CN103944487B - 直流电机限流保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流电机限流保护电路，包括单片机单元、驱动单元、MOS开关管、采样电阻和续流二极管，单片机单元的输出端经驱动单元和MOS开关管的栅极相连，MOS开关管的漏极和直流电机M的负端相连，直流电机M的正端和直流电源E的正极相连，MOS开关管的源极经采样电阻和直流电源E的负极相连，MOS开关管的源极再与驱动单元的采样电流输入端相连，驱动单元的过流反馈信号输出端和单片机单元的输入端相连，续流二极管和直流电机M反向并联。使用本发明的电动设备，在电机因负载过大而停转后，不需要重新启动开关，只需要减小电机的负载，电动设备便可重新运转，不仅操作方便，提高工作效率，而且保持电动设备工作的连惯性。
Description
技术领域
本发明涉及直流电机，尤其涉及一种直流电机限流保护电路。
背景技术
许多电器、电动设备上都会用到直流电机，但当负载加大时，直流电机会出现堵转现象。例如割草机，在切割草稀疏的地方时切割顺畅，在切割草密集的地方时，电机负载加大，会出现堵转现象，在普通的过载保护电路作用下电机会停转。又如链锯，在切割细木头时切割顺畅，在切割粗木头时，电机负载加大，会出现堵转现象，在普通的过载保护电路作用下电机会停转。因此，采用上述这些普通过载保护电路的电动设备，堵转后需重新启动开关，机器才能运转。上述割草机发生电机停转后，须松开开关，将割草机后退，再重新启动开关，割草机才能重新运转，再进行切割，但失去了切割的连惯性。上述链锯发生电机停转后，须松开开关，将链锯拿出来，再重新启动开关，链锯才能重新运转，再去切割木头，但失去了切割的连惯性。因此，现有的电机过载保护电路，虽然在负载加大时能使电机停转而达到了保护电机的目的，但造成电动设备操作很不方便，既影响使用电动设备的工作质量（如割草质量或锯木质量），又影响工作效率。
发明内容
本发明主要解决原有电动设备所用的电机过载保护电路，使电机堵转后需重新启动开关，电动设备才能重新运转，不仅造成电动设备操作很不方便，影响工作效率，而且造成电动设备不能连续工作，失去工作的连惯性，影响使用电动设备的工作质量的技术问题；提供一种直流电机限流保护电路，其因负载增大使电机停转后，不需要重新启动开关，只需要减小电机的负载（如将割草机后退一点或抬高链锯），电动设备便可重新运转，因此不仅使电动设备操作非常方便，提高工作效率，而且确保电动设备能连续工作，保持工作的连惯性，提高使用电动设备的工作质量（如提高割草质量或锯木质量）。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括单片机单元、驱动单元、MOS开关管、采样电阻和续流二极管及为单片机单元和驱动单元提供工作电压的电源变换单元，电源变换单元和直流电源E相连，单片机单元的输出端和驱动单元的输入端相连，驱动单元的输出端和MOS开关管的栅极相连，MOS开关管的漏极和直流电机M的负端相连，直流电机M的正端和所述的直流电源E的正极相连，MOS开关管的源极经采样电阻和所述的直流电源E的负极相连，采样电阻和MOS开关管的源极相连的一端再与所述的驱动单元的采样电流输入端相连，驱动单元的过流反馈信号输出端和所述的单片机单元的输入端相连，所述的续流二极管和所述的直流电机M反向并联。由单片机单元发出信号给驱动单元，再由驱动单元控制MOS开关管的通断，从而自动控制直流电机的运行或停转。通过采样电阻实时采集直流电机的工作电流，并通过驱动单元反馈给单片机单元，经单片机单元处理，再发出信号给驱动单元控制直流电机的运转。负载过大时，MOS开关管关断，直流电机和续流二极管形成续流回路；负载减小时，MOS开关管导通，直流电机正常运转。如割草机，因草太密集而使电机停转后，不需要重新启动开关，只需要将割草机后退一点，减小电机的负载，割草机便能自动重新运转，继续向前推进进行切割，从而保证割草的连惯性。如链锯，因木头太粗而使电机停转后，不需要重新启动开关，只需要将链锯抬高一点，减小电机的负载，链锯便能自动重新运转，继续向下进行切割，从而保证锯木头的连惯性。因此，使用本发明的电动设备，在电机因负载过大而停转后，不需要重新启动开关，只需要减小电机的负载（如将割草机后退一点或抬高链锯），电动设备便可重新运转。不仅使电动设备操作非常方便，提高工作效率，而且确保电动设备能连续工作，保持工作的连惯性，提高使用电动设备的工作质量（如提高割草质量或锯木质量）。
