CN107546722B - 一种直流电机正反转保护控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流电机正反转保护控制电路，开关滤波电路、上桥驱动电路、下桥驱动电路、功率主电路、过流检测电路和互锁保护电路；本发明无需主控芯片和大体积的继电器，避免了复杂的控制电路和软件控制算法，降低了电路的体积和成本，驱动电路采用单电源，避免了双电源驱动，电流采样电路无需传感器和转换电路，采用互锁保护电路对电流过流进行保护，及时切断主电路，避免功率主电路和电机损坏，提升了可靠性。

Description

一种直流电机正反转保护控制电路

技术领域

本发明涉及控制电路技术领域，尤其涉及一种直流电机正反转保护控制电路。

背景技术

直流电机具有结构和控制简单、体积和重量小、运行可靠、效率高等优点，在国防、航天、航空、汽车、医疗等各个领域。随着永磁材料的出现以及电子元器件的快速发展，永磁直流电机得到更加广泛的应用，高可靠、低成本的直流电机控制电路成为直流电机发展的关键技术之一。

当前主流的直流电机控制电路主要有两种方式，一种方式是采用四个继电器搭建H桥电路来控制电机正反转，这种方式的优点是结构简单，控制方便，无需主控芯片，降低了系统的复杂性，缺点是控制电路体积大，成本高，继电器开关次数有限，降低了系统的可靠性，对于大功率的电机，继电器体积更大，成本更高。第二种方式是采用功率管搭建桥式电路，利用主控芯片控制功率管实现电机的正反转，这种方式的优点是控制方式灵活，可扩展性高，缺点是由于主控芯片的存在导致控制电路复杂、成本高、体积较大。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种直流电机正反转保护控制电路，用以解决直流控制电路可靠性低、体积大、成本高的技术问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

如图1所示，在基于本发明的一个实施例中，提供了一种直流电机正反转保护控制电路,包括：上桥驱动电路、下桥驱动电路、功率主电路、过流检测电路和互锁保护电路；其中电机正转信号SZ和反转信号SF连接到上桥驱动电路的输入端，上桥驱动电路输出电机驱动信号SZ2、SF2和下桥驱动信号SZ3、SF3，下桥驱动信号SZ3、SF3连接到下桥驱动电路输入端，下桥驱动电路输出电机驱动信号SZ4、SF4与上桥驱动电路输出的电机驱动信号SZ2和SF2连接到功率主电路来控制电机正反转，功率主电路输出保护电压信号CU1和CU2连接过流检测电路的输入端，过流检测电路在电流超限时切断电路，过流检测电路输出电压信号OV1和OV2连接到互锁保护电路的输入端；互锁保护电路根据输入的电压信号OV1和OV2输出电压控制信号OV3和OV4到上桥驱动电路的控制端，当输入的正转信号和反转信号同时为高电平或者出现电机过流时，控制信号封锁上桥驱动电路。

在基于本发明电路的另一个实施例中，还包括开关滤波电路，电机正转信号SZ和反转信号SF连接到开关滤波电路的输入端，经开关滤波电路滤波后，输出正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1连接到上桥驱动电路的输入端；开关滤波电路包括：电阻R16、电阻R17，电阻R21、电阻R22、电容C1、电容C2、NPN三极管K12、NPN三极管K7；电阻R16的一端为电机正转信号SZ的输入端，电阻R16的另一端分别与电容C1的一端、电阻R17的一端、NPN三极管K12的基极连接，电容C1的另一端、电阻R17的另一端与NPN三极管K12的发射极均连接电源地GND，NPN三极管K12的集电极作为输出端输出SZ1信号；电阻R21的一端作为电机反转信号SF输入端，电阻R21的另一端分别与电容C2的一端、电阻R22的一端、NPN三极管K7的基极连接，电容C2的另一端与电阻R22的另一端、NPN三极管K7的发射极均与电源地GND连接，NPN三极管K7的集电极作为输出端输出SF1信号。

在基于本发明电路的另一个实施例中，上桥驱动电路包括：电阻R2、电阻R15、电阻R8、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R18、电阻R23、PNP三极管K2、PNP三极管K4；电阻R2一端作为输入端接入正转滤波信号SZ1，另一端与PNP三极管K2的基极连接，连接点为上桥驱动电路的第一控制端，PNP三极管K2的发射极与电源VCC连接，PNP三极管K2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R23的一端、R27的一端连接，连接点输出电机驱动信号SZ2，R23的另一端输出下桥驱动信号SZ3；电阻R15的一端作为输入端接入反转滤波信号SF1，电阻R15的另一端与PNP三极管K4的基极连接，连接点为上桥驱动电路的第二控制端，PNP三极管K4的发射极与电源VCC连接，PNP三极管K4的集电极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端分别与电阻R28的一端、R18的一端连接，连接点输出电机驱动信号SF2，R18的另一端输出下桥驱动信号SF3。

