CN202261136U - 电机及其过电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机及其过电流检测电路，该过电流检测电路包括检测电阻，并设有由检测电阻两端压降控制通断的开关器件，开关器件的第一端与直流电源连接，开关器件的第二端接地，且第一端输出开关器件的通断信号。该电机包括定子与转子，定子与控制电路连接，控制电路包括开关电路及过电流检测电路，过电流检测电路具有与开关电路串联连接的检测电阻，还包括由检测电阻两端压降控制通断的开关器件，开关器件的第一端与直流电源连接，开关器件的第二端接地，且第一端输出开关器件的通断信号。本实用新型可实时准确地检测电机是否出现电流过载的情况，且使用的元器件较少，生产成本低。

Description

电机及其过电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种检测电路，特别是适用于直流无刷电机的过电流检测电路以及具有这种过电流检测电路的电机。

背景技术

直流无刷电机广泛应用在各种电器中，现有的直流无刷电机具有定子以及位于定子内可相对于定子旋转的转子，转子具有转子轴，转子轴随转子的旋转而旋转。为了控制定子与转子的工作，直流无刷电机中设置有控制电路，控制电路具有多个器件，并集成在一块电路板上。

参见图1，现有直流无刷电机的控制电路具有开关电路以及过电流检测电路，开关电路包括六个开关器件，如图1中的场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，其中场效应管Q1与Q4组成第一开关组，用于控制电机M的U相的电流方向与相位，场效应管Q2与Q5组成第二开关组，用于控制电机M的V相的电流方向与相位，场效应管Q3与Q6组成第三开关组，用于控制电机M的W相的电流方向与相位。

过电流检测电路包括检测电阻R1，检测电阻R1与开关电路串联连接，流经开关电路的电流流经检测电阻R1后，在检测电阻R1的两端形成压降，放大电路11将电压放大，并输出至比较电路12。

比较电路12存储有一个基准电压值，用于与放大电路11输出的电压值进行比较，并将比较结果输出至单片机13。单片机13用于控制开关电路中的六个场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6通断，从而控制电机M的工作。

若放电电路11输出的电压值高于基准电压值，表示流经开关电路的电流过大，单片机13控制六个场效应管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6截止，电机M停止运行，避免长时间处于过电流运行状态，保护电机M不被烧坏。但是，由于放大电路11、比较电路12复杂，在电路板上设置的电子器件较多，导致电路板面积较大，生产成本较高。此外，比较电路12内设置的基准电压值通常是由设置的器件或电容蓄电量确定的，容易受到其他电路的影响，从而影响比较的准确性，不利于过电流检测。

因此，现有的一些直流无刷电机使用改进的过电流检测电路，如图2所示。该过电流检测电路具有开关电路，开关电路由六个场效应管Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16组成，过电流检测电路具有检测电阻R11,检测电阻R11与开关电路串联连接。过电流检测电路还包括A/D采样电路16，用于采样检测电阻R11两端的压降，并将采样的模拟信号转换成数字信号后传送至单片机17，单片机17根据所接收的信号判断电机M的电流是否过大，若过大则控制场效应管Q11、Q12、Q13、Q14、Q15、Q16截止，电机M停止运行，以避免电机M烧坏。

但是，对低压的永磁直流无刷电机来说，流过电机绕组的电流非常大，这要求检测电阻R11的阻值必须比很小，这样检测电阻R11的功率损耗才比较小，否则功率损耗将非常大。例如，额定电流为10安电机，设定其检测电阻R11的阻值为0.1欧姆，此时检测电阻R11的压降仅仅1伏，但在其消耗功率却就高达10瓦。

