CN117833714A - 一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，涉及电机控制领域，包括：反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块；反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和直流电机的供电端之间；反转冲击电流抑制模块用于抑制直流电机反转启动瞬间产生的冲击电流；正转冲击电流抑制模块用于抑制直流电机正转启动瞬间产生的冲击电流。本发明通过将反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和直流电机的供电端之间，实现了在直流电机正反转过程中自动抑制冲击电流。

Description

一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路

技术领域

本发明涉及电机控制领域，特别是涉及一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路。

背景技术

在给直流电机供电时，直流电机启动瞬间会产生一个很大的启动冲击电流，该启动冲击电流过大会损坏前级电路器件，或触发前级电源过流保护，造成同源的其他电子设备不能正常工作，故需要对该冲击电流进行抑制。GJB181B-2012飞机供电特性5.4.9中对该冲击电流有明确要求：不能超过额定电流的5倍。而目前最常用的开机瞬间冲击电流抑制方法多是选用MOS管并联功率电阻。该冲击电流抑制方法电路简单，但由于直流电机工作时需要会正反转切换，此外MOS管压降与功率损耗较大。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，可通过将反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和直流电机的供电端之间，实现了在直流电机正反转过程中自动抑制冲击电流。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，所述电路包括：反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块；

所述反转冲击电流抑制模块和所述正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和所述直流电机的供电端之间；所述反转冲击电流抑制模块用于抑制直流电机反转启动瞬间产生的冲击电流；所述正转冲击电流抑制模块用于抑制直流电机正转启动瞬间产生的冲击电流。

可选的，所述反转冲击电流抑制模块具体包括：MOS管Q1、二极管D1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；

所述电阻R1的一端分别与所述正转冲击电流抑制模块的第一端口和所述直流电机的供电端的正极连接，所述电阻R1的另一端分别与所述二极管D1的阴极、所述电容C1的一端、所述电阻R2的一端和所述电阻R3的一端连接；

所述二极管D1的阳极、所述电容C1的另一端、所述电阻R2的另一端和所述电阻R4的一端均与所述MOS管Q1的S极连接，所述MOS管Q1的G极与所述电阻R3的另一端连接，所述MOS管Q1的D极分别与所述电阻R4的另一端和所述正转冲击电流抑制模块的第二端口连接。

可选的，所述MOS管Q1为PMOS管。

可选的，所述反转冲击电流抑制模块具体包括：MOS管Q1、二极管D1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；

所述MOS管Q1的S极分别与所述二极管D1的阴极、所述电容C1的一端、所述电阻R2的一端和所述电阻R1的一端连接，所述MOS管Q1的G极与所述电阻R3的一端连接，所述MOS管Q1的D极分别与所述电阻R1的另一端和所述正转冲击电流抑制模块的第一端口连接；

所述二极管的阳极、所述电容C1的另一端、所述电阻R2的另一端、所述电阻R3的另一端均与所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述正转冲击电流抑制模块的第二端口连接。

可选的，所述MOS管Q1为NMOS管。

可选的，所述正转冲击电流抑制模块具体包括：MOS管Q2、二极管D2、电容C2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

所述电阻R5的一端分别与所述反转冲击电流抑制模块的第一端口和所述直流电机的供电端的正极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述二极管D2的阳极、所述电容C2的一端、所述电阻R6的一端和所述电阻R7的一端连接；

所述反转冲击电流抑制模块的第二端口、所述二极管D2的阴极、所述电容C2的另一端、所述电阻R6的另一端和所述电阻R8的一端均与所述MOS管Q2的S极连接，所述MOS管Q2的G极与所述电阻R7的另一端连接，所述MOS管Q2的D极分别与所述电阻R8的另一端和所述直流电机的供电端的负极连接。

可选的，所述直流电机的供电端的正极和负极之间还并联有电容C3。

可选的，所述二极管D1为稳压二极管。

可选的，所述二极管D2为稳压二极管。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过将反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和直流电机的供电端之间；反转冲击电流抑制模块用于抑制直流电机反转启动瞬间产生的冲击电流；正转冲击电流抑制模块用于抑制直流电机正转启动瞬间产生的冲击电流，通过将反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和直流电机的供电端之间，实现了在直流电机正反转过程中自动抑制冲击电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的第一电路图；

