專利名稱：直流有刷電機的過流保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電機過流保護(hù)技術(shù)，尤其是涉及直流有刷電機的過流保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
在有刷直流電機控制電路的過流保護(hù)應(yīng)用領(lǐng)域，通常做法是在執(zhí)行電路的下橋臂開 關(guān)管源極與地之間串一個或幾個并聯(lián)功率電阻，阻值視電流大小從幾毫歐到幾歐不等。 從電阻與開關(guān)管源極連接處取電壓信號經(jīng)過處理輸給微控制器或者其他硬件電路，當(dāng)檢 測到此點電壓信號高于某點設(shè)定值時控制電路響應(yīng)設(shè)定動作實行電路過流保護(hù)。 一般情 況下，此檢測信號直接給硬件電路，因為硬件電路響應(yīng)速度快，由它來迅速關(guān)斷電子功 率開關(guān)管，可以有效保護(hù)開關(guān)管及電機不受過大電流而燒毀。但是硬件電路存在這樣一 個不足它只能簡單的判斷是否過流。當(dāng)電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)時，電機會在過流沖擊——停止 ——過流沖擊狀態(tài)下反復(fù)經(jīng)受電流沖擊，可能會對功率開關(guān)管以及電機造成損壞。
如公告號為CN2783334Y的中國實用新型專利公開了一種過流檢測裝置，整個裝置 包括一個遲滯比較器U1， Ul的一個輸入端分別接檢測電流電阻R9到電源和負(fù)載；另一 端接經(jīng)分壓電阻R1和R2的連接點，作為參考電壓點。Rl另一端和穩(wěn)壓源相接，穩(wěn)壓源 經(jīng)一個浮地電阻R6與地相連。其工作原理是當(dāng)Ul檢測到一端輸入電壓大于另一端的參 考電壓值時遲滯比較器立刻輸出告警電平，觸發(fā)后續(xù)電路采取對主電路進(jìn)行保護(hù)措施。 但是該電路的電流檢測電阻接在電源端，如果應(yīng)用在電源電壓要經(jīng)常波動并且波動幅度 較大時，會造成告警電平的誤輸出。而且此過流保護(hù)只有硬件保護(hù)功能，在電機由于堵 轉(zhuǎn)或者重載情況下，發(fā)生電流沖擊——迅速下降——沖擊的長時間頻繁起?，F(xiàn)象，此現(xiàn) 象很有可能造成功率開關(guān)管和電機的永久損壞。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀，提供直流有刷電機的過流 保護(hù)裝置。其用于克服過流保護(hù)動作單靠硬件保護(hù)有可能引起電路不穩(wěn)定性以及電源電 壓波動時對檢測信號準(zhǔn)確性的影響，在硬件保護(hù)基礎(chǔ)上引入軟件檢測主電路電流大小， 設(shè)置軟件中相關(guān)參數(shù)以達(dá)到在電路過流時對電子功率管和電機進(jìn)行有效合理的保護(hù)。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是直流有刷電機的過流保護(hù)裝置， 包括有微控制器、橋驅(qū)動電路、執(zhí)行電路；其中微控制器的脈寬調(diào)制輸出端口與橋驅(qū) 動電路的脈寬調(diào)制接收端口相連通；橋驅(qū)動電路輸出信號控制端口連接執(zhí)行電路；執(zhí)行 電路的底端連接電流采樣電阻R5到地，并且在執(zhí)行電路與電流采樣電阻R5的連接點構(gòu) 成電壓檢測點，電壓檢測點的電壓信號一路與遲滯比較器輸入端相連，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；遲滯比較器輸出端與橋驅(qū)動電路的DIS端相連；比例放大器輸出端與微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口相連接；
