CN114114011A - 一种故障检测电路与电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种故障检测电路与电子设备，涉及故障检测技术领域。该故障检测电路包括控制器、差分运算放大模块以及驱动模块，控制器分别与差分运算放大模块、驱动模块电连接，差分运算放大模块还与驱动模块电连接，驱动模块用于与步进电机连接；其中，差分运算放大模块用于采集步进电机的工作电流，并依据工作电流向控制器输出检测电压；控制器用于在步进电机不工作时，依据检测电压与预设的第一电压确定驱动模块或步进电机是否故障；控制器还用于在步进电机工作时，依据检测电压与预设的第二电压确定驱动模块或步进电机是否故障。本申请提供的故障检测电路与电子设备具有能够准确的实现对驱动模块与步进电机的故障检测。

Description

一种故障检测电路与电子设备

技术领域

本发明涉及故障检测技术领域，具体而言，涉及一种故障检测电路与电子设备。

背景技术

现有空调技术快速发展，因为膨胀阀的优势，空调系统压力由毛细管调节逐步改为了膨胀阀调节，膨胀阀的驱动基本都是步进电机，而现有技术中步进电机的控制基本都是开环，完全靠复位与计算步数控制膨胀阀的角度，当步进电机发生开路，短路或者步进电机的电路出现异常时，膨胀阀角度就可能出错，进而影响系统压力，造成空调异常。

然而，目前并没有设计对步进电机或驱动电路故障的相关检测电路。

发明内容

本申请的目的在与提供一种故障检测电路与电子设备，以解决现有技术中存在的无法对步进电机或驱动电路进行故障检测的问题。

为解决上述问题，一方面，本申请提供了一种故障检测电路，所述故障检测电路包括控制器、差分运算放大模块以及驱动模块，所述控制器分别与所述差分运算放大模块、所述驱动模块电连接，所述差分运算放大模块还与所述驱动模块电连接，所述驱动模块用于与步进电机连接；其中，

所述差分运算放大模块用于采集所述步进电机的工作电流，并依据所述工作电流向所述控制器输出检测电压；

所述控制器用于在所述步进电机不工作时，依据所述检测电压与预设的第一电压确定所述驱动模块或所述步进电机是否故障；

所述控制器还用于在所述步进电机工作时，依据所述检测电压与预设的第二电压确定所述驱动模块或所述步进电机是否故障。

由于本申请在设置差分运算放大模块的基础上，能够实现对步进电机的工作电流检测，并且控制器能够依据差分运算放大模块输出的信号确定出驱动模块或者步进电机是否故障，进而能够准确的实现故障检测。

可选地，所述差分运算放大模块包括第一电源、运放、偏置电压组件、第一电阻、第二电阻、以及第三电阻，所述运放的同相输入端分别与所述偏置电压组件、所述第一电阻的一端电连接，所述偏置电压组件还与所述第一电源电连接，所述第一电阻的另一端还与所述驱动模块电连接，所述运放的反相输入端分别与所述第二电阻、所述第三电阻的一端电连接，所述第二电阻的另一端接地，所述第三电阻的另一端与所述运放的输出端电连接，所述运放的输出端与所述控制器电连接，且所述第一电阻与所述第二电阻的阻值相同。

可选地，所述偏置电压组件包括第四电阻与第五电阻，所述第四电阻与所述第五电阻的串联，且所述第四电阻与所述第一电源电连接，所述第五电阻接地，所述第四电阻与所述第五电阻的中点与所述运放的同相输入端电连接。

可选地，所述驱动模块包括驱动芯片与第六电阻，所述驱动芯片分别与所述控制器、所述步进电机以及所述第六电阻的一端电连接，所述第六电阻的另一端接地，所述第一电阻的另一端与所述第六电阻的一端电连接。

可选地，所述差分运算放大模块还包括第七电阻，所述第七电阻的一端与所述运放的输出端电连接，所述第七电阻的另一端与所述控制器电连接。

可选地，所述故障检测电路还包括电压检测模块，所述电压检测模块分别与步进电机、所述控制器电连接；其中，

所述电压检测模块用于检测所述步进电机的工作电压，并将所述工作电压传输至所述控制器。

可选地，所述电压检测模块包括第八电阻与第九电阻，所述第八电阻与所述第九电阻串联，且所述第八电阻还与所述步进电机电连接，所述第九电阻接地，所述第八电阻与所述第九电阻的中点与所述控制器电连接。