然而，检测电阻R11的阻值过小时，检测电阻R11两端的压降也比较小，直接对检测电阻R11两端的压降进行A/D采样，采样结果很容易受其他电路干扰，而且受电源电压波动影响比较大，导致采样结果不准确，容易发生误判断的情况。因此需要在单片机17内设置滤波程序，通过软件对采样信号进行滤波，但采样需占用单片机运行时间，其缺点非常明显：首先，采样结果容易受干扰，影响电机正常运行，需进行程序滤波，所以当电机过电流一段时间后，单片机才进行过电流保护，因过电机运行时电流时间过长，可能会导致电路板烧毁，严重时还会烧毁电机，起不到保护作用。其次，电机正常工作时，检测电阻R11的功率损耗过大。可见，直接通过检测电阻R11两端的压降并进行A/D采样来判断电机是否过电流，实时性不够强且存在安全隐患。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种能准确检测电机过电流的电机过电流检测电流。

本实用新型的另一目的是提供一种有效避免过电流情况发生的电机。

为实现上述的目的，本实用新型提供的电机过电流检测电路包括检测电阻，并设有由检测电阻两端压降控制通断的开关器件，开关器件的第一端与直流电源连接，开关器件的第二端接地，且第一端输出开关器件的通断信号。

由上述方案可见，过电流检测电路通过检测电阻驱动开关器件的通断，并且由开关器件输出通断信号，单片机可根据通断信号判断电机是否过电流。由于过电流检测电路仅设置开关器件等少量元器件，占用电路板面积较小，生产成本较低。并且，开关器件的通断与检测电阻两端压降保持同步，过电流检测实时性好，且开关器件输出高电平及低电平信号不受其他电路影响，准确率高。

一个优选的方案是，过电流检测电路还包括与检测电阻串联连接的增压电阻。

由此可见，在检测电阻的阻值较小时，检测电阻两端的压降也较小，不足以驱动开关器件导通时，通过设置增压电阻能够提高向开关器件加载的驱动电压，满足开关器件的工作要求。

进一步的方案是，过电流检测电路还包括连接至开关器件控制端的滤波电路。

可见，在开关器件的控制端增加滤波电路，能够过滤高频干扰信号，确保检测的准确性。

为实现上述的另一目的，本实用新型提供的电机包括定子与转子，定子与控制电路连接，控制电路包括开关电路及过电流检测电路，过电流检测电路具有与开关电路串联连接的检测电阻，还包括由检测电阻两端压降控制通断的开关器件，开关器件的第一端与直流电源连接，开关器件的第二端接地，且第一端输出开关器件的通断信号。

由上述方案可见，过电流检测电路通过开关器件输出的信号作为判断是否过电流的依据，不但使用的器件较少，生产成本较低，且开关器件输出的信号不需要经过滤波即可使用，检测时间短，准确性高，能够有效地避免过电流情况的发生。

附图说明

图1是现有直流无刷电机的控制电路与电机的电原理图。

图2是现有另一种直流无刷电机的控制电路与电机的电原理图。

图3是本实用新型电机第一实施例的控制电路与电机的电原理图。

图4是本实用新型电机第二实施例的控制电路与电机的电原理图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

电机及电机过电流检测电路第一实施例：

本实施例的电机具有定子以及可相对于定子旋转的转子，定子与控制电路电连接，控制电路控制电机的工作。

参见图3，控制电路包括开关电路、过电流检测电路以及单片机20，开关电路由六个场效应管Q21、Q22、Q23、Q24、Q25、Q26组成，其中场效应管Q21与Q24组成第一开关组，用于控制电机M的U相的电流方向与相位，场效应管Q22与Q25组成第二开关组，用于控制电机M的V相的电流方向与相位，场效应管Q23与Q26组成第三开关组，用于控制电机M的W相的电流方向与相位。

过电流检测电路包括检测电阻R21，检测电阻R21与开关电路串联连接，流经检测电阻R21的电流值与电机M的电流值相同，因此通过检测电阻R21的电流即可判断电机M的电流是否过载。