微控制器的脈寬調(diào)制輸出端口輸出一個脈寬調(diào)制波輸給橋驅(qū)動電路，的接收端口， 橋驅(qū)動電路的6個輸出端口分別為BH0端口經(jīng)電阻R1與第一開關(guān)管K1的柵極相接、BHS 端口直接與第一開關(guān)管K1的源級相接、BLO端口經(jīng)電阻R3與第三開關(guān)管K3柵極相接、 ALO端口經(jīng)電阻R4與第四開關(guān)管K4柵極相接、AHS端口直接與第二開關(guān)管K2的源級相 接、AH0端口經(jīng)電阻R2與第二開關(guān)管K2柵極相接。
電阻R5為電流采樣電阻，流過電機和相應(yīng)開關(guān)管的電流通過它到地，由于電流通常 比較大，電阻R5取值一般為毫歐級且功率要達(dá)到數(shù)瓦以上。
電阻R5 —端的電壓檢測點一路經(jīng)R8電阻輸給遲滯比較器的反相端；另一路經(jīng)電阻 R13輸給比例放大器的同相端。
上述的執(zhí)行電路由第一開關(guān)管Kl、第二開關(guān)管K2、第三開關(guān)管K3和第四開關(guān)管K4 組成；其中第一開關(guān)管K1的漏極與第二開關(guān)管K2的漏極相連到電源VEE;第三開關(guān)管 K3的源級與第四開關(guān)管K4的源級相連并連接到到電阻R5 —端；第一開關(guān)管Kl的源級 與第三開關(guān)管K3的漏極相連，其連接點作為電機第一個供電端和橋驅(qū)動電路的BHS端 口相連；第二開關(guān)管K2的源級與第四開關(guān)管K4的漏極相連，其連接點作為電機的第二 個供電端和橋驅(qū)動電路的AHS端口相連。
上述的遲滯比較器包括有比較器U3、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻 RIO、電阻R11和供電電源VDD;電阻R8—端接電阻R5，另一端連接比較器的反相端； 電阻R6—端接電源VDD，另一端分別與接地電阻R7和電阻R9相連；電阻R9另一端連 接比較器U3的同相端和電阻R10;比較器U3輸出端分別連接電阻R10、電阻R11和橋 驅(qū)動電路的DIS端；電阻Rll —端連接電源VDD。
上述的比例放大器包括有集成運放U4、電阻R12、電阻R13、電阻R14和供電電源 VCC;電阻R13—端連接電阻R5，另一端連接集成運放M的同相端；集成運放U4的反 相端與接地電阻R12和電阻R14相連；其輸出端與電阻R14的另一端和微控制器的AD1 模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口相連。
上述的遲滯比較器為下行遲滯比較器，比較器U3的同相端分別經(jīng)輸入電阻R9與分 壓電阻R6、電阻R7的公共端相接，作為比較器的參考電壓閾值；比較器U3的反相端經(jīng) 電阻R8與電阻R5相接，作為電壓檢測信號輸入。U3的輸出端經(jīng)反饋電阻R10和上拉電 阻Rll分別與其同相端和供電電源VDD相接。并且其輸出告警電平直接和橋驅(qū)動電路的 使能端相接。當(dāng)流經(jīng)電機的電流大到一定值時，遲滯比較器輸出端電平由低變高，而橋 驅(qū)動電路的使能端口 DIS—旦接收到高電平則立刻關(guān)閉四個開關(guān)管，實現(xiàn)電路的硬件保 護(hù)。
上述的比例放大器為同相比例放大器，集成運放U4的同相端經(jīng)輸入電阻R13與電阻 R5相接；反相端經(jīng)電阻R12和電阻R14分別與地和輸出端相接。由于電阻R5上產(chǎn)生的電壓信號比較微小需要對此信號進(jìn)行放大，通過集成運放U4輸出端輸給微控制器l]1的 AD1模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口進(jìn)行采樣。