CN220673384U - 一种过流自锁保护电路及应用该电路的马达 - Google Patents
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Abstract
一种过流自锁保护电路及应用该电路的马达，包括驱动模块，输出端与场效应管Q3连接，场效应管Q3与马达连接，通过该驱动模块驱动场效应管Q3导通或关闭；电流检测放大模块，与场效应管Q3连接，用于接收从马达采集到的电流，将该电流转换成电压，并将电压信号放大后输出；过流保护比较模块，与电流检测放大模块连接，用于接收电流检测放大模块放大处理后的电压信号，与设定的电流保护电压阈值比较，输出过流信号；过流自锁模块，与过流保护比较模块连接，用于接收过流信号，根据过流信号向驱动模块输出自锁信号。本实用新型利用硬件电路对场效应管Q3进行驱动控制，解决了单片机软件失控情形下，对马达进行过流保护，具有自锁特性，提升马达的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种保护电路，具体地说是一种过流自锁保护电路及应用该电路的马达。
背景技术
随着科技的发展和进步，人们对产品的安全要求越来越高，直流电机(也称马达)广泛应用在日常产品中，比如吸尘器、手电钻、电动螺丝刀等，利用电机起到驱动作用，实现相应功能的实现。电机在使用过程中，需要确保电流维持在正常范围内，如果因电路故障或者其他原因导致电流过大，则会对电机产生损坏，使电机无法正常工作，甚至使电机完全损坏。在这些产品的使用过程中，电流过流现象时不时会发生，因此，电机控制板能否对马达过流保护起到精确的控制作用很关键，能够及时且精确的检测并且控制过流电流，就能够对马达起到保护作用，能够延长马达的寿命同时保护MOSFET即场效应管不被损坏。因此，在马达中如何进行过流的精确检测，对于马达的正常使用较为重要，马达过流如果保护失效容易导致MOSFET损坏。
实用新型内容
为了解决上述的技术问题，本实用新型提供了一种过流自锁保护电路及应用该电路的马达。
为了解决上述技术问题，本实用新型采取以下技术方案：
一种过流自锁保护电路，包括：
驱动模块，输出端与场效应管Q3连接，场效应管Q3与马达连接，通过场效应管Q3导通或关闭马达，通过该驱动模块驱动场效应管Q3导通或关闭；
电流检测放大模块，与场效应管Q3连接，用于接收从马达采集到的电流，将该电流转换成电压，并将电压信号放大后输出；
过流保护比较模块，与电流检测放大模块连接，用于接收电流检测放大模块放大处理后的电压信号，与设定的电流保护电压阈值比较，输出过流信号；
过流自锁模块，与过流保护比较模块连接，用于接收过流信号，根据过流信号向驱动模块输出自锁信号。
作为进一步地改进，所述驱动模块包括三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6和三极管Q7，三极管Q4和三极管Q5的发射极连接并且通过电阻R10与场效应管Q3的栅极连接，三极管Q4的集电极与三极管Q7的集电极连接，三极管Q4的基极、三极管Q5的基极相、三极管Q7的集电极和三极管Q6的集电极共同连接，三极管Q7的发射极与三极管Q5的集电极连接，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极和三极管Q7的基极分别向外输出连接。
作为进一步地改进，所述三极管Q4的集电极和三极管Q7的集电极之间连接有电阻R11、电容C11和电阻R12，其中电容C11接地。
作为进一步地改进，所述三极管Q7的基极连接有电阻R13和电阻R15，电阻R13与输入电源连接；三极管Q6的基极连接有电阻R14和电阻R16，电阻R14接地。
作为进一步地改进，所述场效应管Q3的漏极与马达连接，场效应管Q3的源极通过电阻R9接地。
作为进一步地改进，所述电流检测放大模块包括处理芯片，处理芯片与输入电源连接并且连接有电容C5，该电容C5接地，电阻R9的两端分别与处理芯片连接，处理芯片连接有电阻R8，电阻R8与过流保护比较模块连接，电阻R8还通过电容C4接地。
