本發(fā)明涉及電子電路技術(shù)，具體的說是涉及一種基于多點采樣過流保護電路的電機控制器。

背景技術(shù)：

電子繼電器是一種電子控制器件，通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”，故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護、轉(zhuǎn)換電路等作用。目前，電機的過流保護主要包括機械保護和電子繼電器保護。其中，機械保護存在精度差、可靠性無法保證的缺點，而電磁繼電器雖然具有很高的可靠性，但是體積大、耗材多，并且受銅的價格限制、成本較高。與以上兩種保護方式相比，采用電子繼電器保護不僅具有可靠性高、精度好等優(yōu)勢，而且解決了電磁繼電器受銅價影響的成本問題，具有更加廣闊的應(yīng)用前景。而現(xiàn)有技術(shù)中缺少對電子繼電器的過流保護電路，有可能對電機造成傷害，因此，針對電子繼電器的過流保護電路的設(shè)計尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的，就是針對上述不足之處提出了一種基于多點采樣過流保護電路的電機控制器。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：

基于多點采樣過流保護電路的電機控制器，包括電子繼電器模塊、電壓采樣模塊、過流保護模塊和驅(qū)動模塊，所述電子繼電器模塊的輸出端連接電機，其接地端連接所述電壓采樣模塊的輸入端；所述過流保護模塊的輸入端連接所述電壓采樣模塊的輸出端，其輸出端通過驅(qū)動模塊后連接電子繼電器模塊的控制端；

所述過流保護模塊包括計時器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、第一減法器、第二減法器、第三減法器和邏輯電路，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端作為所述過流保護電路的輸入端，其輸出端連接第一寄存器、第二寄存器和第三寄存器的輸入端；所述計時器產(chǎn)生第一使能信號ena、第二使能信號enb和第三使能信號enc，所述第一使能信號ena輸入第一寄存器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使能端，所述第二使能信號enb輸入第二寄存器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使能端，所述第三使能信號enc輸入第三寄存器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一減法器、第二減法器和第三減法器的使能端；第一減法器的減數(shù)輸入端連接第一寄存器的輸出端，其被減數(shù)輸入端連接第二寄存器的輸出端；第二減法器的減數(shù)輸入端連接第二寄存器的輸出端，其被減數(shù)輸入端連接第三寄存器的輸出端；第三減法器的減數(shù)輸入端連接第一減法器的輸出端，其被減數(shù)輸入端連接第二減法器的輸出端；邏輯電路的輸入端連接第三減法器的輸出端，其輸出端作為所述過流保護電路的輸出端。

具體的，所述驅(qū)動模塊包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第二nmos管nm2、第三nmos管nm3和電阻r1，

第一反相器的輸入端連接所述過流保護模塊的輸出端，第四反相器的輸出端連接所述電子繼電器模塊的控制端；

第二反相器的輸入端連接第一反相器的輸出端和第二nmos管nm2的柵極，其輸出端連接第三nmos管nm3的柵極；

第一pmos管pm1的漏極連接第二nmos管nm2的漏極和第二pmos管pm2的柵極，其柵極連接第二pmos管pm2的漏極、第三nmos管nm3的漏極和第三反相器的輸入端，第二nmos管nm2和第三nmos管nm3的源極接地，第一pmos管pm1和第二pmos管pm2的源極接電機的供電電壓vin；

第四反相器的輸入端連接第三反相器的輸出端，電阻r1接在第四反相器的輸出端和地之間。

具體的，所述電子繼電器模塊包括第一nmos管nm1，第一nmos管nm1的柵極作為所述電子繼電器模塊的控制端，其漏極作為所述電子繼電器模塊的輸出端，其源極作為所述電子繼電器模塊的接地端。

具體的，所述電子繼電器模塊為igbt功率模塊。

具體的，所述電子繼電器模塊為gto功率模塊。

具體的，所述電壓采樣模塊包括采樣電阻rs和運算放大器opa，運算放大器opa的負(fù)向輸入端作為所述電壓采樣模塊的輸入端，其正向輸入端接地，其輸出端作為所述電壓采樣模塊的輸出端，采樣電阻rs接在所述電壓采樣模塊的輸入端和地之間。

