一种直流电机的急停自锁电路的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种直流电机的急停自锁电路，属于电机制动技术领域。

背景技术：

直流电机在生活和生产都有着广泛的应用，例如用于电动推杆上，通常，为了使使用者使用电动推杆时更加方便，需要电机能够实现急停功能，即需要旋转的电机在断电后能够立即停止转动，并保持在当前位置，但是由于惯性原因，如果不施加干涉，高速旋转的电机在断电后仍会继续旋转一段时间才能停下。

常用的方法是在电机转轴上增加扭簧等机械结构，或者通过继电器常闭触点等方式来实现电机断电急停的目的，采用这种结构，可以使电机能够实现急停功能，但是由于机械结构和继电器等部件的体积较大，使得推杆难以做成小型化推杆，从而使得推杆体积较大影响加工和安装。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种直流电机的急停自锁电路，使得电机可以实现急停功能的同时，推杆可以减小体积，便于加工和安装。

为解决上述技术问题，本发明直流电机的急停自锁电路包括：

主电路，两端分别与电源的正负极相连，电机位于主电路内获取电能；

能量释放电路，用于控制电机短接以使电机实现制动；

断电检测电路，用于电源供电时控制能量释放电路的断开且电源断开时控制能量释放电路的导通；

所述能量释放电路由mos管组成，所述mos管并联在所述电机两端，所述mos管的源极和漏极分别与所述电机两端相连，所述断电检测电路为用于控制mos管通断的开关电路，所述开关电路与mos管的栅极相连，电源供电时，所述开关电路断开，所述mos管的栅极无电压而处于截止状态，电机正常转动，电源断开时，电机作为发电机提供电流，所述开关电路导通，所述mos管的栅极有电压而变为饱和状态，电机提供的电流由正极流经能量释放电路中的mos管到达负极而发生短路，形成短接制动。

作为优选，所述断电检测电路由pnp三极管q3、npn三极管q5和二极管d4组成，所述pnp三极管q3中，其发射极与电源正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与npn三极管q5的集电极相连，所述npn三极管q5中，其基极与电源负极相连，其发射极与电机负极相连，所述二极管d4位于npn三极管q5的基极与电源负极之间的电路中以产生压降保证npn三极管q5导通；

所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于npn三极管q5的发射极与电源负极之间的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反。

作为优选，所述断电检测电路由pnp三极管q4和二极管d3组成，所述pnp三极管q4中，其发射极与电机正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与电源正极相连，所述二极管d3位于pnp三极管q4的基极与电源正极之间的电路中以产生压降保证pnp三极管q4导通；

所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于pnp三极管q4与电源正极之间的的基极的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反。

作为优选，所述断电检测电路包括用于电机正转时控制能量释放电路通断的第一断电检测电路和用于电机反转时控制能量释放电路通断的第二断电检测电路。

作为优选，所述第一断电检测电路由pnp三极管q3、npn三极管q5和二极管d4组成，所述pnp三极管q3中，其发射极与电机正转时的电源正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与npn三极管q5的集电极相连，所述npn三极管q5中，其基极与电机正转时的电源负极相连，其发射极与电机正转时的电机负极相连，所述二极管d4位于npn三极管q5的发射极与电机正转时电源负极之间的电路中以产生压降保证npn三极管q5导通；

所述第二断电检测电路由pnp三极管q4和二极管d3组成，所述pnp三极管q4中，其发射极与电机反转时的电机正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与电机反转时的电源正极相连，所述二极管d3位于pnp三极管q4的基极与电机反转时的电源正极之间的电路中以产生压降保证pnp三极管q4导通；

所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于npn三极管q5的发射极与电机反转时的电源负极之间的电路中，且位于pnp三极管q4与电机反转时的电源正极之间的基极的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反。

作为优选，所述mos管包括与第一断电检测电路相连的nmos管q2和与第二断电检测电路相连的nmos管q1，所述nmos管q2的漏极和nmos管q1的漏极串联，所述nmos管q2的源极和nmos管q1的源极分别与电机两端相连以使nmos管q1和nmos管q2相对于电机并联，所述nmos管q1和nmos管q2均包括防止nmos管q1和nmos管q2其中一个导通时，另一个限制电流流动的体二极管。

