CN110416972A - 堵转保护及堵转重启电路装置 - Google Patents

Abstract

一种堵转保护及堵转重启电路装置，其结构简单，可减小占用空间和投入成本，可满足电机堵转保护及堵转电机重启要求，其包括电机、堵转检测电路、堵转重启电路，堵转重启电路中通过二极管连接电机，二极管连接比较器U1A的输出端，比较器U1A的正向输入端分别连接电阻R12、R4、R5，比较器U1A的负向输入端负向输入端分别连接电阻R7、R13电容C3、堵转检测电路中的三极管Q3的集电极，三极管Q3基极分别连接电阻R10、R15的一端，电阻R15分别连接电容C2、二极管D2，二极管D2阳极分别连接电容C1一端、二极管D1阴极，电容C1另一端连接电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接电阻R14一端、三极管Q4集电极，三极管Q4基极连接霍尔元件H正极，电阻R14另一端连接电源V1正极。

Description

堵转保护及堵转重启电路装置

技术领域

本发明涉及电机控制系统技术领域，具体为一种堵转保护及堵转重启电路装置。

背景技术

在电机控制领域，尤其是当电机作为水泵或者风机的驱动设备使用时，水泵或者风机的叶轮极易受外部干扰或外部环境影响出现被堵的情况，此时水泵或者风机处于堵转状态，若堵转状态不能被系统及时发现，或不及时解除堵转状况，则电源会对电机持续地施加大电流，这可能导致控制器或电机损坏，甚至可能因为过热而引起其他危险情况的发生。

一般地，检测电机堵转的方法很多，比如通过软件控制系统检测输入到电机的电流，通过检测电流来判断电机是否处于堵转状态；也可以用位移传感器与软件控制系统连接来检测电机转子位置信号，从而判断电机是否堵转状况，当发生堵转时，控制系统可根据需要来关闭电机的电源驱动信号，或者调节输出到电机电压的幅值或者持续时间，来减小电流，并根据需要，不间断的尝试重启，直至堵转撤除或者系统断电。

但是，一般检测堵转及堵转后尝试重启的电路都需软件控制系统及其外围电路来配合，因此，需要增加微处理器，微处理器及外围电路的增加使得整个电机控制器的结构复杂，尺寸大且占用较多的空间，并且微处理器工作需要指定的电源系统，在一些成本要求比较高，同时控制器空间受限的场合，则无法满足需求。

发明内容

针对现有技术中存在的用于电机驱动控制的控制器装置的结构复杂、尺寸大、占用空间多、成本高的问题，本发明提供了一种堵转保护及堵转重启电路装置，其结构简单，可减小占用空间和投入成本，同时可满足电机堵转保护及堵转电机重启的要求。

一种堵转保护及堵转重启电路装置，其包括电机，其特征在于，其还包括堵转检测电路、堵转重启电路，所述堵转检测电路用于检测所述电机是否处于堵转或停止工作，所述堵转重启电路用于堵转撤除后所述电机的启动工作，所述堵转重启电路包括比较器U1A，所述比较器U1A的输出端连接钳位电路，所述钳位电路包括二极管D3至D6，所述二极管D3至D6的阳极分别连接所述电机的驱动信号，所述二极管D3的阴极分别连接所述二极管D4、D5、D6的阴极、电阻R9、R12、R8的一端、比较器U1A的输出端3端口，所述比较器U1A的正向输入端1端口分别连接电阻R12的另一端、电阻R4、R5的一端，所述比较器U1A的负向输入端负向输入端2端口分别连接电阻R7、R13的一端、电容C3的一端、所述堵转检测电路中的三极管Q3的集电极，所述电阻R5、R13的另一端、电容C3的另一端接地，所述电阻R9的另一端分别连接所述比较器U1A的电源端口4端口、电阻R9、R4、R3的另一端、三极管Q2的发射极、电压源Vcc的正极，所述比较器U1A的5端口接地，所述电阻R7的另一端连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的基极分别连接所述电阻R3、R11的一端，所述电源Vcc的负极接地，所述电阻R11的另一端连接三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极连接所述电阻R8的另一端。

其进一步特征在于，所述堵转检测电路中的三极管Q3的基极分别连接电阻R10、R15的一端，所述电阻R15的另一端分别连接电容C2的一端、二极管D2的阴极，所述二极管D2的阳极分别连接电容C1的一端、二极管D1的阴极，所述电容C1的另一端连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端分别连接电阻R14的一端、三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的基极连接霍尔元件H的正极，所述电阻R14的另一端连接电源V1的正极，所述电源V1的负极、霍尔元件H的负极、三极管Q4的发射极、二极管D1的阴极、电容C2的另一端、电阻R10的另一端、三极管Q3的发射极接地；

