CN213782863U - 一种直流有刷电机保护电路及直流有刷电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流有刷电机保护电路及直流有刷电机，包括驱动电路、电机控制电路及过流保护电路；驱动电路的第一端接收控制信号，驱动电路的第二端连接电机控制电路的第一端，电机控制电路的第二端连接过流保护电路的第一端，过流保护电路的第二端输出过流信号并连接至驱动电路；驱动电路根据控制信号驱动电机控制电路快速关断及控制电机控制电路导通；电机控制电路根据驱动电路的驱动控制电机停止/运行、以及输出电流采样信号；过流保护电路用于在电机过流时阻止驱动电路工作，并输出过流信号。本实用新型可有效控制直流有刷电机的运行、堵转及大电流保护，可实现软硬件保护，避免因单纯保护导致的故障及器件损坏。

Description

一种直流有刷电机保护电路及直流有刷电机

技术领域

本实用新型涉及电机的技术领域，更具体地说，涉及一种直流有刷电机保护电路及直流有刷电机。

背景技术

直流有刷电机因其价格低廉、控制简单、维护方便而被得到广泛使用。然而，现有的直流有刷电机发生异常时，一般只能单纯软件保护或者硬件保护，而只有软件保护或者硬件保护均会存在因失效而引起电路故障的问题。。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种直流有刷电机保护电路及直流有刷电机。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种直流有刷电机保护电路，包括：驱动电路、电机控制电路以及过流保护电路；

所述驱动电路的第一端接收控制信号，所述驱动电路的第二端连接所述电机控制电路的第一端，所述电机控制电路的第二端连接所述过流保护电路的第一端，所述过流保护电路的第二端输出过流信号并连接至所述驱动电路；

所述驱动电路根据所述控制信号驱动所述电机控制电路快速关断及控制所述电机控制电路导通；所述电机控制电路根据所述驱动电路的驱动控制电机停止/运行、以及输出电流采样信号；所述过流保护电路用于在电机过流时阻止所述驱动电路工作，并输出所述过流信号。

优选地，所述驱动电路为MOS驱动电路。

优选地，还包括：与所述驱动电路、所述电机控制电路和所述过流保护电路连接的控制器。

优选地，所述驱动电路包括：第六电阻、第四二极管、第五二极管、第十电阻、第五开关管、第一电阻、第一驱动管、第二电阻、第三电阻和第三驱动管；

所述第六电阻的第一端接收所述控制信号，所述第六电阻的第二端连接所述第四二极管的阳极和所述第五二极管的阳极，所述第四二极管的阴极连接所述第十电阻的第一端和所述第五开关管的第一端，所述第十电阻的第二端和所述第五开关管的第三端接地，所述第五二极管的阴极连接至所述过流保护电路的第二端，所述第五开关管的第二端连接所述第一电阻的第二端、所述第一驱动管的第一端和所述第三驱动管的第一端；

所述第一电阻的第一端和所述第一驱动管的第二端连接驱动电压，所述第一驱动管的第三端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第三驱动管的第二端，所述第三驱动管的第三端接地；所述第二电阻和所述第三电阻的连接端还连接至所述电机控制电路的第一端。

优选地，所述第五开关管为三极管，所述第一驱动管和所述第三驱动管为MOS管。

优选地，所述电机控制电路包括：电机开关控制电路、电流采样电路和滤波电路；

所述电机开关控制电路、所述电流采样电路和所述滤波电路依次连接，且所述电机开关控制电路的输入端为所述电机控制电路的第一端，所述滤波电路的输出端为所述电机控制电路的第二端；

所述控制器根据所述滤波电路的输出进行限流。

优选地，所述电机开关控制电路包括：第二电容、第二稳压管、第五电阻、第二驱动管、第一二极管、第一电容以及热敏电阻；所述电流采样电路包括：第九电阻；所述滤波电路包括：第十一电阻和第四电容；

所述第二驱动管的第一端为所述电机控制电路的第一端，所述第二电容的第一连接所述第二驱动管的第一端，所述第二电容的第二端连接所述第二驱动管的第三端，所述第二稳压管和所述第五电阻依次与所述第二电容并联；

所述第二驱动管的第二端连接所述第一电容的第二端、第一二极管的阳极和电机的第二端，所述第一电容的第一端、所述第一二极管的阴极和所述电机的第一端连接所述热敏电阻的第二端，所述热敏电阻的第一端接收总电压；

所述第二驱动管的第三端连接所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端接地；所述第十一电阻的第一端连接所述第九电阻的第一端，所述第十一电阻的第二端连接所述第四电容的第一端，所述第四电容的第二端接地；

