無刷直流電機的保護電路方案

同相和反向比例電路是運放最典型的應用。經低通濾波之后出來的直流電壓信號，其幅值比較低，所以要經過同相比例運算放大電路放大，進行電壓放大，便于單片機的A/D口進行采集。圖4中D22，D23為箝位二極管，保持輸入到單片機A/D口的電壓在0～5 V范圍之內，選用1N4148即可。

　　2 電壓檢測原理

　　線電壓檢測電路的設計與電流檢測電路的設計大體相同，具體原理參照電流檢測原理。線電壓檢測硬件的整體電路結構圖如圖5所示。

　　3 保護方案

　　本文提出的保護方案主要是針對以IR2136芯片作為電機驅動器的電機，因為它不但實現了一套完整的無刷直流電動機驅動，而且它還集成了自身工作電源欠壓檢測器，檢測到芯片的Vcc或Vbs欠壓時能關閉高端MOSFET，防止MOS管長時間工作在高功耗狀態下。

　　3.1 過流保護方案

　　過流保護方案共有3套，其中包括兩套硬件過流方案和一套軟件過流方案。

　　(1)電流檢測電路和LM311構成比較電路，輸出送到單片機PWM模塊的FLTA進行故障檢測，如果FLTA引腳為低電平，則PWM模塊硬件關斷PWM輸出。該過流保護為單片機集成的硬件級保護，響應速度快。

　　(2)電流檢測電路輸出電壓經過分壓之后送到IR2136的ITRIP引腳，如果ITRIP引腳電壓高于0.5 V，則引起IR2136內部叩比較器動作，FAULT引腳輸出低電平，RCIN引腳連接的電阻電容構成RC延時機制，延時之后過流狀態自動清除。因為FAULT在過流和自身欠壓的情況下都會變為低電平。區別在于：過流情況下，FAULT引腳的電平時高時低，而自身欠壓的狀態下，FAULT會一直輸出低電平。該過流保護為IR2136集成的硬件級保護，響應速度快。

　　(3)單片機設置軟件級的過流保護程序代碼，通過A/D口采集電流檢測電路輸出電壓，以判斷是否過流。這屬于軟件級別的過流保護，響應速度較硬件級別保護慢，若在程序跑飛的情況下不能提供過流保護。

　　3.1.1 方案一

　　電流檢測電路配合LM311構成過流檢測電路如圖6所示。

　　正常情況下，在電流檢測電路中，電路輸出的電壓信號(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，電路無動作;若發生過流時，電路輸出的電壓信號(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，當單片機PWM模塊的FLTA檢測到低電平之后，設置PWM輸出無效電平(在此應用中PWM有效電平為低電平，無效電平為高電平)從而使電機停轉。

　　電阻R42提供正反饋構成滯回比較器，可以為整個電路起到50 mV的抗噪聲能力;分壓電阻采用滑動變阻器，從而可以方便地設置過流門限。要注意的是：因為電阻分壓電路直接接到LM311的輸入端，而認為LM311的輸入端電阻是無限大的，所以不會產生負載效應，可以放心使用。

　　3.1.2 方案二

　　IR2136集成的過流檢測功能如圖7所示。

　　如果電壓值小于0.5 V，則電路正常工作;此時連接到ITRIP的內部比較器輸出0(低電平)，因為RCIN外接RC延時電路的原因，電容充電至1(高電平)，所以此時SR鎖存器S=0，R=1，根據SR鎖存器的特性表，不管當前狀態如何，SR鎖存器都輸出0，表示沒有過流發生。