一种具有实时自检功能的永磁同步电机驱动器保护电路的制作方法

本发明涉及驱动保护电路技术领域，尤其涉及一种具有实时自检功能的永磁同步电机驱动器保护电路。

背景技术：

永磁同步电机具有结构简单、运行可靠，体积小、质量轻，损耗小、效率高，电机的形状和尺寸可以灵活多样等显著有点。目前永磁电机在工农业生产、航空航天和日常生活中得到广泛应用，产量急剧增加。随着永磁材料性能和电力电子器件性能价格比的不断提高，永磁同步电机的应用愈加广泛，高可靠、低成本的驱动器硬件保护电路成为永磁同步电机发展的关键。

现有的永磁同步电机控制电路常采用功率管构成桥式电路，利用主控芯片根据位置传感器输入的位置信号进行闭环控制。当位置信号的反馈电路出现故障且控制电路没有实时的自检功能时，系统将无法实现电机的稳定控制甚至烧毁电路和电机。为了保证系统运行的可靠性，在电机的控制过程中，保证位置传感器能够准确将位置信息传送给主控芯片很重要。然而，当前永磁同步电机驱动器常采用硬件检测和软件相结合的自检和保护方式，这种方法无法在故障发生时实时保护系统硬件安全，同时具有实现复杂、成本高等缺点。

技术实现要素：

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种具有实时自检功能的永磁同步电机驱动器保护电路，用以解决现有永磁同步电机控制电路可靠性低、成本高的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

提供了一种具有实时自检功能的永磁同步电机驱动器保护电路，包括：阻容电路、逻辑电路、驱动信号切断电路；

所述阻容电路对输入的电机位置传感器信号进行调理，生成调理信号并输出到所述逻辑电路；

所述逻辑电路根据输入的调理信号产生逻辑信号，并将所述逻辑信号输出到所述驱动信号切断电路；

所述驱动信号切断电路与驱动器主控芯片相连，根据接收的逻辑信号判断是否切断电机驱动信号。

本发明有益效果如下：本发明无需软件，避免了复杂的软件控制算法，降低了电路成本；同时，通过采用阻容电路和逻辑电路实时监测位置传感器信号，采用驱动信号切断电路实现电机驱动信号的切断，从而保护电机和驱动器不受损坏，提高了可靠性。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述阻容电路包括第一阻容单元、第二阻容单元、第三阻容单元；每一阻容单元分别对电机位置传感信号中的一对电机正反转信号进行调理，生成一对相应的调理信号并传输到所述逻辑电路。

进一步，所述第一阻容单元，包括：电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c1；电机正转信号u+输入端分别与电阻r1、电阻r2的一端相连，电阻r1的另一端与所述电容c1的一端相连，电机反转信号u-输入端分别与电阻r2的另一端、电阻r3的一端相连，电阻r3的另一端与所述电容c1的另一端相连；所述电阻r1的另一端、电阻r3的另一端作为所述阻容电路的第一对调理信号输出端。

进一步，所述逻辑电路包括：两输入四异或门芯片u1、三输入三与门芯片u2、非门芯片u3；

所述两输入异或门芯片u1的引脚1与引脚2、引脚4与引脚5、引脚9与引脚10分别与所述阻容电路中的一对调理信号输出端连接，引脚3、引脚6、引脚8分别与三输入与门芯片u2的引脚3、引脚4、引脚5连接，引脚7接地，引脚14接5v电源；

所述三输入与门芯片u2的引脚6与非门芯片u3的引脚2连接，引脚7接地，引脚14接5v电源；

所述非门芯片u3的引脚3接地，引脚4与总线收发器芯片u3的引脚22相连，引脚5接5v电源。

进一步，所述驱动信号切断电路包括：总线收发器芯片u4、电容c107；所述总线收发器芯片u4的引脚1与5v电源连接，引脚2通过电容c107与5v电源连接，引脚5至引脚10依次为驱动输出信号outpwm1、outpwm2、outpwm3、outpwm4、outpwm5、outpwm6的输出端，引脚11至引脚13均接地，引脚14至引脚19依次为驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6的输入端，引脚22与非门芯片u3的引脚4连接，引脚23、引脚24接3.3v电源。

进一步，当电机位置传感器信号传输正常运行时：

所述阻容电路中，三对调理信号输出端两端的电压分别为逻辑高和逻辑低；

所述逻辑电路中，两输入四异或门芯片u1的引脚3、引脚6、引脚8为逻辑高，三输入三与门芯片u2的引脚6是逻辑高；非门芯片u3的引脚4是逻辑低；

所述驱动信号切断电路中，总线收发器芯片u4使能，电机驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6被总线收发器芯片u4实时地传送给下一级器件。