當(dāng)微控制器AD1模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口采樣的電壓值大于 某一設(shè)定值時并且開始計時到設(shè)定的時間，此時微控制器的一個端口輸出占空比為50% 的脈寬調(diào)制波促使電機停轉(zhuǎn)一段時間以達(dá)到避免電機長時間過流運行的目的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型采用遲滯比較器來判斷電流是否過流，增強電路的抗 干擾性能，避免了檢測電壓在設(shè)定參考閾值電壓附近微小的波動造成比較器輸出端高頻 振蕩的害處。檢測電流功率電阻R5直接接地的好處是無論電源電壓波動幅度有多大都 不會影響其產(chǎn)生檢測電壓反應(yīng)實際電流大小的準(zhǔn)確性。更重要的是本實用新型在電路過
流時在迅速響應(yīng)硬件保護(hù)基礎(chǔ)上將軟件保護(hù)結(jié)合起來，達(dá)到對電機和開關(guān)管更合理有效
的保護(hù)，延長其工作壽命。


圖l是本實用新型實施例的模塊連接結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是圖1電路原理線路圖3是圖1遲滯比較器輸入電壓與輸出電壓關(guān)系示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖實施例對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
附圖標(biāo)號說明微控制器l、橋驅(qū)動電路2、執(zhí)行電路3、電壓檢測點4、比例放大 器5、遲滯比較器6。
實施例圖1至圖3所示，直流有刷電機的過流保護(hù)裝置，包括有微控制器l、橋
驅(qū)動電路2、執(zhí)行電路3;其中微控制器l的脈寬調(diào)制輸出端口與橋驅(qū)動電路2的脈
寬調(diào)制接收端口相連通；橋驅(qū)動電路2輸出信號控制端口連接執(zhí)行電路3;執(zhí)行電路3 的底端連接電流采樣電阻R5到地，并且在執(zhí)行電路3與電阻R5的連接點構(gòu)成電壓檢測 點，電壓檢測點的電壓信號一路與遲滯比較器6輸入端相連，電壓檢測點的電壓信號另 一路與比例放大器5輸入端相連接;遲滯比較器6輸出端與橋驅(qū)動電路2的DIS端相連； 比例放大器5輸出端與微控制器I的模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口相連接；
微控制器1的脈寬調(diào)制輸出端口輸出一個脈寬調(diào)制波輸給橋驅(qū)動電路2，的接收端 口，橋驅(qū)動電路2的6個輸出端口分別為BH0端口經(jīng)電阻R1與第一開關(guān)管K1的柵極相 接、BHS端口直接與第一開關(guān)管Kl的源級相接、BLO端口經(jīng)電阻R3與第三開關(guān)管K3柵 極相接、AL0端口經(jīng)電阻R4與第四開關(guān)管K4柵極相接、AHS端口直接與第二開關(guān)管K2 的源級相接、AHO端口經(jīng)電阻R2與第二開關(guān)管K2柵極相接。
電阻R5為電流采樣電阻，流過電機和相應(yīng)開關(guān)管的電流通過它到地，由于電流通常 比較大，電阻R5取值一般為毫歐級且功率要達(dá)到數(shù)瓦以上。電阻R5—端的電壓檢測點 一路經(jīng)R8電阻輸給遲滯比較器的反相端；另一路經(jīng)電阻R13輸給比例放大器的同相端。
執(zhí)行電路3由第一開關(guān)管Kl、第二開關(guān)管K2、第三開關(guān)管K3和第四開關(guān)管K4組 成；其中第一開關(guān)管K1的漏極與第二開關(guān)管K2的漏極相連到電源VEE;第三開關(guān)管K3的源級與第四開關(guān)管K4的源級相連并連接到到電阻R5 —端；第一開關(guān)管Kl的源級與 第三開關(guān)管K3的漏極相連，其連接點作為電機第一個供電端和橋驅(qū)動電路2的BHS端 口相連；第二開關(guān)管K2的源級與第四開關(guān)管K4的漏極相連，其連接點作為電機的第二 個供電端和橋驅(qū)動電路2的AHS端口相連；橋驅(qū)動電路2的BH0端口經(jīng)電阻Rl與第一 開關(guān)管K1柵極相連，BL0端口經(jīng)電阻R3與第三開關(guān)管K3的柵極相連，ALO端口經(jīng)電阻 R4與第四開關(guān)管K4的柵極相連，AHO端口經(jīng)電阻R2與第二開關(guān)管K2的柵極相連。