所述霍尔元件H的型号为DRV5013；

采用本发明的上述结构可达到如下有益效果：将本电路装置应用于电机驱动控制系统中，堵转检测电路用于检测电机是否处于堵转或停止工作，堵转重启电路用于实现堵转撤除后电机的启动工作，通过堵转重启电路中的比较器U1A、二极管D3至D6、堵转检测电路中的电容C1、C2、三极管Q1、Q2、Q3、Q4以及霍尔元件H等元件，可实现检测电机堵转的功能，同时在电机发生堵转后，控制系统可以不间断的尝试重启，直至堵转撤除或者系统掉电，从而避免了电机因堵转而损坏的问题出现，其无需设置微处理器装置及其外围电路，通过基础的电子硬件配合即可满足电机堵转检测及电机重启的功能要求，因此简化了电机控制器的结构，使控制器简单化、成本最优化，同时确保了电机能够稳定可靠的工作。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为当电源V1为12V，电机正常运转时，霍尔元件H、电容C2、比较器U1A的电压信号仿真波形图；

图3为当电源V1为12V，电机发生堵转，霍尔元件H的输入信号持续为高电平时，霍尔元件H、电容C3、比较器U1A的电压信号仿真波形图；

图4为当电源V1为12V，电机发生堵转，霍尔元件H的输入信号持续为低电平时，霍尔元件H、电容C3、比较器U1A的电压信号仿真波形图。

具体实施方式

见图1，一种堵转保护及堵转重启电路装置，其包括电机1、堵转检测电路2、堵转重启电路3，堵转检测电路2用于检测电机是否处于堵转或停止工作，堵转重启电路3用于堵转撤除后电机的启动工作，堵转重启电路包括比较器U1A，比较器U1A的输出端连接钳位电路，钳位电路包括二极管D3至D6，二极管D3至D6的阳极分别连接电机的驱动信号，二极管D3的阴极分别连接二极管D4、D5、D6的阴极、电阻R9、R12、R8的一端、比较器U1A的输出端3端口，比较器U1A的正向输入端1端口分别连接电阻R12的另一端、电阻R4、R5的一端，比较器U1A的负向输入端负向输入端2端口分别连接电阻R7、R13的一端、电容C3的一端、堵转检测电路中的三极管Q3的集电极，电阻R5、R13的另一端、电容C3的另一端接地，电阻R9的另一端分别连接比较器U1A的电源端口4端口、电阻R9、R4、R3的另一端、三极管Q2的发射极、电压源Vcc的正极，比较器U1A的5端口接地，电阻R7的另一端连接三极管Q2的集电极，三极管Q2的基极分别连接电阻R3、R11的一端，电源Vcc的负极接地，电阻R11的另一端连接三极管Q1的集电极，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极连接电阻R8的另一端；

堵转检测电路中的三极管Q3的基极分别连接电阻R10、R15的一端，电阻R15的另一端分别连接电容C2的一端、二极管D2的阴极，二极管D2的阳极分别连接电容C1的一端、二极管D1的阴极，电容C1的另一端连接电阻R1的一端，电阻R1的另一端分别连接电阻R14的一端、三极管Q4的集电极，三极管Q4的基极连接霍尔元件H的正极，电阻R14的另一端连接电源V1的正极，电源V1的负极、霍尔元件H的负极、三极管Q4的发射极、二极管D1的阴极、电容C2的另一端、电阻R10的另一端、三极管Q3的发射极接地；霍尔元件H为霍尔传感器，型号为DRV5013，比较强U1A采用现有技术。

将本装置应用于电机驱动控制系统中，设电机的驱动信号为driver1、driver2、driver3、driver…，driver1、driver2、driver3、driver…分别经二极管D3、D4、D5、D6连接堵转重启电路3中的比较器U1A的输出端，driver1，driver2，driver3，driver… 为电机的驱动信号，当此类信号为高电平时，驱动电机工作；二极管D3、D4、D5、D6的阳极、比较器U1A的输出端可检测堵转信号locked_signal，当此信号为低电平时，判断系统堵转，堵转发生时，由于locked_signal为低电平，经由二极管D3、D4、D5、D6连接的电机驱动信号driver1，driver2，driver3，driver…被钳位至低电平，从而停止驱动电机工作，从而达到堵转保护的作用；