所述第十一电阻和所述第四电容的连接端输出所述电流采样信号。

优选地，所述第二驱动管为MOS管，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻。

优选地，所述过流保护电路包括：第七电阻、第八电阻、第三电容、第四开关管、第四电阻和第五电容；

所述第七电阻的第一端为所述过流保护电路的第一端，所述第七电阻的第二端连接所述第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端接地；所述第七电阻和所述第八电阻的连接端连接所述第四开关管的第一端，所述第三电容的第一端连接所述第四开关管的第一端，所述第三电容的第二端连接所述第四开关管的第三端，所述第四开关管的第二端连接所述第四电阻的第二端，所述第四电阻的第一端连接高电平，所述第四开关管的第三端接地，所述第五电容的第一端连接所述第四开关管的第二端，所述第五电容的第二端接地；

所述第四开关管的第二端在阻止所述驱动电路工作的同时输出所述过流信号。

本实用新型还提供一种直流有刷电机，包括以上所述的直流有刷电机保护电路。

实施本实用新型的直流有刷电机保护电路及直流有刷电机，具有以下有益效果：包括驱动电路、电机控制电路及过流保护电路；驱动电路的第一端接收控制信号，驱动电路的第二端连接电机控制电路的第一端，电机控制电路的第二端连接过流保护电路的第一端，过流保护电路的第二端输出过流信号、过流保护电路的第三端连接控制信号；驱动电路根据控制信号驱动电机控制电路快速关断及控制电机控制电路导通；电机控制电路根据驱动电路的驱动控制电机停止/运行、以及输出电流采样信号；过流保护电路用于在电机过流时阻止驱动电路工作，并输出过流信号。本实用新型可有效控制直流有刷电机的运行、堵转及大电流保护，可实现软硬件保护，避免因单纯保护导致的故障及器件损坏。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型实施例提供的直流有刷电机保护电路的原理框图；

图2是本实用新型实施例提供的直流有刷电机保护电路的电路图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本本实用新型的具体实施方式。

为了解决目前的直流有刷电机发生异常时只能单纯软件保护或者硬件保护存在因失效而引起电路故障的问题、以及短路后因MOS的GS极电压存在导致MOS管在电流时一直处于开通状态而引起的MOS管损坏的问题，本实用新型提供了一种直流有刷电机保护电路，该电路集电机驱动、堵转保护和大电流保护为一体，可有效控制直流有刷电机的运行、堵转及大电流保护，而且该电路还可以在关断时快速地消耗主回路MOS管的GS极电能，使主回路MOS管快速关断，进而可避免在直流有刷电机非正常运行时，因MOS管关断滞后而引起的电路损坏。

参考图1，图1为本实用新型提供的各实施例一可选实施例的原理框图。

具体的，如图1所示，该直流有刷电机保护电路可包括：驱动电路101、电机控制电路102以及过流保护电路103。

其中，驱动电路101的第一端接收控制信号，驱动电路101的第二端连接电机控制电路102的第一端，电机控制电路102的第二端连接过流保护电路103的第一端，过流保护电路103的第二端输出过流信号、且过流保护电路103的第二端还连接至驱动电路101。进一步地，在一些实施例中，该直流有刷电机保护电路还包括：与驱动电路101、电机控制电路102和过流保护电路103连接的控制器104。

具体的，该驱动电路101由控制器104控制，其可根据控制信号驱动电机控制电路102快速关断及控制电机控制电路102导通。该电机控制电路102根据驱动电路101的驱动控制电机停止/运行、以及输出电流采样信号。其中，该电机控制电路102所输出的电流采样信号可传送至控制器104，用于判断电机是否出现过流，当控制器104根据该电流采样信号判断电机过流时，输出控制信号至驱动电路101，由驱动电路101控制电机控制电路102快速关断，从而实现软件过流保护。进一步地，过流保护电路103用于在电机过流时阻止驱动电路101工作，并输出过流信号。具体的，当电机发生硬件过流时，该过流保护电路103可阻止控制信号输入驱动电路101，进而快速关断驱动电路101，防止大电流作用于电机控制电路102；同时，该过流保护电路103将过流信号发送至控制器104，控制器104根据该过流信号确定过流并停止输出控制信号，进一步的在电机发生硬件过流时可从硬件、软件两方面有效保护器件。