具體的，在交流應(yīng)用下，所述電壓采樣模塊由阻容分壓模塊構(gòu)成。

具體的，在交流應(yīng)用下，所述電壓采樣模塊由電容串聯(lián)分壓模塊構(gòu)成。

本發(fā)明的工作原理為：電壓采樣模塊采樣電機的工作電流，過流保護模塊識別電機是否發(fā)生堵轉(zhuǎn)并通過驅(qū)動模塊控制電子繼電器模塊的開啟和關(guān)斷；設(shè)定計時器在第一時間節(jié)點輸出第一使能信號ena控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc將電壓采樣模塊的輸出電壓v1轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的數(shù)字信號并存儲到第一寄存器，在第二時間節(jié)點輸出第二使能信號enb控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc將電壓采樣模塊的輸出電壓v1轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的數(shù)字信號并存儲到第二寄存器，在第三時間節(jié)點輸出第三使能信號enc控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc將電壓采樣模塊的輸出電壓v1轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的數(shù)字信號并存儲到第三寄存器，其中第一時間節(jié)點為上電瞬間，第二時間節(jié)點和第三時間節(jié)點為上電過程中的兩個時間節(jié)點，第二時間節(jié)點與第一時間節(jié)點之間的間隔等于第三時間節(jié)點和第二時間節(jié)點之間的間隔；在第三使能信號enc的控制下，第一減法器用第一寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第二減法器用第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第三寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第三減法器再將第一減法器輸出的數(shù)據(jù)減去第二減法器輸出的數(shù)據(jù)，得到的第三減法器的輸出信號通過邏輯電路綜合后輸入到驅(qū)動模塊，驅(qū)動模塊通過控制電子繼電器模塊從而控制電機的開啟和關(guān)斷。

當(dāng)電機上電正常起動時，流過電機的電流i產(chǎn)生一個很大的峰值，進(jìn)而緩慢降低為正常工作時的電流值。電壓采樣模塊采樣流過電機的電流得到輸出電壓v1，計時器產(chǎn)生的第一使能信號ena控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第一時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第一寄存器，計時器產(chǎn)生的第二使能信號enb控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第二時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第二寄存器，計時器產(chǎn)生的第三使能信號enc控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第三時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第三寄存器。在第三使能信號enc的控制下，第一減法器用第一寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第二減法器用第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第三寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第三減法器再將第一減法器輸出的數(shù)據(jù)減去第二減法器輸出的數(shù)據(jù)，此時第一減法器的輸出信號明顯大于第二減法器的輸出信號，故輸出得到一個正的數(shù)字信號，經(jīng)過邏輯電路logic的邏輯綜合后過流保護模塊輸出v2不翻轉(zhuǎn)且始終為低電平，如圖2所示；v2為驅(qū)動模塊的輸入，經(jīng)過驅(qū)動模塊后到達(dá)輸出端v3為高電平，開啟電子繼電器，電機正常起動。

當(dāng)電機正常起動后，處于工作狀態(tài)時，流過電機的電流為i，電壓采樣模塊采樣電流i得到一個電壓v1；計時器使能控制模式轉(zhuǎn)換器adc、第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、第一減法器、第二減法器和第三減法器保持起動時的狀態(tài)經(jīng)過邏輯電路logic綜合后輸出v2，此時v2為低電平；v2為低電平，經(jīng)過驅(qū)動模塊后的輸出信號v3為高電平，開啟電子繼電器，電機正常運轉(zhuǎn)。

當(dāng)電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)過流時，流過電機的電流i始終處于一個較大峰值，峰值電流隨時間起初會有輕微下降然后保持不變。電壓采樣模塊采樣流過電機的電流得到輸出電壓v1，計時器產(chǎn)生的第一使能信號ena控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第一時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第一寄存器，計時器產(chǎn)生的第二使能信號enb控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第二時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第二寄存器，計時器產(chǎn)生的第三使能信號enc控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第三時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第三寄存器。在第三使能信號enc的控制下，第一減法器用第一寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第二減法器用第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第三寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第三減法器再將第一減法器輸出的數(shù)據(jù)減去第二減法器輸出的數(shù)據(jù)，此時第一減法器的輸出信號接近或等于第二減法器的輸出信號，故輸出得到一個近似為零的數(shù)字信號，與上電正常起動所得數(shù)字信號有巨大差異，經(jīng)過邏輯電路logic的邏輯綜合后過流保護模塊輸出v2翻轉(zhuǎn)為高電平并且始終保持高電平直至重新上電；v2為驅(qū)動模塊的輸入，經(jīng)過驅(qū)動模塊后輸出信號v3為低電平，關(guān)斷電子繼電器，從而關(guān)斷電機。

