一种电机驱动器过流保护电路的制作方法

本实用新型涉及电路领域，更具体地说涉及一种对电机驱动器进行过流保护的过流保护电路。

背景技术：

电机驱动器最常见的损坏形式为过流损坏，因此对电机驱动器进行可靠的过流保护对于保护电机驱动器安全工作尤为重要。目前过流保护措施是：电流传感器采集电机输入电流，采集到的电流通过运算放大器处理后发送给MCU，通过软件判断是否过流保护；而AD转换和MCU处理都需要等待较长的时间，使过流检测时间较长，保护电路响应时间长；同时，由于电机开机运行和开关管切换过程中，存在尖峰电流，为了不造成过流误判，通常采用提高滤波电路的纹波吸收能力，将尖峰电流滤除，或者将比较器的过流阀值进行加大，但是上述方法都会导致过流检测时间较长的问题。

有鉴于此，本发明人对上述问题进行深入研究，遂于本案产生。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种过流保护响应时间短，保护电机驱动器安全高效运行的电机驱动器过流保护电路。

为达到上述目的，本实用新型的解决方案是：

一种电机驱动器过流保护电路，包括电流传感器、运算放大器电路、比较器电路、信号处理电路、PWM输出缓冲电路、MCU电路和根据PWM信号产生过流失效信号的过流失效信号电路，上述电流传感器的输入端与电机驱动电路的整流电路的输出端电连接，用于采集电机驱动电路的母线电流，上述电流传感器的输出端与上述运算放大器电路的输入端电连接，上述运算放大器电路的输出端与上述比较器电路的输入端电连接，上述信号处理电路的芯片型号为74AUP1G74DC，上述比较器电路的输出端与上述信号处理电路的输入端电连接，上述信号处理电路的输出端与上述PWM输出缓冲电路的输入端电连接，上述 PWM输出缓冲电路的输出端与电机驱动电路的IGBT驱动电路电连接，上述MCU电路具有PWM信号输出口、过流信号输入口和复位信号输出口，上述过流信号输入口与上述信号处理电路的输出端电连接，上述 PWM信号输出口与上述PWM输出缓冲电路的输入端电连接，上述过流失效信号电路的输入端与上述PWM输出缓冲电路的输出端电连接，上述过流失效信号电路的输出端与上述信号处理电路的输入端电连接，上述复位信号输出口与上述信号处理电路的输入端电连接。

上述电流传感器的型号为HAS100-S。

上述MCU电路的芯片型号为STM32F103。

上述PWM输出缓冲电路的芯片型号为74LVC4245ADB。

上述过流失效信号电路包括第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片 U3和第四芯片U4，第一芯片U1的型号为CD4077，第二芯片U2的型号为CD4070，第三芯片U3的型号为CD4069，第四芯片U4的型号为 CD4078，所述PWM输出缓冲电路输出端具有六个输出端口，分为输出 PWM信号1的第一输出端口、输出PWM信号1n的第二输出端口、输出PWM信号2的第三输出端口、输出PWM信号2n的第四输出端口、输出PWM信号3的第五输出端口及输出PWM信号3n的第六输出端口， PWM输出缓冲电路的第一输出端口和PWM输出缓冲电路的第二输出端口分别第一芯片U1的输入端电连接，第一芯片U1的输出端与电阻 R1的一端电连接，电阻R1的另一端与电容C1的一端电连接、同时还与三极管Q1的基极电连接，电容C1的另一端和三极管Q1的发射极均与地电连接，三极管Q1的集电极与电阻R2的一端电连接，电阻 R2的另一端与DC电源模块电连接，三极管Q1的集电极还分别与电容C2的一端电连接和二极管D1的阴极电连接，电容C2的另一端与地电连接，二极管D1的阳极输出失效信号；

PWM输出缓冲电路的第一输出端口和PWM输出缓冲电路的第二输出端口还共同与第二芯片U2的其一异或门的输入端电连接，该第二芯片U2的其一异或门的输出端和二极管D2的阴极电连接，二极管 D2的阳极输出失效信号；

