一種直流電機驅動與保護電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種直流電機驅動與保護電路，包括直流電機運行控制電路、短路保護電路、斷路檢測電路，具體包括光控MOS管U1、電感L1、電流傳感器CS1、電機M、短路比較器IC1、斷路比較器IC2、驅動三極管Q1、短路三極管Q2、限流電阻R1、基極電阻R2、阻擋穩壓管DW1、輸入電阻R3，晶閘管VT1等。本實用新型利用在主電路中串接小電感，延緩電流突變以可靠地進行短路保護；結合電機運行控制信號與實際電流信號能可靠判斷主電路斷路與否。該方法準確度高、實時性強、成本低、通用性好、可靠性高。
【專利說明】—種直流電機驅動與保護電路
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于工業測控領域，涉及一種電路，特別涉及一種直流電機驅動與保護電路，適用于對核電生產設備中進行松動件監測與校驗的場合。
【背景技術】
[0002]在核電站反應堆設備及其他生產設備中，常需監測生產設備中機械零部件的松動情況，以確保生產設備的安全運行。目前，常用的方案是:在需要被監測的生產設備上安裝加速度傳感器，并將加速度傳感器的輸出信號連接到安裝在其附近的電荷放大器，再將電荷放大器的輸出信號傳輸到控制室，同時，需定時對監測通道進行校驗，為此，常在監測點附近安裝用于模擬機械零部件脫落的試驗撞擊裝置，該裝置工作時是由電機-凸輪機構帶動撞擊部件，對生產設備進行周期性撞擊，且撞擊能量是預設的。現有方案的不足之處在于:撞擊用的電機是安裝在核電站反應堆設備上，而電機控制器是安裝控制室，兩者相距很遠，且電機所處環境惡劣，常因發生故障，特別是電機轉軸卡死等導致過載時未能及時保護而損壞電機，或導致松動件監測系統難以正常進行監測。
【發明內容】
[0003]本實用新型的目的是針對現有技術存在的不足，提出一種用于振動測試的直流電機驅動與保護電路。該電路采用集直流電機運行控制、短路保護、斷路檢測報警等功能電路于一體的電路處理方案。
[0004]本實用新型包括直流電機運行控制電路、短路保護電路、斷路檢測電路。
[0005]直流電機運行控制電路包括負電源電容C5、正電源電容C6、限流電阻R1、基極電阻R2、輸入電阻R3、偏置電阻R4、晶閘管VT1、光控MOS管U1、驅動三極管Q1、阻擋穩壓管DWl、電感L1、電感二極管Dl、電機二極管D2、電機M、電流傳感器CSl、主電源電容C4，負電源電容C5的一端與電路負電源端VSS端連接，負電源電容C5的另一端接地，正電源電容C6的一端與電路正電源端VCC端連接，正電源電容C6的另一端接地，限流電阻Rl的一端與電路正電源端VCC端連接，限流電阻Rl的另一端與光控MOS管Ul的正輸入端+IN端連接，光控MOS管Ul的負輸入端-1N端與驅動三極管Ql的集電極c端連接，驅動三極管Ql的射極e端接地，驅動三極管Ql的基極b端與基極電阻R2的一端連接，基極電阻R2的另一端與阻擋穩壓管DWl的陽極連接，阻擋穩壓管DWl的陰極與輸入電阻R3的一端、偏置電阻R4的一端及晶閘管VTl的陽極連接，偏置電阻R4的另一端與電路負電源端VSS端連接，晶閘管VTl的陰極接地，輸入電阻R3的另一端與電機運行控制端UC端、前置電阻R16的一端連接，光控MOS管Ul的正輸出端+端與電感LI的一端、電感二極管Dl的陽極連接，電感LI的另一端與電感二極管Dl的陰極、主電源電容C4的正端及主電源正端+E端連接，主電源電容C4的另一端與主電源負端-E端連接，光控MOS管Ul的負輸出端-端經連線穿過電流傳感器CSl的檢測孔后與電機M的一端Al端、電機二極管D2的陰極及光耦電阻R18的一端連接，電機M的另一端A2端與主電源負端-E端連接，電機二極管D2的陽極與主電源負端-E端連接，電流傳感器CSl的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，電流傳感器CSl的負電源端-V端與電路負電源端VSS端連接，電流傳感器CSl的地端GND端接地，電流傳感器CSl的輸出端OUT端與短路電阻R12的一端、斷路電阻R13的一端連接；