作为优选，所述的单片机单元包括单片机U1，单片机U1采用CS98P173单片机；所述的驱动单元包括驱动芯片U2和电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3，驱动芯片U2采用IR2121驱动芯片；单片机U1的5脚经电阻R6和驱动芯片U2的2脚相连，驱动芯片U2的7脚和所述的MOS开关管的栅极相连，所述的采样电阻和MOS开关管的源极相连的一端与驱动芯片U2的6脚相连，驱动芯片U2的4脚和5脚均和所述的直流电源E的负极相连，驱动芯片U2的3脚，一路经电阻R7和单片机U1的6脚相连，另一路经电容C3和直流电源E的负极相连，单片机U1的6脚经电阻R8和直流电源E的负极相连。电路结构简单，可靠性高，实现方便。
作为优选，所述的MOS开关管包括MOS管Q5和MOS管Q6，所述的采样电阻包括电阻RD1和电阻RD2，所述的续流二极管包括二极管D5和二极管D6；MOS管Q5的栅极和电阻R1的一端相连，MOS管Q6的栅极和电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端并接并且和所述的驱动单元的输出端相连，MOS管Q5的源极经电阻RD1和直流电源E的负极相连，MOS管Q6的源极经电阻RD2和直流电源E的负极相连，MOS管Q5的源极又和电阻R3的一端相连，MOS管Q6的源极又和电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的另一端并接并且和所述的驱动单元的采样电流输入端相连，MOS管Q5的漏极和二极管D5的正极相连，MOS管Q6的漏极和二极管D6的正极相连，二极管D5的正极与二极管D6的正极并接并且和所述的直流电机M的负端相连，二极管D5的负极与二极管D6的负极并接并且和所述的直流电机M的正端相连。本技术方案采用两个MOS管并联的结构，采样电阻、续流二极管的个数和MOS管的个数相一致，三者一一对应相连。当直流电机电流很大时，可以采用多个MOS管、采样电阻和续流二极管相连的结构；当直流电机电流不大时，也可以采用单个MOS管、采样电阻和续流二极管相连的结构。
作为优选，所述的MOS开关管包括MOS管Q5和MOS管Q6，所述的采样电阻包括电阻RD1和电阻RD2，所述的续流二极管包括二极管D5和二极管D6；MOS管Q5的栅极和电阻R1的一端相连，MOS管Q6的栅极和电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端并接并且和所述的驱动芯片U2的7脚相连，MOS管Q5的源极经电阻RD1和直流电源E的负极相连，MOS管Q6的源极经电阻RD2和直流电源E的负极相连，MOS管Q5的源极又和电阻R3的一端相连，MOS管Q6的源极又和电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的另一端并接并且和所述的驱动芯片U2的6脚相连，MOS管Q5的漏极和二极管D5的正极相连，MOS管Q6的漏极和二极管D6的正极相连，二极管D5的正极与二极管D6的正极并接并且和所述的直流电机M的负端相连，二极管D5的负极与二极管D6的负极并接并且和所述的直流电机M的正端相连。本技术方案采用两个MOS管并联的结构，采样电阻、续流二极管的个数和MOS管的个数相一致，三者一一对应相连。当直流电机电流很大时，可以采用多个MOS管、采样电阻和续流二极管相连的结构；当直流电机电流不大时，也可以采用单个MOS管、采样电阻和续流二极管相连的结构。
