直流電機堵轉保護電路及搜索燈的製作方法與工藝

2023-05-16 23:32:51

本發明涉及保護電路，特別是涉及一種直流電機堵轉保護電路，還涉及一種配備有上述直流電機堵轉保護電路的搜索燈。

背景技術：
電機在工作過程中，例如帶動搜索燈轉動的過程中，可能會因為搜索燈轉動中碰到障礙物而導致電機堵轉。此時一般需要停止向電機供電，否則會造成電機的損傷。一種傳統的解決方案是在電機和電源之間串聯一根自恢復保險絲，當電機堵轉時，電機電流增大，自恢復保險絲過熱斷開。然而，這種電路靈敏度較低，並受環境溫度影響太大，因此有時會無法在堵轉時及時斷開電路，導致對電機的機械轉動部件造成一定的損傷。

技術實現要素：
基於此，有必要針對傳統的電機堵轉電路靈敏度低的問題，提供一種高靈敏度的直流電機堵轉保護電路。一種直流電機堵轉保護電路，包括採樣比較模塊、採樣電阻、繼電器、繼電器驅動模塊以及穩壓源；所述採樣比較模塊的採樣輸入端用於連接直流電機的負極，且所述採樣輸入端通過所述採樣電阻接地；所述穩壓源連接所述採樣比較模塊的基準輸入端，用於為所述採樣比較模塊提供基準電壓；所述採樣比較模塊的輸出端連接所述繼電器驅動模塊，用於在所述採樣輸入端的電壓高於堵轉電壓時輸出控制信號，控制所述繼電器驅動模塊驅動繼電器將所述直流電機的正極與電源輸入接口斷開；在所述繼電器驅動模塊未接收到所述控制信號時，繼電器處於連通所述電源輸入接口與所述直流電機的正極的狀態；所述採樣比較模塊包括運算放大器、第一限流電阻以及正反饋電阻；所述基準輸入端是所述運算放大器的反相輸入端，所述採樣輸入端是所述運算放大器的同相輸 入端；或所述基準輸入端是所述運算放大器的同相輸入端，所述採樣輸入端是所述運算放大器的反相輸入端；所述採樣輸入端與所述直流電機的負極之間接有所述第一限流電阻，所述採樣輸入端與所述運算放大器的輸出端之間接有所述正反饋電阻。在其中一個實施例中，所述繼電器驅動模塊包括開關管，所述開關管的控制端連接所述採樣比較模塊的輸出端，所述開關管的輸入端通過所述繼電器的繼電器線圈連接所述電源輸入接口，所述開關管的輸出端接地。在其中一個實施例中，所述開關管是NPN型三極體，所述開關管的控制端是所述NPN型三極體的基極，所述開關管的輸入端是所述NPN型三極體的集電極，所述開關管的輸出端是所述NPN型三極體的發射極。在其中一個實施例中，所述繼電器驅動模塊包括第二限流電阻，所述第二限流電阻接於所述開關管的控制端和所述採樣比較模塊的輸出端之間。在其中一個實施例中，還包括第一開關和第二開關，所述第一開關和第二開關是三端開關，包括一個固定端、第一可動端、第二可動端及一個可動件，所述可動件一端固定連接所述固定端，另一端選擇連接所述兩個可動端中的一個；所述第一開關的固定端連接所述直流電機的正極，所述第一開關的第一可動端連接所述繼電器的常閉觸點，並通過所述繼電器的動觸點連接電源輸入接口，使所述繼電器的常閉觸點與所述直流電機的正極的觸點連通，所述第一開關的第二可動端接於所述採樣電阻和第一限流電阻之間；所述第二開關的固定端連接所述直流電機的負極，所述第二開關的第一可動端連接所述繼電器的常閉觸點，所述第二開關的第二可動端接於所述採樣電阻和第一限流電阻之間。在其中一個實施例中，還包括第一二極體、第二二極體以及雙向二極體，所述第一二極體的正極接於所述直流電機的正極和第一開關的固定端之間，所述第一二極體的負極接於所述第一開關的第一可動端和所述繼電器的常閉觸點之間；所述第二二極體的正極接於所述直流電機的負極和第二開關的固定端之間，所述第二二極體的負極接於所述第二開關的第一可動端和所述繼電器的常閉觸點之間；所述雙向二極體接於所述直流電機的正極和負極之間。在其中一個實施例中，所述穩壓源包括三端基準源、第一分壓電阻、第二 分壓電阻以及第三限流電阻；所述三端基準源的陽極接地，所述三端基準源的陰極和參考極通過所述第三限流電阻連接電源輸入端；所述第一分壓電阻的一端連接所述三端基準源的陰極與所述第三限流電阻之間的公共節點，所述第一分壓電阻的另一端連接所述基準輸入端和所述第二分壓電阻的一端，所述第二分壓電阻的另一端連接所述三端基準源的陽極。在其中一個實施例中，還包括防衝擊電容，所述防衝擊電容一端接地，另一端接於所述第一限流電阻與所述採樣輸入端之間。還有必要提供一種搜索燈。