[0006]短路保護電路包括短路電阻Rl2、短路電容Cl、限壓電阻Rl 1、左端電阻R9、右端電阻R10、過流穩壓管DW2、短路比較器IC1、上拉電阻R8、驅動電阻R7、c極電阻R5、門極電阻R6、短路三極管Q2，短路電阻R12的另一端與短路電容Cl的一端、短路比較器ICl的負輸入端-1N端連接，短路電容Cl的另一端接地，短路比較器ICl的正輸入端+IN端與左端電阻R9的一端、右端電阻RlO的一端連接，左端電阻R9的另一端接地，右端電阻RlO的另一端與限壓電阻Rll的一端、過流穩壓管DW2的陰極連接，限壓電阻Rll的另一端與電路正電源端VCC端連接，過流穩壓管DW2的陽極接地，短路比較器ICl的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，短路比較器ICl的負電源端-V端接地，短路比較器ICl的輸出端OUT端與上拉電阻R8的一端、驅動電阻R7的一端及短路報警輸出端US端連接，上拉電阻R8的另一端與電路正電源端VCC端連接，驅動電阻R7的另一端與短路三極管Q2的基極b端連接，短路三極管Q2的射極e端與電路正電源端VCC端連接，短路三極管Q2的集電極c端與c極電阻R5的一端連接，c極電阻R5的另一端與門極電阻R6的一端、晶閘管VTl的門極連接，晶閘管VTl的陰極接地，門極電阻R6的另一端接地；
[0007]斷路檢測電路包括斷路電阻R13、斷路電容C2、穩定電阻R14、分壓電阻R15、前置電阻R16、上端電阻R17、穩定電容C3、偏置穩壓管DW3、斷路比較器IC2，斷路電阻R13的另一端與斷路電容C2的一端、斷路比較器IC2的正輸入端+IN端連接，斷路電容C2的另一端接地，前置電阻R16的另一端與分壓電阻R15的一端、偏置穩壓管DW3的陰極連接，偏置穩壓管DW3的陽極接地,分壓電阻R15的另一端與穩定電阻R14的一端、穩定電容C3的一端及斷路比較器IC2的負輸入端-1N端連接，穩定電阻R14的另一端接地，穩定電容C3的另一端接地，斷路比較器IC2的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，斷路比較器IC2的負電源端-V端接地，斷路比較器IC2的輸出端OUT端與上端電阻R17的一端、斷路報警輸出端UB端連接，上端電阻Rl7的另一端與電路正電源端VCC端連接。
[0008]本實用新型的有益效果如下:
[0009]本實用新型利用在主電路中串接電感防止電流突變，并于電路參數配合能確保可靠地進行短路保護；結合電機運行控制信號與實際電流信號能可靠地判斷主電路的斷路與否。該方法準確度高、實時性強、成本低、通用性好、可靠性高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0010]圖1為本實用新型的電路圖。
【具體實施方式】
[0011]下面結合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0012]如圖1所示，一種直流電機驅動與保護電路，包括直流電機運行控制電路、短路保護電路、斷路檢測電路。