遲滯比較器6包括有比較器U3、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻RIO、 電阻Rll和供電電源VDD;電阻R8—端接電阻R5，另一端連接比較器的反相端；電阻 R6—端接電源VDD，另一端分別與接地電阻R7和電阻R9相連；電阻R9另一端連接比 較器U3的同相端和電阻R10;比較器U3輸出端分別連接電阻R10、電阻R11和橋驅(qū)動 電路2的DIS端；電阻Rll—端連接電源VDD。
比例放大器5包括有集成運放U4、電阻R12、電阻R13、電阻R14和供電電源VCC; 電阻R13—端連接電阻R5，另一端連接集成運放U4的同相端；集成運放l)4的反相端與 接地電阻R12和電阻R14相連；其輸出端與電阻R14的另一端和微控制器的AD1模數(shù)轉(zhuǎn) 換采樣端口相連。
遲滯比較器6為下行遲滯比較器，比較器U3的同相端分別經(jīng)輸入電阻R9與分壓電 阻R6、電阻R7的公共端相接，作為比較器的參考電壓閾值；比較器U3的反相端經(jīng)電阻 R8與電阻R5相接，作為電壓檢測信號輸入;U3的輸出端經(jīng)反饋電阻R10和上拉電阻Rll 分別與其同相端和供電電源VDD相接；并且其輸出告警電平直接和橋驅(qū)動電路的使能端 相接；當(dāng)流經(jīng)電機的電流大到一定值時，遲滯比較器輸出端電平由低變高，而橋驅(qū)動電 路的使能端口 DIS用于接收到高電平則立刻關(guān)閉四個開關(guān)管，完成電路的硬件保護(hù)。
比例放大器5為同相比例放大器，集成運放U4的同相端經(jīng)輸入電阻R13與電阻R5 相接；反相端經(jīng)電阻R12和電阻R14分別與地和輸出端相接；由于電阻R5上產(chǎn)生的電 壓信號比較微小需要對此信號進(jìn)行放大,通過集成運放U4輸出端輸給微控制器Ul的AD1 模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口進(jìn)行采樣；當(dāng)微控制器AD1模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口采樣的電壓值大于某一 設(shè)定值時并且開始計時到設(shè)定的時間，此時微控制器的一個端口輸出占空比為50%的脈 寬調(diào)制波促使電機停轉(zhuǎn)一段時間以避免電機長時間過流運行。
微控制器1接收外部的控制信號的要求，輸出相應(yīng)占空比的脈沖調(diào)制波給橋驅(qū)動電 路；橋驅(qū)動電路根據(jù)此脈沖調(diào)制波占空比的大小，通過BHO端口、 BHS端口、 BL0端口、 AH0端口、 AHS端口、 AL0端口輸出信號來控制執(zhí)行電路的第一開關(guān)管K1、第二開關(guān)管 K2、第三開關(guān)管K3和第四開關(guān)管K4導(dǎo)通開關(guān)時序，以達(dá)到對電機進(jìn)行正反轉(zhuǎn)及速度控 制的目的。
執(zhí)行電路下橋臂低端接電流檢測電阻R5到地，在他們兩者連接處會產(chǎn)生一個電壓 信號。此電壓信號大小設(shè)為Kh^，流經(jīng)電機、開關(guān)管和電阻R5的電流設(shè)為/d，電阻R5的阻值為i 。有如下簡單關(guān)系式^hd =/d ，即檢測電壓F。he。k的值就可以判斷電流/d
的大小。此檢測電壓F。^k分別提供給比較器U3的反相端和集成運放U4的同相端。
