一种电机异常保护电路及电机系统的制作方法

1.本实用新型涉及直流电机领域，特别是涉及一种电机异常保护电路及电机系统。


背景技术：

2.目前，直流电机在使用过程中，难免会发生短路、堵转(过载)等异常情况，从而对直流电机及其驱动电路造成损坏。现有技术中，常用的直流电机的异常保护措施为：在直流电机的供电线路上增设电流保险丝。当直流电机发生短路、堵转这些异常情况时存在过流现象，使得电流保险丝因自身流过的电流过大而熔断，从而避免直流电机及其驱动电路造成进一步损坏。但是，电流保险丝一旦熔断后便无法再次使用，需重新更换电流保险丝，导致售后维修成本较高。
3.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域的技术人员目前需要解决的问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种电机异常保护电路及电机系统，利用检测电路与控制电路构成闭环回路，实现在检测到电机短路或电机堵转时控制电机停机，以避免异常情况下对电机及电机驱动电路造成进一步损坏；而且，本技术的电机异常保护电路可反复使用，从而降低了售后维修成本。
5.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电机异常保护电路，包括：
6.检测电路，用于检测电机的电机状态，并在检测到所述电机状态为电机短路状态或电机堵转状态时，生成电机异常信号；
7.控制电路，用于在接收到所述电机异常信号后，控制用于驱动所述电机工作的电机驱动电路停止驱动工作，以控制所述电机停机。
8.优选地，所述检测电路包括：
9.与所述电机驱动电路的驱动端连接的信号比较电路，用于根据所述电机驱动电路输出至所述电机的驱动信号的大小，区分所述电机的不同电机状态，以在所述电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时，生成第一电平信号；
10.分别与所述信号比较电路的输出端、所述电机驱动电路的受控端及所述控制电路连接的逻辑电路，用于接收所述电机驱动电路的受控端在所述电机处于电机正常停转状态时生成的第二电平信号，并在接收到所述第一电平信号且未接收到所述第二电平信号时，生成电机异常信号。
11.优选地，所述电机驱动电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻及开关管；其中：
12.所述第一电阻的第一端与所述第二电阻的第一端连接且公共端接入直流电源的输出端，所述第一电阻的第二端与所述开关管的第一端连接，所述开关管的第二端分别与所述电机的电源端和所述信号比较电路连接，所述开关管的控制端分别与所述第二电阻的第二端和所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端分别与所述逻辑电路和所述
控制电路连接；
13.相应的，所述控制电路具体用于通过控制所述开关管断开来控制所述电机驱动电路停止驱动工作。
14.优选地，所述信号比较电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻及比较器；其中：
15.所述第四电阻的第一端分别与所述开关管的第二端和所述电机的电源端连接，所述第四电阻的第二端分别与所述第五电阻的第一端和所述第八电阻的第一端连接，所述第五电阻的第二端与所述比较器的输入正端连接，所述比较器的输入负端分别与所述第六电阻的第一端和所述第七电阻的第一端连接，所述第七电阻的第二端接入直流电源的输出端，所述第六电阻的第二端和所述第八电阻的第二端均接地，所述比较器的输出端与所述逻辑电路连接；
16.所述信号比较电路具体用于在所述电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时，生成低电平信号；否则，生成高电平信号。
17.优选地，所述信号比较电路还包括第一电容、第二电容及第三电容；其中：
18.所述第一电容的第一端分别与所述第四电阻的第二端、所述第五电阻的第一端及所述第八电阻的第一端连接，所述第二电容的第一端分别与所述第六电阻的第一端和所述第七电阻的第一端连接，所述第三电容的第一端与所述第七电阻的第二端连接，所述第一电容的第二端、所述第二电容的第二端及所述第三电容的第二端均接地。
19.优选地，当所述信号比较电路在所述电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时生成低电平信号、在所述电机处于其它状态时生成高电平信号；且所述电机驱动电路的受控端在所述电机处于电机正常停转状态时生成的高电平信号、在所述电机处于其它状态时生成低电平信号时，所述逻辑电路具体为或非门；其中：
