CN208094168U - 一种电机控制失效保护电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机控制失效保护电路及装置，其中所述电机控制失效保护电路包括电流检测模块、控制模块以及开关驱动模块，其中，所述电流检测模块用于采集开关驱动模块中的电流信号，以输出相应的反馈信号；所述控制模块用于接收所述反馈信号以生成相应的控制信号；所述开关驱动模块包括驱动单元以及开关单元，所述驱动单元用于接收所述控制信号以控制所述开关单元的导通和关断，从而控制与所述开关单元电性相连的电机的工作状态。本实用新型能够更为精准有效地检测到短路情况，并进行相应的电机保护。

Description

一种电机控制失效保护电路及装置

技术领域

本实用新型涉及电路领域，尤其涉及一种电机控制失效保护电路及装置。

背景技术

目前的电机行业中，无刷电机的市场需求大，应用领域广，处于一个持续增长的发展期。在无刷控制技术应用日益成熟的同时，客户对无刷电机的性能要求越来高，除了成本不断下降外，无刷电机精确性、稳定性、可靠性、安全性等成为客户关注的焦点。若电机控制电路中的MOS管短路或失效，则会给电机运行造成极大影响，更加严重的是会导致控制电路或电机损毁或烧毁，进而导致重大安全问题的发生。

发明内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够更为精准有效地检测到短路情况，并进行相应的电机保护的电机控制失效保护电路及装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下方案实现：

第一方面，本实用新型提供了一种电机控制失效保护电路，包括电流检测模块、控制模块以及开关驱动模块，其中，

所述电流检测模块用于采集开关驱动模块中的电流信号，以输出相应的反馈信号；

所述控制模块用于接收所述反馈信号以生成相应的控制信号；

所述开关驱动模块包括驱动单元以及开关单元，所述驱动单元用于接收所述控制信号以控制所述开关单元的导通和关断，从而控制与所述开关单元电性相连的电机的工作状态。

进一步地，所述电流检测模块包括运算放大器U4B、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电容C33、电容C34以及电容C35，所述电阻R44的一端与所述开关单元的采样输出端相连，所述电阻R44的另一端与所述运算放大器U4B的正相输入端相连，所述电阻R44的另一端还通过电容C33接地；所述电阻R45的一端与第一直流输入端相连，所述电阻R45的另一端与所述运算放大器U4B的负相输入端相连，所述电阻R45的另一端还通过电阻R46接地，所述电容C34与所述电阻R46相并联；所述运算放大器U4B的输出端通过电阻R47与所述控制模块的第一输入端相连, 所述运算放大器U4B的输出端还依次通过电阻R47、电容C35接地。

进一步地，所述控制模块包括微处理器U3，所述微处理器U3的第一输入端通过电阻R47与所述运算放大器U4B的输出端相连，所述微处理器U3的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端以及第六输出端分别对应地与所述驱动单元中的不同的输入端相连。

进一步地，所述驱动单元包括驱动芯片U5以及与所述驱动芯片U5相应的***电路，所述驱动芯片U5的第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第五输入端以及第六输入端分别对应地与所述微处理器U3的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端以及第六输出端相连；所述开关单元包括W相上桥臂开关管、V相上桥臂开关管、U相上桥臂开关管、W相下桥臂开关管、V相下桥臂开关管、U相下桥臂开关管、电阻R39、电阻R29、电阻R30、电阻R22、电阻R41、电阻R40以及电阻R38；所述W相上桥臂开关管、V相上桥臂开关管以及U相上桥臂开关管的漏极均与外部电源相连，所述W相上桥臂开关管、V相上桥臂开关管以及U相上桥臂开关管的源极分别对应地与所述W相下桥臂开关管、V相下桥臂开关管以及U相下桥臂开关管的漏极相连，所述W相上桥臂开关管、V相上桥臂开关管以及U相上桥臂开关管的源极还分别对应地与电机的W相输入端、V相输入端以及U相输入端相连，所述W相下桥臂开关管、V相下桥臂开关管以及U相下桥臂开关管的源极均与电阻R39的一端相连，所述电阻R39的另一端接地，所述电阻R39的一端与所述电阻R44的一端相连；所述W相上桥臂开关管的栅极通过电阻R29与所述驱动芯片U5的第一输出端相连；所述V相上桥臂开关管的栅极通过电阻R30与所述驱动芯片U5的第二输出端相连；所述U相上桥臂开关管的栅极通过电阻R22与所述驱动芯片U5的第三输出端相连；所述W相下桥臂开关管的栅极通过电阻R41与所述驱动芯片U5的第四输出端相连；所述V相下桥臂开关管的栅极通过电阻R40与所述驱动芯片U5的第五输出端相连；所述U相下桥臂开关管的栅极通过电阻R38与所述驱动芯片U5的第六输出端相连。

