CN110854812A - 一种电机过流保护电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机过流保护电路及方法，包括电机、电机驱动模块、控制芯片、电流采样模块、反馈模块、驱动电源和控制电源，电流采样模块的第一输出端连接反馈模块的控制端，反馈模块的输入端连接控制电源，反馈模块的输出端控制芯片的第一端口；反馈模块通过电流采样模块获取电机的工作电流信号，并根据电机工作电流信号的大小反馈高电平或低电平至控制芯片的第一端口，控制芯片根据第一端口的高电平或低电平控制电机驱动模块停止或运行。本发明通过在电机的控制电路中设计简单的外围电路，从而达到可以自行设置电机电流过流保护点的设计，当电机运行电流达到设置的保护点时，可以快速、可靠、精准的关断电流，更有效的保护了电机。

Description

一种电机过流保护电路及方法

技术领域

本发明涉及电机保护领域，具体涉及一种电机过流保护电路及方法。

背景技术

很多电子设备都有额定电流，不允许超过额定电流，不然会烧毁设备，所以很多设备都做了电流保护模块，当电流超过额定电流时，设备会自动断电，起到保护设备的作用。

目前直流无刷电机常见的电流保护为通过电流采样电阻来获取流过电机的电流，将采集到的电流经过放大器或者直接通过采样电机连接到MCU，通过AD采样后经过软件计算判断是否过流，此过程涉及到AD转换和MCU处理都需要等待较长的时间，使得保护电路响应时间过长，电机可能来不及保护，存在电机被烧毁的风险。

现提出一种硬件外围保护电路额外加软件保护的成本低、可靠性高、快速响应、双重保护的方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足之处而提供一种电机过流保护电路及方法，用于降低电机保护的反应时间，提升电机保护的可靠性，有效的保护电机不被烧毁。

本发明的目的通过以下两个方面的技术方案实现：

第一方面，本发明提供一种一种电机过流保护电路，其特征在于，包括电机、电机驱动模块、控制芯片、电流采样模块、反馈模块、驱动电源和控制电源，所述电流采样模块的第一输出端连接所述反馈模块的控制端，所述反馈模块的输入端连接所述控制电源，所述反馈模块的输出端所述控制芯片的第一端口；

所述反馈模块用于获取电机的工作电流信号，并根据电机工作电流信号反馈高电平或低电平至控制芯片的第一端口，所述控制芯片根据第一端口的高电平或低电平控制电机驱动模块停止或运行。

进一步地，所述电机驱动模块的输入端连接所述驱动电源的输出端，所述电机驱动模块的输出端连接所述电机的输入端且公共端连接所述电流采样模块的输入端，所述电机驱动模块的控制端连接所述控制芯片的第二端口，所述电流采样模块的第二输出端连接所述控制芯片的第二端口。

进一步地，所述反馈模块包括第二电阻和可控精密稳压源，所述第二电阻的输入端连接所述控制电源，所述第二电阻的输出端连接所述可控精密稳压源的输入端且公共端连接所述控制芯片的第一端口，所述可控精密稳压源的输出端接地，所述可控精密稳压源的控制端连接所述电流采样模块的第一输出端。

进一步地，所述电流采样模块包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端连接所述反馈模块的控制端且公共端连接控制芯片的第二端口、电机的输入端和第一电容的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第一电容的另一端且公共端接地。

进一步地，所述电机为直流无刷电机。

进一步地，所述可控精密稳压源的具体型号为TL431。

第二方面，本发明还提供一种电机过流保护方法，所述电机过流保护方法通过第一方面所述的电机过流保护电路实现。

进一步地，所述电机过流保护方法包括：

电流采样模块实时获取电机运行电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号；

反馈模块获取所述电压信号，并根据所述电压信号的大小输出高电平或低电平至控制芯片的第一端口；

控制芯片根据第一端口的高电平或低电平控制电机驱动模块使电机停止或运行。

进一步地，所述电机过流保护方法还包括：

控制芯片的第二端口获取电流采样模块的电压信号；

控制芯片获取的电压信号经过计算后未达到预设的电流保护点A时，控制芯片控制电机驱动模块使电机正常运行；

控制芯片获取的电机运行电流经过计算后达到预设的电流保护点A时，控制芯片控制电机驱动模块使电机停止。

进一步地，所述所述控制芯片根据第一端口的高电平或低电平控制电机驱动模块使电机停止或运行具体包括：

电机正常运行时，反馈模块输出高电平至控制芯片第一端口，控制芯片控制电机驱动模块使电机正常运行；

电机过流时，反馈模块输出低电平至控制芯片第一端口，控制芯片控制电机驱动模块使电机停止。

本发明的有益效果是：本发明提供一种电机过流保护电路和方法，通过在电机的控制电路中设计简单的外围电路，从而达到可以自行设置电机电流过流保护点的设计，当电机运行电流达到设置的保护点时，可以快速、可靠、精准的关断电流，更有效的保护了电机。

