一種電機過流保護電路的製作方法

2023-05-24 08:16:26

專利名稱：一種電機過流保護電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機驅動領域的一種電機過流保護電路。
背景技術：
電機驅動模塊一般包括MCU (Micro Control Unit,又稱微控制器)、功率模塊、電源，功率模塊與電源、電機分別連接，MCU的PWM(Pulse-width modulation，脈衝寬度調製) 埠通過硬體驅動電路向功率模塊輸出PWM驅動信號最終實現電機驅動。為了避免電機發生過流對功率模塊器件和電機產生損壞，通常在現有的硬體驅動電路與功率模塊之間設有過流保護電路，同時過流保護電路與MCU連接，具體工作過程為在功率模塊的下橋臂與地之間串聯一個或幾個功率電阻，從電阻與功率模塊連接處取電壓信號分別經過處理輸給硬體驅動電路，經過硬體驅動電路處理後給MCU，當檢測到此點電壓信號高於某點設定值時硬體驅動電路立即響應迅速在短時間內關斷功率模塊的驅動輸出，同時MCU檢測故障埠檢測到此電壓信號調節PWM驅動信號佔空比以停止PWM驅動信號輸出，有效保護功率模塊器件或電機不會因受到大電流而損壞。但是當MCU發生死機時，MCU軟體未在硬體驅動電路響應結束前停止PWM驅動信號輸出，則電機會在過流衝擊-停止-過流衝擊狀態下反覆經受電流衝擊，這樣連續的衝擊很容易導致功率模塊器件或電機由於受到大電流過熱而受到損壞。如授權公告號為CN101414747，名稱為「直流有刷電機的過流保護裝置」的中國發明專利公開了一種直流有刷電機的過流保護裝置，包括有微控制器、橋驅動電路、執行電路；微控制器的脈衝寬度調製輸出埠與橋驅動電路的脈衝寬度調製接收埠相連通；橋驅動電路輸出信號控制埠連接執行電路；執行電路的底端連接電流採樣電阻R5到地，並且在執行電路與電流採樣電阻R5的連接點構成電壓檢測點，電壓檢測點的電壓信號一路與比較器輸入端相連，電壓檢測點的電壓信號另一路與比例放大器輸入端相連接；比較器輸出端與橋驅動電路的DIS端相連；比例放大器輸出端與微控制器的模數轉換採樣埠相連接；其在硬體保護基礎上引入軟體檢測主電路電流大小，設置軟體中相關參數以達到在電路過流時對電子功率管(功率模塊器件)和電機進行有效合理的保護。但是當微控制器 (MCU)發生死機時，微控制器軟體未在硬體驅動電路響應結束前停止脈衝寬度調製(PWM) 驅動信號的輸出，則電機仍然會在過流衝擊-停止-過流衝擊狀態下反覆經受電流衝擊，這樣連續的衝擊很容易導致功率模塊器件或電機由於受到大電流過熱而受到損壞。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種電機過流保護電路，在電機產生過流時產生硬體驅動電路自鎖信號，硬體驅動電路實現自鎖功能，即使MCU死機也可以安全有效關斷對功率模塊的驅動輸出，有效避免功率模塊器件或電機損壞。本實用新型的技術方案為一種電機過流保護電路，其中所述電機過流保護電路設於硬體驅動電路與功率模塊之間，電機過流保護電路還與MCU連接，包括電流採樣電阻、第一電壓比較器，所述電流採樣電阻一端與功率模塊的底端連接，另一端接地，電流採樣電阻與功率模塊的連接點構成電壓檢測點，電壓檢測點的電壓信號與所述第一電壓比較器的電壓信號輸入端連接， 第一電壓比較器的電壓設定點輸入端與電壓設定點連接，第一電壓比較器的電平輸出端一路與硬體驅動電路連接，另一路與MCU的檢測故障埠連接，所述第一電壓比較器的電壓設定點輸入端與MCU的解鎖埠連接，當MCU解鎖以後，且功率模塊電流處於正常範圍時 (即非過流狀態時)，第一電壓比較器解鎖，或非門正常響應PWM驅動信號。本實用新型所述功率模塊的底端即為功率模塊的公共端。