作为优选，所述第一断电检测电路和第二检测电流均由pnp三极管q3、npn三极管q5和二极管d4组成，所述pnp三极管q3中，其发射极与电源正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与npn三极管q5的集电极相连，所述npn三极管q5中，其基极与电源负极相连，其发射极与电机负极相连，所述二极管d4位于npn三极管q5的基极与电源负极之间的电路中以产生压降保证npn三极管q5导通，所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于npn三极管q5的发射极与电源负极之间的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反。

作为优选，所述第一断电检测电路和第二检测电流均由pnp三极管q4和二极管d3组成，所述pnp三极管q4中，其发射极与电机正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与电源正极相连，所述二极管d3位于pnp三极管q4的基极与电源正极之间的电路中以产生压降保证pnp三极管q4导通，所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于pnp三极管q4与电源正极之间的的基极的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反。

作为优选，所述npn三极管q5的基极与电源正极相连，且其基极与电源正极之间设有电阻r4，所述pnp三极管q3的基极与电源正极相连，且其基极与电源正极之间设有电阻r1，所述pnp三极管q3的基极与npn三极管q5的集电极之间设有电阻r2，所述pnp三极管q3的集电极与电机负极相连，且pnp三极管q3的集电极与mos管的栅极之间设有分压电阻r6，mos管的栅极与源极之间设有分压电阻r8。

作为优选，所述pnp三极管q4的基极与电源负极相连，且其基极与电源负极之间设有电阻r3，所述pnp三极管q4的集电极与电机负极相连，且pnp三极管q4的集电极与mos管的栅极之间设有分压电阻r5，mos管的栅极与源极之间设有分压电阻r7。

本发明的有益效果：

首先，电源正常供电时，mos管作为开关处于截止状态，使得电源的电流不会从mos管导流使电机短路，使得电机可以正常转动，mos管的断开或导通的状态由与其栅极相连的断电检测电路控制，断电检测电路为开关电路，是指一种用于作为开关控制电流通断的电路，例如作为开关使用的三极管、常用的开关闸等，断电检测电路在电源正常供电时断开流向栅极的电流以防止电流流过栅极产生电压，从而保证mos管处于截止状态，电源瞬间断开时，电机两端无电源供电，而由于惯性作用，使得电机继续转动，电机转动时产生电流，使得电机变为发电机发出电流，电流流经mos管时，由于此时断电检测电路导通，使电流流过栅极产生电压，mos管变为饱和状态，实现导通，电流从电机正极出发经过mos管流向负极，实现短接制动，使得电机可以实现急停。短接制动的原理是：在电动机切断电源的同时，将定子绕组短接，转子惯性转动。由于转子铁心中有剩磁的存在，形成了一个旋转磁场，在电动机旋转惯性作用下磁场切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势，由于定子绕组已被接触器的动断触头短接，所以在定子绕组回路中有感应电流，该电流又与旋转磁场相互作用，产生制动转矩，迫使电动机停止转动。

其次，通过电路的方式实现急停，使得推杆不需要采用现有技术中的机械结构或继电器等部件实现急停时，由于体积较大影响加工和安装，从而使推杆可以减小体积，便于加工和安装，同时当电源不供电时，电机也可以依靠旋转磁场的磁阻力实现自锁，便于使用者使用。

本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明，其中：

图1为实施例一急停自锁电路的示意图；

图2为实施例一急停自锁电路仅为第一断电检测电路时的示意图；

图3为实施例二急停自锁电路的示意图。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系的为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例一：