霍尔元件H产生的电压信号Hall_signal可以表示电机的转子位置信号，通过霍尔元件H产生的电压信号Hall_signal可判断电机的转子的转动状况，具体的：（1）当电机正常运行时，霍尔元件H产生的波形信号Hall_signaL为方波信号，其频率由电机的极对数及转速决定，当电机堵转或者停止工作时hall_signal为固定的高电平或低电平，其具体电平状态由转子所堵位置决定，由于电容C1具有隔直的作用，电机正常运转时，由于hall_signal的仿真信号为方波信号，经三极管Q4后，三极管Q4 的C E结电压仿真信号也为方波信号，当hall_signal为低电平时，三极管Q4关断，电源V1经过电阻R14,R1、电容C1、二极管D2、电容C2构成回路给电容C2充电，当hall_signal为高电平时，三极管Q4导通，电容C1经电阻R1,三极管Q4,二极管D1放电，电阻R1参数选取适当，使其在下一个脉冲到来之前可以将C1电容所存储的电荷放完，电容C2经电阻R1、R10、三极管Q3放电,本实施例中R15选取大阻值，使电容C2在下一脉冲到来之前电荷放不完，如此，电容C2经反复的充放电，最终维持在某一电压值范围，使三极管Q3持续导通，从而比较器U1A负相输入端持续低电平。比较器正相输入端为一经电阻R4、R5、R12分压的恒定电压，比较器U1A正相输入端比比较器U1A负相输入端电平高，比较器U1A输出高电平，即locked_signal信号为高电平，不影响电机驱动信号，电机可以继续运行；（2）当电机发生堵转时，此时电机转子不会转动，转子位置信号hall_signal为一恒定的电平，由于电容C1具有通交流隔直的作用，电容C2持续为低电平，三极管Q3无法开通，此时判断电机堵转。当检测到堵转信号时，三极管Q3截止，此时locked_signal为高电平，三极管Q1 的基极经电阻R8接至高电平，三极管Q1导通，从而三极管Q2导通，电容C3经电阻R7,三极管Q2接至电源Vcc充电，电容C3电压指数上升，当电容C3两端电压升至比较器U1A正相输入端电压时，比较器U1A输出端信号翻转，locked_signal变低，电机驱动信号driver1，driver2，driver3，driver…经二极管D3,D4,D5,D6的钳位作用全部拉低，电机停止驱动。同时由于有滞回电阻的存在，比较器U1A正相输入端阀值变化，小于此前阀值，三极管Q1,Q2截止，电容C3所储电荷经电阻R13放电，当电容C3电压低至此时比较器U1A正相输入端电压时，比较器U1A输出信号翻转，locked_signal变为高电平，电机驱动信号driver1，driver2，driver3，driver…恢复，驱动电机工作，若堵转已经撤除，则电机可以正常工作，若堵转仍存在，系统重复堵转重启电路功能，直至堵转撤除，电机正常工作，或者系统断电。

见图2，以12V系统为例，当电源Vcc=电源V1=12V时，转子位置信号通过霍尔元件H产生的电压信号Hall_signal表现出来，此时霍尔产生产生的电压信号Hall_signal的仿真波形为方波，当电机正常运行时，霍尔元件H、电容C2、比较器U1A输出的电压变化波形如图2所示，图2中横轴表示运行时间Time，时间Time的范围为：0ms~1000ms，竖轴表示电压，电压的范围为：0V~15V，图2中A曲线表示在电机正常运行时霍尔元件H输出的电压信号的仿真波形，霍尔元件H的输出电压的波形为方波A，电压变化范围为0~12V，B曲线表示在电机正常运行时电容C2的电压信号的仿真波形，电容C2的电压先升高，然后稳定在5V左右，即电容C2两端电压随时间Time的增加上升，当电容C2端电压大于三极管Q3的 BE结的导通电压时，三极管Q3导通，此时，电容C2的电压处于稳定状态，比较器U1A负相输入端电压经三极管Q3接地，比较器U1A正相输入端信号电压值始终高于负相输入端电压值，C曲线表示比较器U1A的输出端的电压信号的仿真波形，可见在电机正常运行时，比较器U1A的输出端的电压保持在高电平12V，即locked_signal为高电平，电机正常工作；

见图3，当电机发生堵转时，若此时霍尔元件H输出的电压信号Hall_signal持续为低电平，霍尔元件H、电容C3、比较器U1A的输出端的电压变化波形如图3所示，图3中横轴表示运行时间Time，时间Time的范围为：0s~10s，竖轴表示电压，电压的范围为：0V~12.5V，图3中D1曲线表示在电机堵转时，三极管Q4输出的电压波形，从图中可以看出其电压始终保持在较高值12V；E1曲线表示在电机堵转时，电容C3的电压信号的仿真波形，从E1曲线看出电容C3充电、放电、充电的循环过程，电容C3的电压随充电、放电分别升高、降低，F1曲线表示电机堵转时比较器U1A的输出端的电压信号的仿真波形，此时，可以看出电容C3只在刚开始上电瞬间充电，随后处于放电状态，当电容C3电压无法使三极管Q3工作时，三极管Q3截止，此时比较器U1A输出端的电压locked_signal为高电平，三极管Q1,Q2导通，电容C3经Q2,R7充电，充电时间可根据电阻R7阻值，电容C3容值调整，当经过设定时间后，比较器U1A的负向输入端电压高于比较器U1A正相输入端设定电压时，比较器U1A输出信号翻转，即从F1曲线表示的比较器U1A的输出端的电压值可以看出，此时locked_signal变为低电平，电机停止驱动，此时三极管Q1,Q2截止，电容C3经电阻R13放电，经设定的放电时间后，电容C3电压低于比较器U1A正相输入端电压，比较器U1A输出信号再次翻转，locked_signal变为高电平，电机恢复驱动并尝试启动，若堵转已经撤除，电机可继续正常工作，后续波形参照正常运转时信号波形；若堵转扔存在，此时locked_signal为高电平，三极管Q1、Q2导通，电容C3经三极管Q2、电阻R7充电，重复上述重启、停止驱动、重启的过程，直至系统正常工作或系统断电；

