CN202268683U - 一种电机过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机驱动领域的一种电机过流保护电路，设于硬件驱动电路与功率模块Q2之间，同时还与MCU连接，包括电流采样电阻R1、第一电压比较器U2-A，所述电流采样电阻R1一端与功率模块Q2的底端连接，另一端接地，电流采样电阻R1与功率模块Q2的连接点构成电压检测点，电压检测点的电压信号与所述第一电压比较器U2-A的电压信号输入端3连接，第一电压比较器U2-A的电压设定点输入端2与电压设定点连接，第一电压比较器U2-A的电平输出端1一路与硬件驱动电路连接，另一路与MCU的检测故障端口连接，在电机产生过流时，硬件驱动电路产生自锁信号，即使MCU死机也可以安全有效关断对功率模块的驱动输出，有效避免功率模块器件或电机损坏。

Description

一种电机过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及电机驱动领域的一种电机过流保护电路。

背景技术

电机驱动模块一般包括MCU(Micro Control Unit，又称微控制器)、功率模块、电源，功率模块与电源、电机分别连接，MCU的PWM(Pulse-width modulation，脉冲宽度调制)端口通过硬件驱动电路向功率模块输出PWM驱动信号最终实现电机驱动。为了避免电机发生过流对功率模块器件和电机产生损坏，通常在现有的硬件驱动电路与功率模块之间设有过流保护电路，同时过流保护电路与MCU连接，具体工作过程为：在功率模块的下桥臂与地之间串联一个或几个功率电阻，从电阻与功率模块连接处取电压信号分别经过处理输给硬件驱动电路，经过硬件驱动电路处理后给MCU，当检测到此点电压信号高于某点设定值时硬件驱动电路立即响应迅速在短时间内关断功率模块的驱动输出，同时MCU检测故障端口检测到此电压信号调节PWM驱动信号占空比以停止PWM驱动信号输出，有效保护功率模块器件或电机不会因受到大电流而损坏。但是当MCU发生死机时，MCU软件未在硬件驱动电路响应结束前停止PWM驱动信号输出，则电机会在过流冲击-停止-过流冲击状态下反复经受电流冲击，这样连续的冲击很容易导致功率模块器件或电机由于受到大电流过热而受到损坏。

如授权公告号为CN101414747，名称为“直流有刷电机的过流保护装置”的中国发明专利公开了一种直流有刷电机的过流保护装置，包括有微控制器、桥驱动电路、执行电路；微控制器的脉冲宽度调制输出端口与桥驱动电路的脉冲宽度调制接收端口相连通；桥驱动电路输出信号控制端口连接执行电路；执行电路的底端连接电流采样电阻R5到地，并且在执行电路与电流采样电阻R5的连接点构成电压检测点，电压检测点的电压信号一路与比较器输入端相连，电压检测点的电压信号另一路与比例放大器输入端相连接；比较器输出端与桥驱动电路的DIS端相连；比例放大器输出端与微控制器的模数转换采样端口相连接；其在硬件保护基础上引入软件检测主电路电流大小，设置软件中相关参数以达到在电路过流时对电子功率管(功率模块器件)和电机进行有效合理的保护。但是当微控制器(MCU)发生死机时，微控制器软件未在硬件驱动电路响应结束前停止脉冲宽度调制(PWM)驱动信号的输出，则电机仍然会在过流冲击-停止-过流冲击状态下反复经受电流冲击，这样连续的冲击很容易导致功率模块器件或电机由于受到大电流过热而受到损坏。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种电机过流保护电路，在电机产生过流时产生硬件驱动电路自锁信号，硬件驱动电路实现自锁功能，即使MCU死机也可以安全有效关断对功率模块的驱动输出，有效避免功率模块器件或电机损坏。

本实用新型的技术方案为：

一种电机过流保护电路，其中：所述电机过流保护电路设于硬件驱动电路与功率模块之间，电机过流保护电路还与MCU连接，包括电流采样电阻、第一电压比较器，所述电流采样电阻一端与功率模块的底端连接，另一端接地，电流采样电阻与功率模块的连接点构成电压检测点，电压检测点的电压信号与所述第一电压比较器的电压信号输入端连接，第一电压比较器的电压设定点输入端与电压设定点连接，第一电压比较器的电平输出端一路与硬件驱动电路连接，另一路与MCU的检测故障端口连接，所述第一电压比较器的电压设定点输入端与MCU的解锁端口连接，当MCU解锁以后，且功率模块电流处于正常范围时(即非过流状态时)，第一电压比较器解锁，或非门正常响应PWM驱动信号。本实用新型所述功率模块的底端即为功率模块的公共端。

优选地，为了便于第一电压比较器的电压设定点设置，所述电压检测点的电压信号经与分压电阻连接分压后与所述第一电压比较器的电压信号输入端连接；所述电压设定点为+V经过分压电阻分压得到的。