如图1和图2所示，本实施例直流电机的急停自锁电路的优选结构包括：

主电路，两端分别与电源的正负极相连，电机位于主电路内获取电能；

能量释放电路，用于控制电机短接以使电机实现制动；

断电检测电路，用于电源供电时控制能量释放电路的断开且电源断开时控制能量释放电路的导通；

所述能量释放电路由mos管组成，所述mos管并联在所述电机两端，所述mos管的源极和漏极分别与所述电机两端相连，所述断电检测电路为用于控制mos管通断的开关电路，所述开关电路与mos管的栅极相连，电源供电时，所述开关电路断开，所述mos管的栅极无电压而处于截止状态，电机正常转动，电源断开时，电机作为发电机提供电流，所述开关电路导通，所述mos管的栅极有电压而变为饱和状态，电机提供的电流由正极流经能量释放电路中的mos管到达负极而发生短路，形成短接制动。

本发明的有益效果：

首先，电源正常供电时，mos管作为开关处于截止状态，使得电源的电流不会从mos管导流使电机短路，使得电机可以正常转动，mos管的断开或导通的状态由与其栅极相连的断电检测电路控制，断电检测电路为开关电路，是指一种用于作为开关控制电流通断的电路，例如作为开关使用的三极管、常用的开关闸等，断电检测电路在电源正常供电时断开流向栅极的电流以防止电流流过栅极产生电压，从而保证mos管处于截止状态，电源瞬间断开时，电机两端无电源供电，而由于惯性作用，使得电机继续转动，电机转动时产生电流，使得电机变为发电机发出电流，电流流经mos管时，由于此时断电检测电路导通，使电流流过栅极产生电压，mos管变为饱和状态，实现导通，电流从电机正极出发经过mos管流向负极，实现短接制动，使得电机可以实现急停。短接制动的原理是：在电动机切断电源的同时，将定子绕组短接，转子惯性转动。由于转子铁心中有剩磁的存在，形成了一个旋转磁场，在电动机旋转惯性作用下磁场切割定子绕组，并在定子绕组中产生感应电动势，由于定子绕组已被接触器的动断触头短接，所以在定子绕组回路中有感应电流，该电流又与旋转磁场相互作用，产生制动转矩，迫使电动机停止转动。

其次，通过电路的方式实现急停，使得推杆不需要采用现有技术中的机械结构或继电器等部件实现急停时，由于体积较大影响加工和安装，从而使推杆可以减小体积，便于加工和安装，同时当电源不供电时，电机也可以依靠旋转磁场的磁阻力实现自锁，便于使用者使用。

其中，电机的正极是指与电源正极相连的一端，电机的负极是指与电源负极相连的一端，电机反转时的正极为电机正转时的负极，电机反转时的负极为电机正转时的正极，电机反转时的正极和负极与电机正转时的正极和负极正好相反，即本实施例中，主电路两端分别为power1和power2，电机正转时，power1接电源正极，power2接电源负极，电机正极在靠近power1一侧，电机反转时，power2接电源正极，power1接电源负极，电机正极在靠近power2一侧，此外，所述主电路是指power1到power2或power2到power1的电路，电机位于主电路中。

为了优化断电检测电路，本实施例优选所述断电检测电路由pnp三极管q3、npn三极管q5和二极管d4组成，所述pnp三极管q3中，其发射极与电源正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与npn三极管q5的集电极相连，所述npn三极管q5中，其基极与电源负极相连，其发射极与电机负极相连，所述二极管d4位于npn三极管q5的基极与电源负极之间的电路中以产生压降保证npn三极管q5导通；

所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于npn三极管q5的发射极与电源负极之间的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反，采用这种电路，电源正常供电时，二极管d4和二极管d1产生压差，npn三极管q5的基极电压约为0.7v，发射极电压约为0.7v，使得vbe＝0，npn三极管q5处于截止状态，npn三极管q5不导通导致pnp三极管q3的基极无电流产生导致基极电压等于发射极电压，pnp三极管q3处于截止状态，mos管的栅极无电压，mos管处于截止状态，电源断开瞬间，电机迅速转变为发电机，发电机发出电流，电流经过二极管d4和二极管d2流到电源负极，二极管d4和二极管d2产生压差，npn三极管q5的基极电压约为1.4v，发射极电压为0v，使得vbe约为1.4v，通过控制电阻r4、电阻r1和电阻r2的阻值大小可以控制vbc>0，使得npn三极管q5变为饱和状态，npn三极管q5导通使得pnp三极管q3的基极和发射极产生压差，进而使得pnp三极管q3导通，pnp三极管q3导通时，电流流经电阻r8使得mos管的栅极电压大于源极电压，mos管导通，电机发出的电流由正极直接经过mos管流至负极，形成短接，进而实现制动，电压隔离电路除了可以降压保证三极管q5能够实现通断之外，还可以优化电路，保证电流可以正常流动。

