CN113466689A - 一种有刷直流电机故障诊断电路与诊断方法 - Google Patents
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Abstract
一种有刷直流电机故障诊断电路与诊断方法，包括电机驱动电路、电机电压检测电路、上拉电路和中央处理单元，电机驱动电路与电机的M+和M‑两端相连接，电机电压检测电路对电机的M+和M‑两端进行电压取样，且电机电压检测电路的信号输出端与中央处理单元相连接，电机电压检测电路的信号输入端与上拉电路相连接，用于接收上拉电路传递的上拉电压，上拉电路与中央处理单元相连接，通过中央处理单元的控制信号控制上拉打开与关闭，且上拉电路通过电阻分压方式进行上拉电压取样，并将取样电压传递到中央处理单元。本发明克服了现有技术的不足，针对非驱动状态进行故障检测，从而能够避免故障下进行驱动导致的误动作而造成的器件损伤和寿命减少。
Description
技术领域
本发明涉及电机故障诊断技术领域，具体涉及一种有刷直流电机故障诊断电路与诊断方法。
背景技术
有刷直流电机作为常见的执行机构，在运用时一般需要对其进行故障诊断。有刷直流电机常采用H桥驱动芯片进行驱动，目前大多数H桥驱动芯片都具有内置诊断功能，但需要在驱动状态下进行故障诊断和保护，不带有非驱动状态下的开路或短路检测功能。因而需要针对非驱动状态进行故障检测(预诊断)，以避免故障下进行驱动(或者MOS开闭)导致的误动作，造成器件损伤和寿命减少。
目前大多数电机驱动电路芯片采用电流镜形式或检流电阻检测形式，一般都具有驱动状态下的故障诊断和保护功能，但不带有非驱动状态下的开路或短路检测功能。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种有刷直流电机故障诊断电路与诊断方法，克服了现有技术的不足，针对非驱动状态进行故障检测，从而能够避免故障下进行驱动导致的误动作而造成的器件损伤和寿命减少。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种有刷直流电机故障诊断电路，包括电机驱动电路、电机电压检测电路、上拉电路和中央处理单元，所述电机驱动电路的正负极分别与电机的M+和M-两端相连接，所述电机电压检测电路通过电阻分压方式对电机的M+和M-两端进行电压取样，且所述电机电压检测电路的信号输出端与中央处理单元相连接，所述电机电压检测电路的信号输入端与上拉电路相连接，用于接收上拉电路传递的上拉电压，所述上拉电路的信号输入端与中央处理单元相连接，通过中央处理单元的控制信号控制上拉打开与关闭，且所述上拉电路通过电阻分压方式进行上拉电压取样，并将取样电压传递到中央处理单元。
优选地，所述电机电压检测电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、电容C2和电容C3，所述二极管D1的阳极与上拉电路相连接，所述二极管D1的阴极与电阻R3的一端相连接，所述电阻R3的另一端分别连接电机的M+端和电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、电容C2的一端和中央处理单元的AD口相连接，所述电阻R6的一端连接电机的M-端，所述电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端和电阻R8的一端相连接，所述电阻R7的另一端分别与电容C3的一端和中央处理单元的AD口相连接，所述电阻R5的另一端、电容C2的另一端、电阻R8的另一端和电容C3的另一端均接地。
优选地，所述上拉电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1、跨阻放大器TIA和跨阻放大器TIB，所述电阻R1的一端分别连接跨阻放大器TIA和二极管D1的阳极，所述跨阻放大器TIA通过跨阻放大器TIB与与中央处理单元相连接，所述电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端和中央处理单元的AD口相连接，所述电阻R2的另一端和电容C1的另一端均接地。
本发明还公开了一种有刷直流电机故障诊断电路的诊断方法，包括以下步骤：
步骤1：中央处理单元控制电机的M+端上拉打开，中央处理单元采集电机M-端电压V1和M+端电压V2，以及上拉电压UBAT；
步骤2：中央处理单元再控制电机M+端上拉关闭，中央处理单元采集电机M-端电压V3和M+端电压V4；
步骤3：通过电机M+和M-电压采集值和上拉电源电压采集值的比较来判断负载正负极是否出现对地短路、对电源短路或开路的情形。
本发明提供了一种有刷直流电机故障诊断电路与诊断方法。具备以下有益效果：针对非驱动状态进行故障检测，从而能够避免故障下进行驱动导致的误动作而造成的器件损伤和寿命减少。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1本发明的结构示意图；
图中标号说明：
1、电机驱动电路；2、电机电压检测电路；3、上拉电路；4、中央处理单元；5、电机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一，如图1所示，一种有刷直流电机故障诊断电路与诊断方法，包括电机驱动电路1、电机电压检测电路2、上拉电路3和中央处理单元4，电机驱动电路1的正负极分别与电机5的M+和M-两端相连接，电机电压检测电路2通过电阻分压方式对电机5的M+和M-两端进行电压取样，且电机电压检测电路2的信号输出端与中央处理单元4相连接，电机电压检测电路2的信号输入端与上拉电路3相连接，用于接收上拉电路3传递的上拉电压，上拉电路3的信号输入端与中央处理单元4相连接，通过中央处理单元4的控制信号控制上拉打开与关闭，且上拉电路3通过电阻分压方式进行上拉电压取样，并将取样电压传递到中央处理单元4。
工作原理：