优选地，所述的第一电压比较器的电平输出端与MCU的检测故障端口之间还串接有第四二极管，第四二极管的阴极与第一电压比较器的电平输出端连接，其阳极一路与MCU的检测故障端口连接，另一路与上拉电阻连接，上拉电阻与+V连接。

优选地，所述电压比较器的电压信号输入端与地之间还串接有滤波电容，滤波电容可防止由于干扰原因引起的误保护。

优选地，第一电压比较器包括第一反馈电阻，第一反馈电阻串接于第一电压比较器的电压信号输入端与第一电压比较器的电平输出端之间。

优选地，所述硬件驱动电路包括或非门，或非门包括至少2个输入端、一个输出端，MCU的PWM端口输出的PWM驱动信号直接或经过处理后分别与第一PNP型三极管的基极、第一NPN型三极管的基极连接，第一PNP型三极管的集电极、第一NPN型三极管的发射极分别接地，第一PNP型三极管的发射极、第一NPN型三极管的集电极一路分别接入或非门作为或非门的两个输入端，第一NPN型三极管的集电极另一路与+V相连，或非门的输出端经处理后与功率模块连接；所述的电压比较器的电平输出端接入或非门的一输入端。

优选地，所述的硬件驱动电路还包括第二电压比较器，第一PNP型三极管的发射极接入第二电压比较器的第一电压输入端，+V经过分压电阻分压后作为第二电压比较器的第二电压输入端，第二电压比较器的电平输出端接入或非门的一输入端，第二电压比较器的第一电压输入端与第二电压比较器的电平输出端之间还串接有第二反馈电阻。

优选地，所述的第一电压比较器的电平输出端与第一二极管的阳极连接，第二电压比较器的电平输出端与第二二极管的阳极连接，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极相连接入或非门的一输入端，确保电路的正常工作运行。

所述第二电压比较器的第一电压输入端与第一PNP型三极管的发射极之间还连接有保护电路，所述保护电路包括+V、分压电阻、电容，+V、分压电阻、电容依次串接，电容接地，分压电阻一端与第一PNP型三极管的发射极相连，分压电阻另一端与分压电阻、电容的连接点相连，分压电阻、电容的连接点接入第二电压比较器的第一电压输入端。

优选地，所述的或非门的输出端分别与第二NPN型三极管的基极、第二PNP型三极管的基极连接，第二NPN型三极管的集电极与+V相连，第二PNP型三极管的集电极接地，第二NPN型三极管的发射极、第二PNP型三极管的发射极相连，其相连处与功率模块之间还串接有限流电阻，限流电阻起电路限流作用。

本实用新型所述的+V为直流电源。本实用新型所述的第一反馈电阻起电压自锁作用，锁定第一电压比较器的预定电平输出。

本实用新型的工作原理和优点：本实用新型通过对功率模块检测得到的电压信号经过处理后接入硬件驱动电路的或非门输入端，当功率模块发生过流时产生硬件驱动电路自锁信号实现硬件驱动电路自锁功能，具体工作过程为：当功率模块发生过流时，在电流采样电阻上产生的电压信号使第一电压比较器电路翻转输出高电平信号，且由于串接于第一电压比较器的电压信号输入端与第一电压比较器的电平输出端的第一反馈电阻使得第一电压比较器始终输出高电平信号，第一电压比较器始终输出的高电平信号相当于硬件驱动电路自锁信号接入硬件驱动电路的或非门的输入端后，使得硬件驱动电路的或非门的输出端始终为低电平，同时由于第一电压比较器输出的高电平信号使得MCU的检测故障端口被置高，无论PWM驱动信号为高电平或为低电平，硬件驱动电路的或非门的输出端始终为低电平，功率模块一直不被驱动，即相当于本实用新型产生硬件驱动电路自锁信号以实现硬件驱动电路的自锁功能，从而关闭硬件驱动电路对功率模块的驱动输出；若MCU死机，MCU的解锁端口输出低电平信号，硬件驱动电路始终处于自锁状态，不会响应MCU的PWM端口输出的任何PWM驱动信号；即使出现MCU的解锁端口与PWM端口输出均为高电平，第一电压比较器被解锁输出低电平信号时，硬件驱动电路会通过保护电路充电，一旦超过正常值时，第二电压比较器的电平输出端输出高电平，硬件驱动电路仍然处于锁定状态，不会响应MCU的PWM端口输出的任何PWM驱动信号；若MCU正常工作达到解锁条件，MCU的解锁端口响应输出高电平给第一电压比较器输入端，当功率模块电流处于正常范围时(即非过流状态时)，第一电压比较器才会输出低电平信号，硬件驱动电路最终才能实现解锁，此时硬件驱动电路的或非门正常响应MCU的PWM端口输出的PWM驱动信号，本实用新型无论MCU正常运行或死机的情况下，均有效避免了由于功率模块发生过流对功率模块器件或电机造成损坏，安全性能高。

