無刷直流電機的保護電路方案

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

　　過流之前，電容被充電至Vcc，并連接到RCIN，但是過流發生之后RCIN內部通過MOSFET連接到地，所以電容沿著箭頭所示路徑放電。此時RCIN引腳為0(低電平)，RCIN又連接到SR鎖存器的R端，所以過流發生時，SR鎖存器的S=1，R=0。根據所學的SR鎖存器特性表，S=1，R=0，現態Q=0，那么鎖存器輸出1(高電平)，表示有過流情況發生。鎖存器輸出分為兩路(如箭頭所示)，一路使FAULT輸出低電平，FAULT可以接到單片機各種檢測端口進行相應的過流處理;另一路關斷上橋臂的3個MOS管，從而使電機停轉實施保護。

3.1.3 單片機固件軟件級過流保護

　　單片機軟件中設定好過流門限數值之后，軟件通過A/D實時采集電流檢測電路輸出的電壓信號，并解算得到對應的電流值，與過流保護門限值進行比較。如果實時電流值大于過流門限值，則執行相應的電機保護動作;如果實時電流值小于過流門限值，則繼續采集電流值進行比較，以此循環。

　　軟件流程如圖9所示。

　　3.2 過壓保護

　　線電壓檢測電路的設計與電流檢測電路的設計大體相同。過壓：檢測直流母線電壓，如果高于上限電壓值，則發送警告信息幀，并停止驅動電機。過壓保護如圖10所示。

　　電路簡單實用，直接檢測母線電壓，如果電壓高于程序中的設定值，則做出相應的保護動作。在軟件編程的時候采用了查詢法，即只有在進行電壓檢測的程序段中打開A/D，檢測中斷標志，然后讀數并返回電壓值，最后再關A/D，這樣不用在整個程序執行過程中一直打開A/D采集模塊，從而提高了程序執行的效率。

　　3.3 欠壓保護

　　欠壓：檢測直流母線電壓，如果低于下限電壓值，則發送警告幀，并停止驅動電機，以保護電池。

　　欠壓保護：第一套方案和上面的過壓保護過程類似;第二套方案使用了IR2136內部集成的自身工作電源檢測器。從IR2136內部原理框圖可以看出，當Vcc欠壓時，FAULT輸出低電平，同時3個上橋臂的MOS管被關斷。

　　4 實驗測試

　　在實驗室對設計制成的電路板進行了測試。測試條件為：電機與直流母線電壓均為48 V(DC)，負載電機為750 W無刷直流電動機，PWM斬波頻率為10 kHz。

　　圖11便是用示波器觀察到I/V電路的電壓信號波形。通過電壓信號可以看出，電流信號的波形為方波，同時方波中含有豐富的PWM高次諧波分量，所以在送至單片機的A/D口之前，需要進行信號調理。

　　圖12是調整LPF截至頻率為f=1.126 Hz之后，放大8倍的電壓波形。在500 mV下，PWM中點的電壓信號紋波很小，符合設計標準。

　　5 結語

　　根據本文內容設計并實現的無刷直流電動機保護電路，簡單可靠，效果良好，可以為交流調速系統、直線電機控制、開關磁阻、電機控制、USP等的研究提供參考。