作为进一步地改进，所述过流保护比较模块包括比较器U1，该比较器U1的正相输入端与电阻R8连接，该比较器U1的反相输入端与电阻R6、电阻R7和电容C3连接，其中电容C3并联连接在电阻R7的两端，电阻R7接地，电阻R6和电阻R7串联连接，电阻R6接输入电源，比较器U1的输出端与过流自锁模块连接。
作为进一步地改进，所述过流自锁模块包括三极管Q1和三极管Q2，该三极管Q2的集电极通过电阻R3、电阻R5与比较器U1的输出端连接，三极管Q2的发射极连接有电阻R1，电阻R1与电阻R2和三极管Q2的基极连接，电阻R2与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的基极与电阻R3和电阻R5连接，三极管Q1的发射极连接有电容C1和电阻R4，电容C1和电阻R4并联连接，并且电容C1和电阻R4还与三极管Q1的基极连接。
作为进一步地改进，所述马达上并联连接有若干电容。
一种马达，包括以上所述的过流自锁保护电路。
与现有技术相比，本实用新型具有以上有益技术效果：
1、采用硬件电路进行驱动控制，避免软件控制的失控问题，过流保护更加稳定可靠，可应用于各类型的直流马达产品中；
2、采用由三极管Q1和三极管Q2及部分电阻构成的过流自锁模块，实现较低的制造成本实现对于马达的自锁控制；
3、通过将采集电到有马达的电流信号，转化为电压信号并且放大处理，再经过与设定的阈值比较，从而可输出精确的自锁信号，确保准确的实现对马达的自锁控制。
附图说明
图1为本实用新型的电路原理示意图；
图2本实用新型中驱动模块的电路原理示意图；
图3为本实用新型中电流检测放大模块的电路原理示意图；
图4为本实用新型中过流保护比较模块的电路原理示意图；
图5为本实用新型中过流自锁模块的电路原理示意图；
图6为本实用新型的控制原理示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，如果有涉及到的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
实施例一
参考图1所示和2一种过流自锁保护电路，包括驱动模块、电流检测放大模块、过流保护比较模块和过流自锁模块，驱动模块的输出端与场效应管Q3连接，场效应管Q3与马达连接，通过场效应管Q3导通或关闭马达，通过该驱动模块驱动场效应管Q3导通或关闭，避免电流过大产生影响。电流检测放大模块与场效应管Q3连接，用于接收从马达采集到的电流，将该电流转换成电压，并将电压信号放大后输出。过流保护比较模块与电流检测放大模块连接，用于接收电流检测放大模块放大处理后的电压信号，与设定的电流保护电压阈值比较，输出过流信号，以此判断当前电流是否过大。过流自锁模块，与过流保护比较模块连接，用于接收过流信号，根据过流信号向驱动模块输出自锁信号。
先通过采集马达上的电流，将电流转换成电压，在将电压信号放大，放大后的电压与设定的电流保护电压阈值比较，输出过流信号，过流信号最后通过过流自锁模块输出自锁信号锁定马达输出。
着重参考图2，所述驱动模块包括三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6和三极管Q7，三极管Q4和三极管Q5的发射极连接并且通过电阻R10与场效应管Q3的栅极连接，三极管Q4的集电极与三极管Q7的集电极连接，三极管Q4的基极、三极管Q5的基极相、三极管Q7的集电极和三极管Q6的集电极共同连接，三极管Q7的发射极与三极管Q5的集电极连接，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极和三极管Q7的基极分别向外输出连接。所述三极管Q4的集电极和三极管Q7的集电极之间连接有电阻R11、电容C11和电阻R12，其中电容C11接地。驱动模块通过四个三极管的联动，实现对场效应管Q3的控制，使场效应管Q3导通或者关闭，场效应管Q3进而带动马达保持运行或者停止运转。三极管Q6的基极用于接收过流自锁模块输出的自锁信号。而三极管Q7的基极则可输出PWM脉冲信号。