电机驱动电路1与电机5的M+和M-两端相连接，在进行故障检测(预诊断)时，驱动输出为高阻态(非驱动状态)，负载正常连接时，由于电机5电阻较小，M+和M-可以看作同一电位。其中，驱动状态下，电机驱动电路1自带诊断与保护功能，此时可关掉驱动，再进行非驱动状态下具体故障诊断。电机电压检测电路2通过电阻分压方式对电机5的M+端和M-端进行电压取样，并将取样电压传递到中央处理单元4的模拟采集口(AD口)；电机电压检测电路2与上拉电路3相连，接收上拉电路3传递的上拉电压UBAT。中央处理单元4通过控制信号控制上拉打开与关闭，控制信号输出5V时，上拉打开，输出上拉电压UBAT；控制信号输出0V时，上拉关闭，上拉电压不输出；中央处理单元4用于采集电机5的M+端和M-端电压和上拉电压；控制上拉电路3的上拉打开与关闭；并通过电压信号实时变化进行故障诊断。
在本实施例中，电机电压检测电路2包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、电容C2和电容C3，二极管D1的阳极与上拉电路3相连接，二极管D1的阴极与电阻R3的一端相连接，电阻R3的另一端分别连接电机5的M+端和电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、电容C2的一端和中央处理单元4的AD口相连接，电阻R6的一端连接电机5的M-端，电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端和电阻R8的一端相连接，电阻R7的另一端分别与电容C3的一端和中央处理单元4的AD口相连接，电阻R5的另一端、电容C2的另一端、电阻R8的另一端和电容C3的另一端均接地。
在本实施例中，上拉电路3包括电阻R1、电阻R2、电容C1、跨阻放大器TIA和跨阻放大器TIB，电阻R1的一端分别连接跨阻放大器TIA和二极管D1的阳极，跨阻放大器TIA通过跨阻放大器TIB与与中央处理单元4相连接，电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端和中央处理单元4的AD口相连接，电阻R2的另一端和电容C1的另一端均接地。
实施例二，本发明还公开了一种有刷直流电机故障诊断电路的诊断方法，包括以下步骤：
步骤1：中央处理单元4控制电机5的M+端上拉打开，中央处理单元4采集电机5M-端电压V1和M+端电压V2，以及上拉电压UBAT；
步骤2：中央处理单元4再控制电机5M+端上拉关闭，中央处理单元4采集电机5M-端电压V3和M+端电压V4；
步骤3：通过电机5M+和M-电压采集值和上拉电源电压采集值的比较来判断负载正负极是否出现对地短路、对电源短路或开路的情形。
判断规则如表所示：
其中Ud为上拉二极管压降，约为0.7V；
当V1与V2均等于UBAT-Ud，且V3与V4均等于0，判断此时电路状态为正常状态；
当V1与V2均等于UBAT-Ud，且V3与V4均等于UBAT-Ud，判断此时电路状态为短路状态；
当V1与V2均等于0，且V3与V4均等于0，判断此时电路状态为短路状态；
当V1等于0，V2等于UBAT-Ud，且V3与V4均等于0，判断此时电路状态为开路状态。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种有刷直流电机故障诊断电路，其特征在于：包括电机驱动电路（1）、电机电压检测电路（2）、上拉电路（3）和中央处理单元（4），所述电机驱动电路（1）的正负极分别与电机（5）的M+和M-两端相连接，所述电机电压检测电路（2）通过电阻分压方式对电机（5）的M+和M-两端进行电压取样，且所述电机电压检测电路（2）的信号输出端与中央处理单元（4）相连接，所述电机电压检测电路（2）的信号输入端与上拉电路（3）相连接，用于接收上拉电路（3）传递的上拉电压，所述上拉电路（3）的信号输入端与中央处理单元（4）相连接，通过中央处理单元（4）的控制信号控制上拉打开与关闭，且所述上拉电路（3）通过电阻分压方式进行上拉电压取样，并将取样电压传递到中央处理单元（4）。
2.根据权利要求1所述的一种有刷直流电机故障诊断电路，其特征在于：所述电机电压检测电路（2）包括电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、二极管D1、电容C2和电容C3，所述二极管D1的阳极与上拉电路（3）相连接，所述二极管D1的阴极与电阻R3的一端相连接，所述电阻R3的另一端分别连接电机（5）的M+端和电阻R4的一端，所述电阻R4的另一端分别与电阻R5的一端、电容C2的一端和中央处理单元（4）的AD口相连接，所述电阻R6的一端连接电机（5）的M-端，所述电阻R6的另一端分别与电阻R7的一端和电阻R8的一端相连接，所述电阻R7的另一端分别与电容C3的一端和中央处理单元（4）的AD口相连接，所述电阻R5的另一端、电容C2的另一端、电阻R8的另一端和电容C3的另一端均接地。
3.根据权利要求2所述的一种有刷直流电机故障诊断电路，其特征在于：所述上拉电路（3）包括电阻R1、电阻R2、电容C1、跨阻放大器TIA和跨阻放大器TIB，所述电阻R1的一端分别连接跨阻放大器TIA和二极管D1的阳极，所述跨阻放大器TIA通过跨阻放大器TIB与与中央处理单元（4）相连接，所述电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端和中央处理单元（4）的AD口相连接，所述电阻R2的另一端和电容C1的另一端均接地。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种有刷直流电机故障诊断电路的诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：中央处理单元（4）控制电机（5）的M+端上拉打开，中央处理单元（4）采集电机（5）M-端电压V1和M+端电压V2，以及上拉电压UBAT；
步骤2：中央处理单元（4）再控制电机（5）M+端上拉关闭，中央处理单元（4）采集电机（5）M-端电压V3和M+端电压V4；
步骤3：通过电机（5）M+和M-电压采集值和上拉电源电压采集值的比较来判断负载正负极是否出现对地短路、对电源短路或开路的情形。
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