在基于本发明电路的另一个实施例中，下桥驱动电路包括：电阻R19、电阻R20、电阻R24、电阻R25、NPN三极管K8、NPN三极管K10；NPN三极管K8的基极与电阻R19的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SF3，NPN三极管K8的集电极与R27的另一端连接，电阻R19的另一端与电阻R20的一端、NPN三极管K8的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SF4，电阻R20的另一端与电源地GND连接；NPN三极管K10的基极与电阻R24的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SZ3，NPN三极管K10的集电极与R28的另一端连接，电阻R24的另一端与电阻R25的一端、NPN三极管K10的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SZ4，电阻R25的另一端与电源地GND连接。

在基于本发明电路的另一个实施例中，功率主电路包括：NPN三极管K3、NPN三极管K5、NPN三极管K9、NPN三极管K11、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；其中，NPN三极管K3的基极输入电机驱动信号SZ2，NPN三极管K9的基极输入电机驱动信号SF4，NPN三极管K3的发射极与电阻R27的另一端、NPN三极管K8的集电极、NPN三极管K9的集电极、二极管D1的阳极、二极管D3的阴极、直流电机的正极连接，NPN三极管K9的发射极、二极管D3的阳极与电源地GND连接，二极管D1的阴极与电源VCC连接，NPN三极管K3的集电极为功率主电路的第一输出端；NPN三极管K5的基极输入电机驱动信号SF2，NPN三极管K11的基极输入电机驱动信号SZ4，NPN三极管K5的发射极与电阻R28的另一端、NPN三极管K10的集电极、NPN三极管K11的集电极、二极管D2的阳极、二极管D4的阴极、直流电机的负极连接，NPN三极管K11的发射极、二极管D4的阳极与电源地GND连接，二极管D2的阴极与电源VCC连接，NPN三极管K5的集电极为功率主电路的第二输出端；功率主电路的第一输出端输出保护电压信号CU1，功率主电路的第二输出端输出保护电压信号CU2。

在基于本发明电路的另一个实施例中，过流检测电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；其中，电阻R6的一端与电阻R7的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输入端与功率主电路的第一输出端连接，电阻R6的另一端与R7的另一端、R4的一端、R5的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输出端，R4的另一端和R5的另一端与电源VCC连接；电阻R11的一端与电阻R12的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输入端与功率主电路的第二输出端连接，电阻R11的另一端与R12的另一端、R9的一端、R10的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输出端，R9的另一端和R10的另一端与电源VCC连接；过流检测电路的第一输入端与保护电压信号CU1连接，过流检测电路的第二输入端与保护电压信号CU2连接，第一输出端输出电压信号OV1，第二输出端输出电压信号OV2。

在基于本发明电路的另一个实施例中，互锁保护电路包括：电阻R1、电阻R3、电阻R13、电阻R14、PNP三极管K1、PNP三极管K6；其中，R3的一端为互锁保护电路的第一输入端与过流检测电路的第一输出端连接，R3的另一端与K1的基极连接，PNP三极管K1的发射极、电阻R1的一端与电源VCC连接，PNP三极管K1的集电极与电阻R1的另一端连接，连接点为互锁保护电路的第一输出端与上桥保护电路的第一控制端连接；R13的一端为互锁保护电路的第二输入端与过流检测电路的第二输出端连接，R13的另一端与K6的基极连接，PNP三极管K6的发射极、电阻R14的一端与电源VCC连接，PNP三极管K6的集电极与电阻R14的另一端连接，连接点为互锁保护电路的第二输出端与上桥保护电路的第二控制端连接；互锁保护电路的第一输入端输入电压信号OV1，互锁保护电路的第二输入端输入电压信号OV2，互锁保护电路的第一输出端输出电压控制信号OV3，互锁保护电路的第二输出端输出电压控制信号OV4，电压控制信号OV3和OV4分别连接上桥驱动电路的第一控制端和第二控制端。

在基于本发明电路的另一个实施例中，电机正常运行时，如果正转信号SZ是高电平，反转信号SF是低电平，NPN三极管K12导通，NPN三极管K7关断，正转滤波信号SZ1是低电平，反转滤波信号SF1是高电平，PNP三极管K2导通，PNP三极管K4关断，SZ2是高电平，SF2是低电平，SZ3是高电平，SF3是低电平，NPN三极管K3导通，NPN三极管K5关断，NPN三极管K8关断，NPN三极管K10导通，SZ4为高电平，SF4为低电平，NPN三极管K11导通，NPN三极管K9关断，电流通过电源VCC，流经电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN三极管K3、直流电机、NPN三极管K11流入电源地GND，形成闭合回路，电机正转；如果正转信号SZ是低电平，反转信号SF是高电平，NPN三极管K7导通，NPN三极管K12关断，正转滤波信号SZ1是高电平，反转滤波信号SF1是低电平，PNP三极管K2关断，PNP三极管K4导通，SZ2是低电平，SF2是高电平，SZ3是低电平，SF3是高电平，NPN三极管K3关断，NPN三极管K5导通，NPN三极管K8导通，NPN三极管K10关断，SZ4为低电平，SF4为高电平，NPN三极管K11关断，NPN三极管K9导通，电流通过电源VCC，电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN三极管K5、直流电机、NPN三极管K9流入电源地GND，形成闭合回路，电机反转。

