CN209282823U - 一种步进电机短路保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种步进电机短路保护电路，包括：电机驱动电路，采用全桥电机驱动电路，由微控制单元控制电路工作；采样电阻，所述采样电阻一端与电机驱动电路连接，另一端接地，采集电机电流；运算放大电路，将电流信号转换为电压信号并放大适当倍数后输出；比较器电路，其具有两个输入端，一端与运算放大电路连接，另一端与设定的阈值电压连接，比较两个输入电压后输出相应电平至微处理单元；微处理单元，控制全桥电机驱动电路工作，输入端接收比较器的输出电平，根据电平高低判断电机是否短路。本实用新型通过检测电机短路，将MOS管在安全时间内关闭，从而保护电机和驱动电路不会被损坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机保护电路领域，具体涉及一种步进电机短路保护电路。
背景技术
电机在我们日常生活中无处不见，为我们的生产生活提供了便利，为了保证电机能够安全稳定的运行，我们需要监测电机的实时运动状态，在电机运动控制中短路保护是不可缺少的一环，当电机短路时会发生不可预测的情况，需要我们及时识别出电机状态并做出正确响应, 电机的种类繁多，使用广泛，但当我们使用电机时，为了能达到良好的控制效果，提高设备的稳定性，减少事故发生，保护这一环必不可少。当步进电机短路时，会使H桥上下桥臂导通，流过MOS管的电流会急剧增大，从而损坏MOS管甚至电机。
实用新型内容
本实用新型目的是：本实用新型提出了一种步进电机短路保护电路，通过检测电机短路，将MOS管在安全时间内关闭，从而实现保护电机和驱动电路不会被损坏的目的。
本实用新型的技术方案是：一种步进电机短路保护电路，包括：
电机驱动电路，采用全桥电机驱动电路，所述驱动电路包括MOS管，所述全桥电机驱动电路的两端分别与微控制单元的两个输出连接；
采样电阻，所述采样电阻一端与电机驱动电路连接，另一端接地，采集电机电流；
运算放大电路，通过运放放大采样电流，将电流信号转换为电压信号并放大适当倍数后输出；
比较器电路，包括一个比较器，其具有两个输入端，一端与运算放大电路的输出连接，另一端与设定的阈值电压连接，比较两个输入电压后输出相应电平至微处理单元的一个输入端；
微处理单元，包括两个输出端和一个输入端，所述输出端分别接全桥电机驱动电路的两侧，控制全桥电机驱动电路工作，输入端接收比较器的输出电平，根据电平高低判断电机是否短路。
在一个实施例中，所述全桥电机驱动电路采用4个N沟道增强型场效应管MOSFET搭建，第一场效应管和第二场效应管的源极与第一供电电源连接，其漏极分别与第三场效应管和第四场效应管的源极连接，第三场效应管和第四场效应管的漏极均连接至所述采样电阻的一端，采样电阻另一端接地，被驱动电机连接在第一场效应管和第二场效应管的漏极之间，所述第一场效应管和第三场效应管的栅极连接至微处理单元的同一个输出端，所述第二场效应管和第四场效应管的栅极连接至微处理单元的另一个输出端。
在一个实施例中，所述运算放大电路包括多个电阻、电容和运算放大器，其中，第一电阻一端接第二供电电源，另一端接运算放大器正相，第二电阻第一端接第四场效应管漏极，第二端接运算放大器正相，第一电容第一端接运算放大器正相，第二端接地，第三电阻第一端接地，第二端接运算放大器反相，第四电阻一端接运算放大器反相，另一端接运算放大器输出端，第二电容与第四电阻并联，第五电阻第一端接运算放大器输出端，第二端接比较器第一输入端，第三电容一端接地，另一端接第五电阻第二端。
在一个实施例中，所述比较器电路包括第六电阻，所述第六电阻一端接外部电源，另一端接比较器输出端。
本实用新型的优点是：此方案能够在NS级时间检测电机短路，保护MOS管，在设计时可以选用耐电流更小的MOS，既保证电路的安全稳定又节省成本。
附图说明
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：
图1是本实用新型实施例步进电机短路保护电路的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
如图1所示，一种步进电机短路保护电路，包括：电机驱动电路、采样电阻、运算放大电路、比较器电路和微处理单元。所述电机驱动电路，采用全桥电机驱动电路，所述全桥电机驱动电路采用4个N沟道增强型场效应管MOSFET搭建，第一场效应管11和第二场效应管12的源极与第一供电电源16连接，其漏极分别与第三场效应管13和第四场效应管14的源极连接，第三场效应管13和第四场效应管14的漏极均连接至所述采样电阻2的一端，采样电阻2另一端接地，被驱动电机15连接在第一场效应管11和第二场效应管12的漏极之间，所述第一场效应管11和第三场效应管13的栅极连接至微处理单元5的同一个输出端，所述第二场效应管12和第四场效应管14的栅极连接至微处理单元5的另一个输出端。驱动电路的形状酷似字母H。4个场效应管组成H的4条垂直腿，而电机就是H中的横杠。所述运算放大电路，通过运放放大采样电流，将电流信号转换为电压信号并放大适当倍数后输出。所述运算放大电路包括多个电阻、电容和运算放大器，其中，第一电阻31一端接第二供电电源311，另一端接运算放大器35正相，第二电阻32第一端接第四场效应管14漏极，第二端接运算放大器35正相，第一电容33第一端接运算放大器35正相，第二端接地，第三电阻34第一端接地，第二端接运算放大器35反相，第四电阻36一端接运算放大器35反相，另一端接运算放大器35输出端，第二电容37与第四电阻36并联，第五电阻38第一端接运算放大器35输出端，第二端接比较器41第一输入端，第三电容39一端接地，另一端接第五电阻38第二端。所述比较器电路，包括一个比较器41，其具有两个输入端，一端与运算放大电路的第五电阻38第二端连接，另一端与设定的阈值电压42连接，比较两个输入电压后输出相应电平至微处理单元5的一个输入端。所述比较器电路包括第六电阻43，所述第六电阻43一端接外部电源44，另一端接比较器41输出端。所述微处理单元5，包括两个输出端和一个输入端，所述输出端分别接全桥电机驱动电路的两侧相应场效应管的栅极，通过输出高低电平控制全桥电机驱动电路的场效应管的导通状态，切换电路状态，驱动电机工作，输入端接收比较器41的输出电平，根据电平高低判断电机是否短路。