優選地，為了便於第一電壓比較器的電壓設定點設置，所述電壓檢測點的電壓信號經與分壓電阻連接分壓後與所述第一電壓比較器的電壓信號輸入端連接；所述電壓設定點為+V經過分壓電阻分壓得到的。優選地，所述的第一電壓比較器的電平輸出端與MCU的檢測故障埠之間還串接有第四二極體，第四二極體的陰極與第一電壓比較器的電平輸出端連接，其陽極一路與MCU 的檢測故障埠連接，另一路與上拉電阻連接，上拉電阻與+V連接。優選地，所述電壓比較器的電壓信號輸入端與地之間還串接有濾波電容，濾波電容可防止由於幹擾原因引起的誤保護。優選地，第一電壓比較器包括第一反饋電阻，第一反饋電阻串接於第一電壓比較器的電壓信號輸入端與第一電壓比較器的電平輸出端之間。 優選地，所述硬體驅動電路包括或非門，或非門包括至少2個輸入端、一個輸出端，MCU的P麗埠輸出的PWM驅動信號直接或經過處理後分別與第一 PNP型三極體的基極、第一 NPN型三極體的基極連接，第一 PNP型三極體的集電極、第一 NPN型三極體的發射極分別接地，第一PNP型三極體的發射極、第一NPN型三極體的集電極一路分別接入或非門作為或非門的兩個輸入端，第一 NPN型三極體的集電極另一路與+V相連，或非門的輸出端經處理後與功率模塊連接；所述的電壓比較器的電平輸出端接入或非門的一輸入端。優選地，所述的硬體驅動電路還包括第二電壓比較器，第一 PNP型三極體的發射極接入第二電壓比較器的第一電壓輸入端，+V經過分壓電阻分壓後作為第二電壓比較器的第二電壓輸入端，第二電壓比較器的電平輸出端接入或非門的一輸入端，第二電壓比較器的第一電壓輸入端與第二電壓比較器的電平輸出端之間還串接有第二反饋電阻。優選地，所述的第一電壓比較器的電平輸出端與第一二極體的陽極連接，第二電壓比較器的電平輸出端與第二二極體的陽極連接，第一二極體的陰極與第二二極體的陰極相連接入或非門的一輸入端，確保電路的正常工作運行。所述第二電壓比較器的第一電壓輸入端與第一 PNP型三極體的發射極之間還連接有保護電路，所述保護電路包括+V、分壓電阻、電容，+V、分壓電阻、電容依次串接，電容接地，分壓電阻一端與第一 PNP型三極體的發射極相連，分壓電阻另一端與分壓電阻、電容的連接點相連，分壓電阻、電容的連接點接入第二電壓比較器的第一電壓輸入端。優選地，所述的或非門的輸出端分別與第二 NPN型三極體的基極、第二 PNP型三極體的基極連接，第二 NPN型三極體的集電極與+V相連，第二 PNP型三極體的集電極接地，第二 NPN型三極體的發射極、第二 PNP型三極體的發射極相連，其相連處與功率模塊之間還串接有限流電阻，限流電阻起電路限流作用。[0016]本實用新型所述的+V為直流電源。本實用新型所述的第一反饋電阻起電壓自鎖作用，鎖定第一電壓比較器的預定電平輸出。本實用新型的工作原理和優點本實用新型通過對功率模塊檢測得到的電壓信號經過處理後接入硬體驅動電路的或非門輸入端，當功率模塊發生過流時產生硬體驅動電路自鎖信號實現硬體驅動電路自鎖功能，具體工作過程為當功率模塊發生過流時，在電流採樣電阻上產生的電壓信號使第一電壓比較器電路翻轉輸出高電平信號，且由於串接於第一電壓比較器的電壓信號輸入端與第一電壓比較器的電平輸出端的第一反饋電阻使得第一電壓比較器始終輸出高電平信號，第一電壓比較器始終輸出的高電平信號相當於硬體驅動電路自鎖信號接入硬體驅動電路的或非門的輸入端後，使得硬體驅動電路的或非門的輸出端始終為低電平，同時由於第一電壓比較器輸出的高電平信號使得MCU的檢測故障埠被置高，無論PWM驅動信號為高電平或為低電平，硬體驅動電路的或非門的輸出端始終為低電平，功率模塊一直不被驅動，即相當於本實用新型產生硬體驅動電路自鎖信號以實現硬體驅動電路的自鎖功能，從而關閉硬體驅動電路對功率模塊的驅動輸出；若MCU死機，MCU 