PWM输出缓冲电路的第一输出端口再依次与电容C3和电阻R3电连接，电容C3还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R3的另一端与地电连接，第四芯片U4的输出端与二极管D3的阴极，二极管D3 的阳极输出失效信号；

PWM输出缓冲电路的第二输出端口再依次与电容C4和电阻R4电连接，电容C4还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R4的另一端与地电连接；

PWM输出缓冲电路的第三输出端口和PWM输出缓冲电路的第四输出端口分别与第二芯片U2的另一异或门的输入端连接，该第二芯片 U2的另一异或门的输出端与第三芯片U3的其一非门的输入端电连接，该第三芯片U3的其一非门的输出端与第四芯片U4的输入端电连接；

PWM输出缓冲电路的第三输出端口还依次与电容C5和电阻R5电连接，电容C5还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R5的另一端与地电连接；

PWM输出缓冲电路的第四输出端口还依次与电容C6和电阻R6电连接，电容C6还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R6的另一端与地电连接；

PWM输出缓冲电路的第五输出端口和PWM输出缓冲电路的第六输出端口分别与第二芯片U2的再一异或门的输入端连接，该第二芯片 U2的再一异或门的输出端与第三芯片U3的另一非门的输入端电连接，该第三芯片U3的另一非门的输出端与第四芯片U4的输入端电连接；

PWM输出缓冲电路的第五输出端口还依次与电容C7和电阻R7电连接，电容C7还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R7的另一端与地电连接；

PWM输出缓冲电路的第六输出端口还依次与电容C8和电阻R8电连接，电容C8还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R8的另一端与地电连接。

采用上述结构后，本实用新型的一种电机驱动器过流保护电路，使用时，电流传感器采集电机母线的电流，采集到的电流信号经运算放大器电路进行整形滤波后输入比较器电路内与比较器电路的设置的合理阀值进行比较，当过流时，比较器电路输出过流信号，过流信号输入至信号处理电路，如果此时不存在失效信号，信号处理电路将过流信号锁存并输送给PWM输出缓冲电路，PWM输出缓冲电路关闭PWM 信号输出，过流保护响应速度快，响应时间短，及时保护电机驱动器，保护电机驱动器的安全高效运行；同时，信号处理电路也会将过流信号输送给MCU电路中，告之MCU电路有过流发生，并由MCU电路存储并处理过流情况，再有，当过流解除时，MCU电路将复位信号发送给信号处理电路，信号处理电路消除过流信号，电机驱动器恢复运行，当电机启动时或者IGBT驱动电路的IGBT开关瞬间时，母线上电流会出现电流尖峰，比较器会误判，也会发出过流信号，为了消除这个误判的过流信号，根据PWM信号构建了过流失效电路，过流失效信号电路输出失效信号给信号处理电路，信号处理电路屏蔽此过流信号，使 PWM输出缓冲电路正常输出PWM信号，利用此过流失效信号电路以免整个过流保护电路出现误判的现象。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本新型中过流失效信号电路的电路图；

图3为本新型中信号处理电路的电路图。

具体实施方式

为了进一步解释本实用新型的技术方案，下面通过具体实施例来对本实用新型进行详细阐述。

本实用新型的一种电机驱动器过流保护电路，如图1所示，包括电流传感器、运算放大器电路、比较器电路、信号处理电路、PWM输出缓冲电路、MCU电路和过流失效信号电路，电流传感器的输入端与电机驱动电路的整流电路的输出端电连接，用于采样电机驱动电路的母线电流，此电流传感器的型号为HAS100-S，电流传感器的输出端与运算放大器电路的输入端电连接，即电流传感器将采样到的电信号转送成模拟信号发送给运算放大器电路，由运算放大器电路对采集的电流信号进行整形滤波，此运算放大器电路采用的型号是 OPA2340UAG4，运算放大器电路的输出端与比较器电路的输入端电连接，则经整形滤波后的输入给比较器电路进行比较，该电流信号与在比较器电路设置的一个合理的电流阀值进行比较，当电流信号大于比较器电路设置的电流阀值时出现过流现象，比较器电路会作出过流信号，比较器电路采用的型号是：LM293MDRE。