为了使power1接正极和接负极时，断电检测电路均可以控制能量释放电路通断来实现制动，本实施例优选所述断电检测电路包括用于电机正转时控制能量释放电路通断的第一断电检测电路和用于电机反转时控制能量释放电路通断的第二断电检测电路，通过第一断电检测电路和第二断电检测电路配合，可以使power1接正极和接负极时，断电检测电路均可以控制能量释放电路通断来实现制动。

为了优化第一断电检测电路和第二断电检测电路，本实施例优选所述第一断电检测电路由pnp三极管q3、npn三极管q5和二极管d4组成，所述pnp三极管q3中，其发射极与电机正转时的电源正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与npn三极管q5的集电极相连，所述npn三极管q5中，其基极与电机正转时的电源负极相连，其发射极与电机正转时的电机负极相连，所述二极管d4位于npn三极管q5的发射极与电机正转时电源负极之间的电路中以产生压降保证npn三极管q5导通；

所述第二断电检测电路由pnp三极管q4和二极管d3组成，所述pnp三极管q4中，其发射极与电机反转时的电机正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与电机反转时的电源正极相连，所述二极管d3位于pnp三极管q4的基极与电机反转时的电源正极之间的电路中以产生压降保证pnp三极管q4导通；

所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于npn三极管q5的发射极与电机反转时的电源负极之间的电路中，且位于pnp三极管q4与电机反转时的电源正极之间的的基极的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反，采用这种结构，power1接正极，电机正转时，。通过第一断电检测电路控制mos管通通断，power1接负极，电机反转时，通过第二断电检测电路控制mos管通通断，使得power1接正极和接负极时，断电检测电路均可以控制能量释放电路通断来实现制动。

其中，第一断电检测电路的电压隔离电路和第二断电检测电路的电压隔离电路可以合并，仅采用一个电压隔离电路来供两个断电检测电路使用，优化电路结构，使得电路更加简单，其中的二极管d4和二极管d3除了有产生压降的作用，还可以保证电机正转或反转时，电流不会回流，保证电流可以正常流动，电路可以正常工作，同时避免了r3或r4在电机运行期间产生额外的功耗。

为了优化能量释放电路，本实施例优选所述mos管包括与第一断电检测电路相连的nmos管q2和与第二断电检测电路相连的nmos管q1，所述nmos管q2的漏极和nmos管q1的漏极串联，所述nmos管q2的源极和nmos管q1的源极分别与电机两端相连以使nmos管q1和nmos管q2相对于电机并联，所述nmos管q1和nmos管q2均包括防止nmos管q1和nmos管q2其中一个导通时，另一个限制电流流动的体二极管，采用这种结构，nmos管q1和nmos管q2可以分别与第一断电检测电路和第二断电检测电路相连使得第一断电检测电路和第二断电检测电路可以分别起作用，且不相互干扰，由体二极管的特性可知，在电机正转或反转时，电流方向与体二极管的电流导通方向一致时可以通过mos管，保证电路可以正常工作。

