一种带过流和短路保护功能的抱闸控制电路的制作方法

1.本实用新型涉及机电控制技术领域，尤其涉及一种带过流和短路保护功能的抱闸控制电路。


背景技术：

2.随着当今电机控制技术的高速发展，电机抱闸控制电路应用日益增多，目前实际使用的大部分抱闸电路对电机抱闸装置没有保护，在发生短路和过流的情况下，可能会损坏抱闸装置及控制电路。在控制电机时，抱闸电路十分重要，一旦抱闸电路失效电机抱闸异常很可能会造成危险。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种带过流和短路保护功能的抱闸控制电路，以克服技术问题。
4.为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：
5.一种带过流和短路保护功能的抱闸控制电路，包括：抱闸主电路、控制电路和保护电路，抱闸装置j1、单片机；
6.所述抱闸主电路与所述保护电路连接；以实现在短路或者过流情况下对所述抱闸主电路进行保护；
7.所述抱闸主电路包括第一电源、采样电阻r1、pmos管q1、nmos管q2；所述采样电阻r1一端与所述第一电源连接，另一端与所述pmos管q1的源极连接；所述pmos管q1的漏极与所述抱闸装置j1的正极连接，所述抱闸装置j1的负极与所述nmos管q2的漏极连接；所述nmos管q2的源极接地；
8.所述控制电路包括第一控制电路和第二控制电路；
9.所述第一控制电路与所述抱闸主电路连接，以将控制信号传送至所述抱闸主电路，对所述抱闸主电路进行控制；
10.所述第二控制电路与所述保护电路连接，以将控制性传送至所述保护电路，通过所述保护电路，进而对所述抱闸主电路进行控制；
11.所述抱闸主电路与所述抱闸装置j1连接；
12.所述第一控制电路和第二控制电路分别与所述单片机连接。
13.进一步的，所述抱闸主电路还包括整流二极管d6、第十二电阻r12、第八电容c8、第十二电容c12、第十一电容c11；
14.所述整流二极管d6串联于所述第一电源和所述采样电阻r1之间；
15.所述第八电容c8一端连接于所述第一电源和所述整流二极管d6的连接处，另一端接地；
16.所述第十二电容c12一端与所述抱闸装置j1的正极连接，另一端接地；
17.所述第十一电容c11一端连接于所述抱闸装置j1的负极，另一端接地。
18.进一步的，所述保护电路包括第三三极管q3、第二电阻r2、第六电阻r6、第三电阻
r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第四电容c4、第七电阻r7、第四三极管q4；所述第三三极管q3的发射极与第一电源连接，所述第三三极管q3的基极连接所述第五电阻r5，所述第三三极管q3的集电极连接所述第六电阻r6；所述第五电阻r5的另一端连接所述第四三极管q4的集电极；所述第四三极管q4的基极与所述第六电阻r6的另一端连接；所述第二电阻r2的一端与所述第一电源连接，另一端与所述第三电阻r3连接，所述第二电阻r2与第三电阻r3的连接处与所述pmos管q1的源极连接；所述第三电阻r3的另一端与所述pmos管q1的栅极连接；所述第四电阻r4的一端连接于所述pmos管q1的栅极，另一端与所述第四三极管q4的发射极连接；所述第七电阻r7的两端分别与所述第四三极管q4的基极和第四三极管q4的发射极连接，所述第四电容c4与所述第七电阻r7并联；
19.进一步的，所述保护电路还包括第五电容c5、第三电容c3；
20.所述第五电容c5串联于所述第二电阻r2与第一电源之间；其一端与所述第一电源连接，另一端与所述第二电阻r2连接，所述第三电容c3与所述第三电阻r3并联。
21.进一步的，所述第一控制电路包括第六三极管q6、第七三极管q7、第二电容c2、第七电容c7、第一电容c1、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十九电阻r19；
22.所述第六三极管q6的发射极与第一电源连接，所述第六三极管q6的集电极与所述第十一电阻r11连接，所述第十一电阻r11与所述nmos管q2的栅极连接；