作为优选，所述的直流电机限流保护电路包括开关K、继电器JK和三极管Q3，开关K的一端和所述的直流电源E的正极相连，开关K的另一端和所述的电源变换单元的输入端相连，继电器JK的驱动端的正端和所述的直流电源E的正极相连，继电器JK的驱动端的负端和三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极和直流电源E的负极相连，三极管Q3的基极经电阻R9和单片机U1的3脚相连，二极管D1的正极和继电器JK的驱动端的负端相连，二极管D1的负极和继电器JK的驱动端的正端相连，继电器JK的触发开关KJ的公共端a和所述的直流电机M的负端相连，继电器JK的触发开关KJ的常闭端b经刹车电阻RD3和所述的直流电机M的正端相连，继电器JK的触发开关KJ的常开端c和所述的MOS开关管的漏极相连。通过单片机和继电器控制直流电机的通断电，控制更加可靠，进一步对电机起到保护作用。
本发明的有益效果是：使用本发明的电动设备，在电机因负载过大而停转后，不需要重新启动开关，只需要减小电机的负载，电动设备便可重新运转。不仅使电动设备操作非常方便，提高工作效率，而且确保电动设备能连续工作，保持工作的连惯性，提高使用电动设备的工作质量。本发明电路结构简单，可靠性高，实现方便。
附图说明
图1是本发明的一种电路原理连接结构框图。
图2是本发明的一种电路原理图。
图中1.单片机单元，2.驱动单元，3.MOS开关管，4.采样电阻，5.续流二极管，6.电源变换单元。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的直流电机限流保护电路，如图1所示，包括单片机单元1、驱动单元2、MOS开关管3、采样电阻4和续流二极管5及为单片机单元1和驱动单元2提供工作电压的电源变换单元6，电源变换单元6和直流电源E相连，单片机单元1的输出端和驱动单元2的输入端相连，驱动单元2的输出端和MOS开关管3的栅极相连，MOS开关管3的漏极和直流电机M的负端相连，直流电机M的正端和直流电源E的正极相连，MOS开关管3的源极经采样电阻4和直流电源E的负极相连，采样电阻4和MOS开关管的源极相连的一端再与驱动单元2的采样电流输入端相连，驱动单元2的过流反馈信号输出端和单片机单元1的输入端相连，续流二极管5和直流电机M反向并联。
如图2所示，单片机单元1包括单片机U1，单片机U1采用CS98P173单片机；驱动单元2包括驱动芯片U2和电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3，驱动芯片U2采用IR2121驱动芯片；MOS开关管3包括MOS管Q5和MOS管Q6，采样电阻4包括电阻RD1和电阻RD2，续流二极管5包括二极管D5和二极管D6；电源变换单元包括三端稳压块Q1和三端稳压块Q2，三端稳压块Q1采用78L12三端稳压块，三端稳压块Q2采用78L05三端稳压块。本实施例的直流电机限流保护电路还包括开关K、继电器JK和三极管Q3。
开关K的一端和直流电源E的正极相连，开关K的另一端经电阻R10和三端稳压块Q1的输入端相连，三端稳压块Q1的输出端和三端稳压块Q2的输入端相连，三端稳压块Q1的输出端和驱动芯片U2的8脚相连，三端稳压块Q2的输出端，一路和单片机U1的1脚相连，另一路经电阻R5和驱动芯片U2的6脚相连，单片机U1的1脚和8脚之间连接有电阻R11，三端稳压块Q1的输入端和电容C5的一端相连，三端稳压块Q1的输出端和电容C2的一端相连，三端稳压块Q2的输出端和电容C1的一端相连，电容C5的另一端、电容C2的另一端和电容C1的另一端及三端稳压块Q1的接地端、三端稳压块Q2的接地端、单片机U1的8脚均和直流电源E的负极相连。继电器JK的驱动端的正端和直流电源E的正极相连，继电器JK的驱动端的负端和三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极和直流电源E的负极相连，三极管Q3的基极经电阻R9和单片机U1的3脚相连，二极管D1的正极和继电器JK的驱动端的负端相连，二极管D1的负极和继电器JK的驱动端的正端相连；继电器JK的触发开关KJ的公共端a和直流电机M的负端相连，继电器JK的触发开关KJ的常闭端b经刹车电阻RD3和直流电机M的正端相连，直流电机M的正端和直流电源E的正极相连，继电器JK的触发开关KJ的常开端c和MOS管Q5及MOS管Q6的漏极相连。
