本實用新型涉及電機驅(qū)動控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電機驅(qū)動的高端過流保護電路拓撲結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在電機驅(qū)動控制電路中，過電流故障是一種常見的故障，因此過電流保護技術(shù)是保證系統(tǒng)可靠工作的一項關(guān)鍵技術(shù)。高端過流保護電路作用是當電機系統(tǒng)出現(xiàn)過大電流時，該電路將高端取樣電阻采集的高共模電壓浮地過流信號轉(zhuǎn)換對地的低壓信號，該低壓信號通過比較電路去關(guān)斷電機驅(qū)動信號，從而保護電機及驅(qū)動控制電路。過流保護已廣泛用于各種類航空、航天、兵器、船舶、電子等高可靠領(lǐng)域。目前，一些低端過流保護電路無法滿足不同的過流保護場合，而有些高端過流保護電路無法滿足高共模電壓的場合，限制其應(yīng)用范圍。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種用于電機驅(qū)動的高端過流保護電路拓撲結(jié)構(gòu)，能夠針對在電機驅(qū)動電路中不同過電流場合實現(xiàn)對電機及電機驅(qū)動控制電路的保護。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案：

一種用于電機驅(qū)動的高端過流保護電路拓撲結(jié)構(gòu)，包括取樣電路、恒流源電路、穩(wěn)壓電路、高端電壓轉(zhuǎn)電流電路及電流轉(zhuǎn)對地電壓電路，所述取樣電路的輸入端與電機用功率電源輸出正端相連，其輸出端與電機驅(qū)動橋電路相連，所述恒流源電路的輸出端與穩(wěn)壓電路的輸入端相連，其輸入端接地，所述穩(wěn)壓電路的輸出端分別與高端電壓轉(zhuǎn)電流電路、取樣電路的輸入端相連，所述高端電壓轉(zhuǎn)電流電路的輸出端與電流轉(zhuǎn)對地電壓電路的輸入端相連，所述電流轉(zhuǎn)對地電壓電路的輸出端與比較器N1的同相輸入端相連。

所述取樣電路采用取樣電阻Rs，所述采樣電阻Rs的一端與電機用功率電源輸出正端相連，其另一端與電機驅(qū)動橋電路相連。

所述穩(wěn)壓電路采用穩(wěn)壓管V1，所述穩(wěn)壓管V1的正極端與恒流源電路相連，其負極端分別與高端電壓轉(zhuǎn)電流電路、取樣電路的輸入端相連。

所述電流轉(zhuǎn)對地電壓電路包括二極管V4及與二極管V4并聯(lián)的電阻R1和電容C1，所述二極管V4的正極端接地，其負極端分別與比較器N1的同相輸入端、高端電壓轉(zhuǎn)電流電路的輸出端相連。

所述高端電壓轉(zhuǎn)電流電路包括三極管V2、MOS管V3，所述三極管V2的基極經(jīng)電阻Rb與取樣電路的輸出端相連，其發(fā)射極經(jīng)電阻Re分別與穩(wěn)壓電路的輸出端、取樣電路的輸入端相連，其集電極與MOS管的源極相連，MOS管的柵極與穩(wěn)壓電路的輸入端相連，其漏極與電流轉(zhuǎn)對地電壓電路的輸入端相連。

所述高端電壓轉(zhuǎn)電流電路采用差分放大器電路，所述差分放大器電路包括差動放大器U1，所述差動放大器U1的同相輸入端經(jīng)電阻R2與取樣電路的輸出端相連，其反向輸入端經(jīng)電阻R3與取樣電路的輸入端相連，差動放大器U1的輸出端與電流轉(zhuǎn)對地電壓電路的輸入端相連，差動放大器U1的反向輸入端經(jīng)電阻R4與其輸出端相連。

所述高端電壓轉(zhuǎn)電流電路采用電流檢測放大電路，所述電流檢測放大電路包括差動放大器U2，所述差動放大器U2的同相輸入端經(jīng)電阻R5與取樣電路輸出端相連，其反向輸入端經(jīng)電阻R6與取樣電路的輸入端相連。

所述差動放大器U1的型號為INA117。

所述差動放大器U2的型號為AD8210。

由上述技術(shù)方案可知，本實用新型所述電機驅(qū)動高端過流保護電路拓撲結(jié)構(gòu)，通過高端電壓轉(zhuǎn)電流電路實現(xiàn)了對高共模浮地信號轉(zhuǎn)對地小電壓信號的轉(zhuǎn)化，大大提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本實用新型的第一種實施方式的電路圖；