比例放大器由集成運放U4、輸入電阻R12、 R13和反饋電阻R14組成。其中檢測電 壓J^hd經(jīng)電阻R13與集成運放U4的同相端連接，U4的反相端一路經(jīng)電阻R12跟地連接，
另一路經(jīng)電阻R14與輸出端連接，輸出端輸出放大^^k信號輸給微控制器檢測判斷。
設(shè)U4輸出端電壓信號為J/。ut, -a，F(xiàn)ehd，其中a是放大倍數(shù)。其工作原理是在微控制器
程序里設(shè)置一個參考電壓K^，隨著檢測電壓K^ek增大K。^相應(yīng)增大，當(dāng)F^大于參考
電壓^f,時并持續(xù)一段可設(shè)定時間，此時可判斷電機已經(jīng)工作在重載狀態(tài)，通過微控制
器輸出占空比為50%的脈寬調(diào)制波強制電機停止一段可設(shè)定的時間，達(dá)到保護(hù)電機和開 關(guān)管的目的。
遲滯比較器由比較器U3、分壓電阻R6、 R7,輸入電阻R8、 R9，反饋電阻R10和上 拉電阻Rll組成。其中檢測電壓K^經(jīng)電阻R8與比較器的反相端相接；電阻R6、 R7
對電源VDD進(jìn)行分壓，在其連接點提供參考電壓^"經(jīng)電阻R9與比較器同相端連接。
同相端一路經(jīng)電阻R10與輸出端連接，輸出端一路經(jīng)電阻R11與電源VDD連接，另一路 直接與驅(qū)動電路的DIS端連接。為了表述清楚參考圖3，圖中Fout2表示比較器U3輸出
端電壓，f^表示閾值電壓下限值，^表示閾值電壓上限值，F(xiàn)。^k表示輸入端的檢測電 壓。其工作原理如下當(dāng)流經(jīng)電機、開關(guān)管和電阻R4的電流/d增大相應(yīng)的檢測電壓^。k 也增大，當(dāng)F。he。k大于C^時，輸出電壓"ut2變?yōu)榈碗娖酱偈箻蝌?qū)動電路立刻關(guān)斷四個
開關(guān)管，實現(xiàn)電路硬件保護(hù)。只有當(dāng)電流下降對應(yīng)的電壓K。he。k小于t^時，輸出電壓
rout2重新變高，電路實現(xiàn)正常工作。采取遲滯比較器的好處是增強電路的抗干擾性能， 避免了檢測電壓在設(shè)定參考閾值電壓附近微小的波動造成比較器輸出端高頻振蕩的害 處。
由于直流有刷電機在實際運行過程中，啟動時和突然加速時瞬間電流有可能會超過 額定電流的6-8倍，所以設(shè)置硬件保護(hù)動作限流值要大于IO倍額定電流。但是如果電 機發(fā)生過載時，其電流值往往會達(dá)到額定電流的2-5倍，如果電機長時間在此過載電流 下工作會造成電機發(fā)熱，影響電機工作壽命。本實用新型采用微控制器檢測通過電機電 流的大小，首先設(shè)定一個過流警示值，此值假定為電機額定工作電流的2至3倍。當(dāng)檢測到電機的電流一直大于設(shè)定值時，并且持續(xù)時間達(dá)到某設(shè)定值時，微控制器輸出占空 比為50%的脈寬調(diào)制波，促使電機停轉(zhuǎn)某一段可設(shè)定的時間，實現(xiàn)電路的軟件保護(hù)。將 硬件保護(hù)和軟件保護(hù)結(jié)合起來，達(dá)到對電機和開關(guān)管更合理有效的保護(hù)，延長其工作壽 命。
雖然本實用新型已通過參考優(yōu)選的實施例進(jìn)行了圖示和描述，但是，本專業(yè)普通技 術(shù)人員應(yīng)當(dāng)了解，在本實用新型的范圍內(nèi)，可作形式和細(xì)節(jié)上的各種各樣變化。