可选的，在一些实施例中，驱动电路101为MOS驱动电路101。进一步地，在一些实施例中，该控制器104包括但不限于单片机、嵌入式处理器等微处理器。

进一步地，在一些实施例中，该电机控制电路102包括：电机开关控制电路、电流采样电路和滤波电路。

具体的，该电机开关控制电路、电流采样电路和滤波电路依次连接，且电机开关控制电路的输入端为电机控制电路102的第一端，滤波电路的输出端为电机控制电路102的第二端。其中，该电机开关控制电路用于根据驱动电路101的控制快速关断或者根据驱动电路101的控制导通，以实现对电机的停止或者运行的控制。该电流采样电路用于进行电流采样，并将所获得的电流采样信号发送至控制器104，以供控制器104根据该电流采样信号判断电机是否过流，从而实现软件保护。进一步地，在一些实施例中，该电流采样电路所获得的电流采样信号经过滤波电路滤波后再传送给控制器104，进而由控制器104根据该滤波电路的输出调节控制信号的占空比进行限流，从而达到稳定保护；在限流进行一定时间后热敏电阻开路，进而断开电机的供电回路，此时控制器104依据电流采样信号判断开路后停止控制信号的输出，可防止由于大电流导致电机温升而出现的电机性能衰减。其中，该滤波电路对电流采样电路输出的电流采样信号进行滤波处理后，可滤除干扰信号，增强电流采样信号的稳定性和可靠性，使控制器104的判断更加准确可靠。

以下用一个具体的实施例进行说明。

参考图2，图2为本实用新型提供的各实施例一可选实施例的电路图。

如图2所示，该驱动电路101包括：第六电阻R6、第四二极管D4、第五二极管D5、第十电阻R10、第五开关管Q5、第一电阻R1、第一驱动管Q1、第二电阻R2、第三电阻R3和第三驱动管Q3。

第六电阻R6的第一端接收控制信号(具体的，如图2所示，第六电阻R6的第一端连接单片机的IO口，以接收通过单片机的IO口输出的PWM信号)，第六电阻R6的第二端连接第四二极管D4的阳极和第五二极管D5的阳极，第四二极管D4的阴极连接第十电阻R10的第一端和第五开关管Q5的第一端，第十电阻R10的第二端和第五开关管Q5的第三端接地，第五二极管D5的阴极连接至过流保护电路103的第二端，第五开关管Q5的第二端连接第一电阻R1的第二端、第一驱动管Q1的第一端和第三驱动管Q3的第一端。

第一电阻R1的第一端和第一驱动管Q1的第二端连接驱动电压(VDD)，第一驱动管Q1的第三端连接第二电阻R2的第一端，第二电阻R2的第二端连接第三电阻R3的第一端，第三电阻R3的第二端连接第三驱动管Q3的第二端，第三驱动管Q3的第三端接地；第二电阻R2和第三电阻R3的连接端还连接至电机控制电路102的第一端。

可选的，在一些实施例中，该第五开关管Q5为三极管。其中，第五开关管Q5的第一端为三极管的基极，第五开关管Q5的第二端为三极管的集电极，第一开关管的第三端为三极管的发射极。

可选的，在一些实施例中，该第一驱动管Q1为MOS管，其中，该第一驱动管Q1的第一端为MOS管的栅极，该第一驱动管Q1的第二端为MOS管的源极，该第一驱动管Q1的第三端为MOS管的漏极。

可选的，在一些实施例中，该第三驱动管Q3为MOS管，其中，该第三驱动管Q3的第一端为MOS管的栅极，该第三驱动管Q3的第二端为MOS管的漏极，该第三驱动管Q3的第三端为MOS管的源极。

如图2所示，该电机开关控制电路包括：第二电容C2、第二稳压管D2、第五电阻R5、第二驱动管Q2、第一二极管D1、第一电容C1以及热敏电阻PTC；电流采样电路包括：第九电阻R9；滤波电路包括：第十一电阻R11和第四电容C4。

第二驱动管Q2的第一端为电机控制电路102的第一端，第二电容C2的第一连接第二驱动管Q2的第一端，第二电容C2的第二端连接第二驱动管Q2的第三端，第二稳压管D2和第五电阻R5依次与第二电容C2并联；第二驱动管Q2的第二端连接第一电容C1的第二端、第一二极管D1的阳极和电机(M)的第二端，第一电容C1的第一端、第一二极管D1的阴极和电机的第一端连接热敏电阻PTC的第二端，热敏电阻PTC的第一端接收总电压(Vbus)。

第二驱动管Q2的第三端连接第九电阻R9的第一端，第九电阻R9的第二端接地；第十一电阻R11的第一端连接第九电阻R9的第一端，第十一电阻R11的第二端连接第四电容C4的第一端，第四电容C4的第二端接地其中，第十一电阻R11和第四电容C4的连接端输出电流采样信号。

