電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路的過(guò)流保護(hù)

張洪偉+劉思美+楊斌+陳璐寒

摘 要 電力電子技術(shù)發(fā)展迅速，無(wú)論是直流電機(jī)還是交流電機(jī)控制部分，大都牽扯到有MOSFET組成的H橋驅(qū)動(dòng)電路。但是如果是出現(xiàn)電機(jī)堵轉(zhuǎn)或者三相無(wú)刷電機(jī)出現(xiàn)缺相運(yùn)行時(shí)，會(huì)使場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET中的電流急劇增加，可能會(huì)遠(yuǎn)超過(guò)場(chǎng)效應(yīng)管的通態(tài)平均電流，燒壞場(chǎng)效應(yīng)管，這樣極大的影響了控制的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，增加保護(hù)電路是必須的，盡可能的減少保護(hù)電路的器件和穩(wěn)定性是研究的方向。本文給出了一種由比較器組成的保護(hù)電路，元器件少，穩(wěn)定性好。

關(guān)鍵詞 電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制板；保護(hù)電路；場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET；穩(wěn)定性；可靠性

中圖分類號(hào) TM3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）164-0198-02

1 技術(shù)背景

技術(shù)背景現(xiàn)在小型機(jī)器人發(fā)展迅速，機(jī)器人的電機(jī)控制部分都H橋的控制方式，電機(jī)的功率相對(duì)于微型控制電路板來(lái)說(shuō)是很大的，電流也很大。如果出現(xiàn)電機(jī)的堵轉(zhuǎn)或者控制不合適，導(dǎo)致H橋部分電流遠(yuǎn)超過(guò)額定電流，則可能燒毀電流板。所以在含有H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路的PCB中加入過(guò)流保護(hù)是完全有必要的。

2 原理闡述

本文的保護(hù)電路主要由比較器組成。比較器常見(jiàn)的有過(guò)零電壓比較器、滯回比較器。本文采用的是普通電壓比較器。

將輸入電壓iU與參考電壓進(jìn)行比較的由集成運(yùn)放構(gòu)成的電路稱為電壓比較器電路，如果參考電壓不為零就是普通的電壓比較器，如果參考電壓為零，稱之為過(guò)零比較器。對(duì)于理想的集成運(yùn)放而言，其開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)很大，輸入電阻無(wú)窮大、輸出電阻為零。如果當(dāng)輸入電壓iU從運(yùn)放的正極輸入，可以認(rèn)為當(dāng)r eUU > i時(shí)，輸出電壓oU等于電源電壓。如果r eUU < i時(shí)，輸出電壓為零。

3 實(shí)現(xiàn)方案

3.1 電路接線原理

過(guò)流保護(hù)的核心部分主要3，電阻R1、R2和R3并聯(lián)，跨接在GND1和GND之間，GND1串聯(lián)電阻R4接到集成運(yùn)放U的正極，同時(shí)正極接電容C到GND，集成運(yùn)放的負(fù)極串聯(lián)R5接到GND，集成運(yùn)放由+3.3V供電。在PCB板中采集電路，返回單片機(jī)，控制大功率部分1的H橋電路，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的作用。

3.2 具體實(shí)施

如圖1所示，過(guò)流保護(hù)電路包含：大功率部分1、小功率部分2和過(guò)流保護(hù)的核心部分3組成。大功率部分1為H橋驅(qū)動(dòng)電路。小功率部分2由單片機(jī)、電源電路、控制電路構(gòu)成。

過(guò)流保護(hù)的核心部分主要3，電阻R1、R2和R3并聯(lián)，跨接在GND1和GND之間，GND1串聯(lián)電阻R4接到集成運(yùn)放U的正極，同時(shí)正極接電容C到GND，集成運(yùn)放的負(fù)極串聯(lián)R5接到GND，集成運(yùn)放由+3.3V供電。在PCB板中采集電路，返回單片機(jī)，控制大功率部分1的H橋電路，從而實(shí)現(xiàn)過(guò)流保護(hù)的作用。

GND1屬于大功率部分1的公共地，GND屬于除了大功率部分1之外所以部分的公共地。大功率部分1的電路電流通過(guò)電阻R1、R2和R3并聯(lián)從GND1流向GND。當(dāng)大功率部分1的電路增大時(shí)，流過(guò)電阻R1、R2和R3的電流也增大，則GND1相對(duì)與GND的電位也將增大。

正常情況下，電流在允許的范圍內(nèi)，即GND1和GND之間的電壓不會(huì)超過(guò)。集成運(yùn)放U的負(fù)極參考電壓V，集成運(yùn)放將在正常情況下輸出低電平，單片機(jī)則不做任何處理。

當(dāng)出現(xiàn)短路，或者控制異常時(shí)，電流過(guò)大，使得GND1和GND之間的電壓增大?？赡苁沟眉蛇\(yùn)放的正極電壓大于集成運(yùn)放的負(fù)極參考電壓V，集成運(yùn)放將從正常輸出為低電平轉(zhuǎn)為輸出高電平，反饋給單片機(jī)，單片機(jī)控制大功率部分1停止工作，同時(shí)控制PCB電路電壓斷開(kāi)。

4 結(jié)論

GND1屬于大功率部分1的公共地，GND屬于除了大功率部分1之外所以部分的公共地。大功率部分1的電路電流通過(guò)電阻R1、R2和R3并聯(lián)從GND1流向GND。當(dāng)大功率部分1的電路增大時(shí)，流過(guò)電阻R1、R2和R3的電流也增大，則GND1相對(duì)與GND的電位也將增大。本發(fā)明能夠在硬件上實(shí)現(xiàn)H橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的過(guò)電流保護(hù)，確保H橋電路中的芯片在控制不當(dāng)或異常情況下燒壞的狀況。

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