附图说明

利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本发明的一种电机过流保护电路的一个实施例的电路原理图。

其中，附图标记如下：10.反馈模块，20.电流采样模块。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在数字电路中，把电压的高低用逻辑电平来表示，逻辑电平包括高电平和低电平这两种。不同的元器件形成的数字电路，电压对应的逻辑电平也不同。逻辑电平通过阈值电平来定义，例如，在在TTL门电路中，把大于3 .5伏(阈值高电平)的电压定义为逻辑高电平，用数字1表示；把小于0.3伏(阈值低电平)的电压定义为逻辑低电平，用数字0表示。

本实施例的一种电机过流保护电路，包括电机M、电机驱动模块、控制芯片、电流采样模块20、反馈模块10、驱动电源VDC和控制电源VCC，所述电流采样模块20的第一输出端连接所述反馈模块10的控制端，所述反馈模块10的输入端连接所述控制电源VCC，所述反馈模块10的输出端所述控制芯片的第一端口，所述电机驱动模块的输入端连接所述驱动电源的输出端，所述电机驱动模块的输出端连接所述电机M的输入端且公共端连接所述电流采样模块20的输入端，所述电机驱动模块的控制端连接所述控制芯片的第二端口，所述电流采样模块20的第二输出端连接所述控制芯片的第二端口。

本实施例的电路中，电机M为直流无刷电机，电机驱动模块为智能功率模块（IPM，Intelligent Power Module），控制芯片是型号为STM32F4的MCU，需要说明的是，本实施例所使用的电机、电机驱动模块、控制芯片并不对本发明形成限制，本发明还可以通过例如：直流有刷电机、交流电机等电机仍适用于本发明，电机驱动模块也可以为电机驱动器等，控制芯片可以为STC12系列MCU、STC15系列MCU等。

具体的，本实施例的电路中所述反馈模块10包括第二电阻R2和可控精密稳压源，所述第二电阻R2的输入端连接所述控制电源，所述第二电阻R2的输出端连接所述可控精密稳压源的输入端且公共端连接所述MCU的第一端口，所述可控精密稳压源的输出端接地，所述可控精密稳压源的控制端连接所述电流采样模块20的第一输出端。

所述电流采样模块20包括第一电阻R1和第一电容C1，所述第一电阻R1的一端连接所述反馈模块10的控制端且公共端连接MCU的第二端口、电机M的输入端和第一电容C1的一端，所述第一电阻R1的另一端连接所述第一电容C1的另一端且公共端接地。

所述电流采样模块20实时获取电机M的运行电流I，并将所述运行电流转化为电压信号V，然后将所述电压信号传输至MCU第二端口和反馈模块10，其中，

V=I*R1。

其中，本实施例的电路中的可控精密稳压源具体型号为TL431，其它的型号的可控精密稳压源并不对本发明形成限制，例如H431，TL431是一个有良好的热稳定性能的三端可调分流基准源，当工作在开环模式时(即REF管脚不与CATHODE管脚连接)，可以作为比较器使用，其中内部提供2 .5V高精度参考电压Vref，精度0 .4％、等效全范围温度系数50ppm/℃，另外其作为比较器使用时不存在失调电压。正是利用TL431的这些特性，本实施例实现了电机过流保护点A的调节。

本实施例的电路中，TL431导通时，MCU的第一端口接收到低电平，TL431截止时，MCU的第一端口接收到高电平。所述TL431的控制端连接所述电流采样模块20，当输入电压信号V未达到2.5V时，TL431处于截止状态，MCU的第一端口接收到高电平，电机M正常运行，MCU不动作；当输入电压信号V达到2.5V时，TL431迅速导通，MCU的第一端口接收到低电平，电机M过流，MCU控制IPM使电机M迅速停止；因此，本实施例的电机过流保护点A可以通过R1的值进行调节:

A=2.5/R1。

本实施例的电路中，C1为滤波电容，滤波电容C1用于滤除干扰信号，防止电机M误触发过流保护信号，R2为TL431的上拉电阻，电源VCC为上拉电阻R2提供电压。

本实施例的电路工作原理：当电机运行电流I没有达到过流保护点A的电流大小时，采样电阻R1因流过的电流太小端电压小于2.5V，此时TL431的控制端的电压小于2.5V，TL431不导通，MCU接受到高电平，此时MCU不发出保护信号，不做任何保护动作的信号处理，正常发出PWM信号，IPM可正常工作，电机M正常运行；当电机M过流时，此时电流通过采样电阻R1上，此时电阻R1的端电压因电流迅速增大而导致R1端电压增大，当电机运行电流I达到设置的电流保护点A时，即TL431的控制端的电压达到了2.5V时，此时TL431快速导通，MCU此时接收到低电平，MCU快速发出过流保护信号，此时IPM停止工作，不再给电机M提供换向信号，导致电机停止运行，保护电机M不因电流过大而烧毁。采样电阻R1的端电压因电机运行电流I过大导致端电压增大，MCU通过软件计算此时电流已达到电流保护点，再次发出关断信号，达到双重保护的效果。

