电机驱动控制电路的过流保护

张洪伟+刘思美+杨斌+陈璐寒

摘 要 电力电子技术发展迅速，无论是直流电机还是交流电机控制部分，大都牵扯到有MOSFET组成的H桥驱动电路。但是如果是出现电机堵转或者三相无刷电机出现缺相运行时，会使场效应管MOSFET中的电流急剧增加，可能会远超过场效应管的通态平均电流，烧坏场效应管，这样极大的影响了控制的可靠性和经济性。因此，增加保护电路是必须的，尽可能的减少保护电路的器件和稳定性是研究的方向。本文给出了一种由比较器组成的保护电路，元器件少，稳定性好。

关键词 电机驱动控制板；保护电路；场效应管MOSFET；稳定性；可靠性

中图分类号 TM3 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）164-0198-02

1 技术背景

技术背景现在小型机器人发展迅速，机器人的电机控制部分都H桥的控制方式，电机的功率相对于微型控制电路板来说是很大的，电流也很大。如果出现电机的堵转或者控制不合适，导致H桥部分电流远超过额定电流，则可能烧毁电流板。所以在含有H桥电机驱动控制电路的PCB中加入过流保护是完全有必要的。

2 原理阐述

本文的保护电路主要由比较器组成。比较器常见的有过零电压比较器、滞回比较器。本文采用的是普通电压比较器。

将输入电压iU与参考电压进行比较的由集成运放构成的电路称为电压比较器电路，如果参考电压不为零就是普通的电压比较器，如果参考电压为零，称之为过零比较器。对于理想的集成运放而言，其开环电压放大倍数很大，输入电阻无穷大、输出电阻为零。如果当输入电压iU从运放的正极输入，可以认为当r eUU > i时，输出电压oU等于电源电压。如果r eUU < i时，输出电压为零。

3 实现方案

3.1 电路接线原理

过流保护的核心部分主要3，电阻R1、R2和R3并联，跨接在GND1和GND之间，GND1串联电阻R4接到集成运放U的正极，同时正极接电容C到GND，集成运放的负极串联R5接到GND，集成运放由+3.3V供电。在PCB板中采集电路，返回单片机，控制大功率部分1的H桥电路，从而实现过流保护的作用。

3.2 具体实施

如图1所示，过流保护电路包含：大功率部分1、小功率部分2和过流保护的核心部分3组成。大功率部分1为H桥驱动电路。小功率部分2由单片机、电源电路、控制电路构成。

过流保护的核心部分主要3，电阻R1、R2和R3并联，跨接在GND1和GND之间，GND1串联电阻R4接到集成运放U的正极，同时正极接电容C到GND，集成运放的负极串联R5接到GND，集成运放由+3.3V供电。在PCB板中采集电路，返回单片机，控制大功率部分1的H桥电路，从而实现过流保护的作用。

GND1属于大功率部分1的公共地，GND属于除了大功率部分1之外所以部分的公共地。大功率部分1的电路电流通过电阻R1、R2和R3并联从GND1流向GND。当大功率部分1的电路增大时，流过电阻R1、R2和R3的电流也增大，则GND1相对与GND的电位也将增大。

正常情况下，电流在允许的范围内，即GND1和GND之间的电压不会超过。集成运放U的负极参考电压V，集成运放将在正常情况下输出低电平，单片机则不做任何处理。

当出现短路，或者控制异常时，电流过大，使得GND1和GND之间的电压增大。可能使得集成运放的正极电压大于集成运放的负极参考电压V，集成运放将从正常输出为低电平转为输出高电平，反馈给单片机，单片机控制大功率部分1停止工作，同时控制PCB电路电压断开。

4 结论

GND1属于大功率部分1的公共地，GND属于除了大功率部分1之外所以部分的公共地。大功率部分1的电路电流通过电阻R1、R2和R3并联从GND1流向GND。当大功率部分1的电路增大时，流过电阻R1、R2和R3的电流也增大，则GND1相对与GND的电位也将增大。本发明能够在硬件上实现H桥电机驱动电路的过电流保护，确保H桥电路中的芯片在控制不当或异常情况下烧坏的状况。

参考文献

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