本发明属于机电控制技术领域，具体涉及一种单比较器过流保护驱动电路和发电机电压调节器。
背景技术
机电设备需要功率控制电路，如各种电机设备的运行、发电机励磁绕组控制等。在控制电路运行时，常常因为功率器件发生过载、过流现象，使功率管过热乃至击穿、漏电、烧毁等损坏，甚至发生严重短路事故。对于发电机励磁来说，励磁绕组断路、过流等都会引起功率管超载，为防止其损坏，需要设计具有过流保护功能的驱动电路。
然而，现有的过流保护功能的电路存在弊端，主要表现在：
1、干路电流采样法的过流保护驱动电路：在干路大电流处串联小阻值大功率电阻进行电流取样，这种方法较为常用，但这种方法所串联的大功率取样电阻消耗电功率、而且大量发热、占用较大电路板面积、增加材料和工艺成本。
2、直接采样功率管饱和压降的过流保护驱动电路：这样的电路比第一种省去了大功率取样电阻，但这种电路需要对采样到的饱和压降信号进行处理，多采用较为复杂的处理电路，包括用比较器、运放、模数转换电路、cpu等进行处理，一则这样的保护电路信号流程链路过于复杂，可能在硬件保护和处理软件之间存在串联逻辑，一个出问题就使保护受到影响或失效，二则电路复杂、占用电路板面积较大、增加了故障概率、增加成本。
3、专用芯片的过流保护驱动电路：这样的电路成本高、价格较为昂贵。
因此需要设计出电路较为简单、安全可靠的过流保护驱动电路。
技术实现要素：
本发明的目的在于，采用简单的单比较器电路设计出具有过流保护功能、且直接采样功率管饱和压降进行过流保护的功率驱动电路，用于驱动电机等负载器件，特别是用于构造电路较为简单的直接采样功率管饱和压降的过流保护型发电机电压调节器。
依据本发明的第一方面，提供了一种单比较器过流保护驱动电路，其特殊之处在于包括第一比较单元、功率单元、储能单元、延时回路、钳位电路，
所述第一比较单元具有同相输入端、反相输入端和输出端，
所述功率单元具有输入端、输出端和电源负极端，
所述储能单元具有输入端、输出端和电源负极端，
所述延时回路具有输入端、输出端和电源负极端，
所述钳位电路具有输入端和输出端，
其中，
所述第一比较单元的同相输入端用于与外设的基准电压电路相连接，用于接收一基准电压，所述第一比较单元的输出端连接所述储能单元的输入端，所述储能单元的电源负极端接地，所述储能单元的输出端连接所述延时回路的输入端，所述延时回路的电源负极端接地，所述延时回路的电源负极端接地，所述延时回路的输出端同时连接所述钳位电路的输出端和所述第一比较单元的反相输入端，
所述第一比较单元的输出端连接所述功率单元的输入端，所述功率单元的电源负极端接地，所述功率单元的输出端连接所述钳位电路的输入端用于为所述第一比较单元反馈功率器件饱和压降信号，所述功率单元的输出端还用于控制外部负载的电源负极，
当所述功率单元正常导通时，其功率器件的饱和压降通过钳位回路拉低所述第一比较单元反相输入端电位，使所述反相输入端电位低于所述同相输入端接收的基准电压电位，所述第一比较单元输出高电位使所述功率器件处于稳定导通状态，当所述功率器件发生过流时，其饱和压降超过设定值，通过钳位回路使所述第一比较单元的反相输入端电位高于同相输入端的基准电压电位，所述第一比较单元翻转为输出低电位使所述功率器件立即截止得以保护，储能单元通过延时电路维系功率器件截止的保护状态，随着储能单元的储能泄放过程进行，当储能泄放至比较单元反相输入端电位低于所述基准电压时，比较单元再次翻转为输出高电位，使所述功率单元重新导通并通过钳位电路使比较单元反相输入端电位低于同相输入端电位，若过流解除则恢复正常导通，若过流持续则重新进入保护状态。
依据本发明第二方面，提供了一种发电机电压调节器，其特殊之处在于包括第一方面所述的单比较器过流保护驱动电路。
