CN220234190U - 一种汽车空调控制系统步进电机过流保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，包括MCU、达林顿驱动芯片U1、步进电机SM，MCU的四个输出端分别连接至达林顿驱动芯片U1的四个基极，达林顿驱动芯片U1上对应上四个基极的四个集电极分别连接至步进电机SM的四个线圈，达林顿驱动芯片U1的电源端COM连接电源；达林顿驱动芯片U1的发射极分别连接至电流采样电阻R5的第一端、NPN三级管Q1的基极，电流采样电阻R5的第二端连接NPN三级管Q1的发射极并共地，NPN三级管Q1的集电极分别连接四个二极管的负极；四个二极的正极分别连接至MCU的四个输出端。本实用新型的目的是提供一种成本低，设计灵活，无需软件控制的步进电机过流和堵转保护电路，进而实现汽车相关步进电机的保护功能。

Description

一种汽车空调控制系统步进电机过流保护电路

技术领域

本实用新型涉及汽车电路设计领域，尤其涉及一种汽车空调控制系统步进电机过流保护电路。

背景技术

目前汽车空调控制系统中步进电机的使用量很多，步进电机可以实现位置的精确控制，但步进电机在工作过程中若被异物卡住或电机负载太重会存在工作堵转和过流风险，如果不采取相应的保护措施就会导致步进电机损坏和烧毁，严重影响汽车的安全，因此需要将步进电机接入保护电路。传统的步进电机过流和堵转保护电路一般采用专用步进电机集成电路的方式，该方式需要使用专用的集成电路，电路设计成本高，设计的灵活性不够，同时还需要复杂的驱动软件支持。因此，需要发明一种新的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种成本低，设计灵活，无需软件控制的步进电机过流和堵转保护电路，进而实现汽车相关步进电机的保护功能。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，包括MCU、达林顿驱动芯片U1、步进电机SM，所述MCU的输出端连接至达林顿驱动芯片U1的基极，所述的达林顿驱动芯片U1上对应该基极的集电极连接至步进电机SM的线圈，所述达林顿驱动芯片U1的电源端COM连接电源；

所述达林顿驱动芯片U1的发射极分别连接至电流采样电阻R5的第一端、NPN三级管Q1的基极，所述电流采样电阻R5的第二端连接至NPN三级管Q1的发射极并共同接地，所述NPN三级管Q1的集电极连接至二极管的负极；所述二极管的正极分连接至MCU的输出端。

进一步地，所述MCU的四个输出端分别为第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第三输出端OUT3、第四输出端OUT4；所述达林顿驱动芯片U1上的四个基极分别为第一基极1B、第二基极3B、第三基极5B、第四基极7B；所述达林顿驱动芯片U1上的四个集电极分别为第一集电极1C、第二集电极3C、第三集电极5C、第四集电极7C；所述步进电机SM的四个线圈分别为第一线圈MC1、第二线圈MC2、第三线圈MC3、第四线圈MC4；所述的四个二极管分别为第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4。

进一步地，所述的第一输出端OUT1连接至第一基极1B，所述的第二输出端OUT2连接至第二基极3B，所述的第三输出端OUT3连接至第三基极5B，所述的第四输出端OUT4连接至第四基极7B。

进一步地，所述的第一集电极1C连接至第一线圈MC1，所述的第二集电极3C连接至第二线圈MC2，所述的第三集电极5C连接至第三线圈MC3，所述的第四集电极7C连接至第四线圈MC4；

进一步地，所述第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均连接至NPN三级管Q1的集电极；

所述第一二极管D1的正极连接至第一输出端OUT1，所述第二二极管D2的正极连接至第二输出端OUT2，所述第三二极管D3的正极连接至第三输出端OUT3，所述第四二极管D4的正极连接至第四输出端OUT4。

进一步地，所述的第一输出端与第一基极之间连接有第一电阻R1。

进一步地，所述的第二输出端与第二基极之间连接有第二电阻R2。

进一步地，所述的第三输出端与第三基极之间连接有第三电阻R3。

进一步地，所述的第四输出端与第四基极之间连接有第四电阻R4。

进一步地，所述的达林顿驱动芯片U1的型号为ULQ2003A。

本实用新型的有益效果：使用本实用新型可用于汽车空调控制器单极性步进电机的过流和堵转保护，能有效防止汽车空调控制系统步进电机因电流过大而损害和烧毁，并且生产成本低，设计灵活，无需通过软件控制。