可选地，所述故障检测电路还包括故障报警模块，所述故障报警模块与所述控制器电连接；其中，

所述控制器还用于在所述驱动模块故障时，控制所述故障报警模块进行报警。

可选地，所述报警模块包括指示灯、第十电阻，所述指示灯与所述第十电阻串联，且所述第十电阻与第一电源电连接，所述指示灯与所述控制器电连接。

另一方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述的故障检测电路。

附图说明

图1为本申请实施例提供的故障检测电路的模块示意图。

图2为本申请实施例提供的故障检测电路的电路示意图。

附图标记说明：

100-故障检测电路；110-控制器；120-驱动模块；130-差分运算放大模块；IC3B-运放；VDD-第一电源；Vcc-第二电源；R1-第一电阻；R2-第二电阻； R3-第三电阻；R4-第四电阻；R5-第五电阻；R6-第六电阻；R7-第七电阻；R8- 第八电阻；R9-第九电阻；R10-第十电阻；C1-第一电容。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

正如背景技术所述，目前，在空调膨胀阀的步进电机工作时，可能会发生开路、短路或者驱动电路出现异常的情况，导致膨胀阀角度可能出错，进而影响系统压力，造成空调异常。

有鉴于此，为了实现故障检测，本申请提供了一种故障检测电路，通过设置差分运算放大模块的方式，对步进电机的工作电流进行采集，并将相关信号发送至控制器，以使控制器确定出驱动模块或步进电机是否故障。

下面对本申请提供的故障检测电路进行示例性说明：

作为一种可选的实现方式，请参阅图1，故障检测电路100包括控制器110、差分运算放大模块130以及驱动模块120，控制器110分别与差分运算放大模块130、驱动模块120电连接，差分运算放大模块130还与驱动模块 120电连接，驱动模块120用于与步进电机连接；其中，差分运算放大模块 130用于采集步进电机的工作电流，并依据工作电流向控制器110输出检测电压，控制器110用于在步进电机不工作时，依据检测电压与预设的第一电压确定驱动模块120或步进电机是否故障，控制器110还用于在步进电机工作时，依据检测电压与预设的第二电压确定驱动模块120或步进电机是否故障。

通过设置差分运算放大模块130，能够对电机的工作电流进行实时获取，使得控制器110能够进一步判断出驱动电路或步进电机是否故障。

需要说明的是，膨胀阀的步进电机一般包含四相，每相的直流电阻为Rx，每相的工作电流是为Ia＝Ib＝Ic＝Id＝Vcc/Rx，正常工作状态下正向按照四相八拍A-AB-B-BC-C-CD-D-DA依次循环，运行预设的步数，其中，A、B、C、D 表示步进电机的四相。反相状态按照D-DC-C-CB-B-BA-A-AD依次循环，运行设定的步数，当单相工作时，运行的电流I＝Vcc/Rx，两相运行时电流是I＝ 2Vcc/Rx。

作为一种实现方式，请参阅图2，差分运算放大模块130包括第一电源 VDD、运放IC3B、偏置电压组件、第一电阻R1、第二电阻R2、以及第三电阻 R3，运放IC3B的同相输入端分别与偏置电压组件、第一电阻R1的一端电连接，偏置电压组件还与第一电源VDD电连接，第一电阻R1的另一端还与驱动模块120电连接，运放IC3B的反相输入端分别与第二电阻R2、第三电阻R3 的一端电连接，第二电阻R2的另一端接地，第三电阻R3的另一端与运放IC3B的输出端电连接，运放IC3B的输出端与控制器110电连接，且第一电阻R1 与第二电阻R2的阻值相同。

其中，差分运算放大模块130能够将步进电机的工作电流按照一定比例放大后发送至控制器110。

可选地，偏置电压组件包括第四电阻R4与第五电阻R5，第四电阻R4与第五电阻R5的串联，且第四电阻R4与第一电源VDD电连接，第五电阻R5接地，第四电阻R4与第五电阻R5的中点与运放IC3B的同相输入端电连接。其中，第四电阻R4与第五电阻R5的阻值相同，在此基础上，通过分压原理可知，差分运算放大模块130的偏置电压为Vdd/2，Vdd表示第一电源VDD的电压。

并且，驱动模块120包括驱动芯片与第六电阻，驱动芯片分别与控制器 110、步进电机以及第六电阻的一端电连接，第六电阻的另一端接地，第一电阻R1的另一端与第六电阻的一端电连接。其中，驱动芯片中设置有4组开关管，每组开关管与电机的一相相连，且4组开关管的并联后与第六电阻连接，并通过第六电阻接地。

在实际工作过程过程中，控制器110的17～20引脚依次输出控制信号，进而控制驱动芯片内部的开关管导通，实现电机工作于任意一相或多相。例如，当需要控制电机工作于A相时，则控制器110的17～19引脚输出低电平， 20引脚输出高电平，驱动芯片的内部中与A相对应的开关管导通，进而使电机工作于A相。同理地，当电机工作于其他单相或2相时，控制器110对应发出控制信号即可。