所述的信号处理电路的芯片型号为74AUP1G74DC，如图3所示，此信号处理电路具有CLK端口、RD端口、D端口及Q端口，该比较器电路的输出端与信号处理电路的CLK端口电连接，信号处理电路的Q 端口分别与PWM输出缓冲电路的输入端电连接和MCU电路的输入端电连接，比较器电路输出的过流信号通过CLK端口输入，上升沿时使得 Q＝D，从而将过流信号锁存并输出到MCU电和PWM输出缓冲电路，MCU 电路的复位信号和过流失效信号电路输出的失效信号通过与门输入到RD端中，当RD端为低电平时，Q＝0，使得不会对过流信事情做出响应。

所述的PWM输出缓冲电路的芯片型号为74LVC4245ADB，PWM输出缓冲电路的输出端与IGBT驱动电路电连接，用于控制IGBT驱动电路的闭合和断开，MCU电路的芯片型号为STM32F103，MCU电路具有 PWM信号输出口、过流信号输入口及复位信号输出口，信号处理电路的Q端口与MCU电路的过流信号输入口电连接，此MCU电路能对信号处理电路发来的过流信号进行存储、处理，当过流故障消除时MCU电路会发出复位信号，并经复位信号输出口输出，该复位信号输出口与信号处理电路的RD端口电连接，该PWM信号输出口与PWM输出缓冲电路的输入端电连接，给PWM输出缓冲电路的输入端提供PWM信号，该过流失效信号的输入端与PWM输出缓冲电路的输出端连接，过流失效信号的输出端与信号处理电路的RD端口电连接，该过流失效信号电路主要由同或门CD4077和异或门CD4070构建的逻辑处理电路，如图2所示，具体的是：上述过流失效信号电路包括第一芯片U1、第二芯片U2、第三芯片U3和第四芯片U4，第一芯片U1的型号为CD4077，第二芯片U2的型号为CD4070，此CD4070芯片由四个异或门构成，第三芯片U3的型号为CD4069，第四芯片U4的型号为CD4078，所述 PWM输出缓冲电路输出端具有六个输出端口，分为输出PWM信号1的第一输出端口、输出PWM信号1n的第二输出端口、输出PWM信号2 的第三输出端口、输出PWM信号2n的第四输出端口、输出PWM信号 3的第五输出端口及输出PWM信号3n的第六输出端口，PWM输出缓冲电路的第一输出端口和PWM输出缓冲电路的第二输出端口分别第一芯片U1的输入端电连接，第一芯片U1的输出端与电阻R1的一端电连接，电阻R1的另一端与电容C1的一端电连接、同时还与三极管 Q1的基极电连接，电容C1的另一端和三极管Q1的发射极均与地电连接，三极管Q1的集电极与电阻R2的一端电连接，电阻R2的另一端与DC电源模块电连接，三极管Q1的集电极还分别与电容C2的一端电连接和二极管D1的阴极电连接，电容C2的另一端与地电连接，二极管D1的阳极输出失效信号；

PWM输出缓冲电路的第一输出端口和PWM输出缓冲电路的第二输出端口还共同与第二芯片U2的其一异或门的输入端电连接，该第二芯片U2的其一异或门的输出端和二极管D2的阴极电连接，二极管 D2的阳极输出失效信号；

PWM输出缓冲电路的第一输出端口再依次与电容C3和电阻R3电连接，电容C3还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R3的另一端与地电连接，第四芯片U4的输出端与二极管D3的阴极，二极管D3 的阳极输出失效信号；

PWM输出缓冲电路的第二输出端口再依次与电容C4和电阻R4电连接，电容C4还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R4的另一端与地电连接；