优选的，一种发电机电压调节器，其特殊之处在于包括采样单元、第一阈值单元、第二阈值单元和所述的单比较器过流保护驱动电路，所述采样单元连接电压调节器电源正负极，采样单元输出端通过所述第二阈值单元连接所述第一比较单元的反相输入端，所述第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接所述第一比较单元同相输入端，所述第一阈值单元用于产生所述基准电压。
进一步的，一种发电机电压调节器，其特殊之处在于所述第二阈值单元为稳压二极管。
优选的，一种发电机电压调节器，其特殊之处在于包括采样单元、第一阈值单元、第二阈值单元和所述的单比较器过流保护驱动电路，所述采样单元连接电压调节器电源正负极，采样单元输出端连接所述第二阈值单元输入端，所述第二阈值单元接地端接地，所述第二阈值单元输出端连接所述第一比较单元的同相输入端或连接所述第一比较单元的输出端，所述第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接所述第一比较单元同相输入端，所述第一阈值单元用于产生所述基准电压，所述第二阈值单元为受控式三端稳压集成电路。
优选的，一种发电机电压调节器，其特殊之处在于包括采样单元、第一阈值单元、第二比较单元和所述的单比较器过流保护驱动电路，所述第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接所述第一比较单元同相输入端，所述采样单元连接电压调节器电源正负极，采样单元输出端连接所述第二比较单元反相输入端，所述第二比较单元同相输入端连接所述第一阈值单元输出端，所述第一阈值单元用于产生所述基准电压，所述第二比较单元输出端连接所述第一比较单元的输出端。
优选的，一种发电机电压调节器，其特殊之处在于包括采样单元、第一阈值单元、第三阈值单元、第二比较单元和所述的单比较器过流保护驱动电路，所述第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接所述第一比较单元同相输入端，所述第三阈值单元连接电源正负极，第三阈值单元输出端连接所述第二比较单元同相输入端，所述采样单元连接电源正负极，采样单元输出端连接所述第二比较单元反相输入端，所述第一阈值单元用于产生所述基准电压vref，所述第二比较单元输出端连接所述第一比较单元的同相输入端。
本发明的有益效果是，直接采样功率管饱和压降的过流保护驱动电路：这样的电路比第一种省去了大功率取样电阻，采用单比较器进行过流饱和压降的比较放大、正反馈翻转及栅压驱动的切断，和由运放、模数转换电路、cpu等进行处理的保护电路比较，本发明保护电路信号流程链路简单，不存在软硬件之间的串联逻辑，保护动作更加安全可靠，占用电路板面积较小、降低成本。对于将本技术方案进行集成化时，也是是以较小芯片面积来实现过流保护功能。
附图说明
图1是本发明实施方式提供的一种单比较器过流保护驱动电路结构示意图，
图2是本发明实施方式提供的第一种包括单比较器过流保护驱动电路的发电机电压调节器结构示意图，
图3是本发明实施方式提供的第二种包括单比较器过流保护驱动电路的发电机电压调节器结构示意图，
图4是本发明实施方式提供的第三种包括单比较器过流保护驱动电路的发电机电压调节器结构示意图，
图5是本发明实施方式提供的第四种包括单比较器过流保护驱动电路的发电机电压调节器结构示意图，
图6是本发明实施方式提供的第五种包括单比较器过流保护驱动电路的发电机电压调节器结构示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于，采用简单的单比较器电路设计出具有过流保护功能、且直接采样功率管饱和压降进行过流保护的功率驱动电路，用于驱动电机等负载器件，特别是用于构造电路较为简单的直接采样功率管饱和压降的过流保护型发电机电压调节器，以适应发电机电压调节器对可靠性和小体积的苛刻要求。
