一种无刷直流电机快速堵转保护电路制造技术

本发明专利技术专利公开一种无刷直流电机快速堵转保护电路。该电路由电流取样、信号放大、阈值设置及比较、RS触发器、保护闭锁、保护解锁六部分组成，其中，保护解锁部分又由单稳态触发器、上电复位电路、与非门逻辑电路构成。系统上电复位后，RS触发器处于0状态，电机正常工作；而当电机堵转后，其电流迅速升高，经由电流取样及放大后的信号与保护阈值进行比较后输出高电平将RS触发器置1，电机PWM信号被闭锁，迅速达到堵转保护；当换向信号发生翻转式时，由单稳态触发器产生复位脉冲，并将RS触发器置0，使得保护解锁，电机处于正常工作状态。本发明专利技术专利电路简单、保护快速，保护启动时间小于100μs，能大大提高电机运行安全性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电机堵转保护方法及电路，尤其涉及一种无刷直流电机快速堵转保护方法及电路。
技术介绍
无刷直流电机是指无电刷和换向器(或集电环)并采用直流电源驱动的电机，一般由电动机主体和内部集成驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品，其具有传统直流电机的优点，同时又取消了碳刷、滑环结构，不产生火花，工作可靠，寿命长，被广泛应用于汽车、工具、工业控制以及航空航天等领域，在自动门窗控制上也发挥出较大优势。但是，无刷直流电机应用于自动门窗及相关控制领域时，当机械装置运动到限位或运行中遇到障碍物而堵转时，如不及时、迅速地闭锁电机并撤销输出转矩，则不仅会造成电机及机械装置的损坏，而且可能会对使用者造成人身伤害，如身体挤压、夹伤等。一般的机械限位保护装置采用了机械式接近开关，但接近开关工作寿命有限，启动速度慢，且不能保护机械装置运行途中的堵转；而且经专利技术人试验，一般的电子保护装置(包括电机内部集成驱动器的过流保护电路)难以实现对自动门窗控制用无刷直流电机的快速堵转保护，无法满足安全性、可靠性要求。一般带内部集成驱动器的无刷直流电机由5根引线进行控制，分别是电源线V+(红色)、地线GND(黑色)、方向控制线CW/CCW(黄色，高电平正转，低电平反转)、控制调速线PWM(高电平禁止、低电平使能)、测速脉冲信号线PUSLE(绿色)。已有的一些有刷直流电机电子保护装置采用了过流触发保护，断开电源，反向通电解锁保护的模式，而从无刷直流电机的控制引线的构成和控制方式上可见，无刷直流电机电源线V+和地线GND不能反向通电，所以该模式无法适用于无刷直流电机保护，而本专利技术考虑采用的模式是过流触发保护，方向控制线CW/CCW翻转解锁保护的保护模式。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种无刷直流电机快速堵转保护方法及电路，如图1所示，将该电路模块接入控制器和无刷直流电机之间，无刷直流电机在任何情况发生堵转时，均能以小于100μs的启动时间对电机进行快速保护，撤销输出转矩，闭锁电机，直至方向控制信号发生翻转时解锁电机，从而提高自动门窗等机械装置的运行安全性。为了解决所述技术问题，该方法由模拟及数字电路实现堵转电流检测、保护动作、保护解锁等功能，如图2所示，具体由电流取样、信号放大、阈值设置及比较、RS触发器、保护闭锁、保护解锁等部分组成，其中，保护解锁部分又由单稳态触发器、上电复位电路、与非门等逻辑电路构成。如图2所示，该方法通过接在直流无刷电机电源回路的电阻对电机驱动电流进行取样，并经过模拟信号放大及比较器，与保护阈值电压比较后产生保护触发信号，保护触发信号被接至RS触发器S端，另有保护解锁信号接至RS触发器R端。保护电路的具体工作原理和过程是：a、系统上电复位后，RS触发器Q端处于0状态，电机正常工作；b、而当电机堵转后，其电流迅速升高，经由电流取样及放大后的信号与保护阈值进行比较后输出高电平将RS触发器Q端置1，无刷电机PWM信号被闭锁，输出转矩被撤销，迅速达到堵转保护。如图2所示，该方法的保护解锁逻辑电路将控制器输出的换向CW/CCW信号经单稳态触发器作用后产生解锁触发脉冲，并与上电复位信号与非后输出解锁信号到RS触发器S端，解锁电路的具体工作原理及过程是：a、当换向信号CW/CCW保持不变时，虽然电机电流变为0，但由于RS触发器的状态保持特性，无刷电机PWM信号仍保持闭锁状态；b、而当换向信号CW/CCW发生翻转式时，由单稳态触发器产生约20ms宽度复位脉冲，并将RS触发器置0，使得保护解锁，电机处于正常工作状态。所以，根据以上保护和解锁原理及过程，该电路能够实现电机前向运行发生堵转时，可以快速被保护并保持闭锁状态(此时控制器如发出同向运行指令是无效的)，而控制器发出反向运行指令时可及时解锁电机，使其恢复正常运行。优选的是，所述无刷直流电机快速堵转保护电路中的阈值比较器、单稳态触发器、RS触发器、与非门及保护闭锁电路均采用TTL电路实现，电平翻转速度快，保护启动时间小于100μs。