第二方面，本实用新型还提供了一种电机控制失效保护装置，包括电机以及上述第一方面所述的电机控制失效保护电路，所述电机控制失效保护电路用于控制所述电机的工作状态。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：本电机控制失效保护电路能够快速检测到短路情况，从而触发控制电机工作状态的开关电路的中断，阻止控制板或电机进一步损毁或烧毁，避免重大安全问题发生。

附图说明

图1 为本实用新型一种电机控制失效保护电路的模块图；

图2为本实用新型中的电流检测模块的电路图；

图3为本实用新型中的控制模块的电路图；

图4为本实用新型中的开关驱动模块的电路图。

具体实施方式

为了让本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图对本实用新型作进一步阐述。

如图1所示，本实施例提供了一种电机控制失效保护电路1，包括电流检测模块10、控制模块20以及开关驱动模块30。

具体的，所述电流检测模块10用于采集开关驱动模块30中的电流信号，以输出相应的反馈信号。电流信号可以包括正常电流信号和短路电流信号，若电流检测模块10检测到开关驱动模块30中的短路电流信号，则会生成一个反馈给控制模块20的反馈信号。

所述控制模块20用于接收所述反馈信号以生成相应的控制信号。其中，若电流检测模块10检测到短路电流信号，其输出的反馈信号即为高电平，控制模块20接收表示短路的高电平后即启动外部中断机制，输出相应的控制信号，从而控制电机的断开。

所述开关驱动模块30包括驱动单元31以及开关单元32，所述驱动单元31用于接收所述控制信号以控制所述开关单元32的导通和关断，从而控制与所述开关单元32电性相连的电机的工作状态。其中当驱动单元接收反馈的由高电平产生的控制信号后，控制开关单元32中的开关的关闭，从而关停与所述开关单元电性相连的电机。当电流检测模块10检测到正常的电流信号时，则控制模块20发出的控制信号能够控制电机正常的工作。

如图2所示，作为进一步的实施例，所述电流检测模块10可以包括运算放大器U4B、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电容C33、电容C34以及电容C35，所述电阻R44的一端与所述开关单元的采样输出端CSP相连，所述电阻R44的另一端与所述运算放大器U4B的正相输入端5相连，所述电阻R44的另一端还通过电容C33接地；所述电阻R45的一端与第一直流输入端相连，所述电阻R45的另一端与所述运算放大器U4B的负相输入端6相连，所述电阻R45的另一端还通过电阻R46接地，所述电容C34与所述电阻R46相并联；所述运算放大器U4B的输出端7通过电阻R47与所述控制模块的第一输入端21相连, 所述运算放大器U4B的输出端7还依次通过电阻R47、电容C35接地。作为优选的，所述第一直流输入端可以为+5v的恒定直流输入。

其中，所述运算放大器U4B可选用比较器或放大器。所述电阻R44与电容C33组成运放信号采集输入网络，电阻R44的取值范围可以为1KΩ～100KΩ,电容C33的取值范围可以为100PF～0.22μF,调整电阻R44或电容C33的大小可改变运算放大器U4B的输入曲线。所述电阻R45、电阻R46以及电容C34组成信号输入比较基准值网络，通过调整电阻R45或电阻R46的值可设定不同的保护电流值，而电容C34主要是稳定比较基准值,其中电阻R45的取值范围可以为10KΩ～200KΩ,电阻 R46的取值范围可以为100Ω～10KΩ,电容 C34的取值范围可以为1nF～0.47μF。所述电阻R47以及电容C35组成运放信号输出网络，其中，电阻R47的取值范围可以为100Ω～50kΩ, 电容C35的取值范围可以为100PF～0.1μF,通过调整电阻R47或电容C35可改变运放输出曲线。

如图3所示，作为进一步的实施例，所述控制模块包括微处理器U3，所述微处理器U3的第一输入端21通过电阻R47与所述运算放大器U4B的输出端7相连，所述微处理器U3的第一输出端13、第二输出端12、第三输出端26、第四输出端14、第五输出端15以及第六输出端16分别对应地与所述驱动单元中的不同的输入端相连。其中，微处理器U3能够接收到运算放大器U4B的反馈信号，从而发出相应的控制信号给到驱动单元以控制电机的工作状态。