附图说明

附图1是本实用新型的驱动模块框图；

附图2是本实用新型实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种电机过流保护电路，其中：所述电机过流保护电路设于硬件驱动电路与功率模块Q2之间，电机过流保护电路还与MCU(图中未示出)连接，包括电流采样电阻R1、第一电压比较器U2-A，所述电流采样电阻R1一端与功率模块Q2的底端连接，另一端接地，电流采样电阻R1与功率模块Q2的连接点构成电压检测点，所述电压检测点的电压信号经与分压电阻R2连接分压后与所述第一电压比较器U2-A的电压信号输入端3连接；第一电压比较器U2-A的电压设定点输入端2与电压设定点连接，第一电压比较器U2-A的电平输出端1一路与硬件驱动电路连接，另一路与MCU的检测故障端口连接；所述第一电压比较器U2-A的电压设定点输入端2与MCU的解锁端口连接，所述的第一电压比较器U2-A的电平输出端1与MCU的检测故障端口之间还串接有第四二极管D4，第四二极管D4的阴极与第一电压比较器U2-A的电平输出端1连接，其阳极一路与MCU的检测故障端口连接，另一路与上拉电阻R22连接，上拉电阻R22与+5V直流电源连接；所述电压设定点为+5V直流电源经过分压电阻R3、R13、R14分压后，取R13与R14的连接点得到的；所述电压比较器U2-A的电压信号输入端3与地之间还串接有滤波电容C4；第一电压比较器U2-A包括第一反馈电阻R15，第一反馈电阻R15串接于第一电压比较器U2-A的电压信号输入端3与第一电压比较器U2-A的电平输出端1之间；所述硬件驱动电路包括或非门U1-A、第二电压比较器U2-B，所述或非门U1-A包括2个输入端12，13、一个输出端11，MCU的PWM端口输出的PWM驱动信号分别与分压电阻R10、分压电阻R18连接，分压电阻R10另一端与第一PNP型三极管Q1的基极连接，分压电阻R10并联有电容C2，分压电阻R18另一端与第一NPN型三极管Q3的基极连接，第一PNP型三极管Q1的集电极、第一NPN型三极管Q3的发射极分别接地，第一NPN型三极管Q3的集电极一路接入或非门U1-A作为或非门U1-A的输入端13，第一NPN型三极管Q3的集电极另一路通过分压电阻R19与+16V直流电源相连，第一PNP型三极管Q1的发射极经与保护电路连接后接入第二电压比较器U2-B的第一电压输入端5，+5V直流电源经过分压电阻R3、R13、R14分压后，取R3与R13的连接点作为第二电压比较器U2-B的第二电压输入端6，所述保护电路包括+V、分压电阻R4、R5、电容C1，+V、分压电阻R5、电容C1依次串接，电容C1接地，分压电阻R4一端与第一PNP型三极管Q1的发射极相连，分压电阻R4另一端与分压电阻R5、电容C1的连接点相连，分压电阻R5、电容C1的连接点接入第二电压比较器U2-B的第一电压输入端5，所述第二电压比较器U2-B的第一电压输入端5与第二电压比较器U2-B的电平输出端7之间还串接有第二反馈电阻R9，当MCU发生误驱动时，MCU发出的高电平驱动信号过长，保护电路可确保第二电压比较器U2-B的电平输出端7输出高电平，从而起到保护作用；所述的第一电压比较器U2-A的电平输出端1与第一二极管D1的阳极连接，第二电压比较器U2-B的电平输出端7与第二二极管D2的阳极连接，第一二极管D1的阴极与第二二极管D2的阴极相连接入或非门U1-A的输入端12，为了进一步保护硬件驱动电路，或非门U1-A的输入端12与地之间还串接有接地电阻R16；所述的或非门U1-A的输出端11分别与第二NPN型三极管Q4的基极、第二PNP型三极管Q5的基极连接，第二NPN型三极管Q4的集电极与+16V直流电源相连，第二PNP型三极管Q5的集电极接地，第二NPN型三极管Q4的发射极、第二PNP型三极管Q5的发射极相连，其相连处与功率模块Q2之间还串接有限流电阻R20，为了进一步保护硬件驱动电路，所述的功率模块Q2输入端与地之间还分别串接有第三二极管D3、电阻R21，第三二极管D3与电阻R21并联。

本实用新型并不局限于上述具体的实施例，它还有很多变化或改型，都不脱离本实用新型的实质精神和范围，均属于本实用新型的权利保护范围。

Claims (10)