23.所述第十电阻r10的一端与所述nmos管q2的栅极连接；所述第二电容c2的一端与所述nmos管q2的栅极连接；所述第十电阻r10的另一端与所述第二电容c2的另一端连接；
24.所述第十九电阻r19的一端与所述第一电源连接，另一单与所述第六三极管q6的基极连接，所述第七电容c7与所述第十九电阻r19并联；
25.所述第十四电阻r14一端与所述第六三极管q6的基极连接，另一端与所述第七三极管q7的集电极连接；所述第七三极管q7的发射极接地，所述第七三极管q7的基极与所述第十六电阻r16连接，所述第十六电阻r16的另一端连接单片机；
26.所述第十五电阻r15的一端与所述第十六电阻r16连接，另一端接地；所述第一电容c1与所述第十五电阻r15并联。
27.进一步的，所述第二控制电路包括第五三极管q5、第六电容c6、第八电阻r8和第九电阻r9；
28.所述第五三极管q5的集电极与所述第四三极管q4的发射极连接；所述第五三极管q5的发射极接地，所述第五三极管q5的基极与所述第九电阻r9连接，所述第九电阻r9的另一端信号与单片机连接；
29.所述第六电容c6一端与所述第五三极管q5的基极连接，另一端接地；
30.所述第八电阻r8与所述第六电容c6并联。
31.进一步的，还包括反馈输出电路；
32.所述反馈输出电路包括光电耦合管u1、第十八电阻r18、第十电容c10、整流二极管d1、第十七电阻r17、第十三电阻r13、第二十电阻r20、第九电容c9；
33.所述第十三电阻r13与所述抱闸装置j1的负极连接，所述第十三电阻r13的另一端与所述第二十电阻r20连接，所述第二十电阻r20的另一端接地；所述第九电容c9与所述第二十电阻r20并联；
34.所述第十七电阻r17一端连接于所述第十三电阻r13与所述第二十电阻r20的连接处，另一端与所述整流二极管d1连接，所述整流二极管d1的另一端与所述光电耦合管u1的引脚1连接，所述光电耦合管u1的引脚2接地；所述第十电容c10一端与所述光电耦合管u1的引脚1连接，另一端接地；所述光电耦合管u1的引脚3接地，所述光电耦合管u1的引脚4与所述第十八电阻r18连接；所述第十八电阻r18与第二电源连接；
35.所述光电耦合管u1的引脚4与所述第十八电阻r18的连接处连接单片机。
36.有益效果：本实用新型的一种带过流和短路保护功能的抱闸控制电路，实现了抱闸短路、过流保护控制，有效的保护电机抱闸装置，保证在使用时电机抱闸装置的安全性，通过采用mos管来实现抱闸装置的开通或关断控制，避免了抱闸电路因短路和过流失效，提高了抱闸驱动电路的耐久性，保证抱闸电路的稳定性。
附图说明
37.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1为本实用新型的电机抱闸控制电路的电路框图；
39.图2为本实用新型的抱闸主电路原理图；
40.图3为本实用新型的保护电路原理图；
41.图4为本实用新型的第一控制电路原理图；
42.图5为本实用新型的第二控制电路原理图；
43.图6为本实用新型的反馈输出电路原理图。
具体实施方式
44.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作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。
45.本实施例提供了一种基于伺服驱动模块的带过流保护和短路保护功能的抱闸控制电路，应用于伺服驱动模块的抱闸控制系统，能够对电机抱闸装置进行控制，本实施例的抱闸主电路由pmos管q1、nmos管q2、采样电阻r1、第三三极管q3、第四三极管q4、第五三极管q5、第六三极管q6、第七三极管q7为核心构成。如附图1-6所示，具体如下：
46.一种带过流和短路保护功能的电机抱闸控制电路，包括：抱闸主电路、控制电路和保护电路，抱闸装置j1、单片机；所示单片机分别与所述第一控制电路和第二控制电路连接。
47.所述抱闸主电路与所述抱闸装置连接；
48.具体的，所述抱闸主电路包括第一电源、采样电阻r1、pmos管q1、nmos管q2；所述采样电阻r1一端与所述第一电源连接，另一端与所述pmos管q1的源极连接；所述pmos管q1的
