一种驱动电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种两级过电流保护功能的驱动电路，属于控制系统设计领域，作为电机驱动电路，尤其适合作为飞机起落架电收放与电转弯控制系统中；作为电磁阀驱动电路与电机驱动电路具有相同的保护作用，因此也可用于起落架收放与刹车控制的液压系统驱动电磁阀负载工作。


背景技术：

2.对于飞机起落架控制系统中用于驱动起落架收放和转弯功能的电机，当电机长期工作在过载情况下时（电机超负荷工作），容易造成绝缘材料变脆、寿命变短，严重时还会使电机损坏。现有技术中，通过dsp发出收放/转弯信号，正常信号通过带保护装置的驱动电路，最终到电机等负载上，如图1所示。如果电流比较小，可以使用简单的自恢复保险丝来实现保护功能；而飞机起落架控制系统中用于保护起落架收放和转弯功能的电机，由于电流相对较大，不能使用简单的自恢复保险丝来实现保护功能，而是使用功率继电器（一个或者多个）与电流放大器、电压比较器等组成的带保护功能的驱动电路来实现保护功能，如图2所示为图1中带保护功能的驱动电路的电路结构示意图。图2中，电流检测电阻、分流检测计用于检测流过电机的电流并放大，若电流超过电机最大允许流过电流，则转换为电压信号后，电压比较器将该电压信号与预设电压值进行比较，在电压比较器输出端产生高电平，令三极管导通，即为功率继电器使能端提供低电平信号，使得功率继电器关断，实现保护作用。
3.该驱动电路有如下缺点：
4.（1）仅能在流过电机的电流超过电机最大允许流过电流时才能发挥保护作用，若电机超负荷工作，即电流超过电机正常工作电流，但未超过电机最大允许流过电流时，该驱动电路无法发挥作用，长期过载运行的电机会对电路中的精密元器件造成损坏，影响电路安全性。
5.（2）在飞机起落架的振动较大时，功率继电器的机械触点可能随之振动，从而出现不可控的闭合、断开操作，易出现信号中断的故障，使得该驱动电路的抗振动能力差。


技术实现要素：

6.本实用新型要解决的问题是针对现有技术中用于驱动起落架收放和转弯功能的电机的驱动电路无法在电流超过电机正常工作电流但未超过电机最大允许流过电流时发挥作用及抗振动能力差的问题，提供一种驱动电路。
7.为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种驱动电路，包括开关管、模拟开关、具有三个输入端的与门电路、单向导通元件，所述开关管一个连接端、另一个连接端分别与电源供电端、被驱动负载一端对应电连接，所述被驱动负载另一端接地，所述模拟开关两个连接端分别与第一信号控制端、开关管控制端对应电连接；
8.所述单向导通元件与开关管相邻设置且电连接在开关管一个连接端、另一个连接
端之间，定义电源供电端、被驱动负载一端的电压分别为va、vb，定义单向导通元件导通时两端的电压差值为delta_v，所述单向导通元件的结构使得：当va+delta_v＞vb时，所述单向导通元件为未导通状态，且当va+delta_v≤vb时，所述单向导通元件为导通状态；
9.所述驱动电路还包括：
10.过温检测单元：用于检测开关管温度值，用于在开关管温度值超过、未超过预设温度值时分别对应输出低电平、高电平；
11.过电流检测单元：用于检测流过被驱动负载的电流，用于在所述流过被驱动负载的电流超过、未超过预设电流值时分别对应输出低电平、高电平；
12.所述与门电路的三个输入端分别与过温检测单元输出端、过电流检测单元输出端、第二信号控制端电连接，所述与门电路输出端与模拟开关选通端电连接。
13.本实用新型中，当负载发生堵转或负载瞬间电流过大时（在很短时间内流过负载电流急剧升高），过电流检测单元可以在被驱动负载电流超过预设值时输出低电平，使得与门电路输出低电平，从而使得开关管不导通，但由于在开关管断开的瞬间仍旧会有部分电流不能完全消失，则此时通过二极管将剩余的电流以热量的形式消耗掉（被驱动负载一端的电压vb可能在开关管关断的瞬间超过va+delta_v。通过设置单向导通元件，开关管断开后，被驱动负载一端积累的电荷可以通过单向导通元件释放）。电源供电端不再为负载供电，保护负载。当负载过载工作，即负载电流超过负载正常工作电流，但未超过负载最大允许流过电流时，开关管会发热，持续一定时间后，过温检测单元可以检测到开关管温度超过预设温度值并输出低电平，使得与门电路输出低电平，从而使得开关管不导通，从而不再为负载供电，保护负载。而且本申请中采用芯片形式的模拟开关并不存在机械触头，因此不易出现不可控的关断或闭合，因此本申请的驱动电路的抗振动能力较好。
