包括：智能功率模块41、单片机42以及保护电路43。

保护电路43分别与智能功率模块41以及单片机42连接，单片机42用于输出脉冲宽度调制信号，以控制智能功率模块41驱动电机44；智能功率模块41用于检测是否过温或过流，并在过温或过流时触发保护电路43，以使得保护电路43停止传输脉冲宽度调制信号至智能功率模块41，从而保护电路，不因温度过高或电流过大而损坏；其中，保护电路为上述实施例中的保护电路。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：

第一隔离电路，与智能功率模块连接，用于在智能功率模块过流或过温时，输出第一电压；

自锁电路，与所述第一隔离电路连接，从所述第一隔离电路接收到所述第一电压，所述第一电压用于触发所述自锁电路，所述自锁电路用于根据所述第一电压输出第二电压；

脉冲宽度调制使能电路，与所述自锁电路连接，从所述自锁电路接收到所述第二电压，用于根据所述自锁电路的第二电压停止输出脉冲宽度调制信号；

第二隔离电路，与所述脉冲宽度调制使能电路连接，用于隔离所述脉冲宽度调制信号。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，

所述脉冲宽度调制使能电路包括缓冲器芯片，所述第一隔离电路包括第一光耦合器、滤波电路以及限流电路，所述限流电路分别与所述智能功率模块以及所述滤波电路连接，所述滤波电路分别与第一电源以及所述第一光耦合器连接，用于滤除干扰信号，所述第一光耦合器用于隔离所述智能功率模块与所述自锁电路，并输出所述第一电压以触发所述自锁电路，所述第二隔离电路包括第二光耦合器。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，

所述限流电路为第一电阻，所述滤波电路为第一电容，所述第一隔离电路还包括第二电阻，所述第一电阻的一端与所述智能功率模块的输出端连接，所述第一电阻的另一端与所述第一电容的一端以及所述第一光耦合器的第二管脚连接，所述第一电容的另一端与所述第一光耦合器的第一管脚连接至所述第一电源，所述第一光耦合器的第三管脚与所述自锁电路连接，所述第一光耦合器的第四管脚与第二电源连接，所述第二电阻的一端与所述第一光耦合器的第三管脚连接，所述第二电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，

所述自锁电路包括偏置电路和锁定电路，所述偏置电路与所述第一隔离电路的输出端连接，用于为所述锁定电路提供偏置电压并进行滤波，所述锁定电路用于在所述偏置电路输入的偏置电压为高电平时，进入锁定状态，输出低电平至所述缓冲器芯片。

5.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，

所述偏置电路包括第三电阻、第四电阻以及第二电容，所述第三电阻的一端与所述第一光耦合器的第三管脚连接，所述第三电阻的另一端与所述第四电阻的一端、所述第二电容的一端以及所述锁定电路的输入端连接，所述第四电阻的另一端接地，所述第二电容的另一端接地。

6.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，

所述锁定电路包括第一开关管和第二开关管，所述第一开关管的第一端与所述偏置电路的输出端连接，所述第一开关管的第二端分别与所述第二开关管的第一端以及所述缓冲器芯片的输入端连接，所述第一开关管的第三端接地，所述第二开关管的第一端与所述第二开关管的第三端连接至所述第二电源，所述第二开关管的第二端与所述第一开关管的第一端连接。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，

所述第一开关管为NPN型三极管，所述第二开关管为PNP型三极管，所述第一端、所述第二端以及所述第三端分别为所述三极管的基极、集电极和发射极。

8.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，

所述锁定电路还包括限流电阻，所述限流电阻包括第五电阻、第六电阻、第七电阻以及第八电阻，所述第五电阻的一端与所述NPN型三极管的基极连接，所述第五电阻的另一端与所述PNP型三极管的集电极连接，所述第六电阻的一端与所述NPN型三极管的集电极连接，所述第六电阻的另一端与所述PNP型三极管的基极连接，所述第七电阻的一端与所述第二电源连接，所述第七电阻的另一端与所述PNP型三极管的基极连接，所述第八电阻的一端与所述NPN型三极管的集电极连接，所述第八电阻的另一端与所述缓冲器芯片的使能控制端连接。

9.根据权利要求7所述的保护电路，其特征在于，

当所述智能功率模块过温或过流时，所述第一光耦合器的第三管脚输出高电平，所述第一开关管的第一端为高电平，所述第一开关管导通，所述第一开关管的第二端输出低电平，所述第二开关管的第一端为低电平，所述第二开关管导通，所述第二开关管的第二端输出高电平至所述第一开关管的第一端，所述第一开关管和所述第二开关管形成闭合环路，所述自锁电路的输出保持为低电平，所述缓冲器芯片停止输出所述脉冲宽度调制信号。

10.一种电机驱动器，其特征在于，包括：智能功率模块、单片机以及保护电路，所述保护电路分别与所述智能功率模块以及所述单片机连接，所述单片机用于输出脉冲宽度调制信号，以控制所述智能功率模块驱动电机，所述智能功率模块用于检测是否过温或过流，并在过温或过流时触发所述保护电路，以使得所述保护电路停止传输所述脉冲宽度调制信号至所述智能功率模块；其中，所述保护电路为权利要求1-9中任一项所述的保护电路。