本發(fā)明的有益效果是：提供一種基于多點采樣過流保護電路的電機控制器，能夠準(zhǔn)確有效地區(qū)分電機上電時和堵轉(zhuǎn)過流時造成的大電流，在電壓采樣模塊采樣到大電壓時，過流保護模塊識別電機是否發(fā)生堵轉(zhuǎn)，一旦確認(rèn)電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)，及時關(guān)斷電子繼電器，進(jìn)而關(guān)斷電機，保護芯片和電機；過流保護模塊中采用多點采樣的方法，保證了判斷的精度。

附圖說明

圖1所示是本發(fā)明提供的基于多點采樣過流保護電路的電機控制器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是實施例中上電過程中電機工作電流與采樣模塊輸出電壓v1以及過流保護模塊中各個信號的關(guān)系圖；

圖3是實施例中堵轉(zhuǎn)過程中電機堵轉(zhuǎn)電流與采樣模塊輸出電壓v1以及過流保護模塊中各個信號的關(guān)系圖；

圖4是實施例中驅(qū)動模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，詳細(xì)描述本發(fā)明的技術(shù)方案：

如圖1所示為本發(fā)明提供的基于多點采樣過流保護電路的電機控制器的結(jié)構(gòu)示意圖，包括電壓采樣模塊、過流保護模塊、驅(qū)動模塊、電子繼電器模塊；電子繼電器模塊的輸出端連接電機，其接地端連接電壓采樣模塊的輸入端；過流保護模塊的輸入端連接電壓采樣模塊的輸出端，其輸出端通過驅(qū)動模塊后連接電子繼電器模塊的控制端；其中，電壓采樣模塊采樣電機的工作電流，過流保護模塊在電機發(fā)生過流時關(guān)斷電機，驅(qū)動模塊控制電子繼電器的開啟與關(guān)斷。

過流保護模塊包括計時器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、第一減法器、第二減法器、第三減法器和邏輯電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入端作為過流保護電路的輸入端，其輸出端連接第一寄存器、第二寄存器和第三寄存器的輸入端；計時器產(chǎn)生第一使能信號ena、第二使能信號enb和第三使能信號enc，第一使能信號ena輸入第一寄存器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使能端，第二使能信號enb輸入第二寄存器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器的使能端，第三使能信號enc輸入第三寄存器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、第一減法器、第二減法器和第三減法器的使能端；第一減法器的減數(shù)輸入端連接第一寄存器的輸出端，其被減數(shù)輸入端連接第二寄存器的輸出端；第二減法器的減數(shù)輸入端連接第二寄存器的輸出端，其被減數(shù)輸入端連接第三寄存器的輸出端；第三減法器的減數(shù)輸入端連接第一減法器的輸出端，其被減數(shù)輸入端連接第二減法器的輸出端；邏輯電路的輸入端連接第三減法器的輸出端，其輸出端作為過流保護電路的輸出端。

實施例：

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

如圖1中的電壓采樣模塊所示，本實施例中的電壓采樣模塊包括采樣電阻rs和運算放大器opa，運算放大器opa的負(fù)向輸入端作為電壓采樣模塊的輸入端，其正向輸入端接地，其輸出端作為電壓采樣模塊的輸出端，采樣電阻rs接在所述電壓采樣模塊的輸入端和地之間。

在交流應(yīng)用下，電壓采樣模塊還可以由阻容分壓模塊或電容串聯(lián)分壓模塊構(gòu)成。

如圖4所示，本實施例中的驅(qū)動模塊包括第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器、第一pmos管pm1、第二pmos管pm2、第二nmos管nm2、第三nmos管nm3和電阻r1，第一反相器的輸入端連接過流保護模塊的輸出端，第四反相器的輸出端連接電子繼電器模塊的控制端；第二反相器的輸入端連接第一反相器的輸出端和第二nmos管nm2的柵極，其輸出端連接第三nmos管nm3的柵極；第一pmos管pm1的漏極連接第二nmos管nm2的漏極和第二pmos管pm2的柵極，其柵極連接第二pmos管pm2的漏極、第三nmos管nm3的漏極和第三反相器的輸入端，第二nmos管nm2和第三nmos管nm3的源極接地，第一pmos管pm1和第二pmos管pm2的源極接電機的供電電壓vin；第四反相器的輸入端連接第三反相器的輸出端，電阻r1接在第四反相器的輸出端和地之間。其中電機的供電電壓vin為直流電壓，大約為12v。