20.所述或非门的第一输入端与所述电机驱动电路的受控端连接，所述或非门的第二输入端与所述信号比较电路的输出端连接，所述或非门的输出端与所述控制电路连接；
21.相应的，所述控制电路具体用于在接收到所述或非门输出的逻辑电平1时，控制所述电机驱动电路停止驱动工作。
22.优选地，所述电机异常保护电路还包括：
23.阴极与所述电机的电源端连接、阳极与所述电机的接地端连接的二极管。
24.优选地，所述电机与所述电机驱动电路所在的电路板分离设置。
25.为解决上述技术问题，本实用新型还提供了一种电机系统，包括电机和上述任一种电机异常保护电路。
26.本实用新型提供了一种电机异常保护电路，包括检测电路和控制电路。检测电路用于检测电机的电机状态，并在检测到电机状态为电机短路状态或电机堵转状态时，生成电机异常信号；控制电路用于在接收到电机异常信号后，控制用于驱动电机工作的电机驱动电路停止驱动工作，以控制电机停机。可见，本技术利用检测电路与控制电路构成闭环回路，实现在检测到电机短路或电机堵转时控制电机停机，以避免异常情况下对电机及电机驱动电路造成进一步损坏。而且，本技术的电机异常保护电路可反复使用，从而降低了售后维修成本。
27.本实用新型还提供了一种电机系统，与上述电机异常保护电路具有相同的有益效
果。
附图说明
28.为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本实用新型实施例提供的一种电机异常保护电路的结构示意图；
30.图2为本实用新型实施例提供的一种电机异常保护电路的具体结构示意图。
具体实施方式
31.本实用新型的核心是提供一种电机异常保护电路及电机系统，利用检测电路与控制电路构成闭环回路，实现在检测到电机短路或电机堵转时控制电机停机，以避免异常情况下对电机及电机驱动电路造成进一步损坏；而且，本技术的电机异常保护电路可反复使用，从而降低了售后维修成本。
32.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
33.请参照图1，图1为本实用新型实施例提供的一种电机异常保护电路的结构示意图。
34.该电机异常保护电路包括：
35.检测电路1，用于检测电机的电机状态，并在检测到电机状态为电机短路状态或电机堵转状态时，生成电机异常信号；
36.控制电路2，用于在接收到电机异常信号后，控制用于驱动电机工作的电机驱动电路停止驱动工作，以控制电机停机。
37.具体地，本技术的电机异常保护电路包括检测电路1和控制电路2，其工作原理为：
38.检测电路1可实时检测电机的电机状态，如电机正常停转状态、电机正常启动状态、电机短路状态、电机断路状态、电机堵转(过载)状态。考虑到本技术的主要目的是避免电机在发生短路、堵转这些异常情况下对电机及其驱动电路造成进一步损坏，所以检测电路1还在检测到电机状态为电机短路状态或电机堵转状态时，生成电机异常信号至控制电路2，以告知控制电路2电机存在短路或堵转异常。
39.控制电路2在接收到电机异常信号后，控制电机驱动电路停止驱动电机的工作，则电机得以停机，此时电机及电机驱动电路均停止运行，从而避免电机及电机驱动电路造成进一步的损坏。此外，控制电路2还可在接收到电机异常信号后，进行电机异常报警，以及时提醒工作人员电机存在短路或堵转异常。
40.本实用新型提供了一种电机异常保护电路，包括检测电路和控制电路。检测电路用于检测电机的电机状态，并在检测到电机状态为电机短路状态或电机堵转状态时，生成
电机异常信号；控制电路用于在接收到电机异常信号后，控制用于驱动电机工作的电机驱动电路停止驱动工作，以控制电机停机。可见，本技术利用检测电路与控制电路构成闭环回路，实现在检测到电机短路或电机堵转时控制电机停机，以避免异常情况下对电机及电机驱动电路造成进一步损坏。而且，本技术的电机异常保护电路可反复使用，从而降低了售后维修成本。
41.在上述实施例的基础上：
42.请参照图2，图2为本实用新型实施例提供的一种电机异常保护电路的具体结构示意图。
43.作为一种可选的实施例，检测电路1包括：
44.与电机驱动电路的驱动端连接的信号比较电路，用于根据电机驱动电路输出至电机的驱动信号的大小，区分电机的不同电机状态，以在电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时，生成第一电平信号；
45.分别与信号比较电路的输出端、电机驱动电路的受控端及控制电路2连接的逻辑电路，用于接收电机驱动电路的受控端在电机处于电机正常停转状态时生成的第二电平信号，并在接收到第一电平信号且未接收到第二电平信号时，生成电机异常信号。
46.具体地，本技术的检测电路1包括信号比较电路和逻辑电路，其工作原理为：
47.考虑到电机在不同电机状态下，电机驱动电路输出至电机的驱动信号的大小有所不同，所以本技术的信号比较电路可获取电机驱动电路输出至电机的驱动信号，并根据电机的驱动信号的大小区分电机的不同电机状态。