一種搜索燈，包括用於帶動搜索燈轉動的直流電機和電連接所述直流電機的上述直流電機堵轉保護電路。上述直流電機堵轉保護電路，通過運算放大器採集直流電機的負極的電壓，並與基準電壓進行比較。當直流電機的負極的電壓超過堵轉電壓時，運算放大器的輸出端輸出控制信號，通過開關管驅動繼電器將電源與直流電機斷開。由於是通過運算放大器進行電壓採樣比較，相對於使用保險絲的傳統技術，提高了靈敏度，且不易受環境溫度影響。附圖說明圖1是一實施例中直流電機堵轉保護電路的結構示意圖；圖2是另一實施例中直流電機堵轉保護電路的結構示意圖；圖3是一實施例中直流電機堵轉保護電路的電路原理圖；圖4是再一實施例中直流電機堵轉保護電路的電路原理圖；圖5是另一實施例中直流電機堵轉保護電路的電路原理圖。具體實施方式為使本發明的目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。圖1是一實施例中直流電機堵轉保護電路的結構示意圖，包括採樣比較模塊、採樣電阻R、繼電器、繼電器驅動模塊以及穩壓源。採樣比較模塊的採樣輸 入端用於連接直流電機的負極，且採樣輸入端通過採樣電阻R接地。穩壓源連接採樣比較模塊的基準輸入端，用於為採樣比較模塊提供基準電壓。採樣比較模塊的輸出端連接繼電器驅動模塊，用於在採樣輸入端的電壓高於堵轉電壓時輸出控制信號，控制繼電器驅動模塊驅動繼電器將直流電機的正極與電源輸入接口斷開。而在繼電器驅動模塊未接收到控制信號時，繼電器處於連通電源輸入接口與直流電機的正極的狀態。也就是說，採樣比較模塊通過採樣輸入端採集直流電機的負極的電壓，並與基準輸入端輸入的、由穩壓源提供的電壓進行比較。當直流電機的負極的電壓大於預先設定的堵轉電壓(穩壓源提供的電壓應略小於該堵轉電壓)時，採樣比較模塊的輸出端輸出控制信號，控制繼電器驅動模塊驅動繼電器動作，斷開電源輸入接口與直流電機的正極的連接。圖2是另一實施例中直流電機堵轉保護電路的結構示意圖，在該實施例中，繼電器驅動模塊包括開關管，開關管的控制端連接採樣比較模塊的輸出端，開關管的輸入端通過繼電器的繼電器線圈連接所述電源輸入接口，開關管的輸出端接地。圖3是一實施例中直流電機堵轉保護電路的電路原理圖。在該實施例中，開關管是NPN型三極體Q1，開關管的控制端是NPN型三極體Q1的基極，開關管的輸入端是NPN型三極體Q1的集電極，開關管的輸出端是NPN型三極體Q1的發射極。繼電器驅動模塊還包括第二限流電阻R1，第二限流電阻R1接於三極體Q1的基極和採樣比較模塊的輸出端之間。可以理解的，在其它實施例中，開關管也可以替換為PNP型三極體，或MOSFET等其他開關器件。可以理解的，若開關管的極性替換，則電路結構需要進行相應調整(例如繼電器由常閉替換為常開)。在圖3所示實施例中，採樣比較模塊包括運算放大器U1、第一限流電阻R4以及正反饋電阻R3。基準輸入端是運算放大器的反相輸入端，採樣輸入端是運算放大器的同相輸入端，同相輸入端與直流電機MG1的負極之間接有第一限流電阻R4，同相輸入端與運算放大器的輸出端之間接有正反饋電阻R3。在圖3所示實施例中，當直流電機MG1發生堵轉時，直流電機MG1的負 極的電流增大，採樣電阻R2的電壓將會大於預設的堵轉電壓，因此運算放大器U1的同相輸入端的電壓高於反相輸入端的電壓(即穩壓源提供的基準電壓)，運算放大器U1的輸出端輸出高電平，正反饋電阻R3進行正反饋鎖死，保持運算放大器U1輸出的高電平，開關管導通，繼電器線圈JK1得電，將繼電器吸合轉至常開觸點，斷開直流電機MG1的工作電源，從而起到保護的作用。消除電機堵轉後，對運算放大器U1復位並重新上電，電路恢復到初始工作狀態，繼電器線圈JK1不得電，繼電器的動觸點連通繼電器常閉觸點，在第一開關K1閉合的情況下，直流電機MG1得電工作。這裡主要採用的是電磁繼電器，當然也可以採用其他類型繼電器，只要可受控切斷直流電機MG1的工作電源實現保護即可。可以理解的，在其它實施例中，基準輸入端也可以是運算放大器U1的同相輸入端，採樣輸入端是運算放大器U1的反相輸入端。那麼在電機正常工作時，運算放大器U1的輸出端輸出高電平，三極體Q1導通，使得繼電器線圈JK1得電。繼電器的類型或接法需要相應的改變(例如由常閉變成常開)，使繼電器線圈JK1得電時連通電源輸入接口與直流電機MG1的正極，在繼電器線圈JK1不得電時將直流電機MG1的正極與電源輸入接口斷開。