图2为本发明实施例提供的一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的第二电路图；

图3为本发明实施例提供的适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的仿真图；

图4为本发明实施例提供的适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的电机正转时的冲击电流实测图；

图5为本发明实施例提供的适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的电机反转时的冲击电流实测图。

符号说明：

反转冲击电流抑制模块-1、正转冲击电流抑制模块-2和直流电机-B1。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，通过将反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和直流电机的供电端之间，实现了在直流电机正反转过程中自动抑制冲击电流。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1-图2所示，本发明提供一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，包括：反转冲击电流抑制模块1和正转冲击电流抑制模块2。

反转冲击电流抑制模块1和正转冲击电流抑制模块2依次连接在外部电源的接入端和直流电机的供电端之间；反转冲击电流抑制模块1用于抑制直流电机反转启动瞬间产生的冲击电流；正转冲击电流抑制模块2用于抑制直流电机正转启动瞬间产生的冲击电流。

进一步的，直流电机的供电端的正极和负极之间还并联有电容C3。

进一步的，正转冲击电流抑制模块2具体包括：MOS管Q2、二极管D2、电容C2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8。

电阻R5的一端分别与反转冲击电流抑制模块1的第一端口和直流电机的供电端的正极连接，电阻R5的另一端分别与二极管D2的阳极、电容C2的一端、电阻R6的一端和电阻R7的一端连接。

反转冲击电流抑制模块1的第二端口、二极管D2的阴极、电容C2的另一端、电阻R6的另一端和电阻R8的一端均与MOS管Q2的S极连接，MOS管Q2的G极与电阻R7的另一端连接，MOS管Q2的D极分别与电阻R8的另一端和直流电机的供电端的负极连接。

二极管D2为稳压二极管。

作为第一种可选的实施方式，如图1所示，反转冲击电流抑制模块1具体包括：MOS管Q1、二极管D1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4。

电阻R1的一端分别与正转冲击电流抑制模块2的第一端口和直流电机的供电端的正极连接，电阻R1的另一端分别与二极管D1的阴极、电容C1的一端、电阻R2的一端和电阻R3的一端连接。

二极管D1的阳极、电容C1的另一端、电阻R2的另一端和电阻R4的一端均与MOS管Q1的S极连接，MOS管Q1的G极与电阻R3的另一端连接，MOS管Q1的D极分别与电阻R4的另一端和正转冲击电流抑制模块2的第二端口连接。

在第一种可选的实施方式中，MOS管Q1为PMOS管，二极管D1为稳压二极管。

在第一种可选的实施方式的实际工作过程中，适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的工作过如下：

1)直流电机正转时：Vin1（外部电源的第一接入端）为输入正，Vin2（外部电源的第二接入端）为输入负。直流电机启动瞬间，电流经电阻R8和MOS管Q1的体二极管，对直流电机B1进行冲击电流抑制。电容C3与电阻R8形成的RC充电电路给电容C3充电，电容C3两端的电压为直流电机B1两端的驱动电压，由于RC充电电路具有电压延时效果，因此电容C3电压将缓慢上升，上升至接近输入电压时将MOS管Q2导通，与此同时电阻R5与电容C2形成的RC充电电路给并联在MOS管Q2的G-S间的电容C2进行充电，电容C2两端的电压为MOS管Q2的驱动电压，MOS管Q2的驱动电压将会缓慢上升，MOS管Q2将延迟导通，延迟时间由电阻R5和电容C2的时间常数决定。在MOS管Q2导通前，整个电路通过电阻R8对负载直流电机B1进行启动冲击电流抑制，直到MOS管Q2导通。MOS管Q2导通后将电阻R8旁路，整个电路恢复额定电流值。