如图4所示，作为进一步的实施例，所述驱动单元包括驱动芯片U5以及与所述驱动芯片U5相应的***电路，所述驱动芯片U5的第一输入端1、第二输入端2、第三输入端3、第四输入端4、第五输入端5以及第六输入端6分别对应地与所述微处理器U3的第一输出端13、第二输出端12、第三输出端26、第四输出端14、第五输出端15以及第六输出端16相连。

所述开关单元包括W相上桥臂开关管Q4、V相上桥臂开关管Q5、U相上桥臂开关管Q6、W相下桥臂开关管Q7、V相下桥臂开关管Q8、U相下桥臂开关管Q9、电阻R39、电阻R29、电阻R30、电阻R22、电阻R41、电阻R40以及电阻R38；所述W相上桥臂开关管Q4、V相上桥臂开关管Q5以及U相上桥臂开关管Q6的漏极D均与外部电源VBAT+相连，所述W相上桥臂开关管Q4、V相上桥臂开关管Q5以及U相上桥臂开关管Q6的源极S分别对应地与所述W相下桥臂开关管Q7、V相下桥臂开关管Q8以及U相下桥臂开关管Q9的漏极D相连，所述W相上桥臂开关管Q4、V相上桥臂开关管Q5以及U相上桥臂开关管Q6的源极S还分别对应地与电机的W相输入端、V相输入端以及U相输入端相连，所述W相下桥臂开关管Q7、V相下桥臂开关管Q8以及U相下桥臂开关管Q9的源极S均与电阻R39的一端相连，所述电阻R39的另一端接地，所述电阻R39的一端与所述电阻R44的一端相连；所述W相上桥臂开关管Q4的栅极G通过电阻R29与所述驱动芯片U5的第一输出端13相连；所述V相上桥臂开关管Q5的栅极G通过电阻R30与所述驱动芯片U5的第二输出端16相连；所述U相上桥臂开关管Q6的栅极G通过电阻R22与所述驱动芯片U5的第三输出端19相连；所述W相下桥臂开关管Q7的栅极G通过电阻R41与所述驱动芯片U5的第四输出端9相连；所述V相下桥臂开关管Q8的栅极G通过电阻R40与所述驱动芯片U5的第五输出端10相连；所述U相下桥臂开关管Q9的栅极G通过电阻R38与所述驱动芯片U5的第六输出端11相连。

所述开关驱动模块可以接受微控制器U3发送的控制信号，实现开关单元的导通、关闭等功能，从而实现对电机工作状态的控制。作为优选的，其中W相上桥臂开关管Q4、V相上桥臂开关管Q5、U相上桥臂开关管Q6、W相下桥臂开关管Q7、V相下桥臂开关管Q8以及U相下桥臂开关管Q9均可以是MOS管。

本实施例的具体的工作原理可以是：

第一种情况，当电机从静态开始启动时，微控制器U3会先在分别与三个上桥臂开关管相连的第一输出端、第二输出端以及第三输出端各输出一个约300uS的方波，全部打开W相上桥臂开关管Q4、V相上桥臂开关管Q5、U相上桥臂开关管Q6；然后切换到与三个下桥臂开关管相连的第四输出端、第五输出端以及第六输出端也同样各输出一个约300uS的方波，全部打开W相下桥臂开关管Q7、V相下桥臂开关管Q8、U相下桥臂开关管Q9。而当任一项上桥臂开关管或下桥臂开关管中有一个短路失效时，主回路电流从外部电源VBAT+依次经过导通的开关管、短路失效的开关管及采样电阻R39，然后回到负极GND，形成短路回路。主回路电流在流经用于采样的电阻R39时产生的压降，会输入到所述运算放大器U4B的正相输入端5，并与运算放大器U4B的负向输入端6设定的基准值进行比较，当其高于基准值时运算放大器U4B的输出端7发生翻转，输出高电平，微处理器U3的输入端21检测到高电平后，触发中断机制，然后输出开关管关断控制信号给驱动芯片U5，将上述上下桥臂的六个开关管同时关断，并自锁及进行开关管短路失效异常报警，从而阻止控制板或电机进一步损毁或烧毁，避免重大安全问题发生。

第二种情况，当电机正常运行时，当W相上桥臂开关管Q4、V相上桥臂开关管Q5、U相上桥臂开关管Q6中出现一个短路失效时，由于电机运行过程中，W相下桥臂开关管Q7、V相下桥臂开关管Q8以及U相下桥臂开关管Q9中始终有一个是打开的，则主回路电流从外部电源VBAT+依次经过上桥臂短路失效的开关管、下桥臂打开的开关管、电机线圈及采样电阻R39，然后回到负极GND，形成短路回路，此时开关管的短路失效保护机制与第1种情况一样。