进一步，当电机位置传感器信号u+断路时：

所述阻容电路中，电阻r2两端电压相同，均为逻辑高或逻辑低；第二阻容单元中调理信号输出端两端电压分别为逻辑高和逻辑低，第三阻容单元中调理信号输出端两端电压分别为逻辑高和逻辑低；

所述逻辑电路中，两输入四异或门芯片u1的引脚3为逻辑低，两输入四异或门芯片u1的引脚6、引脚8为逻辑高，三输入三与门芯片u2的引脚6是逻辑低，非门芯片u3的引脚4是逻辑高；

所述驱动信号切断电路中，总线收发器芯片u4关断，驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6被切断，电机断电停转。

进一步，当电机位置传感器信号u+与u-短路时：

所述阻容电路中，电阻r2两端电压相同，均为逻辑高或逻辑低，第二阻容单元中调理信号输出端两端电压分别为逻辑高和逻辑低，第三阻容单元中调理信号输出端两端电压分别为逻辑高和逻辑低；

所述逻辑电路中，两输入四异或门芯片u1的引脚3为逻辑低，两输入四异或门芯片u1的引脚6、引脚8为逻辑高，三输入三与门芯片u2的引脚6是逻辑低，非门芯片u3的引脚4是逻辑高；

所述驱动信号切断电路中，总线收发器芯片u4关断，电机驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6被切断，电机断电停转。

进一步，所述两输入四异或门芯片u1为74hc86。

进一步，所述三输入三与门芯片u2为74hc11。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明实施例中具有实时自检功能的永磁同步电机驱动器保护电路原理图；

图2为本发明实施例中阻容电路的电路图；

图3为本发明实施例中逻辑电路的电路图；

图4为本发明实施例中驱动信号切断电路的电路图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明的一个具体实施例，公开了一种具有实时自检功能的永磁同步电机驱动器保护电路，包括：阻容电路、逻辑电路、驱动信号切断电路；

阻容电路对输入的电机位置传感器信号进行调理，生成调理信号并输出到逻辑电路；

逻辑电路根据输入的调理信号产生逻辑信号，并将逻辑信号输出到驱动信号切断电路；

驱动信号切断电路与驱动器主控芯片相连，根据接收的逻辑信号判断是否切断电机驱动信号。

与现有技术相比，本实施例提供的具有实时自检功能的永磁同步电机驱动器保护电路，无需软件，避免了复杂的软件控制算法，降低了电路成本；同时，通过采用阻容电路和逻辑电路实时监测位置传感器信号，采用驱动信号切断电路实现电机驱动信号的切断，从而保护电机和驱动器不受损坏，提高了可靠性。

具体来说，阻容电路包括第一阻容单元、第二阻容单元、第三阻容单元；每一阻容单元分别对电机位置传感信号中的一对电机正反转信号进行调理，生成一对相应的调理信号。

其中，第一阻容单元，包括：电阻r1、电阻r2、电阻r3、电容c1；电机正转信号u+输入端分别与电阻r1、电阻r2的一端相连，电阻r1的另一端与电容c1的一端相连，电机反转信号u-输入端分别与电阻r2的另一端、电阻r3的一端相连，电阻r3的另一端与电容c1的另一端相连；电阻r1的另一端、电阻r3的另一端作为阻容电路的一对调理信号(u+与u-)输出端。

第二阻容单元，包括：电阻r4、电阻r5、电阻r6、电容c2；电机正转信号v+输入端分别与电阻r4、电阻r5的一端相连，电阻r4的另一端与电容c2的一端相连，电机反转信号v-输入端分别与电阻r5的另一端、电阻r6的一端相连，电阻r6的另一端与电容c2的另一端相连，电阻r4的另一端、电阻r6的另一端作为阻容电路的一对调理信号(v+与v-)输出端。

第三阻容单元，包括：电阻r7、电阻r8、电阻r9、电容c3；电机正转信号w+输入端分别与电阻r7、电阻r8的一端相连，电阻r7的另一端与电容c3的一端相连，电机反转信号w-输入端分别与电阻r8的另一端、电阻r9的一端相连，电阻r9的另一端与电容c3的另一端相连，电阻r7的另一端、电阻r9的另一端作为阻容电路的一对调理信号(w+与w-)输出端。

