專利名稱：直流有刷電機的過流保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電機過流保護技術，尤其是涉及直流有刷電機的過流保護裝置。
背景技術：
在有刷直流電機控制電路的過流保護應用領域，通常做法是在執行電路的下橋臂開 關管源極與地之間串一個或幾個并聯功率電阻，阻值視電流大小從幾毫歐到幾歐不等。 從電阻與開關管源極連接處取電壓信號經過處理輸給微控制器或者其他硬件電路，當檢 測到此點電壓信號高于某點設定值時控制電路響應設定動作實行電路過流保護。 一般情 況下，此檢測信號直接給硬件電路，因為硬件電路響應速度快，由它來迅速關斷電子功 率開關管，可以有效保護開關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。當電機發生堵轉時，電機會在過流沖擊——停止 ——過流沖擊狀態下反復經受電流沖擊，可能會對功率開關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到電源和負載；另一 端接經分壓電阻R1和R2的連接點，作為參考電壓點。Rl另一端和穩壓源相接，穩壓源 經一個浮地電阻R6與地相連。其工作原理是當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，觸發后續電路采取對主電路進行保護措施。 但是該電路的電流檢測電阻接在電源端，如果應用在電源電壓要經常波動并且波動幅度 較大時，會造成告警電平的誤輸出。而且此過流保護只有硬件保護功能，在電機由于堵 轉或者重載情況下，發生電流沖擊——迅速下降——沖擊的長時間頻繁起停現象，此現 象很有可能造成功率開關管和電機的永久損壞。
發明內容
本實用新型所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供直流有刷電機的過流 保護裝置。其用于克服過流保護動作單靠硬件保護有可能引起電路不穩定性以及電源電 壓波動時對檢測信號準確性的影響，在硬件保護基礎上引入軟件檢測主電路電流大小， 設置軟件中相關參數以達到在電路過流時對電子功率管和電機進行有效合理的保護。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是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；其中微控制器的脈寬調制輸出端口與橋驅 動電路的脈寬調制接收端口相連通；橋驅動電路輸出信號控制端口連接執行電路；執行 電路的底端連接電流采樣電阻R5到地，并且在執行電路與電流采樣電阻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采樣端口相連接；
微控制器的脈寬調制輸出端口輸出一個脈寬調制波輸給橋驅動電路，的接收端口， 橋驅動電路的6個輸出端口分別為BH0端口經電阻R1與第一開關管K1的柵極相接、BHS 端口直接與第一開關管K1的源級相接、BLO端口經電阻R3與第三開關管K3柵極相接、 ALO端口經電阻R4與第四開關管K4柵極相接、AHS端口直接與第二開關管K2的源級相 接、AH0端口經電阻R2與第二開關管K2柵極相接。
電阻R5為電流采樣電阻，流過電機和相應開關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到數瓦以上。
電阻R5 —端的電壓檢測點一路經R8電阻輸給遲滯比較器的反相端；另一路經電阻 R13輸給比例放大器的同相端。
上述的執行電路由第一開關管Kl、第二開關管K2、第三開關管K3和第四開關管K4 組成；其中第一開關管K1的漏極與第二開關管K2的漏極相連到電源VEE;第三開關管 K3的源級與第四開關管K4的源級相連并連接到到電阻R5 —端；第一開關管Kl的源級 與第三開關管K3的漏極相連，其連接點作為電機第一個供電端和橋驅動電路的BHS端 口相連；第二開關管K2的源級與第四開關管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 模數轉換采樣端口相連。
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 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動電路的 使能端相接。當流經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 驅動電路的使能端口 DIS—旦接收到高電平則立刻關閉四個開關管，實現電路的硬件保 護。
上述的比例放大器為同相比例放大器，集成運放U4的同相端經輸入電阻R13與電阻 R5相接；反相端經電阻R12和電阻R14分別與地和輸出端相接。由于電阻R5上產生的電壓信號比較微小需要對此信號進行放大，通過集成運放U4輸出端輸給微控制器l]1的 AD1模數轉換采樣端口進行采樣。當微控制器AD1模數轉換采樣端口采樣的電壓值大于 某一設定值時并且開始計時到設定的時間，此時微控制器的一個端口輸出占空比為50% 的脈寬調制波促使電機停轉一段時間以達到避免電機長時間過流運行的目的。