漏极与所述抱闸装置j1的正极连接，所述抱闸装置j1的负极与所述nmos管q2的漏极连接；所述nmos管q2的源极接地；
49.优选地，所述抱闸主电路还包括整流二极管d6、第十二电阻r12、第八电容c8、第十二电容c12、第十一电容c11、抱闸装置j1；所述整流二极管d6串联于所述第一电源和所述采样电阻r1之间；所述第八电容c8一端连接于所述第一电源和所述整流二极管d6的连接处，另一端接地；所述第十二电容c12一端与所述抱闸装置j1的正极连接，另一端接地；所述第十一电容c11一端连接于所述抱闸装置j1的负极，另一端接地。
50.进一步的，本实施例的抱闸主电路还包括第十二电阻r12、第七二极管d7、第八二极管d8、第三二极管d3和第四二极管d4；
51.所述第十二电阻r12一端连接于所述采样电阻r1与所述pmos管q1的源极的连接处，另一端接地；所述第七二极管d7与所述第十二电容c12并联；所述第八二极管d8一端与抱闸装置j1的正极连接，另一端与抱闸装置j1的负极连接；所述第三二极管d3和第四二极管d4，所述第三二极管d3的另一端与抱闸装置j1的负极连接，所述第四二极管d4的另一端接地。具体的，本实施例中，所述第三电阻r12能够在所述抱闸主电路不通时，电流能够从24v第一电源经由采样电阻r1到r12接地。所述第七二极管d7、第八二极管d8、第三二极管d3和第四二极管d4均为tvs管，能够保护本实施例的电路中的精密元器件避免收到浪涌脉冲的冲击而导致是损坏。
52.所述保护电路述与抱闸主电路连接；
53.具体的，所述保护电路包括第三三极管q3、第二电阻r2、第六电阻r6、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第四电容c4、第七电阻r7、第四三极管q4；所述第三三极管q3的发射极与第一电源连接，所述第三三极管q3的基极连接所述第五电阻r5，所述第三三极管q3的集电极连接所述第六电阻r6；所述第五电阻r5的另一端连接所述第四三极管q4的集电极；所述第四三极管q4的基极与所述第六电阻r6的另一端连接；所述第二电阻r2的一端与所述第一电源连接，另一端与所述第三电阻r3连接，所述第二电阻r2与第三电阻r3的连接处与所述pmos管q1的源极连接；所述第三电阻r3的另一端与所述pmos管q1的栅极连接；所述第四电阻r4的一端连接于所述pmos管q1的栅极，另一端与所述第四三极管q4的发射极连接；所述第七电阻r7的两端分别与所述第四三极管q4的基极和第四三极管q4的发射极连接，所述第四电容c4与所述第七电阻r7并联；
54.具体的，所述保护电路还包括第五电容c5、第三电容c3；
55.所述第五电容c5串联于所述第二电阻r2与第一电源之间；其一端与所述第一电源连接，另一端与所述第二电阻r2连接，所述第三电容c3与所述第三电阻r3并联。具体的，本实施例中的第五电容c5、第三电容c3的作用是滤波电容。
56.优选的，本实施例的保护电路还包括第二二极管d2,所述第二二极管d2与所述第三电阻r3并联。
57.具体的，本实施例中的d2是稳压二极管，当通过稳压二极管d2的电容超过10v时，所述第二二极管d2便会导通。由于所述pmos管q1的vgs超过额定值后，所述pmos管q1便会损坏，因此，所述第二二极管d2使得所述pmos管q1的栅极和pmos管q1的源极之间的电源被限制在10v以内。确保所述pmos管q1的vgs不会超过额定值。
58.具体的，本实施例通过保护电路使得电机抱闸控制电路具有过流保护和短路保护
功能，当电机抱闸控制电路发生过流和短路时，第三三极管q3和第五三极管q5导通，将所述pmos管q1的栅极电压拉高，抱闸控制主电路将抱闸主电路中的pmos管q1关断，从而实现电机抱闸控制电路断开。当第四三极管q4不导通时，控制电路在过流或者短路后，能够自动恢复，当第四三极管q4导通后，所述保护电路自锁，不会自动恢复运行，需要重新关断再开启一次。
59.所述控制电路包括第一控制电路和第二控制电路；
60.所述第一控制电路与所述抱闸主电路连接；
61.所述第二控制电路与所述保护电路连接；
62.所述单片机与所述第一控制电路和所述第二控制电路连接；
