電機驅(qū)動控制電路的過流保護

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，無論是直流電機還是交流電機控制部分，大都牽扯到有MOSFET組成的H橋驅(qū)動電路。但是如果是出現(xiàn)電機堵轉(zhuǎn)或者三相無刷電機出現(xiàn)缺相運行時，會使場效應(yīng)管MOSFET中的電流急劇增加，可能會遠超過場效應(yīng)管的通態(tài)平均電流，燒壞場效應(yīng)管，這樣極大的影響了控制的可靠性和經(jīng)濟性。因此，增加保護電路是必須的，盡可能的減少保護電路的器件和穩(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電路，元器件少，穩(wěn)定性好。

關(guān)鍵詞 電機驅(qū)動控制板；保護電路；場效應(yīng)管MOSFET；穩(wěn)定性；可靠性

中圖分類號 TM3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0198-02

1 技術(shù)背景

技術(shù)背景現(xiàn)在小型機器人發(fā)展迅速，機器人的電機控制部分都H橋的控制方式，電機的功率相對于微型控制電路板來說是很大的，電流也很大。如果出現(xiàn)電機的堵轉(zhuǎn)或者控制不合適，導致H橋部分電流遠超過額定電流，則可能燒毀電流板。所以在含有H橋電機驅(qū)動控制電路的PCB中加入過流保護是完全有必要的。

2 原理闡述

本文的保護電路主要由比較器組成。比較器常見的有過零電壓比較器、滯回比較器。本文采用的是普通電壓比較器。

將輸入電壓iU與參考電壓進行比較的由集成運放構(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，稱之為過零比較器。對于理想的集成運放而言，其開環(huán)電壓放大倍數(shù)很大，輸入電阻無窮大、輸出電阻為零。如果當輸入電壓iU從運放的正極輸入，可以認為當r eUU > i時，輸出電壓oU等于電源電壓。如果r eUU < i時，輸出電壓為零。

3 實現(xiàn)方案

3.1 電路接線原理

過流保護的核心部分主要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接到集成運放U的正極，同時正極接電容C到GND，集成運放的負極串聯(lián)R5接到GND，集成運放由+3.3V供電。在PCB板中采集電路，返回單片機，控制大功率部分1的H橋電路，從而實現(xiàn)過流保護的作用。

3.2 具體實施

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

過流保護的核心部分主要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接到集成運放U的正極，同時正極接電容C到GND，集成運放的負極串聯(lián)R5接到GND，集成運放由+3.3V供電。在PCB板中采集電路，返回單片機，控制大功率部分1的H橋電路，從而實現(xiàn)過流保護的作用。

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的電路電流通過電阻R1、R2和R3并聯(lián)從GND1流向GND。當大功率部分1的電路增大時，流過電阻R1、R2和R3的電流也增大，則GND1相對與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之間的電壓不會超過。集成運放U的負極參考電壓V，集成運放將在正常情況下輸出低電平，單片機則不做任何處理。

當出現(xiàn)短路，或者控制異常時，電流過大，使得GND1和GND之間的電壓增大。可能使得集成運放的正極電壓大于集成運放的負極參考電壓V，集成運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，單片機控制大功率部分1停止工作，同時控制PCB電路電壓斷開。

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的電路電流通過電阻R1、R2和R3并聯(lián)從GND1流向GND。當大功率部分1的電路增大時，流過電阻R1、R2和R3的電流也增大，則GND1相對與GND的電位也將增大。本發(fā)明能夠在硬件上實現(xiàn)H橋電機驅(qū)動電路的過電流保護，確保H橋電路中的芯片在控制不當或異常情況下燒壞的狀況。

參考文獻

[1]周宦銀，呂子勇，馬果花，等.電壓比較器實驗研究[J].實驗技術(shù)與管理，2012，29（3）：42-44.

[2]歐陽宏志.電壓比較器的學習方法[J].電氣電子教學學報，2011，33（4）：91-93.

[3]華成英，童詩白.清華大學電子學教研組編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4]梁明理，鄧仁清.電子線路[M].北京：高等教育出版社，2001.

[5]清華大學電子學教研組編，楊素行主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.