本實施例中電子繼電器模塊包括第一nmos管nm1，第一nmos管nm1的柵極作為電子繼電器模塊的控制端，其漏極作為電子繼電器模塊的輸出端，其源極作為電子繼電器模塊的接地端。

電子繼電器模塊還可以為igbt功率模塊或gto功率模塊。其中igbt功率模塊包括一個igbt管，即絕緣柵雙極型晶體管，gto功率模塊包括一個gto管，即門極關(guān)斷晶閘管，其連接方式與第一nmos管nm1相同。

本實施例的工作原理為：

當(dāng)電機上電正常起動時，流過電機的電流i產(chǎn)生一個很大的峰值，進(jìn)而緩慢降低為正常工作時的電流值。電壓采樣模塊采樣流過電機的電流得到輸出電壓v1，計時器產(chǎn)生的第一使能信號ena控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第一時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第一寄存器，計時器產(chǎn)生的第二使能信號enb控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第二時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第二寄存器，計時器產(chǎn)生的第三使能信號enc控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第三時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第三寄存器。在第三使能信號enc的控制下，第一減法器用第一寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第二減法器用第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第三寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第三減法器再將第一減法器輸出的數(shù)據(jù)減去第二減法器輸出的數(shù)據(jù)，此時第一減法器的輸出信號明顯大于第二減法器的輸出信號，故輸出得到一個正的數(shù)字信號，經(jīng)過邏輯電路logic的邏輯綜合后過流保護模塊輸出v2不翻轉(zhuǎn)且始終為低電平，如圖2所示；v2為驅(qū)動模塊的輸入，經(jīng)過驅(qū)動模塊中的第一反相器、第二反相器控制第二nmos管nm2、第二pmos管pm2導(dǎo)通，第一pmos管pm1、第三nmos管nm3關(guān)斷，經(jīng)過第三反相器、第四反相器后到達(dá)輸出端v3為高電平，開啟電子繼電器，電機正常起動。

當(dāng)電機正常起動后，處于工作狀態(tài)時，流過電機的電流為i，電壓采樣模塊采樣電流i得到一個電壓v1；計時器使能控制模式轉(zhuǎn)換器adc、第一寄存器、第二寄存器、第三寄存器、第一減法器、第二減法器和第三減法器保持起動時的狀態(tài)經(jīng)過邏輯電路logic綜合后輸出v2，此時v2為低電平；v2為低電平，經(jīng)過驅(qū)動模塊中的第一反相器、第二反相器控制第二nmos管nm2、第二pmos管pm2導(dǎo)通，第一pmos管pm1、第三nmos管nm3關(guān)斷，經(jīng)過第三反相器、第四反相器后到達(dá)輸出端v3為高電平，開啟電子繼電器，電機正常起動。

當(dāng)電機發(fā)生堵轉(zhuǎn)過流時，流過電機的電流i始終處于一個較大峰值，峰值電流隨時間起初會有輕微下降然后保持不變。電壓采樣模塊采樣流過電機的電流得到輸出電壓v1，計時器產(chǎn)生的第一使能信號ena控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第一時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第一寄存器，計時器產(chǎn)生的第二使能信號enb控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第二時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第二寄存器，計時器產(chǎn)生的第三使能信號enc控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc在第三時間節(jié)點將v1轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)字信號并存入第三寄存器。在第三使能信號enc的控制下，第一減法器用第一寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第二減法器用第二寄存器所存儲的數(shù)據(jù)減去第三寄存器所存儲的數(shù)據(jù)，第三減法器再將第一減法器輸出的數(shù)據(jù)減去第二減法器輸出的數(shù)據(jù)，此時第一減法器的輸出信號接近或等于第二減法器的輸出信號，故輸出得到一個近似為零的數(shù)字信號，與上電正常起動所得數(shù)字信號有巨大差異，經(jīng)過邏輯電路logic的邏輯綜合后過流保護模塊輸出v2翻轉(zhuǎn)為高電平并且始終保持高電平直至重新上電，如圖3所示；v2為驅(qū)動模塊的輸入，經(jīng)過驅(qū)動模塊中的第一反相器、第二反相器控制第二nmos管nm2、第二pmos管pm2導(dǎo)通，第一pmos管pm1、第三nmos管nm3關(guān)斷，經(jīng)過第三反相器、第四反相器后到達(dá)輸出端v3為高電平，開啟電子繼電器，電機正常起動。