全桥驱动电路的具体工作原理：要使电机运转，必须导通对角线上的一对场效应管。根据不同场效应管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。要使电机运转，必须使对角线上的一对场效应管导通。当第一场效应管和第四场效应管导通时，电流就从电源正极经第一场效应管从左至右穿过电机，然后再经第四场效应管。按图中电流箭头所示，该流向的电流将驱动电机按特定方向转动。当第二场效应管和第三场效应管导通的时候，电流将从右至左流过电机。从而驱动电机沿另一方向转动。
整个电路的原理：使用MOS管搭建的全桥电机驱动电路；通过串联采样电阻在H桥上采集电机电流；通过运放放大采样电流，将电流信号转换为电压信号，可根据实际需要调整放大倍数；将运放输出电压信号输入比较器，与设定阈值进行比较；在电机短路时，电流值变大，比较器输出反转，比较器输出接入MCU，计算短路时间，及时切断电机控制信号，关断MOS。
在设计两相四线步进电机驱动器时，可以选用集成驱动芯片或分立元件自己搭建驱动电路，集成芯片大多自带短路保护，但与分立元件相比，成本更高，而且不够灵活，在进行步进电机闭环控制时，可以使用上述分立元件搭建的电路采集电机电流进行闭环控制，一旦电流突变，就会触发比较器电平反转，进而触发MCU进行短路保护。
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种步进电机短路保护电路，其特征在于，包括：
电机驱动电路，采用全桥电机驱动电路，所述驱动电路包括MOS管，所述全桥电机驱动电路的两端分别与微控制单元的两个输出连接；
采样电阻，所述采样电阻一端与电机驱动电路连接，另一端接地，采集电机电流；
运算放大电路，通过运放放大采样电流，将电流信号转换为电压信号并放大适当倍数后输出；
比较器电路，包括一个比较器，其具有两个输入端，一端与运算放大电路的输出连接，另一端与设定的阈值电压连接，比较两个输入电压后输出相应电平至微处理单元的一个输入端；
微处理单元，包括两个输出端和一个输入端，所述输出端分别接全桥电机驱动电路的两侧，控制全桥电机驱动电路工作，输入端接收比较器的输出电平，根据电平高低判断电机是否短路。
2.根据权利要求1所述步进电机短路保护电路，其特征在于，所述全桥电机驱动电路采用4个N沟道增强型场效应管MOSFET搭建，第一场效应管和第二场效应管的源极与第一供电电源连接，其漏极分别与第三场效应管和第四场效应管的源极连接，第三场效应管和第四场效应管的漏极均连接至所述采样电阻的一端，采样电阻另一端接地，被驱动电机连接在第一场效应管和第二场效应管的漏极之间，所述第一场效应管和第三场效应管的栅极连接至微处理单元的同一个输出端，所述第二场效应管和第四场效应管的栅极连接至微处理单元的另一个输出端。
3.根据权利要求2所述步进电机短路保护电路，其特征在于，所述运算放大电路包括多个电阻、电容和运算放大器，其中，第一电阻一端接第二供电电源，另一端接运算放大器正相，第二电阻第一端接第四场效应管漏极，第二端接运算放大器正相，第一电容第一端接运算放大器正相，第二端接地，第三电阻第一端接地，第二端接运算放大器反相，第四电阻一端接运算放大器反相，另一端接运算放大器输出端，第二电容与第四电阻并联，第五电阻第一端接运算放大器输出端，第二端接比较器第一输入端，第三电容一端接地，另一端接第五电阻第二端。
4.根据权利要求1所述步进电机短路保护电路，其特征在于，所述比较器电路包括第六电阻，所述第六电阻一端接外部电源，另一端接比较器输出端。
Priority Applications (1)
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| CN201920038519.7U CN209282823U (zh) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | 一种步进电机短路保护电路 |
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| CN201920038519.7U CN209282823U (zh) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | 一种步进电机短路保护电路 |
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| CN201920038519.7U Active CN209282823U (zh) | 2019-01-10 | 2019-01-10 | 一种步进电机短路保护电路 |
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| CN (1) | CN209282823U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113363945A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-09-07 | 深圳市矽塔科技有限公司 | 一种高压h桥短路保护电路 |
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2019
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