单片机U1的5脚经电阻R6和驱动芯片U2的2脚相连，驱动芯片U2的7脚，一路经电阻R1和MOS管Q5的栅极相连，另一路经电阻R2和MOS管Q6的栅极相连，MOS管Q5的源极经电阻RD1和直流电源E的负极相连，MOS管Q6的源极经电阻RD2和直流电源E的负极相连，MOS管Q5的源极又和电阻R3的一端相连，MOS管Q6的源极又和电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的另一端并接并且和驱动芯片U2的6脚相连，MOS管Q5的漏极和二极管D5的正极相连，MOS管Q6的漏极和二极管D6的正极相连，二极管D5的正极与二极管D6的正极并接并且和继电器JK的触发开关KJ的常闭端c相连，二极管D5的负极与二极管D6的负极并接并且和直流电机M的正端相连，本实施例中，二极管D5和二极管D6均采用肖特基二极管。驱动芯片U2的4脚和5脚均和直流电源E的负极相连，电容C6和直流电源E并联，驱动芯片U2的3脚，一路经电阻R7和单片机U1的6脚相连，另一路经电容C3和直流电源E的负极相连，单片机U1的6脚经电阻R8和直流电源E的负极相连，单片机U1的7脚经跳线J和直流电源E的负极相连，电容C4和跳线J并联。
工作过程：当开关K合上时，单片机U1和驱动芯片U2得电开始工作，单片机U1的3脚输出高电平，使三极管Q3导通，则继电器JK获得驱动电压，使继电器JK的触发开关KJ的常开端c和公共端a接通，即MOS管Q5及MOS管Q6的漏极和直流电机M的负端相连。单片机U1的5脚输出高电平信号给驱动芯片U2的2脚，驱动芯片U2的7脚输出12V电压给MOS管Q5和MOS管Q6，则MOS管Q5和MOS管Q6导通，直流电源E的正极输出电流流经直流电机M、继电器JK的触发开关KJ的公共端a和常开端c、MOS管Q5、MOS管Q6、电阻RD1、电阻RD2再流回直流电源E的负极，形成回路，使直流电机M运转。当直流电机M达到最大电流过载时，电阻RD1和电阻RD2上的采样电压分别通过电阻R3和电阻R4反馈给驱动芯片U2的6脚，一旦超过设定的阈值电压，则驱动芯片U2的7脚输出低电平关断MOS管Q5和MOS管Q6，同时驱动芯片U2的3脚输出高电平信号给单片机U1的6脚，单片机U1的6脚接收到高电平信号后立即使单片机U1的5脚输出低电平信号给驱动芯片U2的2脚，驱动芯片U2的3脚回到正常电压0V。当MOS管Q5和MOS管Q6关断时，直流电机M电感的自感电流从直流电机的负端流出，流经继电器JK的触发开关KJ的公共端a和常开端c、二极管D5和二极管D6，再流回直流电机M的正端，形成续流回路。经过很短的时间后，单片机U1的5脚又输出高电平信号给驱动芯片U2的2脚，使MOS管Q5和MOS管Q6导通，形成又一个循环，让整个电路以开关工作方式给直流电机M供电并限制最大电流，此连续循环频率可选择几KHz到几十KHz。当直流电机M负载降低回到正常工作模式时，电阻RD1和电阻RD2上的采样电压低于设定的阈值电压，则驱动芯片U2的3脚不输出高电平信号给单片机U1，使MOS管Q5和MOS管Q6长期导通。若直流电机M连续过载超过一定时间，也可选择让单片机U1的5脚输出低电平信号，使直流电机M停止运转，达到保护直流电机的目的。当开关K断开时，继电器JK释放，继电器JK的触发开关KJ从正常工作时公共端a和常开端c闭合转换为公共端a和常闭端b闭合，此时直流电机M成为一个发电机，把转动惯性机械能转换成电能，电流从直流电机M的正端流出，流经刹车电阻RD3、继电器JK的触发开关KJ的常闭端b和公开端a，再流回直流电机M的负端，形成闭合回路放电，使直流电机的电能转换成刹车电阻RD3、电机漆包线内阻的热能，从而使直流电机迅速制动。
采用本发明直流电机限流保护电路后，直流电机采用开关工作方式工作，限制最大电流，整个电路的效率高，MOS开关管可以连续工作以致发热不超过最大热功耗。当直流电机电流很大时，根据需要可以采用多个MOS管并联工作及多个肖特基二极管并联工作；当直流电机电流不大时，也可以采用单个MOS管和单个肖特基二极管相连实现。
Claims (4)