[0013]直流電機運行控制電路包括負電源電容C5、正電源電容C6、限流電阻Rl、基極電阻R2、輸入電阻R3、偏置電阻R4、晶閘管VT1、光控MOS管U1、驅動三極管Q1、阻擋穩壓管DWl、電感L1、電感二極管Dl、電機二極管D2、電機M、電流傳感器CSl、主電源電容C4，負電源電容C5的一端與電路負電源端VSS端連接，負電源電容C5的另一端接地，正電源電容C6的一端與電路正電源端VCC端連接，正電源電容C6的另一端接地，限流電阻Rl的一端與電路正電源端VCC端連接，限流電阻Rl的另一端與光控MOS管Ul的正輸入端+IN端連接，光控MOS管Ul的負輸入端-1N端與驅動三極管Ql的集電極c端連接，驅動三極管Ql的射極e端接地，驅動三極管Ql的基極b端與基極電阻R2的一端連接，基極電阻R2的另一端與阻擋穩壓管DWl的陽極連接，阻擋穩壓管DWl的陰極與輸入電阻R3的一端、偏置電阻R4的一端及晶閘管VTl的陽極連接，偏置電阻R4的另一端與電路負電源端VSS端連接，晶閘管VTl的陰極接地，輸入電阻R3的另一端與電機運行控制端UC端、前置電阻R16的一端連接，光控MOS管Ul的正輸出端+端與電感LI的一端、電感二極管Dl的陽極連接，電感LI的另一端與電感二極管Dl的陰極、主電源電容C4的正端及主電源正端+E端連接，主電源電容C4的另一端與主電源負端-E端連接，光控MOS管Ul的負輸出端-端經連線穿過電流傳感器CSl的檢測孔后與電機M的一端Al端、電機二極管D2的陰極及光耦電阻R18的一端連接，電機M的另一端A2端與主電源負端-E端連接，電機二極管D2的陽極與主電源負端-E端連接，電流傳感器CSl的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，電流傳感器CSl的負電源端-V端與電路負電源端VSS端連接，電流傳感器CSl的地端GND端接地，電流傳感器CSl的輸出端OUT端與短路電阻R12的一端、斷路電阻R13的一端連接；
[0014]短路保護電路包括短路電阻Rl2、短路電容Cl、限壓電阻Rl 1、左端電阻R9、右端電阻R10、過流穩壓管DW2、短路比較器IC1、上拉電阻R8、驅動電阻R7、c極電阻R5、門極電阻R6、短路三極管Q2，短路電阻R12的另一端與短路電容Cl的一端、短路比較器ICl的負輸入端-1N端連接，短路電容Cl的另一端接地，短路比較器ICl的正輸入端+IN端與左端電阻R9的一端、右端電阻RlO的一端連接，左端電阻R9的另一端接地，右端電阻RlO的另一端與限壓電阻Rll的一端、過流穩壓管DW2的陰極連接，限壓電阻Rll的另一端與電路正電源端VCC端連接，過流穩壓管DW2的陽極接地，短路比較器ICl的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，短路比較器ICl的負電源端-V端接地，短路比較器ICl的輸出端OUT端與上拉電阻R8的一端、驅動電阻R7的一端及短路報警輸出端US端連接，上拉電阻R8的另一端與電路正電源端VCC端連接，驅動電阻R7的另一端與短路三極管Q2的基極b端連接，短路三極管Q2的射極e端與電路正電源端VCC端連接，短路三極管Q2的集電極c端與c極電阻R5的一端連接，c極電阻R5的另一端與門極電阻R6的一端、晶閘管VTl的門極連接，晶閘管VTl的陰極接地，門極電阻R6的另一端接地；