逻辑电路包括：两输入四异或门芯片u1(优选的，为74hc86)、三输入三与门芯片u2(优选的，为74hc11)、非门芯片u3；根据输入的调理信号(u+、u-、v+、v-、w+、w-)产生逻辑信号(en)，并将逻辑信号输出到驱动信号切断电路；

具体地，两输入异或门芯片u1的引脚1与引脚2、引脚4与引脚5、引脚9与引脚10分别与阻容电路中的一对调理信号输出端连接，引脚3、引脚6、引脚8分别与三输入与门芯片u2的引脚3、引脚4、引脚5连接，引脚7接地，引脚14接5v电源；

三输入与门芯片u2的引脚6与非门芯片u3的引脚2连接，引脚7接地，引脚14接5v电源；

非门芯片u3的引脚3接地，引脚4与总线收发器芯片u3的引脚22相连，引脚5接5v电源。

驱动信号切断电路包括：总线收发器芯片u4、电容c107(0.1μf)；根据接收的逻辑信号判断是否切断电机驱动信号。

具体地，总线收发器芯片u4的引脚1与5v电源连接，引脚2通过电容c107与5v电源连接，引脚5至引脚10依次为驱动输出信号outpwm1、outpwm2、outpwm3、outpwm4、outpwm5、outpwm6的输出端，引脚11至引脚13均接地，引脚14至引脚19依次为驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6的输入端，引脚22与非门芯片u3的引脚4连接，引脚23、引脚24接3.3v电源。

本实施例中保护电路可以保证正常状态下的电机位置传感器信号传输，同时，当出现短路或断路故障时，可以实时切断信号传输，电机停转，从而保护电机和驱动器不受损坏，具体地：

(1)、当电机位置传感器信号传输正常运行时：

在阻容电路中，三对调理信号输出端两端(电容c1、电容c2、电容c3两端)电压分别为逻辑高和逻辑低；

在逻辑电路中，两输入四异或门芯片u1的引脚3、引脚6、引脚8为逻辑高，三输入三与门芯片u2的引脚6是逻辑高；非门芯片u3的引脚4是逻辑低；

在驱动信号切断电路中，总线收发器芯片u4使能，驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6被总线收发器芯片u4实时地传送给下一级器件。

(2)、当电机位置传感器信号u+断路时：

在阻容电路中，电阻r2两端电压相同，均为逻辑高或逻辑低；第二阻容单元中调理信号输出端两端(电容c2的两端)电压分别为逻辑高和逻辑低，第三阻容单元中调理信号输出端两端(电容c3的两端)电压分别为逻辑高和逻辑低；

在逻辑电路中，两输入四异或门芯片u1的引脚3为逻辑低，两输入四异或门芯片u1的引脚6、引脚8为逻辑高，三输入三与门芯片u2的引脚6是逻辑低，非门芯片u3的引脚4是逻辑高；

在驱动信号切断电路中，总线收发器芯片u4关断，驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6被切断，电机断电停转。

需要强调的是，信号u-、信号v+、信号v-、信号w+、信号w-断路时，与信号u+断路的情况相同，均会导致总线收发器芯片u4关断，驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6被切断，这里不再赘述。因此，通过该保护电路，可以实时监测信号u+是否断路，从而保护电机和驱动器不受损坏，提高了可靠性。

(3)、当位置传感器的信号u+与信号u-短路时：

在阻容电路中，电阻r2两端电压相同，均为逻辑高或逻辑低，第二阻容单元中调理信号输出端两端(电容c2的两端)电压分别为逻辑高和逻辑低，第三阻容单元中调理信号输出端两端(电容c3的两端)电压分别为逻辑高和逻辑低；

在逻辑电路中，两输入四异或门芯片u1的引脚3为逻辑低，两输入四异或门芯片u1的引脚6、引脚8为逻辑高，三输入三与门芯片u2的引脚6是逻辑低，非门芯片u3的引脚4是逻辑高；

在驱动信号切断电路中，总线收发器芯片u4关断，驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6被切断，电机断电停转。

需要强调的是，信号v+与信号v-短路、信号w+与信号w-短路时，与信号u+和信号u-短路的情况相同，均会导致总线收发器芯片u4关断，驱动信号pwm1、pwm2、pwm3、pwm4、pwm5、pwm6被切断，这里不再赘述。因此，通过该保护电路，可以实时监测信号u+与信号u-是否短路，从而保护电机和驱动器不受损坏，提高了可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。