14.进一步地，所述驱动电路还包括控制器，所述第一信号控制端、第二信号控制端分别为控制器的第一io接口端、第二io接口端。
15.进一步地，所述过温检测单元包括：
16.温度传感器，用于检测开关管温度且将开关管温度转换为电压信号；
17.温控仪，用于在开关管温度值超过预设温度值时输出0电压，且用于在开关管温度值未超过预设温度值时输出与温度传感器输出值相同的信号；
18.a/d转换电路，用于将温控仪输出值转换为数字信号；
19.所述控制器，具有作为所述过温检测单元输出端的第三io接口端，用于接收所述数字信号，且用于在所述数字信号为低电平时通过第三io接口端输出低电平，否则，通过第三接口端输出高电平；
20.所述温度传感器、温控仪、a/d转换电路、控制器依次电连接。
21.本申请中，利用控制器接收数字信号，从而可以对开关管的温度进行实时监控。
22.进一步地，所述过温检测单元输出端、温度传感器输出端分别与控制器的输入端电连接。通过上述设置，可以将接收过温检测单元、温度传感器的控制器的两个输入端接收到的电平进行对比，若比较的结果高低电平相反，在不考虑其他元器件故障的情况下，只考虑温控仪故障时，则表明温控仪发生故障，从而可以在电路发生故障时快速定位故障。
23.进一步地，所述过电流检测单元包括用于检测流过被驱动负载的电流的电流传感器、与电流传感器输出电连接的i/v转换电路、连接到与门电路一个输入端的电压比较器，
所述电压比较器两个输入端分别与i/v转换电路输出端、参考电压端对应电连接。
24.进一步地，所述过电流检测单元输出端、i/v转换电路的输出端分别与控制器的输入端电连接。通过上述设置，可以将接收过电流检测单元、i/v转换电路的控制器的两个输入端接收到的电平进行对比，若比较的结果高低电平相反，在不考虑其他元器件故障的情况下，只考虑电压比较器故障时，则表明电压比较器发生故障，从而可以在电路发生故障时快速定位故障。
25.进一步地，所述单向导通元件为二极管，所述二极管负极、正极分别与开关管一个连接端、另一个连接端对应电连接。
26.进一步地，所述二极管为发光二极管。通过该设置，可以通过二极管是否点亮判断剩余负载电流的消耗情况。
27.进一步地，所述开关管为n沟道增强型场效应管，所述分别为n沟道增强型场效应管的栅极、漏极、源极分别为开关管的控制端、一个连接端、另一个连接端。
28.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型能针对已有的飞机起落架电收放/电转弯时电机驱动电路出现故障时只有一级保护的问题，提出了一种驱动保护电路，不仅能解决抵抗振动过程中故障断开情况，而且也解决了负载长时间的超负荷工作给负载带来的寿命变短问题，系统有两级负载保护功能，极大地提高了控制安全性，使用方便，适用性广。
附图说明
29.为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是现有技术中带保护装置的起落架控制系统结构示意图。
31.图2是图1中驱动电路的电路结构示意图；
32.图3是本实用新型实施例的驱动电路的电路结构示意图；
33.上述附图中，1、开关管，2、模拟开关，3、与门电路，4、单向导通元件，51、温度传感器，52、温控仪，53、a/d转换电路，61、电流传感器，62、i/v转换电路，63、电压比较器，10、控制器，20、被驱动负载。
具体实施方式
34.下面将结合本申请的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
35.如图3所示，本实用新型提供一种驱动电路，其特征在于，包括开关管1、模拟开关2、具有三个输入端的与门电路3、单向导通元件4，所述开关管1一个连接端、另一个连接端分别与电源供电端、被驱动负载20一端对应电连接，所述被驱动负载20另一端接地，所述模拟开关2两个连接端分别与第一信号控制端、开关管1控制端对应电连接；
36.所述单向导通元件4与开关管1相邻设置且电连接在开关管1一个连接端、另一个连接端之间，定义电源供电端、被驱动负载20一端的电压分别为va、vb，定义单向导通元件4导通时两端的电压差值为delta_v，所述单向导通元件4的结构使得：当va+delta_v＞vb时，所述单向导通元件4为未导通状态，且当va+delta_v≤vb时，所述单向导通元件4为导通状态。
37.delta_v优选为单向导通元件4导通时所述开关管1另一个连接端电压减去开关管1一个连接端电压的差值。