[0015]斷路檢測電路包括斷路電阻R13、斷路電容C2、穩定電阻R14、分壓電阻R15、前置電阻R16、上端電阻R17、穩定電容C3、偏置穩壓管DW3、斷路比較器IC2，斷路電阻R13的另一端與斷路電容C2的一端、斷路比較器IC2的正輸入端+IN端連接，斷路電容C2的另一端接地，前置電阻R16的另一端與分壓電阻R15的一端、偏置穩壓管DW3的陰極連接，偏置穩壓管DW3的陽極接地,分壓電阻R15的另一端與穩定電阻R14的一端、穩定電容C3的一端及斷路比較器IC2的負輸入端-1N端連接，穩定電阻R14的另一端接地，穩定電容C3的另一端接地，斷路比較器IC2的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，斷路比較器IC2的負電源端-V端接地，斷路比較器IC2的輸出端OUT端與上端電阻R17的一端、斷路報警輸出端UB端連接，上端電阻Rl7的另一端與電路正電源端VCC端連接。[0016]本實用新型所使用的包括光控MOS管Ul、電流傳感器CSl、比較器ICl與IC2、三極管Ql及Q2等在內的所有器件均采用現有的成熟產品，可以通過市場取得。例如:光控MOS管采用AQZ262，電流傳感器采用CSM系列霍爾電流傳感器，比較器采用LM311，三極管采用C8550 等。
[0017]本實用新型中的主要電路參數及輸入輸出關系如下:
[0018]圖1中的電流傳感器CSl的輸出信號Ui與被測的電機電流Ici的關系如式(I)所示，其中的β為電流-電壓轉換系數(單位:V/A)，Uitl為零電流時電流傳感器的輸出信號(單位:V)。
[0019]Ui = Ui0+β 10(I)
[0020]設:過流穩壓管DW2的穩壓值為Uw2 (單位:V)，偏置穩壓管DW3的穩壓值為Uw3 (單位:V)。則:短路比較器的閾值Uim如式(2)所示，斷路比較器的閾值Uib如式(3)所示，其中的IOm為短路電流判定值(單位:A)，100為斷路電流判定值(單位:A)，主要取決于光耦IC3的發光側電流。
【權利要求】
1.一種直流電機驅動與保護電路，包括直流電機運行控制電路、短路保護電路、斷路檢測電路，其特征在于: 直流電機運行控制電路包括負電源電容C5、正電源電容C6、限流電阻R1、基極電阻R2、輸入電阻R3、偏置電阻R4、晶閘管VTl、光控MOS管Ul、驅動三極管Ql、阻擋穩壓管DWl、電感L1、電感二極管Dl、電機二極管D2、電機M、電流傳感器CSl、主電源電容C4，負電源電容C5的一端與電路負電源端VSS端連接，負電源電容C5的另一端接地，正電源電容C6的一端與電路正電源端VCC端連接，正電源電容C6的另一端接地，限流電阻Rl的一端與電路正電源端VCC端連接，限流電 阻Rl的另一端與光控MOS管Ul的正輸入端+IN端連接，光控MOS管Ul的負輸入端-1N端與驅動三極管Ql的集電極c端連接，驅動三極管Ql的射極e端接地，驅動三極管Ql的基極b端與基極電阻R2的一端連接，基極電阻R2的另一端與阻擋穩壓管DWl的陽極連接，阻擋穩壓管DWl的陰極與輸入電阻R3的一端、偏置電阻R4的一端及晶閘管VTl的陽極連接，偏置電阻R4的另一端與電路負電源端VSS端連接，晶閘管VTl的陰極接地，輸入電阻R3的另一端與電機運行控制端UC端、前置電阻R16的一端連接，光控MOS管Ul的正輸出端+端與電感LI的一端、電感二極管Dl的陽極連接，電感LI的另一端與電感二極管Dl的陰極、主電源電容C4的正端及主電源正端+E端連接，主電源電容C4的另一端與主電源負端-E端連接，光控MOS管Ul的負輸出端-端經連線穿過電流傳感器CSl的檢測孔后與電機M的一端Al端、電機二極管D2的陰極及光耦電阻R18的一端連接，電機M的另一端A2端與主電源負端-E端連接，電機二極管D2的陽極與主電源負端-E端連接，電流傳感器CSl的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，電流傳感器CSl的負電源端-V端與電路負電源端VSS端連接，電流傳感器CSl的地端GND端接地，電流傳感器CSl的輸出端OUT端與短路電阻R12的一端、斷路電阻R13的一端連接； 