可以理解地，无论是单相还是两相或者正反工作，步进电机的工作电流都会流过第六电阻。

在此基础上，通过差分运算放大电路的工作原理分析可知，运放IC3B输出的电压满足公式：

U₀＝I*R3/R2+Vdd/2

其中，U₀表示运放IC3B的输出电压，I表示电压的工作电流，R3与R2 分别表示对应电阻的阻值。通过设置差分放大电路对电流进行采集，一方面可以减小第六电阻的阻值，降低损耗，另一方面可以提高采样精度。

此外，差分运算放大模块130还包括第七电阻R7与第一电容C1，第七电阻R7的一端与运放IC3B的输出端电连接，第七电阻R7的另一端与控制器110 电连接，第一电容C1一端与第七电阻R7相连，另一端接地。第七电阻R7与第一电容C1组成RC滤波电路，提升差分运算放大模块130的抗干扰能力。

本申请提供的故障检测电路100的工作原理为：

当电子膨胀阀不工作时，控制器110用来驱动步进电机的IO口均输出低电平，此时控制器110电流检测引脚检测运放IC3B的第七引脚电平是： I*R3/R2+Vdd/2，由于此时步进电机没有开启，电流I接近为0，因此实际检测到的电平应该是Vdd/2，如果检测到的电平与预设的第一电压的值不一致时，则判定驱动模块120可能出现故障，例如短路或者短路等故障。其中，预设的第一电压的值即为步进电机在未开启时的基准值，可以理解地，该基准值即为Vdd/2。

当电子膨胀阀工作时，控制器110电流检测引脚接收到的电平为I*R3/R2+ Vdd/2，当该电平与预设的第二电压不一致时，则判定驱动模块120或者电机可能故障。

由于在上述实现方式中，为电机供电的第二电源Vcc的电压可能存在波动，使得电机的工作电压波动，影响检测结果。因此，为了实现更精确的故障检测，可选的，故障检测电路100还包括电压检测模块，电压检测模块分别与步进电机、控制器110电连接；其中，电压检测模块用于检测步进电机的工作电压，并将工作电压传输至控制器110。

作为一种实现方式，电压检测模块包括第八电阻R8与第九电阻R9，第八电阻R8与第九电阻R9串联，且第八电阻R8还与步进电机电连接，第九电阻 R9接地，第八电阻R8与第九电阻R9的中点与控制器110电连接。通过第八电阻R8与第九电阻R9的分压效果，能够实时对电机工作电压的进行检测。

在此基础上，当电子膨胀阀工作时，判定驱动模块120或者电机可能故障的方法为：

当电子膨胀阀工作时，控制器110先通过电压检测模块检测步进电机的工作电压Vcc，根据工作电压和步进电机的直流电阻，分别计算出单相与两相工作时的基准电流(Vcc/Rx或2Vcc/Rx)，再开启步进电机，按照四相八拍运行，运行过程中每一拍都要检测运放IC3B的输出电平，该电平理论上应该为 I*R3/R2+Vdd/2，其中，将利用电压检测模块确定的基准电流带入上述公式，可得到实时状态下的基准电压。然后将基准电压与差分运算放大模块130输出的电压进行比较，若一致则认为驱动模块120与步进电机工作正常，若不一致则认为驱动模块120或步进电机出现故障。

需要说明的是，当电机按双相工作与单相工作时，控制器确定的基准电压实际并不相同，其中，当采用单相时，其基准电压应该为Vcc/Rx*R3/R2+ Vdd/2；而当采用双相时，其基准电压应该为2Vcc/Rx*R3/R2+Vdd/2，在此不做赘述。

在一种可选的实现方式中，当控制器110判定驱动模块120或步进电机出现故障时，会停止向驱动模块120发送控制指令，进而关闭电机。

此外，为了使用户能够及时了解故障已产生，可选的，故障检测电路100 还包括故障报警模块，故障报警模块与控制器110电连接；其中，控制器110 还用于在驱动模块120故障时，控制故障报警模块进行报警。

其中，报警模块包括指示灯、第十电阻R10，指示灯与第十电阻R10串联，且第十电阻R10与第一电源VDD电连接，指示灯与控制器110电连接。例如，该指示灯可以为LED指示灯，LED指示灯的阳极与第十电阻R10连接，阴极与控制器110连接。当需要进行报警是，控制器110对应引脚的电平拉低，使得LED指示灯点亮。或者，控制器110以PWM波的形式对指示灯进行控制，并在出现故障时控制指示灯闪烁。