在圖3所示實施例中，穩壓源包括三端基準源，在本實施例中採用型號為TL431的三端可調分流基準源U2、第一分壓電阻R5、第二分壓電阻R6以及第三限流電阻R7。三端可調分流基準源U2的陽極接地，三端可調分流基準源U2的陰極和參考極相連且通過第三限流電阻R7連接電源輸入端。第一分壓電阻R5的一端連接三端可調分流基準源U2的陰極與第三限流電阻R7之間的公共節點，第一分壓電阻R5的另一端連接運算放大器U1的反相輸入端和第二分壓電阻R6的一端，第二分壓電阻R6的另一端連接三端可調分流基準源U2的陽極且接地。通過調節第一分壓電阻R5和/或第二分壓電阻R6的阻值，可以調節基準電壓的大小，也就是調節預設的堵轉電壓的大小。在其它實施例中，也可以根據具體的需求選用齊納二極體或其它能提供一穩定電壓的器件代替三端可調分流基準源U2。在圖3所示實施例中，直流電機堵轉保護電路還包括防衝擊電容C1。防衝 擊電容C1一端接地，另一端接於第一限流電阻R4與運算放大器U1的同相輸入端之間，用於吸收直流電機MG1啟動瞬間的脈衝電壓，防止電路誤動作。圖4是再一實施例中直流電機堵轉保護電路的電路原理圖，其適用於可以使直流電機MG1正轉和反轉的電路，其與圖3所示實施例的主要區別在於包括第一開關K1-1和第二開關K1-2。其中第一開關K1-1和第二開關K1-2均是三端開關(即都是雙擲開關)，包括一個固定端、兩個可動端及一個可動件，可動件一端固定連接固定端，另一端可選擇連接兩個可動端中的一個，或者與兩個可動端均不連接。第一開關K1-1的固定端連接直流電機MG1的正極，第一開關K1-1的第一可動端A1連接繼電器的常閉觸點，通過繼電器的動觸點連接電源輸入接口，使繼電器的常閉觸點與直流電機MG1的正極的觸點連通，第一開關K1-1的第二可動端B1接於採樣電阻R2和第一限流電阻R4之間。第二開關K1-2的固定端連接直流電機MG1的負極，第二開關K1-2的第一可動端A2連接繼電器的常閉觸點，第二開關K1-2的第二可動端B2接於採樣電阻R2和第一限流電阻R4之間。在實際應用中，可以使用一個由第一開關K1-1和第二開關K1-2組成的操縱杆開關K1。通過操縱杆開關K1將第一開關K1-1的固定端接第一可動端A1，將第二開關K1-2的固定端接第二可動端B2。電源Vcc經過繼電器的常閉觸點、第一開關K1-1的第一可動端A1、直流電機MG1的正極、直流電機MG1的負極、第二開關K1-2的第二可動端B2、採樣電阻R2流至電源負極地，電機正轉。通過操縱杆開關K1將第二開關K1-2的固定端接第一可動端A2，將第一開關K1-1的固定端接第二可動端B1，電源Vcc經過經過繼電器的常閉觸點、第二開關K1-2的第一可動端A2、直流電機MG1的負極、直流電機MG1的正極、第一開關K1-1的第二可動端B1、採樣電阻R2流至電源負極地，電機反轉。圖5是另一實施例中直流電機堵轉保護電路的電路原理圖，其與圖4所示實施例的主要區別在於還包括第一二極體D1、第二二極體D2以及雙向二極體ZD1。第一二極體D1的正極接於直流電機MG1的正極和第一開關K1-1的固定端之間，第一二極體D1的負極接於第一開關K1-1的第一可動端A1和繼電器 的常閉觸點之間。第二二極體D2的正極接於直流電機MG1的負極和第二開關K1-2的固定端之間，第二二極體D2的負極接於所述第二開關的第一可動端A2和繼電器的常閉觸點之間。雙向二極體ZD1接於直流電機MG1的正極和負極之間。第一二極體D1和第二二極體D2的作用是為直流電機MG1通斷瞬間產生的脈衝提供放電通路，雙向二極體ZD1的作用是吸收直流電機MG1接通瞬間產生的脈衝。上述直流電機堵轉保護電路，通過運算放大器U1採集直流電機MG1的負極的電壓，並與基準電壓進行比較。當直流電機MG1的負極的電壓超過堵轉電壓時，運算放大器U1的輸出端輸出控制信號，通過開關管驅動繼電器將電源與直流電機MG1斷開。由於是通過運算放大器U1進行電壓採樣比較，相對於使用保險絲的傳統技術，提高了靈敏度，且不易受環境溫度影響。本發明還提供一種搜索燈，包括用於帶動搜索燈轉動的直流電機和與直流電機電連接的上述直流電機堵轉保護電路。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。