1.一种电机过流保护电路，其特征在于：所述电机过流保护电路设于硬件驱动电路与功率模块(Q2)之间，电机过流保护电路还与MCU连接，包括电流采样电阻(R1)、第一电压比较器(U2-A)，所述电流采样电阻(R1)一端与功率模块(Q2)的底端连接，另一端接地，电流采样电阻(R1)与功率模块(Q2)的连接点构成电压检测点，电压检测点的电压信号与所述第一电压比较器(U2-A)的电压信号输入端(3)连接，第一电压比较器(U2-A)的电压设定点输入端(2)与电压设定点连接，第一电压比较器(U2-A)的电平输出端(1)一路与硬件驱动电路连接，另一路与MCU的检测故障端口连接，所述第一电压比较器(U2-A)的电压设定点输入端(2)与MCU的解锁端口连接。

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：所述电压检测点的电压信号经与分压电阻(R2)连接分压后与所述第一电压比较器(U2-A)的电压信号输入端(3)连接；所述电压设定点为+V经过分压电阻分压后得到的。

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：所述的第一电压比较器(U2-A)的电平输出端(1)与MCU的检测故障端口之间还串接有第四二极管(D4)，第四二极管(D4)的阴极与第一电压比较器(U2-A)的电平输出端(1)连接，其阳极一路与MCU的检测故障端口连接，另一路与上拉电阻(R22)连接，上拉电阻(R22)与+V连接。

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：所述电压比较器(U2-A)的电压信号输入端(3)与地之间还串接有滤波电容(C4)。

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：第一电压比较器(U2-A)包括第一反馈电阻(R15)，第一反馈电阻(R15)串接于第一电压比较器(U2-A)的电压信号输入端(3)与第一电压比较器(U2-A)的电平输出端(1)之间。

6.如权利要求1所述的一种电机过流保护电路，其特征在于：所述硬件驱动电路包括或非门(U1-A)，或非门(U1-A)包括至少2个输入端(12，13)、一个输出端(11)，MCU的PWM端口输出的PWM驱动信号直接或经过处理后分别与第一PNP型三极管(Q1)的基极、第一NPN型三极管(Q3)的基极连接，第一PNP型三极管(Q1)的集电极、第一NPN型三极管(Q3)的发射极分别接地，第一PNP型三极管(Q1)的发射极、第一NPN型三极管(Q3)的集电极一路分别接入或非门(U1-A)作为或非门(U1-A)的两个输入端(12，13)，第一NPN型三极管(Q3)的集电极另一路与+V相连，或非门(U1-A)的输出端(11)经处理后与功率模块(Q2)连接；所述的电压比较器(U2-A)的电平输出端(1)接入或非门(U1-A)的一输入端(12)。

7.如权利要求6所述的一种电机过流保护电路，其特征在于：所述的硬件驱动电路还包括第二电压比较器(U2-B)，第一PNP型三极管(Q1)的发射极接入第二电压比较器(U2-B)的第一电压输入端(5)，+V经过分压电阻分压后作为第二电压比较器(U2-B)的第二电压输入端(6)，第二电压比较器(U2-B)的电平输出端(7)接入或非门(U1-A)的一输入端(12)，第二电压比较器(U2-B)的第一电压输入端(5)与第二电压比较器(U2-B)的电平输出端(7)之间还串接有第二反馈电阻(R9)。

8.如权利要求7所述的一种电机过流保护电路，其特征在于：所述的第一电压比较器(U2-A)的电平输出端(1)与第一二极管(D1)的阳极连接，第二电压比较器(U2-B)的电平输出端(7)与第二二极管(D2)的阳极连接，第一二极管(D1)的阴极与第二二极管(D2)的阴极相连接入或非门(U1-A)的一输入端(12)。

9.如权利要求7所述的一种电机过流保护电路，其特征在于：所述第二电压比较器(U2-B)的第一电压输入端(5)与第一PNP型三极管(Q1)的发射极之间还连接有保护电路，所述保护电路包括+V、分压电阻(R4、R5)、电容(C1)，+V、分压电阻(R5)、电容(C1)依次串接，电容(C1)接地，分压电阻(R4)一端与第一PNP型三极管(Q1)的发射极相连，分压电阻(R4)另一端与分压电阻(R5)、电容(C1)的连接点相连，分压电阻(R5)、电容(C1)的连接点接入第二电压比较器(U2-B)的第一电压输入端(5)。

10.如权利要求6或7或8或9所述的一种电机过流保护电路，其特征在于：所述的或非门(U1-A)的输出端(11)分别与第二NPN型三极管(Q4)的基极、第二PNP型三极管(Q5)的基极连接，第二NPN型三极管(Q4)的集电极与+V相连，第二PNP型三极管(Q5)的集电极接地，第二NPN型三极管(Q4)的发射极、第二PNP型三极管(Q5)的发射极相连，其相连处与功率模块(Q2)之间还串接有限流电阻(R20)。

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