另外，作为本实用新型的另一实施例，还提供一种电机控制失效保护装置，包括电机以及如上述实施例所述的电机控制失效保护电路，所述电机控制失效保护电路用于控制所述电机的工作状态。所述电机控制失效保护电路的具体电路图以及相应的工作原理已在上述实施例中进行详细说明，在此不在赘述。

上述实施例仅为本实用新型的其中具体实现方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些显而易见的替换形式均属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种电机控制失效保护电路，其特征在于，包括电流检测模块、控制模块以及开关驱动模块，其中，

所述电流检测模块用于采集开关驱动模块中的电流信号，以输出相应的反馈信号；

所述控制模块用于接收所述反馈信号以生成相应的控制信号；

所述开关驱动模块包括驱动单元以及开关单元，所述驱动单元用于接收所述控制信号以控制所述开关单元的导通和关断，从而控制与所述开关单元电性相连的电机的工作状态。

2.如权利要求1所述的电机控制失效保护电路，其特征在于，所述电流检测模块包括运算放大器U4B、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电容C33、电容C34以及电容C35，所述电阻R44的一端与所述开关单元的采样输出端相连，所述电阻R44的另一端与所述运算放大器U4B的正相输入端相连，所述电阻R44的另一端还通过电容C33接地；所述电阻R45的一端与第一直流输入端相连，所述电阻R45的另一端与所述运算放大器U4B的负相输入端相连，所述电阻R45的另一端还通过电阻R46接地，所述电容C34与所述电阻R46相并联；所述运算放大器U4B的输出端通过电阻R47与所述控制模块的第一输入端相连, 所述运算放大器U4B的输出端还依次通过电阻R47、电容C35接地。

3.如权利要求2所述的电机控制失效保护电路，其特征在于，所述控制模块包括微处理器U3，所述微处理器U3的第一输入端通过电阻R47与所述运算放大器U4B的输出端相连，所述微处理器U3的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端以及第六输出端分别对应地与所述驱动单元中的不同的输入端相连。

4.如权利要求3所述的电机控制失效保护电路，其特征在于，所述驱动单元包括驱动芯片U5以及与所述驱动芯片U5相应的***电路，所述驱动芯片U5的第一输入端、第二输入端、第三输入端、第四输入端、第五输入端以及第六输入端分别对应地与所述微处理器U3的第一输出端、第二输出端、第三输出端、第四输出端、第五输出端以及第六输出端相连；所述开关单元包括W相上桥臂开关管、V相上桥臂开关管、U相上桥臂开关管、W相下桥臂开关管、V相下桥臂开关管、U相下桥臂开关管、电阻R39、电阻R29、电阻R30、电阻R22、电阻R41、电阻R40以及电阻R38；所述W相上桥臂开关管、V相上桥臂开关管以及U相上桥臂开关管的漏极均与外部电源相连，所述W相上桥臂开关管、V相上桥臂开关管以及U相上桥臂开关管的源极分别对应地与所述W相下桥臂开关管、V相下桥臂开关管以及U相下桥臂开关管的漏极相连，所述W相上桥臂开关管、V相上桥臂开关管以及U相上桥臂开关管的源极还分别对应地与电机的W相输入端、V相输入端以及U相输入端相连，所述W相下桥臂开关管、V相下桥臂开关管以及U相下桥臂开关管的源极均与电阻R39的一端相连，所述电阻R39的另一端接地，所述电阻R39的一端与所述电阻R44的一端相连；所述W相上桥臂开关管的栅极通过电阻R29与所述驱动芯片U5的第一输出端相连；所述V相上桥臂开关管的栅极通过电阻R30与所述驱动芯片U5的第二输出端相连；所述U相上桥臂开关管的栅极通过电阻R22与所述驱动芯片U5的第三输出端相连；所述W相下桥臂开关管的栅极通过电阻R41与所述驱动芯片U5的第四输出端相连；所述V相下桥臂开关管的栅极通过电阻R40与所述驱动芯片U5的第五输出端相连；所述U相下桥臂开关管的栅极通过电阻R38与所述驱动芯片U5的第六输出端相连。

5.一种电机控制失效保护装置，其特征在于，包括电机以及如权利要求1至4中任一项所述的电机控制失效保护电路，所述电机控制失效保护电路用于控制所述电机的工作状态。