以下将结合附图和实施例，对本实用新型进行较为详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型一种汽车空调控制系统步进电机过流保护电路图。

具体实施方式

如图1所示的一种汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，包括MCU、达林顿驱动芯片U1、步进电机SM，所述MCU的输出端连接至达林顿驱动芯片U1的基极，所述的达林顿驱动芯片U1上对应该基极的集电极连接至步进电机SM的线圈，所述达林顿驱动芯片U1的电源端COM连接电源；

所述达林顿驱动芯片U1的发射极分别连接至电流采样电阻R5的第一端、NPN三级管Q1的基极，所述电流采样电阻R5的第二端连接至NPN三级管Q1的发射极并共同接地，所述NPN三级管Q1的集电极连接至二极管的负极；所述二极管的正极分连接至MCU的输出端。

优选地，结合上述方案，所述MCU的四个输出端分别为第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第三输出端OUT3、第四输出端OUT4；所述达林顿驱动芯片U1上的四个基极分别为第一基极1B、第二基极3B、第三基极5B、第四基极7B；所述达林顿驱动芯片U1上的四个集电极分别为第一集电极1C、第二集电极3C、第三集电极5C、第四集电极7C；所述步进电机SM的四个线圈分别为第一线圈MC1、第二线圈MC2、第三线圈MC3、第四线圈MC4；所述的四个二极管分别为第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4。

优选地，结合上述方案，所述的第一输出端OUT1连接至第一基极1B，所述的第二输出端OUT2连接至第二基极3B，所述的第三输出端OUT3连接至第三基极5B，所述的第四输出端OUT4连接至第四基极7B。

优选地，结合上述方案，所述的第一集电极1C连接至第一线圈MC1，所述的第二集电极3C连接至第二线圈MC2，所述的第三集电极5C连接至第三线圈MC3，所述的第四集电极7C连接至第四线圈MC4；

优选地，结合上述方案，所述第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均连接至NPN三级管Q1的集电极；

所述第一二极管D1的正极连接至第一输出端OUT1，所述第二二极管D2的正极连接至第二输出端OUT2，所述第三二极管D3的正极连接至第三输出端OUT3，所述第四二极管D4的正极连接至第四输出端OUT4。

优选地，结合上述方案，所述的第一输出端与第一基极之间连接有第一电阻R1。该第一电阻R1为限流电阻。

优选地，结合上述方案，所述的第二输出端与第二基极之间连接有第二电阻R2。该第二电阻R2为限流电阻。

优选地，结合上述方案，所述的第三输出端与第三基极之间连接有第三电阻R3。该第三电阻R3为限流电阻。

优选地，结合上述方案，所述的第四输出端与第四基极之间连接有第四电阻R4。该第四电阻R4为限流电阻。

本实用新型的原理：

MCU的第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第三输出端OUT3、第四输出端OUT4分别输出步进电机SM的四个驱动信号A、B、C、D，该驱动信号为步进电机的8拍半步驱动信号，有效信号为高电平，低电平为输出关闭，驱动信号分别经过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4后再经过达林顿驱动芯片U1的输入第一基极1B(1脚)、第二基极3B(3脚)、第三基极5B(5脚)、第四基极7B(7脚)引脚，其输出引脚第一集电极1C(16脚)、第二集电极3C(14脚)、第三集电极5C(12脚)、第四集电7C(10脚)能够直接驱动汽车的步进电机SM的第一线圈MC1、第二线圈MC2、第三线圈MC3、第四线圈MC4四个线圈绕组，该步进电机SM为单极性步进电机，步进电机SM的9脚公共端(电源端COM)由直流12V电压供电。在同一个时刻步进电机SM只有两路线圈通电，在电机旋转时第一线圈MC1、第二线圈MC2、第三线圈MC3、第四线圈MC4切换通电(通常汽车控制系统中使用的步进电机上的线圈一般为4个，因此需要设置四路保护电路，例如当第一线圈MC1和第二线圈MC2通电时，第三线圈MC3和第四线圈MC4不通电；当第二线圈MC2和第三线圈MC3通电时，第一线圈MC1和第四线圈MC4不通电；当第三线圈MC3和第四线圈MC4通电时，第一线圈MC1和第二线圈MC2不通电；当第四线圈MC4和第一线圈MC1通电时，第二线圈MC2和第三线圈MC3不通电)。