第一方面，提供了一种单比较器过流保护驱动电路，如实施例1所述。
实施例1
一种单比较器过流保护驱动电路，如图1所示，该电路包括第一比较单元101、功率单元102、储能单元103、延时回路104、钳位电路105，
第一比较单元具有同相输入端、反相输入端和输出端，
功率单元具有输入端、输出端和电源负极端，
储能单元具有输入端、输出端和电源负极端，
延时回路具有输入端、输出端和电源负极端，
钳位电路具有输入端和输出端，
其中，
第一比较单元(比较器a1)的同相输入端用于与外设的基准电压电路相连接，用于接收一基准电压vref，第一比较单元(比较器)a1的输出端连接储能单元的输入端，储能单元的电源负极端接地(即电源负极gnd)，储能单元的输出端连接延时回路的输入端，延时回路的电源负极端接地，延时回路的电源负极端接地，延时回路的输出端同时连接钳位电路(二极管d2)的输出端(二极管d2正极端)和第一比较单元的反相输入端，
第一比较单元的输出端连接功率单元的输入端，功率单元的电源负极端接地，功率单元的输出端连接钳位电路的输入端(二极管d2负极端)用于为第一比较单元反馈功率器件饱和压降信号，功率单元的输出端(vout)还用于控制外部负载的电源负极。
在图1中，储能单元1003包括二极管d2和电容c1，二极管d2正极作为储能单元输入端，d2负极连接电容c1一端作为储能单元输出端，电容c1另一端作为电源负极端接地。延时回路104包括串联连接的电阻r1和r2，其连接节点作为延时回路的输出端，电阻r1另一端作为延时回路输入端和储能单元103输出端连接，电阻r2另一端作为延时回路电源负极端接地。当然，电压比较器a1还需要连接电源正极(b+)和地(gnd)。
工作过程是：
当功率单元的功率管(图1以场效应管为例)正常导通时，其饱和压降通过钳位回路二极管d1拉低第一比较单元反相输入端电位，使反相输入端电位低于同相输入端接收的基准电压电位vref，第一比较单元输出高电位，功率管栅极获得驱动电压，使功率器件处于稳定导通状态，当功率管发生过流时，其饱和压降uds将会超过设定值，通过钳位回路使第一比较单元的反相输入端电位高于同相输入端的基准电压电位，即：uds+ud1＞vref，式中ud1为二极管d1正向导通压降，此时第一比较单元翻转为输出低电位，功率管栅压被拉至低电位，使功率器件立即截止得以保护。此时，功率管漏极有外接负载拉高至电源正极电位，使二极管d1反偏截止，电容c1上存储有电荷，电容c1通过电阻r1、r2及比较器a1反相输入端内电路进行放电，理论上比较器输入端内阻无穷大，但实际上还是有电流要消耗的，当然放电路径主要还在电阻r1、r2上，储能单元通过延时电路维系功率器件截止的保护状态，随着储能单元的储能泄放过程进行，当储能泄放至比较单元反相输入端电位低于基准电压vref时，比较单元再次翻转为输出高电位，使功率单元重新导通并通过钳位电路使比较单元反相输入端电位低于同相输入端电位，若过流解除则恢复正常导通，若过流持续则重新进入保护状态。
可以看出，这个电路结构比较简单，而且在发生过流保护时，由于存在这样的过程：比较器a1反相输入端电位↑→比较器输出端电位↓→功率管栅极电位↓→功率管漏极电位↑→通过d1使比较器a1反相输入端电位↑，这是个强烈的正反馈过程，市场电路急剧翻转为功率管截止的状态，动作迅速，保护稳定可靠。
第二方面，提供了一种发电机电压调节器，在于包括第一方面所述的单比较器过流保护驱动电路。
实施例2
一种发电机电压调节器，如图2所示，包括采样单元107、第一阈值单元106、第二阈值单元108和如前所述的单比较器过流保护驱动电路，有电阻r7、r8串联构成的采样单元连接电压调节器电源正负极，采样单元输出端通过第二阈值单元的稳压二极管d4连接第一比较单元的反相输入端，由电阻r5和稳压二极管d3串联构成的第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接第一比较单元同相输入端，第一阈值单元用于产生基准电压vref。