38.所述驱动电路还包括：
39.过温检测单元：用于检测开关管1温度值，用于在开关管1温度值超过、未超过预设温度值时分别对应输出低电平、高电平；
40.过电流检测单元：用于检测流过被驱动负载20的电流，用于在所述流过被驱动负载20的电流超过、未超过预设电流值时分别对应输出低电平、高电平；
41.所述与门电路3的三个输入端分别与过温检测单元输出端、过电流检测单元输出端、第二信号控制端电连接，所述与门电路3输出端与模拟开关2选通端电连接。
42.本申请中，第一信号控制端、第二信号控制端可分别作为负载驱动信号、负载工作信号。第一信号控制端可一直输出高电平。第二信号控制端输出高电平时，即表示允许驱动电路工作，此时与门电路输出电平受到过温检测单元输出端电平、过电流检测单元输出端电平的影响。而当第二信号控制端输出低电平时，即表示不允许驱动电路工作，即开关管的两个连接端无法连通，无法为被驱动负载20供电。当模拟开关2使能端有效（接通）时，第一信号控制端产生的负载驱动信号可通过模拟开关，否则，负载驱动信号不能通过。
43.所述驱动电路还包括控制器10，所述第一信号控制端、第二信号控制端分别为控制器10的第一io接口端i/o1、第二io接口端i/o2。
44.所述过温检测单元包括：
45.温度传感器51，用于检测开关管1温度且将开关管1温度转换为电压信号；
46.温控仪52，用于在开关管1温度值超过预设温度值时输出0电压，且用于在开关管1温度值未超过预设温度值时输出与温度传感器51输出值相同的信号；
47.a/d转换电路53，用于将温控仪52输出值转换为数字信号；
48.所述控制器10，具有作为所述过温检测单元输出端的第三io接口端，用于接收所述数字信号，且用于在所述数字信号为低电平时通过第三io接口端输出低电平，否则，通过第三接口端输出高电平。
49.控制器10可采用单片机、dsp、fpga。控制器10可通过mcbsp或spi端口接收a/d转换电路53的输出。控制器10接收a/d转换电路53的输出并通过第三io接口端输出高电平或低电平，仅涉及简单的判断过程，即若开关管1温度值超过预设温度值，则控制器10接收到0电平，则通过第三io接口端输出低电平，若开关管1温度值未超过预设温度值，则控制器10接收到与温度值对应的电压值经过a/d转换后得到的数字信号，则控制器10通过第三io接口端输出高电平。
50.所述温度传感器51、温控仪52、a/d转换电路53、控制器10依次电连接。优选地，所述过温检测单元输出端、温度传感器51输出端分别与控制器10的输入端电连接。图3中，未示出与温度传感器51输出端电连接的控制器10的输入端。根据输出信号类型、范围，温度传
感器51输出可经过转换后与控制器10的输入端电连接，例如可经过电压放大器对电压范围进行调整，也可经过a/d转换器转换为数字信号。若温度传感器51输出由控制器10接收后的电平不为0，则认为控制器10接收的是高电平。
51.本申请中，当开关管1温度值未超过预设温度值时，温控仪52输出与温度传感器51输出相同值。当开关管1温度值超过预设温度值时，温控仪52输出0电压。
52.温控仪52型号可为tx4h
‑
24c，a/d转换电路53型号可为ads8668。温度传感器型号可为lmt85。模拟开关的型号可为adg1401。
53.所述过电流检测单元包括用于检测流过被驱动负载20的电流的电流传感器61、与电流传感器61输出电连接的i/v转换电路62、连接到与门电路3一个输入端的电压比较器63，所述电压比较器63两个输入端分别与i/v转换电路62输出端、参考电压端vref对应电连接。参考电压端vref的电压可设定为对应负载最大允许流过电流的电压值。i/v转换电路62将电流转换为电压，可采用采样电阻实现，也可利用运算放大器实现，本领域技术人员可以理解。
54.电流传感器61可以检测被驱动负载20的工作的实时电流值并可以检测电源供电端与被驱动负载20连接的电路是否断开。电流传感器61的型号为zq100ek1/10v。
55.优选地，所述过电流检测单元输出端、i/v转换电路62的输出端分别与控制器10的输入端电连接。过电流检测单元输出端可与控制器10的i/o4接口端电连接。图3中未示出与i/v转换电路62的输出端电连接的控制器10的输入端。根据输出信号类型、范围，i/v转换电路62的输出可经过转换后与控制器10的输入端电连接，例如可经过电压放大器对电压范围进行调整，也可经过a/d转换器转换为数字信号。若i/v转换电路62的输出端由控制器10接收后的电平不为0，则认为控制器10接收的是高电平。