與現有技術相比，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 不會影響其產生檢測電壓反應實際電流大小的準確性。更重要的是本實用新型在電路過
流時在迅速響應硬件保護基礎上將軟件保護結合起來，達到對電機和開關管更合理有效
的保護，延長其工作壽命。


圖l是本實用新型實施例的模塊連接結構示意圖； 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系示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖實施例對本實用新型作進一步詳細描述。
附圖標號說明微控制器l、橋驅動電路2、執行電路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裝置，包括有微控制器l、橋
驅動電路2、執行電路3;其中微控制器l的脈寬調制輸出端口與橋驅動電路2的脈
寬調制接收端口相連通；橋驅動電路2輸出信號控制端口連接執行電路3;執行電路3 的底端連接電流采樣電阻R5到地，并且在執行電路3與電阻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的模數轉換采樣端口相連接；
微控制器1的脈寬調制輸出端口輸出一個脈寬調制波輸給橋驅動電路2，的接收端 口，橋驅動電路2的6個輸出端口分別為BH0端口經電阻R1與第一開關管K1的柵極相 接、BHS端口直接與第一開關管Kl的源級相接、BLO端口經電阻R3與第三開關管K3柵 極相接、AL0端口經電阻R4與第四開關管K4柵極相接、AHS端口直接與第二開關管K2 的源級相接、AHO端口經電阻R2與第二開關管K2柵極相接。
電阻R5為電流采樣電阻，流過電機和相應開關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到數瓦以上。電阻R5—端的電壓檢測點 一路經R8電阻輸給遲滯比較器的反相端；另一路經電阻R13輸給比例放大器的同相端。
執行電路3由第一開關管Kl、第二開關管K2、第三開關管K3和第四開關管K4組 成；其中第一開關管K1的漏極與第二開關管K2的漏極相連到電源VEE;第三開關管K3的源級與第四開關管K4的源級相連并連接到到電阻R5 —端；第一開關管Kl的源級與 第三開關管K3的漏極相連，其連接點作為電機第一個供電端和橋驅動電路2的BHS端 口相連；第二開關管K2的源級與第四開關管K4的漏極相連，其連接點作為電機的第二 個供電端和橋驅動電路2的AHS端口相連；橋驅動電路2的BH0端口經電阻Rl與第一 開關管K1柵極相連，BL0端口經電阻R3與第三開關管K3的柵極相連，ALO端口經電阻 R4與第四開關管K4的柵極相連，AHO端口經電阻R2與第二開關管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模數轉 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動電路的使能端 相接；當流經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，而橋驅動電 路的使能端口 DIS用于接收到高電平則立刻關閉四個開關管，完成電路的硬件保護。
比例放大器5為同相比例放大器，集成運放U4的同相端經輸入電阻R13與電阻R5 相接；反相端經電阻R12和電阻R14分別與地和輸出端相接；由于電阻R5上產生的電 壓信號比較微小需要對此信號進行放大,通過集成運放U4輸出端輸給微控制器Ul的AD1 模數轉換采樣端口進行采樣；當微控制器AD1模數轉換采樣端口采樣的電壓值大于某一 設定值時并且開始計時到設定的時間，此時微控制器的一個端口輸出占空比為50%的脈 寬調制波促使電機停轉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，輸出相應占空比的脈沖調制波給橋驅動電 路；橋驅動電路根據此脈沖調制波占空比的大小，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行電路的第一開關管K1、第二開關管 K2、第三開關管K3和第四開關管K4導通開關時序，以達到對電機進行正反轉及速度控 制的目的。
執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生一個電壓 信號。此電壓信號大小設為Kh^，流經電機、開關管和電阻R5的電流設為/d，電阻R5的阻值為i 。有如下簡單關系式^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經電阻R13與集成運放U4的同相端連接，U4的反相端一路經電阻R12跟地連接，