的解鎖埠輸出低電平信號，硬體驅動電路始終處於自鎖狀態，不會響應MCU的PWM埠輸出的任何PWM驅動信號；即使出現MCU的解鎖埠與PWM埠輸出均為高電平，第一電壓比較器被解鎖輸出低電平信號時，硬體驅動電路會通過保護電路充電，一旦超過正常值時， 第二電壓比較器的電平輸出端輸出高電平，硬體驅動電路仍然處於鎖定狀態，不會響應MCU 的PWM埠輸出的任何PWM驅動信號；若MCU正常工作達到解鎖條件，MCU的解鎖埠響應輸出高電平給第一電壓比較器輸入端，當功率模塊電流處於正常範圍時(即非過流狀態時)，第一電壓比較器才會輸出低電平信號，硬體驅動電路最終才能實現解鎖，此時硬體驅動電路的或非門正常響應MCU的PWM埠輸出的PWM驅動信號，本實用新型無論MCU正常運行或死機的情況下，均有效避免了由於功率模塊發生過流對功率模塊器件或電機造成損壞，安全性能高。

附圖1是本實用新型的驅動模塊框圖；附圖2是本實用新型實施例的電路結構示意圖。
具體實施方式
如圖1、圖2所示，一種電機過流保護電路，其中所述電機過流保護電路設於硬體驅動電路與功率模塊Q2之間，電機過流保護電路還與MCU(圖中未示出)連接，包括電流採樣電阻Rl、第一電壓比較器U2-A，所述電流採樣電阻Rl —端與功率模塊Q2的底端連接，另一端接地，電流採樣電阻Rl與功率模塊Q2的連接點構成電壓檢測點，所述電壓檢測點的電壓信號經與分壓電阻R2連接分壓後與所述第一電壓比較器U2-A的電壓信號輸入端3連接；第一電壓比較器U2-A的電壓設定點輸入端2與電壓設定點連接，第一電壓比較器U2-A 的電平輸出端1 一路與硬體驅動電路連接，另一路與MCU的檢測故障埠連接；所述第一電壓比較器U2-A的電壓設定點輸入端2與MCU的解鎖埠連接，所述的第一電壓比較器U2-A 的電平輸出端1與MCU的檢測故障埠之間還串接有第四二極體D4，第四二極體D4的陰極與第一電壓比較器U2-A的電平輸出端1連接，其陽極一路與MCU的檢測故障埠連接，另一路與上拉電阻R22連接，上拉電阻R22與+5V直流電源連接；所述電壓設定點為+5V直流電源經過分壓電阻R3、R13、R14分壓後，取R13與R14的連接點得到的；所述電壓比較器 U2-A的電壓信號輸入端3與地之間還串接有濾波電容C4 ；第一電壓比較器U2-A包括第一反饋電阻R15，第一反饋電阻R15串接於第一電壓比較器U2-A的電壓信號輸入端3與第一電壓比較器U2-A的電平輸出端1之間；所述硬體驅動電路包括或非門Ul-Α、第二電壓比較器U2-B，所述或非門Ul-A包括2個輸入端12，13、一個輸出端11，MCU的PWM埠輸出的 PWM驅動信號分別與分壓電阻R10、分壓電阻R18連接，分壓電阻RlO另一端與第一 PNP型三極體Ql的基極連接，分壓電阻RlO並聯有電容C2，分壓電阻R18另一端與第一 NPN型三極體Q3的基極連接，第一 PNP型三極體Ql的集電極、第一 NPN型三極體Q3的發射極分別接地，第一 NPN型三極體Q3的集電極一路接入或非門Ul-A作為或非門Ul-A的輸入端13， 第一 NPN型三極體Q3的集電極另一路通過分壓電阻R19與+16V直流電源相連，第一 PNP 型三極體Ql的發射極經與保護電路連接後接入第二電壓比較器U2-B的第一電壓輸入端5， +5V直流電源經過分壓電阻R3、R13、R14分壓後，取R3與R13的連接點作為第二電壓比較器U2-B的第二電壓輸入端6，所述保護電路包括+V、分壓電阻R4、R5、電容Cl，+V、分壓電阻 R5、電容Cl依次串接，電容Cl接地，分壓電阻R4 —端與第一 