48.具体地，电机的电机状态包括电机正常停转状态、电机正常启动状态、电机短路状态、电机断路状态、电机堵转状态五种，信号比较电路将这五种电机状态划分为两大类电机状态：1)第一类电机状态：电机正常停转状态，电机短路状态，电机堵转状态；2)第二类电机状态：电机正常启动状态，电机断路状态，目的是在电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态(第一类电机状态)时，生成第一电平信号至逻辑电路，以为后续区分出电机短路状态或电机堵转状态提供依据。
49.电机驱动电路也将五种电机状态划分为两大类电机状态：1)第一类电机状态：电机正常停转状态；2)第二类电机状态：电机正常启动状态，电机短路状态，电机断路状态，电机堵转状态，目的是在电机处于电机正常停转状态(第一类电机状态)时，受控端生成第二电平信号至逻辑电路，同样为后续区分出电机短路状态或电机堵转状态提供依据。
50.可见，在电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时，信号比较电路生成第一电平信号至逻辑电路；在电机处于电机正常停转状态时，电机驱动电路的受控端生成第二电平信号至逻辑电路。可以理解的是，若逻辑电路只接收到第一电平信号，未接收到第二电平信号，说明电机处于电机短路状态或电机堵转状态，则逻辑电路在接收到第一电平信号且未接收到第二电平信号时，生成电机异常信号至控制电路2。
51.作为一种可选的实施例，电机驱动电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3及开关管q；其中：
52.第一电阻r1的第一端与第二电阻r2的第一端连接且公共端接入直流电源的输出端，第一电阻r1的第二端与开关管q的第一端连接，开关管q的第二端分别与电机的电源端和信号比较电路连接，开关管q的控制端分别与第二电阻r2的第二端和第三电阻r3的第一
端连接，第三电阻r3的第二端分别与逻辑电路和控制电路2连接；
53.相应的，控制电路2具体用于通过控制开关管q断开来控制电机驱动电路停止驱动工作。
54.具体地，本技术的电机驱动电路包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3及开关管q，其工作原理为：
55.在电机有工作需求时，控制电路2控制开关管q导通，直流电源的电压信号可供给电机的电源端，电机得以上电运行；在电机没有工作需求或电机异常时，控制电路2控制开关管q断开，直流电源的电压信号停止供给电机的电源端，电机断电停止运行。
56.更具体地，本技术的开关管q可选用pnp型三极管，在电机有工作需求时，控制电路2将第三电阻r3侧置为低阻态状态，pnp型三极管导通；在电机没有工作需求或电机异常时，控制电路2将第三电阻r3侧置为高阻态状态，pnp型三极管截止。
57.作为一种可选的实施例，信号比较电路包括第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8及比较器ic；其中：
58.第四电阻r4的第一端分别与开关管q的第二端和电机的电源端连接，第四电阻r4的第二端分别与第五电阻r5的第一端和第八电阻r8的第一端连接，第五电阻r5的第二端与比较器ic的输入正端连接，比较器ic的输入负端分别与第六电阻r6的第一端和第七电阻r7的第一端连接，第七电阻r7的第二端接入直流电源的输出端，第六电阻r6的第二端和第八电阻r8的第二端均接地，比较器ic的输出端与逻辑电路连接；
59.信号比较电路具体用于在电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时，生成低电平信号；否则，生成高电平信号。
60.具体地，本技术的信号比较电路包括第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第八电阻r8及比较器ic，其工作原理为：
61.当电机处于电机正常停转状态时，开关管q处于断开状态，此时没有电流流入第四电阻r4，所以比较器ic的输入正端输入低电平信号，而此时比较器ic的输入负端输入高电平信号(第六电阻r6和第七电阻r7对直流电源的分压信号v1)，则比较器ic输出低电平信号至逻辑电路。
62.当电机处于电机正常启动状态时，开关管q处于导通状态，此时有电流流入第四电阻r4，所以比较器ic的输入正端输入分压信号v2，分压信号v2的大小取决于第一电阻r1、第四电阻r4、第五电阻r5及第八电阻r8的阻值；此时比较器ic的输入负端输入分压信号v1，本技术设置分压信号v2＞分压信号v1，则比较器ic输出高电平信号至逻辑电路。