另一路經電阻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U4輸出端電壓信號為J/。ut, -a，Fehd，其中a是放大倍數。其工作原理是在微控制器
程序里設置一個參考電壓K^，隨著檢測電壓K^ek增大K。^相應增大，當F^大于參考
電壓^f,時并持續一段可設定時間，此時可判斷電機已經工作在重載狀態，通過微控制
器輸出占空比為50%的脈寬調制波強制電機停止一段可設定的時間，達到保護電機和開 關管的目的。
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^經電阻R8與比較器的反相端相接；電阻R6、 R7
對電源VDD進行分壓，在其連接點提供參考電壓^"經電阻R9與比較器同相端連接。
同相端一路經電阻R10與輸出端連接，輸出端一路經電阻R11與電源VDD連接，另一路 直接與驅動電路的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。^k表示輸入端的檢測電 壓。其工作原理如下當流經電機、開關管和電阻R4的電流/d增大相應的檢測電壓^。k 也增大，當F。he。k大于C^時，輸出電壓"ut2變為低電平促使橋驅動電路立刻關斷四個
開關管，實現電路硬件保護。只有當電流下降對應的電壓K。he。k小于t^時，輸出電壓
rout2重新變高，電路實現正常工作。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，所以設置硬件保護動作限流值要大于IO倍額定電流。但是如果電 機發生過載時，其電流值往往會達到額定電流的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。當檢測到電機的電流一直大于設定值時，并且持續時間達到某設定值時，微控制器輸出占空 比為50%的脈寬調制波，促使電機停轉某一段可設定的時間，實現電路的軟件保護。將 硬件保護和軟件保護結合起來，達到對電機和開關管更合理有效的保護，延長其工作壽 命。
雖然本實用新型已通過參考優選的實施例進行了圖示和描述，但是，本專業普通技 術人員應當了解，在本實用新型的范圍內，可作形式和細節上的各種各樣變化。
權利要求1、直流有刷電機的過流保護裝置，包括有微控制器(1)、橋驅動電路(2)、執行電路(3)；其特征是所述的微控制器(1)的脈寬調制輸出端口與橋驅動電路(2)的脈寬調制接收端口相連通；所述的橋驅動電路(2)輸出信號控制端口連接所述的執行電路(3)；所述的執行電路(3)的底端連接電流采樣電阻R5到地，并且在所述的執行電路(3)與電流采樣電阻R5的連接點構成電壓檢測點，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)的模數轉換采樣端口相連接。
2、 根據權利要求1的直流有刷電機的過流保護裝置，其特征是所述的執行電路 (3)由第一開關管K1、第二開關管K2、第三開關管K3和第四開關管K4組成；其中第一 開關管Kl的漏極與第二開關管K2的漏極相連到電源VEE;第三開關管K3的源級與第四 開關管K4的源級相連并連接到到電阻R5 —端；第一開關管Kl的源級與第三開關管K3 的漏極相連，其連接點作為電機第一個供電端和橋驅動電路(2)的BHS端口相連；第二 開關管K2的源級與第四開關管K4的漏極相連，其連接點作為電機的第二個供電端和橋 驅動電路(2)的AHS端口相連。
3、 根據權利要求1或2的直流有刷電機的過流保護裝置，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和橋驅動電路(2)的DIS端；所述的電阻Rll —端連接電源VDD。
4、 根據權利要求3的直流有刷電機的過流保護裝置，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 轉換采樣端口相連。
專利摘要本實用新型公開了直流有刷電機的過流保護裝置，包括有微控制器、橋驅動電路、執行電路；微控制器的脈寬調制輸出端口與橋驅動電路的脈寬調制接收端口相連通；橋驅動電路輸出信號控制端口連接執行電路；執行電路的底端連接電流采樣電阻R5到地，并且在執行電路與電流采樣電阻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采樣端口相連接；其在硬件保護基礎上引入軟件檢測主電路電流大小，設置軟件中相關參數以達到在電路過流時對電子功率管和電機進行有效合理的保護。
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 優先權日2008年11月20日
發明者何祖國, 張衛強, 成吉樣, 汪文平 申請人:寧波力達物流設備有限公司