權(quán)利要求1、直流有刷電機的過流保護(hù)裝置，包括有微控制器(1)、橋驅(qū)動電路(2)、執(zhí)行電路(3)；其特征是所述的微控制器(1)的脈寬調(diào)制輸出端口與橋驅(qū)動電路(2)的脈寬調(diào)制接收端口相連通；所述的橋驅(qū)動電路(2)輸出信號控制端口連接所述的執(zhí)行電路(3)；所述的執(zhí)行電路(3)的底端連接電流采樣電阻R5到地，并且在所述的執(zhí)行電路(3)與電流采樣電阻R5的連接點構(gòu)成電壓檢測點，所述的電壓檢測點的電壓信號一路與遲滯比較器(6)輸入端相連，所述的電壓檢測點的電壓信號另一路與比例放大器(5)輸入端相連接；所述的遲滯比較器(6)輸出端與橋驅(qū)動電路(2)的DIS端相連；所述的比例放大器(5)輸出端與微控制器(1)的模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口相連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1的直流有刷電機的過流保護(hù)裝置，其特征是所述的執(zhí)行電路 (3)由第一開關(guān)管K1、第二開關(guān)管K2、第三開關(guān)管K3和第四開關(guān)管K4組成；其中第一 開關(guān)管Kl的漏極與第二開關(guān)管K2的漏極相連到電源VEE;第三開關(guān)管K3的源級與第四 開關(guān)管K4的源級相連并連接到到電阻R5 —端；第一開關(guān)管Kl的源級與第三開關(guān)管K3 的漏極相連，其連接點作為電機第一個供電端和橋驅(qū)動電路(2)的BHS端口相連；第二 開關(guān)管K2的源級與第四開關(guān)管K4的漏極相連，其連接點作為電機的第二個供電端和橋 驅(qū)動電路(2)的AHS端口相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的直流有刷電機的過流保護(hù)裝置，其特征是所述的遲滯 比較器(6)包括有比較器U3、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9、電阻RIO、電阻Rll 和供電電源VDD;所述的電阻R8—端接電阻R5，另一端連接比較器的反相端；所述的 電阻R6—端接電源VDD，另一端分別與接地電阻R7和電阻R9相連；所述的電阻R9另 一端連接比較器U3的同相端和電阻R10;所述的比較器U3輸出端分別連接電阻RIO、 電阻Rll和橋驅(qū)動電路(2)的DIS端；所述的電阻Rll —端連接電源VDD。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的直流有刷電機的過流保護(hù)裝置，其特征是所述的比例放大 器(5)包括有集成運放U4、電阻R12、電阻R13、電阻R14和供電電源VCC;所述的電阻 R13—端連接電阻R5，另一端連接集成運放U4的同相端；所述的集成運放U4的反相端 與接地電阻R12和電阻R14相連；其輸出端與電阻R14的另一端和微控制器的AD1模數(shù) 轉(zhuǎn)換采樣端口相連。
專利摘要本實用新型公開了直流有刷電機的過流保護(hù)裝置，包括有微控制器、橋驅(qū)動電路、執(zhí)行電路；微控制器的脈寬調(diào)制輸出端口與橋驅(qū)動電路的脈寬調(diào)制接收端口相連通；橋驅(qū)動電路輸出信號控制端口連接執(zhí)行電路；執(zhí)行電路的底端連接電流采樣電阻R5到地，并且在執(zhí)行電路與電流采樣電阻R5的連接點構(gòu)成電壓檢測點，電壓檢測點的電壓信號一路與遲滯比較器輸入端相連，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；遲滯比較器輸出端與橋驅(qū)動電路的DIS端相連；比例放大器輸出端與微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣端口相連接；其在硬件保護(hù)基礎(chǔ)上引入軟件檢測主電路電流大小，設(shè)置軟件中相關(guān)參數(shù)以達(dá)到在電路過流時對電子功率管和電機進(jìn)行有效合理的保護(hù)。
文檔編號H02H7/085GK201327999SQ20082016852
公開日2009年10月14日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者何祖國, 張衛(wèi)強, 成吉樣, 汪文平 申請人:寧波力達(dá)物流設(shè)備有限公司