63.当电机处于电机短路状态时，开关管q仍处于导通状态，此时几乎没有电流流入第四电阻r4，认为比较器ic的输入正端输入低电平信号，此时比较器ic的输入负端输入分压信号v1，则比较器ic输出低电平信号至逻辑电路。
64.当电机处于电机断路状态时，开关管q仍处于导通状态，此时有大电流流入第四电阻r4，所以比较器ic的输入正端输入大于分压信号v2的信号v3，则比较器ic输出高电平信号至逻辑电路。
65.当电机处于电机堵转状态时，开关管q仍处于导通状态，相比于电机处于电机正常启动状态时，第一电阻r1的压降有很大提升，所以比较器ic的输入正端输入小于分压信号v2的信号v4，本技术设置分压信号v1＞分压信号v4，则比较器ic输出低电平信号至逻辑电
路。
66.综上，比较器ic在电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时，生成低电平信号至逻辑电路；在电机处于电机正常启动状态或电机断路状态时，生成高电平信号至逻辑电路。
67.需要说明的是，第一电阻r1的阻值设定需要满足：不影响电机的正常使用，同时又要在电机堵转时保证有一定的压降，改变比较器采样值。
68.作为一种可选的实施例，信号比较电路还包括第一电容c1、第二电容c2及第三电容c3；其中：
69.第一电容c1的第一端分别与第四电阻r4的第二端、第五电阻r5的第一端及第八电阻r8的第一端连接，第二电容c2的第一端分别与第六电阻r6的第一端和第七电阻r7的第一端连接，第三电容c3的第一端与第七电阻r7的第二端连接，第一电容c1的第二端、第二电容c2的第二端及第三电容c3的第二端均接地。
70.进一步地，本技术的信号比较电路还包括第一电容c1、第二电容c2及第三电容c3，第一电容c1、第二电容c2及第三电容c3均起稳压作用，从而提高信号比较电路的稳定性及准确性。
71.作为一种可选的实施例，当信号比较电路在电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时生成低电平信号、在电机处于其它状态时生成高电平信号；且电机驱动电路的受控端在电机处于电机正常停转状态时生成的高电平信号、在电机处于其它状态时生成低电平信号时，逻辑电路具体为或非门nor；其中：
72.或非门nor的第一输入端与电机驱动电路的受控端连接，或非门nor的第二输入端与信号比较电路的输出端连接，或非门nor的输出端与控制电路2连接；
73.相应的，控制电路2具体用于在接收到或非门nor输出的逻辑电平1时，控制电机驱动电路停止驱动工作。
74.具体地，本技术设置信号比较电路在电机处于电机短路状态或电机堵转状态或电机正常停转状态时生成低电平信号(用“0”表示)、在电机处于电机正常启动状态或电机断路状态时生成高电平信号(用“1”表示)；且设置电机驱动电路的受控端在电机处于电机正常停转状态时生成的高电平信号、在电机处于电机正常启动状态或电机短路状态或电机断路状态或电机堵转状态时生成低电平信号，则为了区分出电机短路状态或电机堵转状态，逻辑电路可采用或非门nor，基于图2的具体电路设置，逻辑真值表如下表1所示：
75.表1
76.电机状态a+in2
‑
in2bc电机正常停转10100电机正常启动01010电机异常短路00101电机异常断路01010电机异常堵转00101
77.可见，只有当电机处于电机短路状态或电机堵转状态时，或非门nor的c端口才输出逻辑电平1，其它状态下都输出逻辑电平0，所以控制电路2在接收到或非门nor输出的逻辑电平1时，立即控制电机驱动电路停止驱动工作，从而切断电机驱动电源，从而保护电机
进一步烧毁以及电机驱动电路因长时间发热烧毁。
78.作为一种可选的实施例，电机异常保护电路还包括：
79.阴极与电机的电源端连接、阳极与电机的接地端连接的二极管d。
80.进一步地，本技术的电机异常保护电路还包括二极管d，其工作原理为：
81.若没有二极管d的设置，电机在产生反向电动势时会直接流向电机驱动电路中的开关管q，导致开关管q损坏。而二极管d的设置为电机产生的反向电动势提供通路，使电机产生的反向电动势又流回电机消耗掉，从而避免其对后续电路产生影响。
82.作为一种可选的实施例，电机与电机驱动电路所在的电路板分离设置。
83.具体地，本技术的电机与电机驱动电路所在的电路板分离设置，使得电机和电机驱动电路可实现单独维修，从而降低了维修成本。
84.本技术还提供了一种电机系统，包括电机和上述任一种电机异常保护电路。
85.本技术提供的电机系统的介绍请参考上述电机异常保护电路的实施例，本技术在此不再赘述。
86.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
87.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。