短路保護電路包括短路電阻R12、短路電容Cl、限壓電阻R11、左端電阻R9、右端電阻RlO、過流穩壓管DW2、短路比較器ICl、上拉電阻R8、驅動電阻R7、c極電阻R5、門極電阻R6、短路三極管Q2，短路電阻R12的另一端與短路電容Cl的一端、短路比較器ICl的負輸入端-1N端連接，短路電容Cl的另一端接地，短路比較器ICl的正輸入端+IN端與左端電阻R9的一端、右端電阻RlO的一端連接，左端電阻R9的另一端接地，右端電阻RlO的另一端與限壓電阻Rll的一端、過流穩壓管DW2的陰極連接，限壓電阻Rll的另一端與電路正電源端VCC端連接，過流穩壓管DW2的陽極接地，短路比較器ICl的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，短路比較器ICl的負電源端-V端接地，短路比較器ICl的輸出端OUT端與上拉電阻R8的一端、驅動電阻R7的一端及短路報警輸出端US端連接，上拉電阻R8的另一端與電路正電源端VCC端連接，驅動電阻R7的另一端與短路三極管Q2的基極b端連接，短路三極管Q2的射極e端與電路正電源端VCC端連接，短路三極管Q2的集電極c端與c極電阻R5的一端連接，c極電阻R5的另一端與門極電阻R6的一端、晶閘管VTl的門極連接，晶閘管VTl的陰極接地，門極電阻R6的另一端接地； 斷路檢測電路包括斷路電阻Rl3、斷路電容C2、穩定電阻R14、分壓電阻Rl5、前置電阻R16、上端電阻R17、穩定電容C3、偏置穩壓管DW3、斷路比較器IC2，斷路電阻R13的另一端與斷路電容C2的一端、斷路比較器IC2的正輸入端+IN端連接，斷路電容C2的另一端接地，前置電阻R16的另一端與分壓電阻R15的一端、偏置穩壓管DW3的陰極連接，偏置穩壓管DW3的陽極接地，分壓電阻R15的另一端與穩定電阻R14的一端、穩定電容C3的一端及斷路比較器IC2的負輸入端-1N端連接，穩定電阻R14的另一端接地，穩定電容C3的另一端接地，斷路比較器IC2的正電源端+V端與電路正電源端VCC端連接，斷路比較器IC2的負電源端-V端接地，斷路比較器IC2的輸出端OUT端與上端電阻R17的一端、斷路報警輸出端UB端連接，上端電阻Rl7的另一端與電路正電源端VCC端連接。
2.如權利要求1所述的一種直流電機驅動與保護電路，其特征在于: 電流傳感器CSl的輸出信號Ui與被測的電機電流Ici的關系如式(I)所示，其中的β為電流-電壓轉換系數(單位:V/A)，Uw為零電流時的電流傳感器輸出信號(單位:V): Ui = Ui0+β 10(I) 設:過流穩壓管DW2的穩壓值為Uw2 (單位:V)，偏置穩壓管DW3的穩壓值為Uw3 (單位:V);則:短路比較器的閾值Uim如式(2)所示，斷路比較器的閾值Uib如式(3)所示，其中的10m為短路電流判定值(單位:A)，100為斷路電流判定值(單位:A)，100主要取決于光耦IC3的發光側電流:
3.如權利要求1所述的一種直流電機驅動與保護電路，其特征在于: 所述的光控MOS管U1、電流傳感器CS1、短路比較器IC1、斷路比較器IC2、驅動三極管Q1、短路三極管Q2均采用現有的成熟產品，光控MOS管采用AQZ262，電流傳感器采用CSM系列霍爾電流傳感器，短路比較器和斷路比較器采用LM311，驅動三極管和短路三極管采用C8550。
【文檔編號】G01H1/00GK203775096SQ201420051205
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年1月26日 優先權日:2014年1月26日
【發明者】陳德傳, 張衛, 鄭忠杰 申請人:杭州電子科技大學