所述三极管Q7的基极连接有电阻R13和电阻R15，电阻R13与输入电源连接；三极管Q6的基极连接有电阻R14和电阻R16，电阻R14接地，电阻R13和电阻R14可起到稳定电路的作用。
所述场效应管Q3的漏极与马达连接，场效应管Q3的源极通过电阻R9接地。
实施例二
参图1-4所示，所述电流检测放大模块包括处理芯片U2，处理芯片U2与输入电源连接并且连接有电容C5，该电容C5接地，电阻R9的两端分别与处理芯片连接，处理芯片连接有电阻R8，电阻R8与过流保护比较模块连接，电阻R8还通过电容C4接地。处理芯片对接收到的电流信号进行处理，转换成模拟电压信号，然后输出到过流保护比较模块。
所述过流保护比较模块包括比较器U1，该比较器U1的正相输入端与电阻R8连接，该比较器U1的反相输入端与电阻R6、电阻R7和电容C3连接，其中电容C3并联连接在电阻R7的两端，电阻R7接地，电阻R6和电阻R7串联连接，电阻R6接输入电源，比较器U1的输出端与过流自锁模块连接。从处理芯片U2中转换后的模拟电压信号，经电阻R8后进入到比较器U1的正相输入端，然后与比较器U1的负相输入端的电压相比较，通过比较结果，以此判定当前的电流是否过大，从而可以输出准确的信号，对马达实现精确的控制。
对于比较器U1，可选择M32MF/NOPB类型。比较器U1和处理芯片U2均为现有公知电子元器件。
通过电容C3储能，并且电阻R6和电阻R7起到放电作用，维持整体的稳定性。
实施例三
参考图1-5所示，所述过流自锁模块包括三极管Q1和三极管Q2，该三极管Q2的集电极通过电阻R3、电阻R5与比较器U1的输出端连接，三极管Q2的发射极连接有电阻R1，电阻R1与电阻R2和三极管Q2的基极连接，电阻R2与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的基极与电阻R3和电阻R5连接，三极管Q1的发射极连接有电容C1和电阻R4，电容C1和电阻R4并联连接，并且电容C1和电阻R4还与三极管Q1的基极连接。对于过流自锁模块，仅依靠三极管Q1和三极管Q2两个三极管完成自锁信号的输出，制造成本较低，为硬件控制，更加稳定。对于电阻R3、电阻R4、电阻R1、电阻R2和电容C1，起到相应的稳压和分压作用，确保三极管Q1和三极管Q2能够发挥出稳定的控制作用。
过流自锁模块中的三极管Q2的集电极输出信号到驱动模块中的三极管Q6的基极，三极管Q1的基极则通过电阻R3输出信号到驱动模块中的三极管Q6的基极，形成自锁信号的输送。
对于马达，其上并联连接有若干电容，参考图1所示，三极管Q3的漏极连接有稳压二极管D1，马达上连接有电容C6、电容C7、电容C8、电容C9、电容C10和电容C12，形成有效的滤波和抗干扰作用。
参考图6所示，对于马达在运转过程中，实时检测其电流，将检测到的电流输入电流检测放大模块中，将电流转换成电压，在将电压信号放大，放大后的电压信号输送入过流保护比较模块中，与设定的电流保护电压阈值比较，判定当前电流是否为过流信号，若是过流信号，则将该过流信号输送到过流自锁模块中，然后从过流自锁模块中输出自锁信号到驱动模块，由驱动模块控制场效应管Q3断开，使马达自锁，停止运转。若在过流保护比较模块中判断当前电流为正常电流，则返回继续检测马达电流。
本实用新型马达的自锁原理如下：
参考图1-5所示，在马达运行过程中，当三极管Q6没有接收到自锁信号即OCP_LATCH_1＝0，CH1_PWM输出PWM，CH1_PWM为0电平时，三极管Q6、三极管Q7截止，12V电源通过电阻R12使得三极管Q4的VBE>0.7V导通，同时使得12V通过三极管Q4的CE极导通，三极管Q3的VGS极为高电压，场效应管Q3导通使马达运转；马达电流流过电阻R9产生压降，电阻R9上的电压信号通过处理芯片U2处理，电流检测放大输出模拟信号电压Vout，Vout电压接在比较器U1的正相输入端，再通过与比较器U1反相输入端的电压Vcur比较，当Vout＞Vcur说明马达电流超过设定的过流保护阈值，比较器U1输出过流反馈信号高电平驱动过流自锁模块，过流自锁模块的三极管Q1导通、三极管Q2导通，输出自锁信号OCP_LATCH_1＝1，使得三极管Q6导通锁死驱动模块，三极管Q4的VBE＜0.7V，三极管Q4一直处于截止，CH1_PWM失效，场效应管Q3关闭，从而使得马达停止运转，同时OCP_LATCH_1＝1能一直维持三极管Q1的VBE＞0.7V，使得三极管Q1的CE极一直导通；那么三极管Q2的VEB＞0.7V，三极管Q2的EC极一直导通，这样处于自锁状态使得OCP_LATCH_1＝1，使得马达的场效应管Q3一直关闭，完成自锁。从而遇到过流时，能够对马达起到有效的保护作用，防止马达因过流而损坏。