可选的，在一些实施例中，该第二驱动管Q2为MOS管，其中，该第二驱动管Q2的第一端为MOS管的栅极，该第二驱动管Q2的第二端为MOS管的漏极，该第二驱动管Q2的第三端为MOS管的源极。

可选的，在一些实施例中，该热敏电阻PTC为正温度系数热敏电阻PTC。

如图2所示，该过流保护电路103包括：第七电阻R7、第八电阻R8、第三电容C3、第四开关管Q4、第四电阻R4和第五电容C5。

第七电阻R7的第一端为过流保护电路103的第一端，第七电阻R7的第二端连接第八电阻R8的第一端，第八电阻R8的第二端接地；第七电阻R7和第八电阻R8的连接端连接第四开关管Q4的第一端，第三电容C3的第一端连接第四开关管Q4的第一端，第三电容C3的第二端连接第四开关管Q4的第三端，第四开关管Q4的第二端连接第四电阻R4的第二端，第四电阻R4的第一端连接高电平(VCC)，第四开关管Q4的第三端接地，第五电容C5的第一端连接第四开关管Q4的第二端，第五电容C5的第二端接地。其中，第四开关管Q4的第二端在阻止驱动电路101工作的同时输出过流信号。

可选的，在一些实施例中，第四开关管Q4可以为三极管，其中，第四开关管Q4的第一端为三极管的基极，第四开关管Q4的第二端为三极管的集电极，第四开关管Q4的第三端为三极管的发射极。

具体的，如图2所示，当PWM信号为低电平信号(L)时，第五开关管Q5截止，第三驱动管Q3的栅极在第一电阻R1的作用下被上拉到VDD，此时，第三驱动管Q3导通，能快速的通过第三电阻R3消耗第二驱动管Q2的GS电压与第二电容C2的电能，从而起到快速关断第二驱动管Q2的作用，即断开电机回路的作用。当PWM信号为高电平信号(H)时，第五开关管Q5导通，第一驱动管Q1与第一电阻R1的节点被拉到地(GND)，此时，第一驱动管Q1导通，VDD经过第一驱动管Q1、第二电阻R2到第二驱动管Q2的栅极，第二驱动管Q2导通，从而使得电机可以得电运行，使电机导通。

进一步地，如图2所示，当第二驱动管Q2导通时，电机得电运行；当第二驱动管Q2关断时，电机停止运行，电机运行时的电流流过第九电阻R9，第九电阻R9上产生压降，该压降经过第十一电阻R11和第四电容C4组成的RC滤波器后，输入给控制器104，从而实现软件过流、限流保护。

如图2所示，通过第七电阻R7和第八电阻R8的分压设置硬件过流保护值。当发生硬件过流保护时，第九电阻R9上的电压上升，使得第四开关管Q4导通，第四开关管Q4导通后，其集电极由高电平信号(H)变为低电平信号(L)，第四开关管Q4通过第五二极管D5使第四二极管D4与第六电阻R6的节点拉低，进而能快速的关断第五开关管Q5，使第三驱动管Q3开启，迅速释放第二驱动管Q2的电能，使第二驱动管Q2关断，防止在电流长时间作用于第二驱动管Q2，从而实现在电路关断时可快速地消耗主回路MOS管的GS极电能，使主回路MOS管快速关断，避免在直流有刷电机非正常运行时，因MOS管关断滞后而引起的电路损坏；同时，第四开关管Q4的集电极下降沿信号传送至单片机的中断口，单片机通过中断口获取到下降沿信号后获知过流，进而停止PWM信号输出。其中，这里的主回路MOS管即为本实施例中的第二驱动管Q2。

进一步地，本实用还提供一种直流有刷电机，该直流有刷电机可设置本实用新型实施例公开的直流有刷电机保护电路。通过设置该直流有刷电机保护电路，可以使得该直流有刷电机具有集电机驱动、堵转保护和大电流保护为一体，可有效控制直流有刷电机的运行、堵转及大电流保护，而且该电路还可以在关断时快速地消耗主回路MOS管的GS极电能，使主回路MOS管快速关断，进而可避免在直流有刷电机非正常运行时，因MOS管关断滞后而引起的电路损坏。而且，该直流有刷电机保护电路由较少的分立器件组成，具有很好的低成本优势，进一步降低直流有刷电机的成本。

以上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士能够了解本实用新型的内容并据此实施，并不能限制本实用新型的保护范围。凡跟本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种直流有刷电机保护电路，其特征在于，包括：驱动电路、电机控制电路以及过流保护电路；

所述驱动电路的第一端接收控制信号，所述驱动电路的第二端连接所述电机控制电路的第一端，所述电机控制电路的第二端连接所述过流保护电路的第一端，所述过流保护电路的第二端输出过流信号并连接至所述驱动电路；