63.具体的，所述第一控制电路包括第六三极管q6、第七三极管q7、第二电容c2、第七电容c7、第一电容c1、第十电阻r10、第十一电阻r11、第十四电阻r14、第十五电阻r15、第十六电阻r16、第十九电阻r19；所述第六三极管q6的发射极与第一电源连接，所述第六三极管q6的集电极与所述第十一电阻r11连接，所述第十一电阻r11与所述nmos管q2的栅极连接；所述第十电阻r10的一端与所述nmos管q2的栅极连接；所述第二电容c2的一端与所述nmos管q2的栅极连接；所述第十电阻r10的另一端与所述第二电容c2的另一端连接；所述第十九电阻r19的一端与所述第一电源连接，另一单与所述第六三极管q6的基极连接，所述第七电容c7与所述第十九电阻r19并联；所述第十四电阻r14一端与所述第六三极管q6的基极连接，另一端与所述第七三极管q7的集电极连接；所述第七三极管q7的发射极接地，所述第七三极管q7的基极与所述第十六电阻r16连接，所述第十六电阻r16的另一端连接单片机，以为所述第一控制电路提供brake_con2信号；所述第十五电阻r15的一端与所述第十六电阻r16连接，另一端接地；所述第一电容c1与所述第十五电阻r15并联。
64.优选的，本实施例的第一控制电路还包括第九二极管d9,所述第九二极管d9与所述第十电阻r10并联。
65.所述第二控制电路包括第五三极管q5、第六电容c6、第八电阻r8和第九电阻r9；所述第五三极管q5的集电极与所述第四三极管q4的发射极连接；所述第五三极管q5的发射极接地，所述第五三极管q5的基极与所述第九电阻r9连接，所述第九电阻的另一端与单片机连接；以为所述第二控制电路提供brake_con1信号。所述第六电容c6一端与所述第五三极管q5的基极连接，另一端接地；所述第八电阻r8与所述第六电容c6并联。
66.具体的，本实施例的第一控制电路和第二控制电路，能够使得本实施例的保护电路和抱闸主电路的工作状态，使得本实用新型的电机抱闸控制电路能够正常工作的同时，在电路突发过流或者短路时，能够及时做出反应，保护抱闸电机以及整个电路的安全。
67.本实施例的电机抱闸控制电路还包括反馈输出电路；
68.所述反馈输出电路包括光电耦合管u1、第十八电阻r18、第十电容c10、整流二极管d1、第十七电阻r17、第十三电阻r13、第二十电阻r20、第九电容c9；
69.所述第十三电阻r13与所述抱闸装置j1的负极连接，所述第十三电阻r13的另一端与所述第二十电阻r20连接，所述第二十电阻r20的另一端接地；所述第九电容c9与所述第二十电阻r20并联；
70.所述第十七电阻r17一端连接于所述第十三电阻r13与所述第二十电阻r20的连接处，另一端与所述整流二极管d1连接，所述整流二极管d1的另一端与所述光电耦合管u1的
引脚1连接，所述光电耦合管u1的引脚2接地；所述第十电容c10一端与所述光电耦合管u1的引脚1连接，另一端接地；所述光电耦合管u1的引脚3接地，所述光电耦合管u1的引脚4与所述第十八电阻r18连接；所述第十八电阻r18与第二电源连接；本实施例中的第二电源为3.3v电源。
71.所述光电耦合管u1的引脚4与所述第十八电阻r18的连接处连接单片机，输出反馈信号brake_back。
72.具体的，本实施例通过反馈输出电路，能够通过抱闸装置j1的反馈输出信号，判断抱闸主电路是否能够正常工作。具体的，反馈输出信号连接在抱闸装置j1的负极，受pmos管q1、nmos管q2导通状态的影响，在pmos管q1、nmos管q2都导通或关断时，光电耦合管u1不导通，输出brake_back信号为高电平。当pmos管q1导通，nmos管q2由关断变为导通时，brake_back信号由高电平变为低电平。当pmos管q1导通，nmos管q2由导通变为关断时，brake_back信号由低电平变为高电平。当nmos管q2导通，pmos管q1导通或关断不影响brake_back信号电平。在pmos管q1导通时，通过切换brake_con2高低电平查看反馈信号brake_back电平状态来判断抱闸电路是否正常工作。可通过反馈信号break_back和break_con1和break_con2的状态判断电路是否正常工作。如表1所示。