56.所述单向导通元件4为二极管，所述二极管负极、正极分别与开关管1一个连接端、另一个连接端对应电连接。
57.在一种优选实施方式中，所述二极管为发光二极管。
58.在一种优选实施方式中，所述开关管1为n沟道增强型场效应管，所述分别为n沟道增强型场效应管的栅极、漏极、源极分别为开关管1的控制端、一个连接端、另一个连接端。vs为电源供电端（+v
cc /+v
dd
），为mos管的漏级提供电压。
59.为了避免电机超负荷工作，此时保护装置的第一级保护（即过温检测单元）起作用，过载工作会产生超出正常工作的电流，随着过载时间的延长，保护装置的温度会持续升高，当达到一定温度时，保护装置会因过热而断开，以至电机停止工作，保护电机的各项性能不受严重的损坏；当电机在启动的瞬间或者堵转时，电流在短时间内急剧上升，如果超过了电机的最大瞬态电流，可能会对控制电机的电路以及电机造成不可逆的损坏，此时保护装置的第二级保护（即过电流检测单元）起作用，保护装置可在极短的时间（毫秒）内断开电机，保护电路免受不可逆的影响。
60.以下结合图3进行详细说明：
61.a)在被驱动负载20正常工作（即电路电流工作在a1时）情况下，温度传感器51、温控仪52、电压比较器63等均正常工作，与门电路3输出为高电平1，即模拟开关2的使能端有效，负载驱动信号可通过模拟开关2，启动开关管1正常工作，电路正常工作；
62.b)在被驱动负载20超负荷工作时，电路中的电流超过正常工作电流但未大于被驱
动负载的最大瞬态电流（电路电流在a1到a2过程中），负载电流通过电压比较器63的负极，电压比较器63工作并输出高电平信号，即过电流检测单元输出高电平；此时温度传感器51、温控仪52也工作，即过温检测单元输出高电平；与门电路3输出为高电平，模拟开关2可正常工作，启动开关管1工作，负载一直工作在过载情况下，随着时间的流逝，温度传感器51会检测到开关管1的温度不断升高，当达到温控仪52的设定值时会产生过热使过温检测单元输出低电平，即模拟开关2断开，电源供电端vs无法为被驱动负载20供电，此时第一级过电流保护起作用；
63.c)在被驱动负载20发生堵转（电机堵转）或工作电流瞬间大于负载的最大瞬态电流（工作电流大于a3）时，负载电流经过电压比较器63的负极，此时电压比较器63的负极电压高于正极设定的限制电流对应的电压值，因此电压比较器63输出低电平，即过电流检测单元输出低电平，与门电路3输出低电平，模拟开关2断开，开关管2停止工作（漏级、栅极断开），电源供电端vs停止为被驱动负载20供电；考虑到负载断开的瞬间仍旧有瞬态电流的存在，则此时通过二极管将剩余的电流以热量的形式消耗掉（被驱动负载一端的电压vb可能在开关管关断的瞬间超过va+delta_v。通过设置单向导通元件，开关管断开后，被驱动负载一端积累的电荷可以通过单向导通元件以热量的形式释放），即第二级过电流保护起作用。
64.本实用新型中，作为负载的电机电流在a1（正常工作电流值）时，电机负载正常工作；当电流从a1到a2（a2＞a1）时，此过程mos管温度会随着时间的热量累积直到发生过热保护（具体的动作时间由温度的上升时间和环境温度决定，保护的时间一般为几秒钟到几分钟），过热保护使电机负载开路，保护器件、电机负载等电路免受损坏；当电流快速到达a3（a3＞a2且大于电机的瞬态电流）时，保护器件会进入限流模式，限流模式会导致mos热量迅速累积，从而出现过热保护，此段保护时间一般在ms 级；总的来说，可以保护电机因长期过载运行、负载瞬时增大且超过负载的最大瞬态电流或负载短路时对电路中的精密元器件等造成的损坏，提高电路的安全性。
65.本实用新型在解决常见起落架电收放/电转弯驱动电路的运行不稳定、只有一级保护以及安全性低等问题时，将起落架收放/转弯驱动电路按照之前存在的问题以及实际需求设计，不仅实现起落架收放/转弯的正常工作，而且还优化了保护系统的等级，达到起落架收放/转弯系统要求的功能且不损坏电路和电机负载，满足设计的要求。此驱动电路具有两级过电流保护功能，可实现起落架电收放/电转弯在电流过大时保护电机不受损坏，且不会因为振动等原因导致中途断路。
66.需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
67.以上对本实用新型的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。