由于检测电阻R21的阻值固定，当流经检测电阻R21的电流增大时，检测电阻R21两端压降也随之增大。本实用新型是根据这一特性，利用检测电阻R21两端压降的变化来控制三极管的通断，并由三极管输出通断信号至单片机，单片机根据接收到的信号判断流经检测电阻R21的电流是否过大，从而判断电机是否发生过电流的情况。

如图3所示，本实施例的过电流检测电路包括作为开关器件的三极管Q27，三极管Q27的通断由检测电阻R21两端的压降控制，且三极管Q27的集电极，即开关器件的第一端通过电阻R26与直流电源VCC连接，发射极接地，也就是开关器件的第二端接地，其集电极向单片机20输出信号，该信号是表示三极管Q27通断的信号。

然而，在通过电机绕组电流很大情况下，检测电阻R21的功率损耗与电流平方成正比，为了避免检测电阻R21功率损耗过大，必须将检测电阻R21的阻值设置得非常小。但是，在保证检测电阻R21功率损耗小的情况下，当电机发生过电流时，检测电阻R21两端压降不足以使三极管Q27导通。例如，电机额定电压为12伏,额定电流为10安,要求电机正常工作时，检测电阻R21的功率损耗不能超过2瓦。为了达到设计要求，检测电阻R21的阻值不能超过0.02欧姆。若发生过电流的情况，例如电机的电流刚超过10安，检测电阻R21两端的压降仅为0.2伏左右，远远不能使三极管Q27导通。因此需要在过电流检测电路中增加与检测电阻R21串联连接的增压电阻R22，以满足三极管Q27导通的要求。

本实施例中，增压电阻R22与检测电阻R21串联连接，且为了调节增压电阻R22两端的压降，还设置与增压电阻R22串联连接的分压电阻R23，分压电阻R23的两端分别与增压电阻R22及直流电源VCC连接。这样，驱动三极管Q27导通的电压值是检测电阻R21与增压电阻R22两端压降之和，三极管Q27的驱动电压得以提高，满足驱动三极管Q27导通的要求。

在三极管Q27的基极上还连接有滤波电路，滤波电路由电容C1以及电阻R24、R25构成，其中电容C1与电阻R25并联连接，滤波电路用于过滤输入基极的高频信号。由于电机的电流中通常含有高频信号，且对过电流检测造成干扰，因此需要使用滤波电路将高频信号过滤，确保输入三极管Q27基极的信号不含高频分量。

可见，通过选择增压电阻R22与分压电阻R23合适的阻值，能够确保增压电阻R22两端的压降为0.5伏左右。电机的电流没有发生过载的情况下，检测电阻R21两端的压降低于0.2伏，三极管Q27基极的电压低于0.7伏，三极管Q27截止，此时三极管Q27的集电极向单片机20输出高电平信号，单片机20即判断电机没有发生过电流的情况。

当电机的电流过载时，检测电阻R21两端的压降升高，一旦检测电阻R21两端压降高于0.2伏时，加载在三极管Q27基极的电压高于0.7伏，三极管Q27导通，集电极向单片机20输出低电平信号，单片机20即判断电机发生过电流情况，控制场效应管Q21、Q22、Q23、Q24、Q25、Q26截止，从而避免电机长时间在过电流的情况下运行。

由此可见，过电流检测电路能够对电机的过电流进行实时地检测，响应速度快，避免电机长时间过电流运行，从而避免电机烧坏。此外，过电流检测电路所使用的元器件较少，仅为一个三极管Q27以及若干个电阻、电容，占用电路板的面积小，生产成本低。并且，三极管Q27的通断取决于检测电阻R21两端的压降，受其他电路的影响较少，检测准确性高。

电机及电机过电流检测电路第二实施例：

本实施例的电机也具有定子与转子，定子与控制电路相连，参见图4，控制电路具有开关电路、过电流检测电路以及单片机30，开关电路由六个场效应管Q31、Q32、Q33、Q34、Q35、Q36构成，所有场效应管均由单片机30控制通断。