当步进电机SM运行时，其工作电流会经过达林顿驱动芯片U1的发射极E输出，电机堵转时，四个线圈中的任意一个线圈过流都会引起达林顿驱动芯片U1的发射极E输出电流增大，输出的电流经过电流采样电阻R5到达地线，电机的工作电流在经过电流采样电阻R5的时候，会在电流采样电阻R5上端产生电压信号，电流采样电阻的第一端和NPN三极管Q1的基极连接，当步进电机SM发生堵转或者工作电流增大时，电流采样电阻R5的第一端电压会增加，当电压达到NPN三极管Q1的基极导通电压0.7V时，NPN三极管Q1就会导通，由于NPN三极管Q1的发射极和地线相连，当NPN三极管Q1导通后集电极电压接近0V，因MCU输出的A、B、C、D步进电机驱动信号为高电平信号，那么达林顿驱动芯片U1的输入第一基极1B、第二基极3B、第三基极5B、第四基极7B引脚为高电平，NPN三极管Q1的发射极为0V低电平，这时第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4两两处于正向导通状态，由于二极管导通的正向压降最大为0.7V，因此驱动芯片U1的输入脚第一基极1B、第二基极3B、第三基极5B、第四基极7B就会被拉低为0.7V左右的低电平，从而关断达林顿驱动芯片U1的输出，实现步进电机SM的关断功能。因输入第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4的存在，因此即便输入信号电压被拉低，也不会造成MCU端口引脚电流过大，引起MCU的损坏。经过以上电路的实现能有效的通过一个简单的硬件电路实现步进电机堵转和过流保护功能。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式限制，例如输入、输出电压不局限于24V、5V，也可以是满足本电路形式的其他电压，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的均落在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，包括MCU、达林顿驱动芯片U1、步进电机SM，所述MCU的输出端连接至达林顿驱动芯片U1的基极，所述的达林顿驱动芯片U1上对应该基极的集电极连接至步进电机SM的线圈，所述达林顿驱动芯片U1的电源端COM连接电源；

所述达林顿驱动芯片U1的发射极分别连接至电流采样电阻R5的第一端、NPN三级管Q1的基极，所述电流采样电阻R5的第二端连接至NPN三级管Q1的发射极并共同接地，所述NPN三级管Q1的集电极连接至二极管的负极；所述二极管的正极分连接至MCU的输出端。

2.根据权利要求1所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述MCU的输出端有4个，分别为第一输出端OUT1、第二输出端OUT2、第三输出端OUT3、第四输出端OUT4；所述达林顿驱动芯片U1的基极有四个，分别为第一基极1B、第二基极3B、第三基极5B、第四基极7B；所述达林顿驱动芯片U1的集电极有四个，分别为第一集电极1C、第二集电极3C、第三集电极5C、第四集电极7C；所述步进电机SM的线圈有四个，分别为第一线圈MC1、第二线圈MC2、第三线圈MC3、第四线圈MC4；所述的二极管设置有4个，分别为第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4。

3.根据权利要求2所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述的第一输出端OUT1连接至第一基极1B，所述的第二输出端OUT2连接至第二基极3B，所述的第三输出端OUT3连接至第三基极5B，所述的第四输出端OUT4连接至第四基极7B。

4.根据权利要求2所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述的第一集电极1C连接至第一线圈MC1，所述的第二集电极3C连接至第二线圈MC2，所述的第三集电极5C连接至第三线圈MC3，所述的第四集电极7C连接至第四线圈MC4。

5.根据权利要求2所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述第一二极管D1的负极、第二二极管D2的负极、第三二极管D3的负极、第四二极管D4的负极均连接至NPN三级管Q1的集电极；

所述第一二极管D1的正极连接至第一输出端OUT1，所述第二二极管D2的正极连接至第二输出端OUT2，所述第三二极管D3的正极连接至第三输出端OUT3，所述第四二极管D4的正极连接至第四输出端OUT4。

6.根据权利要求2所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述的第一输出端与第一基极之间连接有第一电阻R1。

7.根据权利要求2所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述的第二输出端与第二基极之间连接有第二电阻R2。

8.根据权利要求2所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述的第三输出端与第三基极之间连接有第三电阻R3。

9.根据权利要求2所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述的第四输出端与第四基极之间连接有第四电阻R4。

10.根据权利要求1所述的汽车空调控制系统步进电机过流保护电路，其特征是，所述的达林顿驱动芯片U1的型号为ULQ2003A。