1.一种直流电机限流保护电路，其特征在于包括单片机单元(1)、驱动单元(2)、MOS开关管(3)、采样电阻(4)和续流二极管(5)及为单片机单元(1)和驱动单元(2)提供工作电压的电源变换单元(6)，电源变换单元(6)和直流电源E相连，单片机单元(1)的输出端和驱动单元(2)的输入端相连，驱动单元(2)的输出端和MOS开关管(3)的栅极相连，MOS开关管(3)的漏极和直流电机M的负端相连，直流电机M的正端和所述的直流电源E的正极相连，MOS开关管(3)的源极经采样电阻(4)和所述的直流电源E的负极相连，采样电阻(4)和MOS开关管的源极相连的一端再与所述的驱动单元(2)的采样电流输入端相连，驱动单元(2)的过流反馈信号输出端和所述的单片机单元(1)的输入端相连，所述的续流二极管(5)和所述的直流电机M反向并联；所述的单片机单元(1)包括单片机U1，单片机U1采用CS98P173单片机；所述的驱动单元(2)包括驱动芯片U2和电阻R6、电阻R7、电阻R8、电容C3，驱动芯片U2采用IR2121驱动芯片；单片机U1的5脚经电阻R6和驱动芯片U2的2脚相连，驱动芯片U2的7脚和所述的MOS开关管(3)的栅极相连，所述的采样电阻(4)和MOS开关管(3)的源极相连的一端与驱动芯片U2的6脚相连，驱动芯片U2的4脚和5脚均和所述的直流电源E的负极相连，驱动芯片U2的3脚，一路经电阻R7和单片机U1的6脚相连，另一路经电容C3和直流电源E的负极相连，单片机U1的6脚经电阻R8和直流电源E的负极相连。
2.根据权利要求1所述的直流电机限流保护电路，其特征在于所述的MOS开关管(3)包括MOS管Q5和MOS管Q6，所述的采样电阻(4)包括电阻RD1和电阻RD2，所述的续流二极管(5)包括二极管D5和二极管D6；MOS管Q5的栅极和电阻R1的一端相连，MOS管Q6的栅极和电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端并接并且和所述的驱动单元(2)的输出端相连，MOS管Q5的源极经电阻RD1和直流电源E的负极相连，MOS管Q6的源极经电阻RD2和直流电源E的负极相连，MOS管Q5的源极又和电阻R3的一端相连，MOS管Q6的源极又和电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的另一端并接并且和所述的驱动单元(2)的采样电流输入端相连，MOS管Q5的漏极和二极管D5的正极相连，MOS管Q6的漏极和二极管D6的正极相连，二极管D5的正极与二极管D6的正极并接并且和所述的直流电机M的负端相连，二极管D5的负极与二极管D6的负极并接并且和所述的直流电机M的正端相连。
3.根据权利要求1所述的直流电机限流保护电路，其特征在于所述的MOS开关管(3)包括MOS管Q5和MOS管Q6，所述的采样电阻(4)包括电阻RD1和电阻RD2，所述的续流二极管(5)包括二极管D5和二极管D6；MOS管Q5的栅极和电阻R1的一端相连，MOS管Q6的栅极和电阻R2的一端相连，电阻R1的另一端与电阻R2的另一端并接并且和所述的驱动芯片U2的7脚相连，MOS管Q5的源极经电阻RD1和直流电源E的负极相连，MOS管Q6的源极经电阻RD2和直流电源E的负极相连，MOS管Q5的源极又和电阻R3的一端相连，MOS管Q6的源极又和电阻R4的一端相连，电阻R3的另一端与电阻R4的另一端并接并且和所述的驱动芯片U2的6脚相连，MOS管Q5的漏极和二极管D5的正极相连，MOS管Q6的漏极和二极管D6的正极相连，二极管D5的正极与二极管D6的正极并接并且和所述的直流电机M的负端相连，二极管D5的负极与二极管D6的负极并接并且和所述的直流电机M的正端相连。
4.根据权利要求1或3所述的直流电机限流保护电路，其特征在于包括开关K、继电器JK和三极管Q3，开关K的一端和所述的直流电源E的正极相连，开关K的另一端和所述的电源变换单元(6)的输入端相连，继电器JK的驱动端的正端和所述的直流电源E的正极相连，继电器JK的驱动端的负端和三极管Q3的集电极相连，三极管Q3的发射极和直流电源E的负极相连，三极管Q3的基极经电阻R9和单片机U1的3脚相连，二极管D1的正极和继电器JK的驱动端的负端相连，二极管D1的负极和继电器JK的驱动端的正端相连，继电器JK的触发开关KJ的公共端a和所述的直流电机M的负端相连，继电器JK的触发开关KJ的常闭端b经刹车电阻RD3和所述的直流电机M的正端相连，继电器JK的触发开关KJ的常开端c和所述的MOS开关管的漏极相连。
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