2)直流电机反转时：Vin1（外部电源的第一接入端）为输入负，Vin2（外部电源的第二接入端）为输入正。直流电机启动瞬间，电流经电阻R4和MOS管Q2的体二极管，对直流电机B1进行冲击电流抑制。电容C3与电阻R4形成的RC充电电路给电容C3充电，电容C3两端的电压为直流电机B1两端的驱动电压，由于RC充电电路具有电压延时效果，因此电容C3电压将缓慢上升，上升至接近输入电压时将MOS管Q1导通，与此同时电阻R1与电容C1形成的RC充电电路给并联在MOS管Q1G-S间的电容C1进行充电，电容C1两端的电压为MOS管Q1的驱动电压，MOS管Q1的驱动电压将会缓慢上升，MOS管Q1将延迟导通，延迟时间由电阻R1和电容C1的时间常数决定。在MOS管Q1导通前，整个电路通过电阻R4对负载直流电机B1进行启动冲击电流抑制，直到MOS管Q1导通。MOS管Q1导通后将电阻R4旁路，整个电路恢复额定电流值。

上述电路满足了直流电机正反转的冲击电流抑制。但该电路中MOS管Q1为PMOS管，导通电阻较大，不适用于电流较大的电路，否则整个电路损耗大。

针对上述冲击电流抑制电路存在的局限性，本发明实施例又提出了一种改进型电机正反转冲击电流抑制方法，将原电路中使用的PMOS管换成NMOS管。

作为第二种可选的实施方式，如图2所示，反转冲击电流抑制模块1具体包括：MOS管Q1、二极管D1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4。

MOS管Q1的S极分别与二极管D1的阴极、电容C1的一端、电阻R2的一端和电阻R1的一端连接，MOS管Q1的G极与电阻R3的一端连接，MOS管Q1的D极分别与电阻R1的另一端和正转冲击电流抑制模块2的第一端口连接。

二极管的阳极、电容C1的另一端、电阻R2的另一端、电阻R3的另一端均与电阻R4的一端连接，电阻R4的另一端与正转冲击电流抑制模块2的第二端口连接。

在第二种可选的实施方式中，MOS管Q1为NMOS管，二极管D1为稳压二极管。

在第二种可选的实施方式的实际工作过程中，适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的工作过如下：

1）直流电机正转时：Vin1（外部电源的第一接入端）为输入正，Vin2（外部电源的第二接入端）为输入负。直流电机启动瞬间，电流经MOS管Q1的体二极管和电阻R8，对直流电机B1进行冲击电流抑制。电容C3与电阻R8形成的RC充电电路给电容C3充电，电容C3两端的电压为直流电机B1两端的驱动电压，由于RC充电电路具有电压延时效果，因此电容C3电压将缓慢上升，上升至接近输入电压时将MOS管Q2导通，与此同时电阻R5与电容C2形成的RC充电电路给并联在MOS管Q2G-S间的电容C2进行充电，电容C2两端的电压为MOS管Q2的驱动电压，MOS管Q2的驱动电压将会缓慢上升，MOS管Q2将延迟导通，延迟时间由电阻R5和电容C2的时间常数决定。在MOS管Q2导通前，整个电路通过电阻R8对负载直流电机B1进行启动冲击电流抑制，直到MOS管Q2导通。MOS管Q2导通后将电阻R8旁路，整个电路恢复额定电流值。

2）直流电机反转时：Vin1（外部电源的第一接入端）为输入负，Vin2（外部电源的第二接入端）为输入正。直流电机启动瞬间，电流经MOS管Q2的体二极管和电阻R1，对直流电机B1进行冲击电流抑制。电容C3与电阻R1形成的RC充电电路给电容C3充电，电容C3两端的电压为直流电机B1两端的驱动电压，由于RC充电电路具有电压延时效果，因此电容C3电压将缓慢上升，上升至接近输入电压时将MOS管Q1导通，与此同时电阻R4与电容C1形成的RC充电电路给并联在MOS管Q1G-S间的电容C1进行充电，电容C1两端的电压为MOS管Q1的驱动电压，MOS管Q1的驱动电压将会缓慢上升，MOS管Q1将延迟导通，延迟时间由电阻R4和电容C1的时间常数决定。在MOS管Q1导通前，整个电路通过电阻R1对负载直流电机B1进行启动冲击电流抑制，直到MOS管Q1导通。MOS管Q1导通后将电阻R1旁路，整个电路恢复额定电流值。

第二种可选的实施方式中的适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路不仅满足直流电机正反转冲击电流抑制要求，还将整个电路的功耗降低，适用范围更广。