PNP型三極體Ql的發射極相連，分壓電阻R4另一端與分壓電阻R5、電容Cl的連接點相連，分壓電阻R5、電容Cl的連接點接入第二電壓比較器U2-B的第一電壓輸入端5，所述第二電壓比較器U2-B的第一電壓輸入端5與第二電壓比較器U2-B的電平輸出端7之間還串接有第二反饋電阻R9，當MCU發生誤驅動時，MCU發出的高電平驅動信號過長，保護電路可確保第二電壓比較器U2-B的電平輸出端7輸出高電平，從而起到保護作用；所述的第一電壓比較器U2-A的電平輸出端1與第一二極體Dl的陽極連接，第二電壓比較器U2-B的電平輸出端7與第二二極體D2的陽極連接，第一二極體Dl的陰極與第二二極體D2的陰極相連接入或非門Ul-A的輸入端12，為了進一步保護硬體驅動電路，或非門Ul-A的輸入端12與地之間還串接有接地電阻R16 ；所述的或非門Ul-A的輸出端11分別與第二 NPN型三極體Q4的基極、第二 PNP型三極體Q5的基極連接，第二 NPN型三極體Q4的集電極與+16V直流電源相連，第二 PNP型三極體Q5的集電極接地，第二 NPN型三極體Q4的發射極、第二 PNP型三極體Q5的發射極相連，其相連處與功率模塊Q2之間還串接有限流電阻R20，為了進一步保護硬體驅動電路，所述的功率模塊Q2輸入端與地之間還分別串接有第三二極體D3、電阻R21，第三二極體D3與電阻R21 並聯。 本實用新型並不局限於上述具體的實施例，它還有很多變化或改型，都不脫離本實用新型的實質精神和範圍，均屬於本實用新型的權利保護範圍。
權利要求1.一種電機過流保護電路，其特徵在於所述電機過流保護電路設於硬體驅動電路與功率模塊0^2)之間，電機過流保護電路還與MCU連接，包括電流採樣電阻(Rl)、第一電壓比較器(U2-A)，所述電流採樣電阻(Rl) —端與功率模塊的底端連接，另一端接地，電流採樣電阻(Rl)與功率模塊0^2)的連接點構成電壓檢測點，電壓檢測點的電壓信號與所述第一電壓比較器(U2-A)的電壓信號輸入端C3)連接，第一電壓比較器(U2-A)的電壓設定點輸入端( 與電壓設定點連接，第一電壓比較器(U2-A)的電平輸出端(1) 一路與硬體驅動電路連接，另一路與MCU的檢測故障埠連接，所述第一電壓比較器(U2-A)的電壓設定點輸入端⑵與MCU的解鎖埠連接。
2.如權利要求1所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於所述電壓檢測點的電壓信號經與分壓電阻(R2)連接分壓後與所述第一電壓比較器(U2-A)的電壓信號輸入端(3) 連接；所述電壓設定點為+V經過分壓電阻分壓後得到的。
3.如權利要求1所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於所述的第一電壓比較器 (U2-A)的電平輸出端(1)與MCU的檢測故障埠之間還串接有第四二極體(D4)，第四二極體(D4)的陰極與第一電壓比較器(U2-A)的電平輸出端(1)連接，其陽極一路與MCU的檢測故障埠連接，另一路與上拉電阻(R22)連接，上拉電阻(R22)與+V連接。
4.如權利要求1所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於所述電壓比較器(U2-A) 的電壓信號輸入端⑶與地之間還串接有濾波電容(C4)。
5.如權利要求1所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於第一電壓比較器(U2-A) 包括第一反饋電阻(R15)，第一反饋電阻(R15)串接於第一電壓比較器(U2-A)的電壓信號輸入端⑶與第一電壓比較器(U2-A)的電平輸出端⑴之間。