需要说明的是，以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种过流自锁保护电路，其特征在于，包括：
驱动模块，输出端与场效应管Q3连接，场效应管Q3与马达连接，通过场效应管Q3导通或关闭马达，通过该驱动模块驱动场效应管Q3导通或关闭；
电流检测放大模块，与场效应管Q3连接，用于接收从马达采集到的电流，将该电流转换成电压，并将电压信号放大后输出；
过流保护比较模块，与电流检测放大模块连接，用于接收电流检测放大模块放大处理后的电压信号，与设定的电流保护电压阈值比较，输出过流信号；
过流自锁模块，与过流保护比较模块连接，用于接收过流信号，根据过流信号向驱动模块输出自锁信号。
2.根据权利要求1所述的过流自锁保护电路，其特征在于，所述驱动模块包括三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6和三极管Q7，三极管Q4和三极管Q5的发射极连接并且通过电阻R10与场效应管Q3的栅极连接，三极管Q4的集电极与三极管Q7的集电极连接，三极管Q4的基极、三极管Q5的基极相、三极管Q7的集电极和三极管Q6的集电极共同连接，三极管Q7的发射极与三极管Q5的集电极连接，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的基极和三极管Q7的基极分别向外输出连接。
3.根据权利要求2所述的过流自锁保护电路，其特征在于，所述三极管Q4的集电极和三极管Q7的集电极之间连接有电阻R11、电容C11和电阻R12，其中电容C11接地。
4.根据权利要求2所述的过流自锁保护电路，其特征在于，所述三极管Q7的基极连接有电阻R13和电阻R15，电阻R13与输入电源连接；三极管Q6的基极连接有电阻R14和电阻R16，电阻R14接地。
5.根据权利要求2所述的过流自锁保护电路，其特征在于，所述场效应管Q3的漏极与马达连接，场效应管Q3的源极通过电阻R9接地。
6.根据权利要求1所述的过流自锁保护电路，其特征在于，所述电流检测放大模块包括处理芯片，处理芯片与输入电源连接并且连接有电容C5，该电容C5接地，电阻R9的两端分别与处理芯片连接，处理芯片连接有电阻R8，电阻R8与过流保护比较模块连接，电阻R8还通过电容C4接地。
7.根据权利要求6所述的过流自锁保护电路，其特征在于，所述过流保护比较模块包括比较器U1，该比较器U1的正相输入端与电阻R8连接，该比较器U1的反相输入端与电阻R6、电阻R7和电容C3连接，其中电容C3并联连接在电阻R7的两端，电阻R7接地，电阻R6和电阻R7串联连接，电阻R6接输入电源，比较器U1的输出端与过流自锁模块连接。
8.根据权利要求7所述的过流自锁保护电路，其特征在于，所述过流自锁模块包括三极管Q1和三极管Q2，该三极管Q2的集电极通过电阻R3、电阻R5与比较器U1的输出端连接，三极管Q2的发射极连接有电阻R1，电阻R1与电阻R2和三极管Q2的基极连接，电阻R2与三极管Q1的集电极连接，三极管Q1的基极与电阻R3和电阻R5连接，三极管Q1的发射极连接有电容C1和电阻R4，电容C1和电阻R4并联连接，并且电容C1和电阻R4还与三极管Q1的基极连接。
9.根据权利要求7所述的过流自锁保护电路，其特征在于，所述马达上并联连接有若干电容。
10.一种马达，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的过流自锁保护电路。
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