圖2是本實用新型的第二種實施方式的電路圖；

圖3是本實用新型的第三種實施方式的電路圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步說明：

實施例1

如圖1所示，本實施例的用于電機驅(qū)動的高端過流保護電路拓撲結(jié)構(gòu)，包括取樣電路1、恒流源電路2、穩(wěn)壓電路3、高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4及電流轉(zhuǎn)對地電壓電路5，取樣電路1的輸入端與電機用功率電源輸出正端相連，其輸出端與電機驅(qū)動橋電路6相連，恒流源電路2的輸出端與穩(wěn)壓電路3的輸入端相連，其輸入端接地，穩(wěn)壓電路3的輸出端分別與高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4、取樣電路1的輸入端相連，高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4的輸出端與電流轉(zhuǎn)對地電壓電路5的輸入端相連，電流轉(zhuǎn)對地電壓電路5的輸出端與比較器N1的同相輸入端相連。

本實施例中，取樣電路1采用取樣電阻Rs，穩(wěn)壓電路3采用穩(wěn)壓管V1，電流轉(zhuǎn)對地電壓電路5采用二極管V4及與二極管V4并聯(lián)的電阻R1和電容C1，高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4采樣三極管V2、MOS管V3；采樣電阻Rs的一端與電機用功率電源輸出正端相連，其另一端與電機驅(qū)動橋電路6相連；穩(wěn)壓管V1的正極端與恒流源電路2相連，其負極端分別與高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4、取樣電阻Rs的電源端相連。二極管V4的正極端接地，其負極端分別與比較器N1的同相輸入端、MOS管的漏極相連；三極管V2的基極經(jīng)電阻Rb連接在取樣電阻Rs和驅(qū)動橋電路6之間，三極管V2的發(fā)射極經(jīng)電阻Re分別與穩(wěn)壓管V1的負極端、采樣電阻Rs的電源端相連，MOS管的柵極與穩(wěn)壓管V1的正極端相連，MOS管的漏極與二極管V2的負極相連，MOS管的源極與三極管V2的集電極相連，二極管V4的陽極接地，比較器N1的同相輸入端連接在二極管V4與電阻R1、電容C1的節(jié)點處。本實施例中PNP三極管的型號為MPSA94，MOS管型號分別為VP0550。

本實施例利用三極管V2集電極電流隨基極與發(fā)射極電壓控制實現(xiàn)，當三極管V2 發(fā)射極e與基極b電壓大于約0.6V后，三極管V2集電極c與發(fā)射極導(dǎo)通，此時，PMOS管V3源極s電壓接近電機功率電源電壓+Vs，而PMOS管柵極G由于穩(wěn)壓管的作用電壓小于功率電壓電壓+Vs，因此，PMOS管源極s電壓大于柵極g電壓，從而PMOS管導(dǎo)通，這樣就與電流轉(zhuǎn)對地電壓電路形成回路，受三極管V2 發(fā)射極e與基極b電壓控制的電流會在電流轉(zhuǎn)對地電壓電路上形成一個對地的低壓小信號，該低壓信號就可以通過比較電路去關(guān)斷驅(qū)動橋的驅(qū)動信號。

流過電機負載的電流通過功率電源VS、取樣電阻Rs、驅(qū)動橋電路、電機負載，最終到功率電源地的，根據(jù)歐姆定律，取樣電阻Rs可以將流過電機負載的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號，由于同時取樣電阻高端（接功率電源VS）通過電阻Re連接到三極管V2的發(fā)射極e，取樣電阻低端（接驅(qū)動橋電路）通過電阻Rb連接到三極管V2的基極b，當流過電機的電流在取樣電阻形成的電壓大于二極管導(dǎo)通壓降0.3V～0.4V，即三極管V2 發(fā)射極e與基極b電壓大于約0.3V～0.4V后，根據(jù)三極管的工作原理，三極管V2集電極c與發(fā)射極e導(dǎo)通，此時，PMOS管V3源極s電壓接近電機功率電源電壓+Vs，而PMOS管柵極G由于穩(wěn)壓管V1（其中，恒流源電路為穩(wěn)壓管V1的工作提供偏置電流，使得穩(wěn)壓管V1 正常工作穩(wěn)壓）的作用電壓小于功率電壓電壓+Vs，因此，PMOS管源極s電壓大于柵極g電壓，根據(jù)P溝道MOS管的工作原理，此時PMOS管導(dǎo)通，這樣，受三極管V2 發(fā)射極e與基極b電壓（也即取樣電阻兩端電壓）控制的三極管集電極電流從功率電源Vs開始經(jīng)過電阻Re、三級管V2、再通過PMOS管V3，再經(jīng)過電流轉(zhuǎn)對地電壓電路中的R1（C1用于濾波，穩(wěn)壓管V2用于限制電壓幅度）后與地形成回路，同時會在電流轉(zhuǎn)對地電壓電路上形成一個對地的低壓小信號，該低壓小信號電壓連接到比較器N1的正端（+），當該電壓值大于比較器N1負端（-）+Vref參考電壓時，比較器N1輸出翻轉(zhuǎn)為高電平（電壓值接近比較器工作電壓），比較器N1輸出連接到驅(qū)動芯片的關(guān)斷端，使得驅(qū)動芯片被關(guān)斷無法輸出驅(qū)動信號到驅(qū)動橋電路，因此驅(qū)動橋電路也無輸出，這樣功率電源VS的電流將無法輸出到電機負載，從而保護電機出現(xiàn)過流現(xiàn)象。