所述驱动电路根据所述控制信号驱动所述电机控制电路快速关断及控制所述电机控制电路导通；所述电机控制电路根据所述驱动电路的驱动控制电机停止/运行、以及输出电流采样信号；所述过流保护电路用于在电机过流时阻止所述驱动电路工作，并输出所述过流信号。

2.根据权利要求1所述的直流有刷电机保护电路，其特征在于，所述驱动电路为MOS驱动电路。

3.根据权利要求1所述的直流有刷电机保护电路，其特征在于，还包括：与所述驱动电路、所述电机控制电路和所述过流保护电路连接的控制器。

4.根据权利要求1所述的直流有刷电机保护电路，其特征在于，所述驱动电路包括：第六电阻、第四二极管、第五二极管、第十电阻、第五开关管、第一电阻、第一驱动管、第二电阻、第三电阻和第三驱动管；

所述第六电阻的第一端接收所述控制信号，所述第六电阻的第二端连接所述第四二极管的阳极和所述第五二极管的阳极，所述第四二极管的阴极连接所述第十电阻的第一端和所述第五开关管的第一端，所述第十电阻的第二端和所述第五开关管的第三端接地，所述第五二极管的阴极连接至所述过流保护电路的第二端，所述第五开关管的第二端连接所述第一电阻的第二端、所述第一驱动管的第一端和所述第三驱动管的第一端；

所述第一电阻的第一端和所述第一驱动管的第二端连接驱动电压，所述第一驱动管的第三端连接所述第二电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述第三电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第三驱动管的第二端，所述第三驱动管的第三端接地；所述第二电阻和所述第三电阻的连接端还连接至所述电机控制电路的第一端。

5.根据权利要求4所述的直流有刷电机保护电路，其特征在于，所述第五开关管为三极管，所述第一驱动管和所述第三驱动管为MOS管。

6.根据权利要求3所述的直流有刷电机保护电路，其特征在于，所述电机控制电路包括：电机开关控制电路、电流采样电路和滤波电路；

所述电机开关控制电路、所述电流采样电路和所述滤波电路依次连接，且所述电机开关控制电路的输入端为所述电机控制电路的第一端，所述滤波电路的输出端为所述电机控制电路的第二端；

所述控制器根据所述滤波电路的输出进行限流。

7.根据权利要求6所述的直流有刷电机保护电路，其特征在于，所述电机开关控制电路包括：第二电容、第二稳压管、第五电阻、第二驱动管、第一二极管、第一电容以及热敏电阻；所述电流采样电路包括：第九电阻；所述滤波电路包括：第十一电阻和第四电容；

所述第二驱动管的第一端为所述电机控制电路的第一端，所述第二电容的第一连接所述第二驱动管的第一端，所述第二电容的第二端连接所述第二驱动管的第三端，所述第二稳压管和所述第五电阻依次与所述第二电容并联；

所述第二驱动管的第二端连接所述第一电容的第二端、第一二极管的阳极和电机的第二端，所述第一电容的第一端、所述第一二极管的阴极和所述电机的第一端连接所述热敏电阻的第二端，所述热敏电阻的第一端接收总电压；

所述第二驱动管的第三端连接所述第九电阻的第一端，所述第九电阻的第二端接地；所述第十一电阻的第一端连接所述第九电阻的第一端，所述第十一电阻的第二端连接所述第四电容的第一端，所述第四电容的第二端接地；

所述第十一电阻和所述第四电容的连接端输出所述电流采样信号。

8.根据权利要求7所述的直流有刷电机保护电路，其特征在于，所述第二驱动管为MOS管，所述热敏电阻为正温度系数热敏电阻。

9.根据权利要求1所述的直流有刷电机保护电路，其特征在于，所述过流保护电路包括：第七电阻、第八电阻、第三电容、第四开关管、第四电阻和第五电容；

所述第七电阻的第一端为所述过流保护电路的第一端，所述第七电阻的第二端连接所述第八电阻的第一端，所述第八电阻的第二端接地；所述第七电阻和所述第八电阻的连接端连接所述第四开关管的第一端，所述第三电容的第一端连接所述第四开关管的第一端，所述第三电容的第二端连接所述第四开关管的第三端，所述第四开关管的第二端连接所述第四电阻的第二端，所述第四电阻的第一端连接高电平，所述第四开关管的第三端接地，所述第五电容的第一端连接所述第四开关管的第二端，所述第五电容的第二端接地；

所述第四开关管的第二端在阻止所述驱动电路工作的同时输出所述过流信号。

10.一种直流有刷电机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的直流有刷电机保护电路。

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