6.如權利要求1所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於所述硬體驅動電路包括或非門(Ul-A)，或非門(Ul-A)包括至少2個輸入端(12，13)、一個輸出端(11)，MCU的PWM 埠輸出的PWM驅動信號直接或經過處理後分別與第一 PNP型三極體Oil)的基極、第一 NPN型三極體0K3)的基極連接，第一 PNP型三極體0)1)的集電極、第一 NPN型三極體0)3) 的發射極分別接地，第一 PNP型三極體Oil)的發射極、第一 NPN型三極體O )的集電極一路分別接入或非門(Ul-A)作為或非門(Ul-A)的兩個輸入端(12，13)，第一 NPN型三極體 (Q3)的集電極另一路與+V相連，或非門(Ul-A)的輸出端(11)經處理後與功率模塊0^2) 連接；所述的電壓比較器(U2-A)的電平輸出端⑴接入或非門(Ul-A)的一輸入端(12)。
7.如權利要求6所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於所述的硬體驅動電路還包括第二電壓比較器(U2-B)，第一 PNP型三極體Oil)的發射極接入第二電壓比較器 (U2-B)的第一電壓輸入端(5)，+V經過分壓電阻分壓後作為第二電壓比較器(U2-B)的第二電壓輸入端(6)，第二電壓比較器(U2-B)的電平輸出端(7)接入或非門(Ul-A)的一輸入端(12)，第二電壓比較器(U2-B)的第一電壓輸入端(5)與第二電壓比較器(U2-B)的電平輸出端⑵之間還串接有第二反饋電阻(R9)。
8.如權利要求7所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於所述的第一電壓比較器 (U2-A)的電平輸出端⑴與第一二極體(Dl)的陽極連接，第二電壓比較器(U2-B)的電平輸出端(7)與第二二極體(擬)的陽極連接，第一二極體(Dl)的陰極與第二二極體(D2)的陰極相連接入或非門(Ul-A)的一輸入端(12)。
9.如權利要求7所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於所述第二電壓比較器(U2-B)的第一電壓輸入端( 與第一 PNP型三極體Oil)的發射極之間還連接有保護電路， 所述保護電路包括+V、分壓電阻(R4、R5)、電容(Cl)，+V、分壓電阻(R5)、電容(Cl)依次串接，電容(Cl)接地，分壓電阻(R4) —端與第一 PNP型三極體Oil)的發射極相連，分壓電阻 (R4)另一端與分壓電阻(R5)、電容(Cl)的連接點相連，分壓電阻(R5)、電容(Cl)的連接點接入第二電壓比較器(U2-B)的第一電壓輸入端(5)。
10.如權利要求6或7或8或9所述的一種電機過流保護電路，其特徵在於所述的或非門(Ul-A)的輸出端(11)分別與第二 NPN型三極體OH)的基極、第二 PNP型三極體0^5) 的基極連接，第二 NPN型三極體OH)的集電極與+V相連，第二 PNP型三極體的集電極接地，第二 NPN型三極體OH)的發射極、第二 PNP型三極體的發射極相連，其相連處與功率模塊0^2)之間還串接有限流電阻(R20)。
專利摘要本實用新型涉及電機驅動領域的一種電機過流保護電路，設於硬體驅動電路與功率模塊Q2之間，同時還與MCU連接，包括電流採樣電阻R1、第一電壓比較器U2-A，所述電流採樣電阻R1一端與功率模塊Q2的底端連接，另一端接地，電流採樣電阻R1與功率模塊Q2的連接點構成電壓檢測點，電壓檢測點的電壓信號與所述第一電壓比較器U2-A的電壓信號輸入端3連接，第一電壓比較器U2-A的電壓設定點輸入端2與電壓設定點連接，第一電壓比較器U2-A的電平輸出端1一路與硬體驅動電路連接，另一路與MCU的檢測故障埠連接，在電機產生過流時，硬體驅動電路產生自鎖信號，即使MCU死機也可以安全有效關斷對功率模塊的驅動輸出，有效避免功率模塊器件或電機損壞。
文檔編號H02H7/20GK202268683SQ20112038159
公開日2012年6月6日 申請日期2011年10月9日 優先權日2011年10月9日
發明者劉猛, 徐柳春, 李學濤, 王超 申請人:無錫艾柯威科技有限公司