實施例2

如圖2所示，本實施例除了高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4的電路圖與實施1的不同，其他電路結(jié)構(gòu)均相同，本實施例的高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4采用差分放大器電路，該差分放大器電路由差動放大器U1與電阻網(wǎng)絡(luò)組成，該差動放大器U1的同相輸入端經(jīng)電阻R2連接在取樣電阻Rs與驅(qū)動橋電路之間的節(jié)點處，差動放大器U1的反向輸入端經(jīng)電阻R3與取樣電阻Rs的電源端相連，差動放大器U1的輸出端與二極管V2的負極端相連，差動放大器U1的反向輸入端經(jīng)電阻R4與其輸出端相連。本實施例中該差動放大器的型號為INA117。

通過取樣電阻Rs轉(zhuǎn)換成的高共模浮地電壓信號通過具有高共模電壓抑制比的通用差動放大器U1和電阻網(wǎng)絡(luò)組成的差分電路變成了對地的低壓小信號，該低壓信號就可以通過比較電路去關(guān)斷驅(qū)動橋電路6的驅(qū)動信號。

流過電機負載的電流是通過功率電源VS、取樣電阻RS、驅(qū)動橋電路、電機負載，最終到功率電源地的，根據(jù)歐姆定律，取樣電阻RS可以將流過電機負載的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號；取樣電阻的高端（接功率電源VS）、低端（接驅(qū)動橋電路）的電壓值均接近功率電源VS電壓，為高共模浮地電壓信號，但兩者的電壓差為低電壓信號，通過采用高共模電壓抑制比的通用差動放大器U1以及四個電阻組成的差分放大電路對該高共模浮地電壓信號進行放大后，與電流轉(zhuǎn)對地電壓電路（R1為U1輸出電壓提供電流回路，C1用于濾波，穩(wěn)壓管V2用于限制電壓幅度）一起轉(zhuǎn)化成對地的低壓小信號，該低壓小信號電壓連接到比較器N1的正端（+），當該電壓值大于比較器負端（-）+Vref參考電壓時，比較器N1輸出翻轉(zhuǎn)為高電平（電壓值接近比較器工作電壓），比較器N1輸出連接到驅(qū)動芯片的關(guān)斷端，使得驅(qū)動芯片被關(guān)斷無法輸出驅(qū)動信號到驅(qū)動橋電路，因此驅(qū)動橋電路也無輸出，這樣功率電源VS的電流將無法輸出到電機負載，從而保護電機出現(xiàn)過流現(xiàn)象。

實施例3

如圖3所示，本實施例除了高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4的電路圖與實施1的不同，其他電路結(jié)構(gòu)均相同，本實施例的高端電壓轉(zhuǎn)電流電路4采用電流檢測放大電路，該電流檢測放大電路采用型號為AD8210的差動放大器U2，該差動放大器U2的同相輸入端經(jīng)電阻R5連接在取樣電阻Rs與驅(qū)動橋電路之間的節(jié)點處，其反向輸入端經(jīng)電阻R6與取樣電阻Rs的電源端相連，該差動放大器U2的輸出端與二極管V2的負極端相連。

通過取樣電阻Rs轉(zhuǎn)換成的高共模浮地電壓信號,再通過專用的電流檢測放大器電路變成了對地的低壓小信號，該低壓信號就可以通過比較電路去關(guān)斷驅(qū)動橋的驅(qū)動信號。

流過電機負載的電流是通過功率電源VS、取樣電阻RS、驅(qū)動橋電路、電機負載，最終到功率電源地的，根據(jù)歐姆定律，取樣電阻RS可以將流過電機負載的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號；取樣電阻的高端（接功率電源VS）、低端（接驅(qū)動橋電路）的電壓值均接近功率電源VS電壓，為高共模浮地電壓信號，但兩者的電壓差為低電壓信號，該地電壓信號通過專用的電流檢測放大器電路（無需4個電阻，內(nèi)部集成專用電路）放大后，與電流轉(zhuǎn)對地電壓電路（R1為U1輸出電壓提供電流回路，C1用于濾波，穩(wěn)壓管V2用于限制電壓幅度）一起轉(zhuǎn)化成對地的低壓小信號，該低壓小信號電壓連接到比較器N1的正端（+），當該電壓值大于比較器負端（-）+Vref參考電壓時，比較器N1輸出翻轉(zhuǎn)為高電平（電壓值接近比較器工作電壓），比較器N1輸出連接到驅(qū)動芯片的關(guān)斷端，使得驅(qū)動芯片被關(guān)斷無法輸出驅(qū)動信號到驅(qū)動橋電路，因此驅(qū)動橋電路也無輸出，這樣功率電源VS的電流將無法輸出到電機負載，從而保護電機出現(xiàn)過流現(xiàn)象。

以上所述的實施例僅僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本實用新型的范圍進行限定，在不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本實用新型權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。