过电流检测电路包括与开关电路串联连接的检测电阻R31，并设有由检测电阻R31两端压降控制通断的三极管Q37，限流电阻R32的两端分别与三极管Q37的基极、检测电阻R31连接，且与电容C2与电阻R35构成滤波兼降压电路。

三极管Q37的集电极通过电阻R36连接至直流电源VCC，发射极接地，且集电极将三极管Q37的通断信号发送至单片机30，单片机30根据接收到的信号判断电机是否发生过电流的情况。

与第一实施例相比，本实施例不设置增压电阻以及分压电阻，因此本实施例适用于额定电压较高的电机，检测电阻R31的阻值较大，在电机未发生过电流的时候，检测电阻R31两端已形成较大的压降，满足驱动三极管Q37导通要求，通过R32、R35、C2构成滤波兼降压电路分压，加在三极管Q37不足导通三极管Q37。

或者，三极管Q37使用导通电压较低的锗管，因锗管的导通电压仅为0.2伏，本实施例在检测电阻R31阻值较大的情况下也能满足三极管Q37截止的要求。

这样，在电机未发生过电流的情况时，检测电阻R31两端压降较小，三极管Q37截止，集电极向单片机30输出高电平信号，单片机30继续驱动场效应管Q31、Q32、Q33、Q34、Q35、Q36导通。一旦电机发生过电流的情况，检测电阻R31两端压降升高，电阻R35分压电压也相应升高，三极管Q37导通，集电极向单片机30输出低电平信号，单片机30控制场效应管Q31、Q32、Q33、Q34、Q35、Q36截止，避免电机在过电流的情况下运行。

可见，本实施例的过电流检测电路能够实时地检测出电机是否发生过电流的情况，且生产成本低，检测准确率高。

当然，上述实施例仅是本实用新型较佳的实施方式，本实用新型实际应用时，还可以有更多的变化，例如，使用场效应管或其他具有可控开关功能的器件作为开关器件；或者，使用低电平导通的三极管替代高电平导通的三极管作为开关器件，这些改变也能实现本实用新型的目的。

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如滤波电路构成的改变、增压电阻及分压电阻阻值的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.电机过电流检测电路，包括

检测电阻；

其特征在于：

由所述检测电阻两端压降控制通断的开关器件，所述开关器件的第一端与直流电源连接，所述开关器件的第二端接地，且所述第一端输出所述开关器件的通断信号。

2.根据权利要求1所述的电机过电流检测电路，其特征在于：

还包括与所述检测电阻串联连接的增压电阻。

3.根据权利要求2所述的电机过电流检测电路，其特征在于：

还包括与所述增压电阻串联连接的分压电阻，所述分压电阻的两端分别连接所述增压电阻及直流电源。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电机过电流检测电路，其特征在于：

还包括连接所述开关器件控制端的滤波电路。

5.根据权利要求4所述的电机过电流检测电路，其特征在于：

所述滤波电路包括并联连接的电容与电阻。

6.电机，包括

定子与转子，所述定子与控制电路连接，所述控制电路包括开关电路及过电流检测电路，所述过电流检测电路具有

与所述开关电路串联连接的检测电阻；

其特征在于：

由所述检测电阻两端压降控制通断的开关器件，所述开关器件的第一端与直流电源连接，所述开关器件的第二端接地，且所述第一端输出所述开关器件的通断信号。

7.根据权利要求6所述的电机，其特征在于：

还包括与所述检测电阻串联连接的增压电阻。

8.根据权利要求7所述的电机，其特征在于：

还包括与所述增压电阻串联连接的分压电阻，所述分压电阻的两端分别连接所述增压电阻及直流电源。

9.根据权利要求6至8任一项所述的电机，其特征在于：

还包括连接所述开关器件控制端的滤波电路。

10.根据权利要求9所述的电机，其特征在于：

所述滤波电路包括并联连接的电容与电阻。

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