优选的是，所述无刷直流电机快速堵转保护方法及电路，其堵转电流保护的启动阈值按躲过电机最大启动电流进行整定。本专利技术至少包括以下有益效果：(1)对无刷直流电机在任何情况发生的堵转情况，均能快速启动保护，撤销输出转矩，闭锁电机，启动时间可在100μs以内，从而提高自动门窗等机械装置的运行安全性。(2)采用纯模拟及数字逻辑电路实现堵转电流的采样、信号放大、闭锁逻辑及解锁逻辑，无需采用CPU及计算机程序实现相关功能，结构简单，成本低廉。(3)保护动作后，由于RS触发器具有状态保持功能，即使电流降为0，电机仍保持闭锁，不会重复发生同向运行堵转现象，保护可靠，但反向运行即可及时直接解锁保护，使用方便。(4)保护动作启动电流阈值可以通过电位器调整，方便进行动作阈值的整定。本专利技术的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本专利技术的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。附图说明图1为本专利技术所述的无刷直流电机保护模块的接入电机控制系统的接线方法示意图。图2为本专利技术所述的无刷直流电机保护方法及电路的实现原理框图。图3为本专利技术所述的无刷直流电机保护方法及电路的具体实施方案电路原理图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。本专利技术公开一种适用于无刷直流电机快速堵转保护的方法及其实现电路。该方法采用纯模拟及数字电路组成，其由电流取样、信号放大、阈值设置及比较、RS触发器、保护闭锁、保护解锁等部分组成，其中，保护解锁部分又由单稳态触发器、上电复位电路、与非门等数字逻辑电路构成。该保护电路工作原理是：通过接在直流无刷电机电源回路的电阻对电机驱动电流进行取样，并经过模拟信号放大及比较器，与保护阈值电压比较后产生保护触发信号，保护触发信号接至RS触发器的S端，保护解锁信号接至RS触发器R端。系统上电复位后，RS触发器处于0状态，电机正常工作；而当电机堵转后，其电流迅速升高，经由电流取样及信号放大后的信号和保护阈值进行比较后输出高电平将RS触发器置1，电机PWM信号被闭锁，迅速达到堵转保护；当换向信号发生翻转式时，由单稳态触发器产生复位脉冲，并将RS触发器置0，使得保护及时解锁，电机处于正常工作状态。如图3所示为一种无刷直流电机快速堵转保护的方法及电路的实例，即具体实施电路。该实例电路是一个对用于自动门窗控制的无刷直流电机实施快速保护的电路模块。所述电流取样由图3(b)中的1Ω电阻R6实现，其串联在电源输入网络V+和输出到电机的电源网络VM之间，当电机运行时电流流过R6，电流大小被转换成电压信号。所述信号放大功能由3(b)中的U4即集成电流检测放大器芯片INA282实现，该放大器将输入到8端(+IN)和1端(-IN)之间的差动电压放大50倍后从5端(OUT)输出。所述阈值设置及比较由3(b)中的10kΩ电位器R7及电压比较器U5A即LM393构成，通过调整电位器R7将保护动作阈值电压输入到LM393的2端(N端)，而检测电压输入到LM393的3端(P端)，当发生堵转过流时，检测电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机快速堵转保护方法及电路，该方法及电路由电流取样、信号放大、阈值设置及比较、RS触发器、保护闭锁、保护解锁等部分组成，其中，保护解锁部分又由单稳态触发器、上电复位电路、与非门等逻辑电路构成，该电路模块接在控制器和无刷直流电机之间，无刷直流电机在任何情况发生堵转时，均能对电机进行快速堵转保护，撤销输出转矩，闭锁电机，直至方向控制信号发生翻转时解锁电机。

【技术特征摘要】
1.一种无刷直流电机快速堵转保护方法及电路，该方法及电路由电流取样、信号放大、阈值设置及比较、RS触发器、保护闭锁、保护解锁等部分组成，其中，保护解锁部分又由单稳态触发器、上电复位电路、与非门等逻辑电路构成，该电路模块接在控制器和无刷直流电机之间，无刷直流电机在任何情况发生堵转时，均能对电机进行快速堵转保护，撤销输出转矩，闭锁电机，直至方向控制信号发生翻转时解锁电机。2.根据权利要求1所述的无刷直流电机快速堵转保护方法及电路，其特征是：该电路通过接在直流无刷电机电源回路的电阻对电机驱动电流进行取样，并经过模拟信号放大及比较器，与保护阈值电压比较后产生保护触发信号，保护触发信号被接至RS触发器S端，由于RS触发器的记忆功能，可维持保护闭锁状态。3.根据权利要求1所述的无刷直流电机快速堵转保护方法及电路，其特征是：系统上电复位后，RS触发器Q端处于0状态，电机正常工作；而当电机堵...

【专利技术属性】
技术研发人员：王勇，赵芙生，殷文志，熊智新，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32