需要说明的是，本实施例电路中，在比较器a1反相输入端增加了电阻r6，这样做的目的是为了在比较器a1的反相输入端另行输入来自采样单元和稳压管d4的“过压信号”，以使比较器再受控于发电机输出电压，从而简化了电压调节器结构。
当发电机输出电压低于设定值，二极管d4截止，单比较器过流保护驱动电路和前述实施例1一样可以进入正常导通的励磁状态，发生过流时可以实施过流保护。
当发电机输出电压高于设定值时，采样单元通过稳压管d4输出“过压信号”，使比较器a1反相输入端获得高于同相输入端基准电压vref的电压信号，比较器翻转，功率管截止，发电机退出励磁，此后延续了前述“过流保护”过程中的电容c1的放电过程，在此放电过程中，功率管使截止的，直到放电结束，且发电机输出电压已经回落到低于设定值时，才开始令比较器a1翻转回输出高电平的状态，功率管重新恢复励磁，可见，这样的电压调节器的励磁频率受到电容c1及延时回路的时间常数的影响，这样发电机的励磁频率可以受到制约，不会像传统电压调节器那样发生励磁频率过高过低现象，这也是本发明带来的优异的励磁技术效果。
实施例3
一种发电机电压调节器，如图3所示，包括采样单元107、第一阈值单元106、第二阈值单元n1和如前所述的的单比较器过流保护驱动电路，采样单元连接电压调节器电源正负极，采样单元输出端连接第二阈值单元n1输入端，第二阈值单元为内部含有基准电压的受控式三端稳压集成电路，如az431等，第二阈值单元接地端接地，第二阈值单元输出端连接第一比较单元的同相输入端，第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接第一比较单元同相输入端，第一阈值单元用于产生基准电压vref。
当发电机输出电压低于设定值时，采样单元输出信号电压低于第二阈值单元输入端触发阈值电压(如以az431为例为2.45v)，第二阈值单元n1输出端内电路呈高阻开路态，对由比较器a1为核心构成的“单比较器过流保护驱动电路”没有影响，该“单比较器过流保护驱动电路”可以驱动励磁绕组得到正常的励磁电流。在功率管正常导通时，比较器a1反相输入端的电位ua1反＝uds+ud1，式中uds为功率管饱和压降(一般在0.8v以下)，ud1为二极管d1正向导通压降(一般在0.6v以下)，比较器a1反相输入端的电位ua1反一般在1.5v以下(不是对该点电压的限定，仅以此举例说明)。
在发电机输出电压超过设定值时刻，采样单元信号触发第二阈值单元n1导通，导通后的n1阳极电压un1一般在0.8v以下(n1导通电流来自电阻r5，电流一般在毫安级，故导通压降很低)，即：un1＜ua1反，使得比较器a1翻转为低电平输出，拉低功率管栅极电位，切断励磁，直到发电机输出电压低于设定值且电容器c1放电结束时，比较器a1重新翻转为高电平输出恢复励磁。
实施例4
如图4所示，一种发电机电压调节器，包括采样单元107、第一阈值单元106、第二阈值单元n1和如前所述的单比较器过流保护驱动电路，采样单元连接电压调节器电源正负极，采样单元输出端连接第二阈值单元n1输入端，第二阈值单元为内部含有基准电压的受控式三端稳压集成电路，如az431等，第二阈值单元接地端接地，第二阈值单元输出端连接第一比较单元的输出端，第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接第一比较单元同相输入端，第一阈值单元用于产生基准电压vref。
当发电机输出电压低于设定值时，采样单元输出信号电压低于第二阈值单元输入端触发阈值电压(如以az431为例为2.45v)，第二阈值单元n1输出端内电路呈高阻开路态，对由比较器a1为核心构成的“单比较器过流保护驱动电路”没有影响，该“单比较器过流保护驱动电路”可以驱动励磁绕组得到正常的励磁电流。