PWM输出缓冲电路的第三输出端口和PWM输出缓冲电路的第四输出端口分别与第二芯片U2的另一异或门的输入端连接，该第二芯片 U2的另一异或门的输出端与第三芯片U3的其一非门的输入端电连接，该第三芯片U3的其一非门的输出端与第四芯片U4的输入端电连接；

PWM输出缓冲电路的第三输出端口还依次与电容C5和电阻R5电连接，电容C5还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R5的另一端与地电连接；

PWM输出缓冲电路的第四输出端口还依次与电容C6和电阻R6电连接，电容C6还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R6的另一端与地电连接；

PWM输出缓冲电路的第五输出端口和PWM输出缓冲电路的第六输出端口分别与第二芯片U2的再一异或门的输入端连接，该第二芯片 U2的再一异或门的输出端与第三芯片U3的另一非门的输入端电连接，该第三芯片U3的另一非门的输出端与第四芯片U4的输入端电连接；

PWM输出缓冲电路的第五输出端口还依次与电容C7和电阻R7电连接，电容C7还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R7的另一端与地电连接；

PWM输出缓冲电路的第六输出端口还依次与电容C8和电阻R8电连接，电容C8还与第四芯片U4的输入端电连接，电阻R8的另一端与地电连接；工作时，第一对PWM信号(即PWM信号1和PWM信号 1n)通过第一芯片U1后输出低电平，将三极管截止，通过电阻R2和电容C2给DC电源模块充电，设置电阻R2和电容C2的数值，可实现设置充电时间，充电完成后输出高电平，通过二极管D1后输出低电平，即为失效信号，表征电机启动时的失效信号，电阻R1和电容C1 过滤死区时产生高电平信号；同时，PWM信号1和PWM信号1n通过第二芯片U2的其一异或门输出，在死区内，PWM信号1和PWM信号 1n同时为低电平，通过二极管D2输出低电平，即产生失效信号，且 PWM信号1和PWM信号1n分别通过电容C3和电阻R3组成的微分电路，和电容C4和电阻R4组成的微分电路，当PWM信号1和PWM信号 1n从低电平到高电平时由第四芯片U4输出低电平，也产生失效信号，相应地第二对PWM信号(即PWM信号2和PWM信号2n)和第三对PWM 信号(即PWM信号3和PWM信号3n)分别一一通过第二芯片U2的另二个异或门输出，在死区内，一对PWM信号的两个PWM信号同时为低电平，再分别依次通过第三芯片U3及第四芯片U4输出低电平，也产生失效信号，第二对PWM信号(即PWM信号2和PWM信号2n)和第三对PWM信号(即PWM信号3和PWM信号3n)分别通过由电容和电阻组成的微分电路后，一对PWM信号的两个PWM信号均从低电平到高电平时由第四芯片U4输出低电平，也产生失效信号；即此过流失效信号电路为通过PWM信号构建的过流失效信号电路。

本实用新型的一种电机驱动器过流保护电路，电流传感器实时采集电机驱动电路母线的电流，采集到的电流信号经运算放大器电路进行整形滤波后输入比较器电路内与比较器电路设置的合理电流阀值进行比较，当过流时，比较器电路输出过流信号，过流信号输入至信号处理电路，如果此时不存在失效信号，信号处理电路将过流信号锁存并输送给PWM输出缓冲电路，PWM输出缓冲电路关闭PWM信号输出，过流保护响应速度快，响应时间短，及时保护电机驱动器，保护电机驱动器的安全高效运行；同时，信号处理电路也会将过流信号输送给 MCU电路中，告之MCU电路有过流发生，并由MCU电路存储过流情况；当过流故障解除后，MCU电路将复位信号经复位信号输出口发送给信号处理电路，信号处理电路消除过流信号，电机驱动电路恢复运行；并利用根据PWM信号构建的过流失效信号电路，使过流失效信号电路输出的失效信号发送给信号处理电路，信号处理电路屏蔽该过流信号，不作出过流动作，从而使PWM输出缓冲电路正常输出PWM信号，保证电机驱动器的正常工作，以免整个过流保护电路出现误判的现象。