以下是对适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的仿真过程：

假设用户设备输入电压28VDC，额定电流5A，要求直流电机启动冲击电流＜25A。根据用户要求，冲击电流抑制所用电阻R8选择阻值为3Ω，仿真结果如图3所示，从仿真结果图3可以看出，电流被限制在了9.18A，满足用户要求。

以下是对适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路的实测过程：

根据上述仿真模型搭建真实电路进行实测，直流电机正转冲击电流抑制实测结果如图4所示；直流电机反转冲击电流抑制实测结果如图5所示。

从图4和图5可以看出，电流分别被限制在了8.86A和8.94A,与仿真结果基本一致，满足直流电机正反转冲击电流抑制要求。

本发明通过将反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和直流电机的供电端之间，实现了在直流电机正反转过程中自动抑制冲击电流。

本发明描述的电机正反转冲击电流抑制电路，有以下特点：电机启动瞬间冲击电流峰值得到精准抑制，与电机正转或反转无关；采用负线NMOS管进行冲击电流抑制，能更好的降低了设备正常工作时的压降与功率损耗，提高了冲击电流抑制电路的可靠性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述电路包括：反转冲击电流抑制模块和正转冲击电流抑制模块；

所述反转冲击电流抑制模块和所述正转冲击电流抑制模块依次连接在外部电源的接入端和所述直流电机的供电端之间；所述反转冲击电流抑制模块用于抑制直流电机反转启动瞬间产生的冲击电流；所述正转冲击电流抑制模块用于抑制直流电机正转启动瞬间产生的冲击电流；

所述反转冲击电流抑制模块具体包括：MOS管Q1、二极管D1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；所述MOS管Q1的S极分别与所述二极管D1的阴极、所述电容C1的一端、所述电阻R2的一端和所述电阻R1的一端连接，所述MOS管Q1的G极与所述电阻R3的一端连接，所述MOS管Q1的D极分别与所述电阻R1的另一端和所述正转冲击电流抑制模块的第一端口连接；所述二极管的阳极、所述电容C1的另一端、所述电阻R2的另一端、所述电阻R3的另一端均与所述电阻R4的一端连接，所述电阻R4的另一端与所述正转冲击电流抑制模块的第二端口连接；所述MOS管Q1为NMOS管；

或所述反转冲击电流抑制模块具体包括：MOS管Q1、二极管D1、电容C1、电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；所述电阻R1的一端分别与所述正转冲击电流抑制模块的第一端口和所述直流电机的供电端的正极连接，所述电阻R1的另一端分别与所述二极管D1的阴极、所述电容C1的一端、所述电阻R2的一端和所述电阻R3的一端连接；所述二极管D1的阳极、所述电容C1的另一端、所述电阻R2的另一端和所述电阻R4的一端均与所述MOS管Q1的S极连接，所述MOS管Q1的G极与所述电阻R3的另一端连接，所述MOS管Q1的D极分别与所述电阻R4的另一端和所述正转冲击电流抑制模块的第二端口连接；所述MOS管Q1为PMOS管；

所述直流电机的供电端的正极和负极之间还并联有电容C3。

2.根据权利要求1所述的适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述正转冲击电流抑制模块具体包括：MOS管Q2、二极管D2、电容C2、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8；

所述电阻R5的一端分别与所述反转冲击电流抑制模块的第一端口和所述直流电机的供电端的正极连接，所述电阻R5的另一端分别与所述二极管D2的阳极、所述电容C2的一端、所述电阻R6的一端和所述电阻R7的一端连接；

所述反转冲击电流抑制模块的第二端口、所述二极管D2的阴极、所述电容C2的另一端、所述电阻R6的另一端和所述电阻R8的一端均与所述MOS管Q2的S极连接，所述MOS管Q2的G极与所述电阻R7的另一端连接，所述MOS管Q2的D极分别与所述电阻R8的另一端和所述直流电机的供电端的负极连接。

3.根据权利要求1所述的适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述二极管D1为稳压二极管。

4.根据权利要求2所述的适用于直流电机正反转的冲击电流抑制电路，其特征在于，所述二极管D2为稳压二极管。