在发电机输出电压超过设定值时刻，采样单元信号触发第二阈值单元n1导通，拉低功率管栅极电位，切断励磁，直到发电机输出电压低于设定值且电容器c1放电结束时，比较器a1重新翻转为高电平输出恢复励磁。
实施例5
一种发电机电压调节器，如图5所示，包括采样单元107、第一阈值单元106、第二比较单元a2和如前所述的单比较器过流保护驱动电路，第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接第一比较单元a1的同相输入端，采样单元连接电压调节器电源正负极，采样单元输出端连接第二比较单元a2反相输入端，第二比较单元同相输入端连接第一阈值单元输出端，第一阈值单元用于产生基准电压vref，第二比较单元输出端连接第一比较单元的输出端。
当发电机输出电压低于设定值时，采样单元输出信号电压低于第一阈值单元输出信号电压vref，比较器a2输出高电位(输出端内电路呈高阻开路态)，对有比较器a1为核心构成的“单比较器过流保护驱动电路”没有影响，该“单比较器过流保护驱动电路”可以驱动励磁绕组得到正常的励磁电流。
在发电机输出电压超过设定值时刻，采样单元信号触发第二第二比较单元a2翻转，直接拉低功率管102栅极电位，切断励磁，直到发电机输出电压低于设定值且电容器c1放电结束时，比较器a1重新翻转为高电平输出恢复励磁。
实施例6
一种发电机电压调节器，如图6所示，包括采样单元107、第一阈值单元106、第三阈值单元110、第二比较单元a2和如前所述的单比较器过流保护驱动电路，第一阈值单元连接电源正负极，第一阈值单元输出端连接第一比较单元a1同相输入端，第三阈值单元连接电源正负极，第三阈值单元输出端连接第二比较单元a2同相输入端，采样单元连接电源正负极，采样单元输出端连接第二比较单元反相输入端，第一阈值单元用于产生基准电压vref，第二比较单元输出端连接第一比较单元的同相输入端。
当发电机输出电压低于设定值时，采样单元输出信号电压低于第三阈值单元输出端信号电压，第二比较单元比较器a2输出端内电路呈高阻开路态，对由比较器a1为核心构成的“单比较器过流保护驱动电路”没有影响，该“单比较器过流保护驱动电路”可以驱动励磁绕组得到正常的励磁电流。
在功率管正常导通时，如前，比较器a1反相输入端的电位ua1＝uds+ud1，此值一般在1.5v以下(不是对该点电压的限定，仅以此举例说明)。
在发电机输出电压超过设定值时刻，采样单元输出信号触发第二比较单元a2翻转，拉低比较器a1同相输入端电压(一般低于0.2v)，使得比较器a1翻转为低电平输出，拉低功率管栅极电位，切断励磁，直到发电机输出电压低于设定值且电容器c1放电结束时，比较器a1重新翻转为高电平输出恢复励磁。
通过上述几个实施例的描述，可以得出：①锦衣单个比较器即可以构成具有过流保护功能的驱动电路，主要用在驱动电机线圈负载、阻性负载等机电产品中，且是以负载的冷端(即负极受控)受控的形式进行控制，可以为直流驱动、可以为脉冲驱动，在为脉冲驱动时，脉冲周期应该小于该“单比较器过流保护电路”的电容c1有效放电时间；该驱动电路稳定可靠、线路简单、应用范围较广。②采用该“单比较器过流保护电路”的发电机电压调节器，同样具有电路简单、保护动作及时、可靠性强、励磁频率受制约等优点。
本发明的有益效果是，直接采样功率管饱和压降的过流保护驱动电路：这样的电路比第一种省去了大功率取样电阻，采用单比较器进行过流饱和压降的比较放大、正反馈翻转及栅压驱动的切断，和由运放、模数转换电路、cpu等进行处理的保护电路比较，本发明保护电路信号流程链路简单，不存在软硬件之间的串联逻辑，保护动作更加安全可靠，占用电路板面积较小、降低成本。对于将本技术方案进行集成化时，也是是以较小芯片面积来实现过流保护功能。