见图4，当电机发生堵转时，若此时霍尔元件H产生的电压信号Hall_signal持续为高电平，霍尔元件H、电容C3、比较器U1A的输出端的电压变化波形如图4所示，图4中横轴表示运行时间Time，时间Time的范围为：0s~10s，竖轴表示电压，电压的范围为：0V~12.5V，图4中D2曲线表示在电机堵转时，三极管Q4的 CE结输出的电压仿真波形，其电压保持在较低值；E2曲线表示在电机堵转时，电容 C3的电压信号的仿真波形，从E2曲线看出电容C3充电、放电、充电的循环过程，电容 C3的电压随充电、放电分别升高、降低，F2曲线表示电机堵转时比较器U1A的输出端的电压信号的仿真波形，此时，电容C3端电压一直为低电平，三极管Q3截止，电容C3经三极管Q2、电阻R7充电，充电时间可根据电阻R7阻值，电容C3容值调整，当经过设定时间后，三极管Q3电压高于比较器U1A正相输入端设定电压时，比较器U1A输出信号翻转，即从F2曲线表示的比较器U1A的输出端的电压值可以看出，此时locked_signal变为低电平，电机停止驱动，此时三极管Q2截止，电容C3经电阻R13放电，经设定的放电时间后，电容C3电压低于比较器U1A正相输入端电压，比较器U1A输出信号再次翻转，locked_signal变为高电平，电机恢复驱动并尝试启动，若堵转已经撤除，电机可继续正常工作，后续波形参照正常运转时信号波形。若堵转扔存在，此时locked_signal为高电平，三极管Q1、Q2开通，电容C3经三极管Q2、电阻R7充电，重复上述重启、停止驱动、重启的过程，直至系统正常工作或系统断电，从而实现堵转保护和电机的堵转重启操作。

Claims (2)

1.一种堵转保护及堵转重启电路装置，其包括电机，其特征在于，其还包括堵转检测电路、堵转重启电路，所述堵转检测电路用于检测所述电机是否处于堵转或停止工作，所述堵转重启电路用于堵转撤除后所述电机的启动工作，所述堵转重启电路包括比较器U1A，所述比较器U1A的输出端连接钳位电路，所述钳位电路包括二极管D3至D6，所述二极管D3至D6的阳极分别连接所述电机的驱动信号，所述二极管D3的阴极分别连接所述二极管D4、D5、D6的阴极、电阻R9、R12、R8的一端、比较器U1A的输出端3端口，所述比较器U1A的正向输入端1端口分别连接电阻R12的另一端、电阻R4、R5的一端，所述比较器U1A的负向输入端负向输入端2端口分别连接电阻R7、R13的一端、电容C3的一端、所述堵转检测电路中的三极管Q3的集电极，所述电阻R5、R13的另一端、电容C3的另一端接地，所述电阻R9的另一端分别连接所述比较器U1A的电源端口4端口、电阻R9、R4、R3的另一端、三极管Q2的发射极、电压源Vcc的正极，所述比较器U1A的5端口接地，所述电阻R7的另一端连接所述三极管Q2的集电极，所述三极管Q2的基极分别连接所述电阻R3、R11的一端，所述电源Vcc的负极接地，所述电阻R11的另一端连接三极管Q1的集电极，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的基极连接所述电阻R8的另一端。

2.根据权利要求1所述的一种堵转保护及堵转重启电路装置，其特征在于，所述堵转检测电路中的三极管Q3的基极分别连接电阻R10、R15的一端，所述电阻R15的另一端分别连接电容C2的一端、二极管D2的阴极，所述二极管D2的阳极分别连接电容C1的一端、二极管D1的阴极，所述电容C1的另一端连接电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端分别连接电阻R14的一端、三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的基极连接霍尔元件H的正极，所述电阻R14的另一端连接电源V1的正极，所述电源V1的负极、霍尔元件H的负极、三极管Q4的发射极、二极管D1的阴极、电容C2的另一端、电阻R10的另一端、三极管Q3的发射极接地。