無(wú)刷直流電機(jī)的保護(hù)電路方案(2)

　　2 電壓檢測(cè)原理

　　線電壓檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)與電流檢測(cè)電路的設(shè)計(jì)大體相同，具體原理參照電流檢測(cè)原理。線電壓檢測(cè)硬件的整體電路結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

　　3 保護(hù)方案

　　本文提出的保護(hù)方案主要是針對(duì)以IR2136芯片作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電機(jī)，因?yàn)樗坏珜?shí)現(xiàn)了一套完整的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，而且它還集成了自身工作電源欠壓檢測(cè)器，檢測(cè)到芯片的Vcc或Vbs欠壓時(shí)能關(guān)閉高端MOSFET，防止MOS管長(zhǎng)時(shí)間工作在高功耗狀態(tài)下。

　　3.1 過(guò)流保護(hù)方案

　　過(guò)流保護(hù)方案共有3套，其中包括兩套硬件過(guò)流方案和一套軟件過(guò)流方案。

　　(1)電流檢測(cè)電路和LM311構(gòu)成比較電路，輸出送到單片機(jī)PWM模塊的FLTA進(jìn)行故障檢測(cè)，如果FLTA引腳為低電平，則PWM模塊硬件關(guān)斷PWM輸出。該過(guò)流保護(hù)為單片機(jī)集成的硬件級(jí)保護(hù)，響應(yīng)速度快。

　　(2)電流檢測(cè)電路輸出電壓經(jīng)過(guò)分壓之后送到IR2136的ITRIP引腳，如果ITRIP引腳電壓高于0.5 V，則引起IR2136內(nèi)部叩比較器動(dòng)作，F(xiàn)AULT引腳輸出低電平，RCIN引腳連接的電阻電容構(gòu)成RC延時(shí)機(jī)制，延時(shí)之后過(guò)流狀態(tài)自動(dòng)清除。因?yàn)镕AULT在過(guò)流和自身欠壓的情況下都會(huì)變?yōu)榈碗娖?。區(qū)別在于：過(guò)流情況下，F(xiàn)AULT引腳的電平時(shí)高時(shí)低，而自身欠壓的狀態(tài)下，F(xiàn)AULT會(huì)一直輸出低電平。該過(guò)流保護(hù)為IR2136集成的硬件級(jí)保護(hù)，響應(yīng)速度快。

　　(3)單片機(jī)設(shè)置軟件級(jí)的過(guò)流保護(hù)程序代碼，通過(guò)A/D口采集電流檢測(cè)電路輸出電壓，以判斷是否過(guò)流。這屬于軟件級(jí)別的過(guò)流保護(hù)，響應(yīng)速度較硬件級(jí)別保護(hù)慢，若在程序跑飛的情況下不能提供過(guò)流保護(hù)。

　　3.1.1 方案一

　　電流檢測(cè)電路配合LM311構(gòu)成過(guò)流檢測(cè)電路如圖6所示。

　　正常情況下，在電流檢測(cè)電路中，電路輸出的電壓信號(hào)(接到LM311的反相輸入端)小于電阻分壓電路輸出電壓(接到LM311的同相輸入端)，LM311輸出高電平，電路無(wú)動(dòng)作;若發(fā)生過(guò)流時(shí)，電路輸出的電壓信號(hào)(接到LM311的反相輸入端)大于電阻分壓電路輸出電壓(接到LM311的同相輸入端)，LM311輸出低電平，當(dāng)單片機(jī)PWM模塊的FLTA檢測(cè)到低電平之后，設(shè)置PWM輸出無(wú)效電平(在此應(yīng)用中PWM有效電平為低電平，無(wú)效電平為高電平)從而使電機(jī)停轉(zhuǎn)。

　　電阻R42提供正反饋構(gòu)成滯回比較器，可以為整個(gè)電路起到50 mV的抗噪聲能力;分壓電阻采用滑動(dòng)變阻器，從而可以方便地設(shè)置過(guò)流門(mén)限。要注意的是：因?yàn)殡娮璺謮弘娐分苯咏拥絃M311的輸入端，而認(rèn)為L(zhǎng)M311的輸入端電阻是無(wú)限大的，所以不會(huì)產(chǎn)生負(fù)載效應(yīng)，可以放心使用。

　　3.1.2 方案二

　　IR2136集成的過(guò)流檢測(cè)功能如圖7所示。

　　如果電壓值小于0.5 V，則電路正常工作;此時(shí)連接到ITRIP的內(nèi)部比較器輸出0(低電平)，因?yàn)镽CIN外接RC延時(shí)電路的原因，電容充電至1(高電平)，所以此時(shí)SR鎖存器S=0，R=1，根據(jù)SR鎖存器的特性表，不管當(dāng)前狀態(tài)如何，SR鎖存器都輸出0，表示沒(méi)有過(guò)流發(fā)生。

　　如果電壓值大于0.5 V，則會(huì)引發(fā)IR2136內(nèi)部電路一系列動(dòng)作。具體分析如下，ITRIP引腳連接的比較器輸出1(高電平)，經(jīng)過(guò)輸入噪聲濾波器確認(rèn)不是由噪聲引起的誤動(dòng)作之后，送到SR鎖存器的S端，即此時(shí)S端為1;同時(shí)比較器輸出的1(高電平)加到與RCIN相連的MOSFET柵極，從而引發(fā)MOSFET漏極和源極導(dǎo)通，即RCIN連接到低，而RCIN在外部還連接了RC延時(shí)電路，如圖8所示。

　　過(guò)流之前，電容被充電至Vcc，并連接到RCIN，但是過(guò)流發(fā)生之后RCIN內(nèi)部通過(guò)MOSFET連接到地，所以電容沿著箭頭所示路徑放電。此時(shí)RCIN引腳為0(低電平)，RCIN又連接到SR鎖存器的R端，所以過(guò)流發(fā)生時(shí)，SR鎖存器的S=1，R=0。根據(jù)所學(xué)的SR鎖存器特性表，S=1，R=0，現(xiàn)態(tài)Q=0，那么鎖存器輸出1(高電平)，表示有過(guò)流情況發(fā)生。鎖存器輸出分為兩路(如箭頭所示)，一路使FAULT輸出低電平，F(xiàn)AULT可以接到單片機(jī)各種檢測(cè)端口進(jìn)行相應(yīng)的過(guò)流處理;另一路關(guān)斷上橋臂的3個(gè)MOS管，從而使電機(jī)停轉(zhuǎn)實(shí)施保護(hù)。