为了进一步优化电路，本实施例优选所述npn三极管q5的基极与电源正极相连，且其基极与电源正极之间设有电阻r4，所述pnp三极管q3的基极与电源正极相连，且其基极与电源正极之间设有电阻r1，所述pnp三极管q3的基极与npn三极管q5的集电极之间设有电阻r2，所述pnp三极管q3的集电极与电机负极相连，且pnp三极管q3的集电极与mos管的栅极之间设有分压电阻r6，mos管的栅极与源极之间设有分压电阻r8，通过电阻r4可以保证power1和power2之间不会短路，同时使npn三极管q5的基极上可以有电压，通过电阻r1可以保证pnp三极管q3的基极上有电压，同时电阻r1可以分压保证pnp三极管q3的基极电压大于其集电极电压，通过调节电阻r1的阻值和r6、r8的阻值大小可以保证pnp三极管q3的基极电压大于其发射极电压，使得pnp三极管q3导通，通过分压电阻r6和分压电阻r8可以调整nmos管q2的栅极与源极之间的电压差以保证nmos管q2导通。

为了进一步优化电路，本实施例优选所述pnp三极管q4的基极与电源负极相连，且其基极与电源负极之间设有电阻r3，所述pnp三极管q4的集电极与电机负极相连，且pnp三极管q4的集电极与mos管的栅极之间设有分压电阻r5，mos管的栅极与源极之间设有分压电阻r7，通过电阻r3可以保证power1和power2之间不会短路，同时使pnp三极管q4的基极上可以有电压，通过分压电阻r5和分压电阻r7可以调整nmos管q1的栅极与源极之间的电压差以保证nmos管q1导通。

实施例二：

本实施例与实施例一的区别在于，如图3所示，本实施例中，所述断电检测电路由pnp三极管q4和二极管d3组成，所述pnp三极管q4中，其发射极与电机正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与电源正极相连，所述二极管d3位于pnp三极管q4的基极与电源正极之间的电路中以产生压降保证pnp三极管q4导通；

所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于pnp三极管q4与电源正极之间的的基极的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反，采用这种结构，电源正常供电时，power2接电源正极，power1接电源负极，电流由power2经过二极管d2流向pnp三极管q4的发射极，二极管d2产生压差，同时由power2经过二极管d3流向pnp三极管q4的基极，二极管d3也产生压差，使得vbe＝0，pnp三极管q4处于截止状态，mos管的栅极无电压，mos管处于截止状态，电源断开瞬间，电机迅速转变为发电机，发电机发出电流，电流经过二极管d1和二极管d3流到pnp三极管q4的基极，同时电流直接流向pnp三极管q4的发射极，二极管d1和二极管d3产生压差，使得pnp三极管q4的基极电压小于发射极电压，pnp三极管q4变为饱和状态，pnp三极管q4导通时，电流流经电阻r5使得mos管的栅极电压大于源极电压，mos管导通，电机发出的电流由正极直接经过mos管流至负极，形成短接，进而实现制动，电压隔离电路除了可以降压保证三极管q4能够实现通断之外，还可以优化电路，保证电流可以正常流动，这种实施例也可以实现实施例一所述的技术效果。

实施例三：

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，所述第一断电检测电路和第二检测电流均由pnp三极管q3、npn三极管q5和二极管d4组成，所述pnp三极管q3中，其发射极与电源正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与npn三极管q5的集电极相连，所述npn三极管q5中，其基极与电源负极相连，其发射极与电机负极相连，所述二极管d4位于npn三极管q5的基极与电源负极之间的电路中以产生压降保证npn三极管q5导通，所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于npn三极管q5的发射极与电源负极之间的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反，这种实施例也可以实现实施例一所述的技术效果。

实施例四：

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，所述第一断电检测电路和第二检测电流均由pnp三极管q4和二极管d3组成，所述pnp三极管q4中，其发射极与电机正极相连，其集电极与mos管的栅极相连，其基极与电源正极相连，所述二极管d3位于pnp三极管q4的基极与电源正极之间的电路中以产生压降保证pnp三极管q4导通，所述主电路中还设有电压隔离电路，所述电压隔离电路由二极管d1和二极管d2组成，所述二极管d1位于pnp三极管q4与电源正极之间的的基极的电路中，所述二极管d2并联在二极管d1的两端，所述二极管d1和二极管d2的电流导通方向相反，这种实施例也可以实现实施例一所述的技术效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。