73.表1break_back和break_con1与break_con2的状态表
[0074][0075]
本实施例的反馈输出电路，使得整个电机抱闸控制电路具有反馈信号输出功能，通过到pmos管q1和nmos管q2的导通状态，由光电耦合管是否导通决定反馈信号状态，将此反馈信号状态发送至单片机，通过输入信号与反馈信号的不同组合向外部输出提示本实施例的电路工作状态。
[0076]
具体的，本实用新型中的第三三极管q3、第四三极管q4、第五三极管q5、第七三极管q7具有通过改变pmos管q1、nmos管q2栅极电压进而关断pmos管q1、nmos管q2和抱闸控制电路的功能。通过光电耦合管u1来反馈抱闸控制电路状态信息brake_back。
[0077]
第三三极管q3具体实现的是过流保护的功能，当电路发生过流时，采样电阻r1上的电压超过第三三极管q3基极的开通电压并且有基极电流时，第三三极管q3将pmos管q1栅极电压拉高，此时pmos管q1关断，抱闸断开。
[0078]
第四三极管q4具体实现的是过流短时恢复，长时间自锁的功能，当电路发生过流时间较短时，第六电阻r6、第四电容c4组成的rc电路有充电过程，当第七电阻r7上电压未超
过第四三极管q4基极导通电压时，第四三极管q4不导通，过流消失后抱闸控制电路可以自恢复。当过流时间较长时，第七电阻r7上电压超过第四三极管q4基极导通电压，第四三极管q4导通，进入自锁状态，不会自动恢复运行，需要重新关断再开启一次。
[0079]
第五三极管q5受单片机输出的控制信号brake_con1控制，当brake_con1输入高电平信号时，第五三极管q5开通，第五三极管q5将pmos管q1栅极电压拉低，pmos管q1开通。当brake_con1输入低电平信号时，pmos管q1栅极电压拉高，pmos管q1关断。
[0080]
第七三极管q7受控制信号brake_con2控制，当brake_con2输入高电平信号时，第七三极管q7开通，第七三极管q7将nmos管q2栅极电压拉高，nmos管q2开通。当brake_con2输入低电平信号时，nmos管q2栅极拉低，nmos管q2关断。当pmos管q1、nmos管q2同时导通时，抱闸打开；当pmos管q1、nmos管q2其中一个关断时，抱闸关闭。
[0081]
具体的，本实用新型中的抱闸控制电路在工作时，利用第四电阻r4为pmos管q1的栅极提供导通电压，第十电阻r10为nmos管q2的栅极提供导通电压，利用mos管的开关特性，实现控制抱闸电路的导通和断开。
[0082]
优选的，在本实施例中，所述第一电源是24v直流电源进行供电。当第一电源24v直流电源打开时，抱闸装置j1默认是断开状态，此时单片机输出的抱闸信号brake_con1、brake_con2默认低电平，三极管q5、q7关断，pmos管q1、nmos管q2关断，反馈信号brake_back默认是高电平。
[0083]
当单片机抱闸控制信号brake_con1、brake_con2输出高电平时，第五三极管q5、第七三极管q7导通，pmos管q1的栅极电压12v，vgs＝-12v。本实用新型的pmos管q1采用的型号是irf5210，当vgs《-5v时即可输出10a电流，此时pmos管q1开通。nmos管q2的栅极电压12v，vgs＝12v。nmos采用的型号是ipd122n10n3，当vgs》5v时可输出50a电流，此时nmos管开通，抱闸打开。
[0084]
其中，pmos管q1的栅极电压计算公式为：
[0085][0086]
nmos管q2的栅极电压计算公式为：
[0087][0088]
当单片机抱闸控制信号brake_con1、brake_con2输出低电平，第五三极管q5、第七三极管q7关断，此时pmos管q1的栅极电压为24v，vgs＝0，pmos管不导通。nmos管q2的栅极电压为0v，vgs＝0v，此时nmos管不导通，抱闸电路断开，抱闸关闭。
[0089]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。