当然地，在其它的一些实施例中，也可以采用其他方式进行报警，例如采用三色灯轮次闪烁，或者采用蜂鸣器进行报警等，再次不做任何限定。

基于上述实现方式，本申请还提供了一种电子设备，该电子设备包括上述的故障检测电路100。例如，该电子设备可以为空调器。

综上所述，本申请提供了一种故障检测电路与电子设备，该故障检测电路包括控制器、差分运算放大模块以及驱动模块，控制器分别与差分运算放大模块、驱动模块电连接，差分运算放大模块还与驱动模块电连接，驱动模块用于与步进电机连接；其中，差分运算放大模块用于采集步进电机的工作电流，并依据工作电流向控制器输出检测电压；控制器用于在步进电机不工作时，依据检测电压与预设的第一电压确定驱动模块或步进电机是否故障；控制器还用于在步进电机工作时，依据检测电压与预设的第二电压确定驱动模块或步进电机是否故障。由于本申请在设置差分运算放大模块的基础上，能够实现对步进电机的工作电流检测，并且控制器能够依据差分运算放大模块输出的信号确定出驱动模块或者步进电机是否故障，进而能够准确的实现故障检测。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路(100)包括控制器(110)、差分运算放大模块(130)以及驱动模块(120)，所述控制器(110)分别与所述差分运算放大模块(130)、所述驱动模块(120)电连接，所述差分运算放大模块(130)还与所述驱动模块(120)电连接，所述驱动模块(120)用于与步进电机连接；其中，

所述差分运算放大模块(130)用于采集所述步进电机的工作电流，并依据所述工作电流向所述控制器(110)输出检测电压；

所述控制器(110)用于在所述步进电机不工作时，依据所述检测电压与预设的第一电压确定所述驱动模块(120)或所述步进电机是否故障；

所述控制器(110)还用于在所述步进电机工作时，依据所述检测电压与预设的第二电压确定所述驱动模块(120)或所述步进电机是否故障。

2.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述差分运算放大模块(130)包括第一电源(VDD)、运放(IC3B)、偏置电压组件、第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、以及第三电阻(R3)，所述运放(IC3B)的同相输入端分别与所述偏置电压组件、所述第一电阻(R1)的一端电连接，所述偏置电压组件还与所述第一电源(VDD)电连接，所述第一电阻(R1)的另一端还与所述驱动模块(120)电连接，所述运放(IC3B)的反相输入端分别与所述第二电阻(R2)、所述第三电阻(R3)的一端电连接，所述第二电阻(R2)的另一端接地，所述第三电阻(R3)的另一端与所述运放(IC3B)的输出端电连接，所述运放(IC3B)的输出端与所述控制器(110)电连接，且所述第一电阻(R1)与所述第二电阻(R2)的阻值相同。

3.根据权利要求2所述的故障检测电路，其特征在于，所述偏置电压组件包括第四电阻(R4)与第五电阻(R5)，所述第四电阻(R4)与所述第五电阻(R5)的串联，且所述第四电阻(R4)与所述第一电源(VDD)电连接，所述第五电阻(R5)接地，所述第四电阻(R4)与所述第五电阻(R5)的中点与所述运放(IC3B)的同相输入端电连接。

4.根据权利要求2所述的故障检测电路，其特征在于，所述驱动模块(120)包括驱动芯片与第六电阻，所述驱动芯片分别与所述控制器(110)、所述步进电机以及所述第六电阻的一端电连接，所述第六电阻的另一端接地，所述第一电阻(R1)的另一端与所述第六电阻的一端电连接。

5.根据权利要求2所述的故障检测电路，其特征在于，所述差分运算放大模块(130)还包括第七电阻(R7)，所述第七电阻(R7)的一端与所述运放(IC3B)的输出端电连接，所述第七电阻(R7)的另一端与所述控制器(110)电连接。

6.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路(100)还包括电压检测模块，所述电压检测模块分别与步进电机、所述控制器(110)电连接；其中，

所述电压检测模块用于检测所述步进电机的工作电压，并将所述工作电压传输至所述控制器(110)。

7.根据权利要求6所述的故障检测电路，其特征在于，所述电压检测模块包括第八电阻(R8)与第九电阻(R9)，所述第八电阻(R8)与所述第九电阻(R9)串联，且所述第八电阻(R8)还与所述步进电机电连接，所述第九电阻(R9)接地，所述第八电阻(R8)与所述第九电阻(R9)的中点与所述控制器(110)电连接。

8.根据权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路(100)还包括故障报警模块，所述故障报警模块与所述控制器(110)电连接；其中，

所述控制器(110)还用于在所述驱动模块(120)故障时，控制所述故障报警模块进行报警。

9.根据权利要求8所述的故障检测电路，其特征在于，所述报警模块包括指示灯、第十电阻(R10)，所述指示灯与所述第十电阻(R10)串联，且所述第十电阻(R10)与第一电源(VDD)电连接，所述指示灯与所述控制器(110)电连接。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任一项所述的故障检测电路(100)。

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