本实施例还提供一种电机过流保护方法，所述电机过流保护方法通过本实施例所述的电机过流保护电路实现，包括：

电流采样模块20实时获取电机运行电流I，并将所述电流信号转化为电压信号V；

反馈模块10获取电压信号V，并根据电压信号V的大小输出高电平或低电平至MCU的第一端口，具体为：

当电机M正常运行时，电压信号V正常，反馈模块10输出高电平至MCU第一端口，MCU控制电机驱动模块使电机M正常运行；

当电机M过流时，电压信号V增大，反馈模块10输出低电平至MCU第一端口，MCU控制电机驱动模块使电机停止；

MCU的第二端口获取电流采样模块20的电压信号V；

MCU获取的电压信号V经过计算后未达到电流保护点A对应的电压信号时，MCU控制电机驱动模块使电机M正常运行；

MCU获取的电压信号V经过计算后达到电流保护点A对应的电压信号时，MCU控制电机驱动模块使电机M停止。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种电机过流保护电路，其特征在于，包括电机、电机驱动模块、控制芯片、电流采样模块、反馈模块、驱动电源和控制电源，所述电流采样模块的第一输出端连接所述反馈模块的控制端，所述反馈模块的输入端连接所述控制电源，所述反馈模块的输出端所述控制芯片的第一端口；

所述反馈模块通过电流采样模块获取电机的工作电流信号，并根据电机工作电流信号的大小反馈高电平或低电平至控制芯片的第一端口，所述控制芯片根据第一端口的高电平或低电平控制电机驱动模块停止或运行。

2.如权利要求1所述的一种电机过流保护电路，其特征在于，所述电机驱动模块的输入端连接所述驱动电源的输出端，所述电机驱动模块的输出端连接所述电机的输入端且公共端连接所述电流采样模块的输入端，所述电机驱动模块的控制端连接所述控制芯片的第二端口，所述电流采样模块的第二输出端连接所述控制芯片的第二端口。

3.如权利要求1所述的一种电机过流保护电路，其特征在于，所述反馈模块包括第二电阻和可控精密稳压源，所述第二电阻的输入端连接所述控制电源，所述第二电阻的输出端连接所述可控精密稳压源的输入端且公共端连接所述控制芯片的第一端口，所述可控精密稳压源的输出端接地，所述可控精密稳压源的控制端连接所述电流采样模块的第一输出端。

4.如权利要求1所述的一种电机过流保护电路，其特征在于，所述电流采样模块包括第一电阻和第一电容，所述第一电阻的一端连接所述反馈模块的控制端且公共端连接控制芯片的第二端口、电机的输入端和第一电容的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第一电容的另一端且公共端接地。

5.如权利要求1所述的一种电机过流保护电路，其特征在于，所述电机为直流无刷电机。

6.如权利要求3所述的一种电机过流保护电路，其特征在于，所述可控精密稳压源的具体型号为TL431。

7.一种电机过流保护方法，其特征在于，所述电机过流保护方法通过权利要求1至6任意一项所述的电机过流保护电路实现。

8.如权利要求7所述的一种电机过流保护方法，其特征在于，包括：

电流采样模块实时获取电机运行电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号；

反馈模块获取所述电压信号，并根据所述电压信号的大小输出高电平或低电平至控制芯片的第一端口；

控制芯片根据第一端口的高电平或低电平控制电机驱动模块使电机停止或运行。

9.如权利要求8所述的一种电机过流保护方法，其特征在于，还包括：

控制芯片的第二端口获取电流采样模块的电压信号；

控制芯片获取的电压信号经过计算后未达到预设的电流保护点A时，控制芯片控制电机驱动模块使电机正常运行；

控制芯片获取的电机运行电流经过计算后达到预设的电流保护点A时，控制芯片控制电机驱动模块使电机停止。

10.如权利要求8所述的一种电机过流保护方法，其特征在于，所述控制芯片根据第一端口的高电平或低电平控制电机驱动模块使电机停止或运行具体包括：

电机正常运行时，反馈模块输出高电平至控制芯片第一端口，控制芯片控制电机驱动模块使电机正常运行；

电机过流时，反馈模块输出低电平至控制芯片第一端口，控制芯片控制电机驱动模块使电机停止。