在基于本发明电路的另一个实施例中，正常工作时，PNP三极管K1和PNP三极管K6保持完全关断状态，当电机出现过流时，如果电机正转，过流检测电路中的电阻R9和电阻R10两端的电压为零，电阻R4和电阻R5两端的电压升高，保护电压信号CU1降低，保护电压信号CU2不变，电源VCC和电压信号OV2之间的电压差为零，PNP三极管K6关断，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差增加，通过电阻R3使互锁保护电路中的PNP三极管K1导通，PNP三极管K1集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第一输出端输出电压OV3为高电平，将PNP三极管K2关断，电机驱动信号SZ2呈现低电平，实现对上桥驱动信号的封锁，NPN三极管K3关断，流过电机的电流被切断；如果电机反转，过流检测电路中的电阻R4和电阻R5两端的电压为零，电阻R9和电阻R10两端的电压升高，保护电压信号CU2降低，保护电压信号CU1不变，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差为零，PNP三极管K1关断，电源VCC和电压信号OV2之间的电压差增加，通过电阻R13使互锁保护电路中的PNP三极管K6导通，PNP三极管K6集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第二输出端输出电压OV4为高电平，将PNP三极管K4关断，电机驱动信号SF2呈现低电平，实现对上桥驱动信号的封锁，NPN三极管K5关断，流过电机的电流被切断。

在基于本发明电路的另一个实施例中，当正转信号SZ和反转信号SF同时出现高电平时，由于存在过流检测电路，电阻R4、电阻R5两端的电压和电阻R9、电阻R10两端的电压升高，保护电压信号CU1和CU2将会降低，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差增加，通过电阻R3使互锁保护电路中的PNP三极管K1导通，PNP三极管K1集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第一输出端输出电压OV3为高电平，将PNP三极管K2关断，电机驱动信号SZ2呈现低电平，封锁上桥驱动信号，NPN三极管K3关断，电机正转通道被切断；电源VCC和电压信号OV2之间的电压差增大，通过电阻电阻R13使互锁保护电路中的PNP三极管K6导通，PNP三极管K6集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第二输出端输出电压OV4为高电平，将PNP三极管K4关断，电机驱动信号SF2呈现低电平，封锁上桥驱动信号，NPN三极管K5关断，电机反转通道被切断。

本发明有益效果如下：

本发明无需主控芯片和大体积的继电器，避免了复杂的控制电路和软件控制算法，降低了电路的体积和成本，驱动电路采用单电源，避免了双电源驱动，电流采样电路无需传感器和转换电路，采用互锁保护电路对电流过流进行保护，及时切断主电路，避免功率主电路和电机损坏，提升了可靠性。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明一个实施例的电路示意图；

图2为本发明另一个实施例的电路示意图；

图3为本发明另一个实施例的电路图；

图4为开关滤波电路电路图；

图5为上桥驱动电路电路图；

图6为下桥驱动电路电路图；

图7为功率主电路电路图；

图8为过流检测电路电路图；

图9为互锁保护电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

本申请实施例提供了一种直流电机正反转保护控制电路，

如图1、图2分别示出了本发明的两个实施例，图1所示实施例信号直接输入上桥驱动电路；图2所示实施例，为使得控制更精确，信号首先滤波后输入上桥驱动电路。如图2所示在本发明一个具体实施例中，直流电机正反转控制电路具体包括：开关滤波电路、上桥驱动电路、下桥驱动电路、功率主电路、过流检测电路和互锁保护电路；其中电机正转信号SZ和反转信号SF连接到开关滤波电路的输入端，经开关滤波电路滤波后，输出正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1连接到上桥驱动电路的输入端，上桥驱动电路输出电机驱动信号SZ2、SF2和下桥驱动信号SZ3、SF3，下桥驱动信号SZ3、SF3连接到下桥驱动电路输入端，下桥驱动电路输出电机驱动信号SZ4、SF4与上桥驱动电路输出的电机驱动信号SZ2和SF2连接到功率主电路来控制电机正反转，功率主电路输出保护电压信号CU1和CU2连接过流检测电路的输入端，过流检测电路在电流超限时切断电路，过流检测电路输出电压信号OV1和OV2连接到互锁保护电路的输入端；互锁保护电路根据输入的电压信号OV1和OV2输出电压控制信号OV3和OV4到上桥驱动电路的控制端。

在本发明的另一个实施例中，具体电路图如图3所示。

其中，如图4所示，开关滤波器包括：电阻R16、电阻R17，电阻R21、电阻R22、电容C1、电容C2、NPN三极管K12、NPN三极管K7；电阻R16的一端为电机正转信号SZ的输入端，电阻R16的另一端分别与电容C1的一端、电阻R17的一端、NPN三极管K12的基极连接，电容C1的另一端、电阻R17的另一端与NPN三极管K12的发射极均连接电源地GND，NPN三极管K12的集电极作为输出端输出SZ1信号；电阻R21的一端作为电机反转信号SF输入端，电阻R21的另一端分别与电容C2的一端、电阻R22的一端、NPN三极管K7的基极连接，电容C2的另一端与电阻R22的另一端、NPN三极管K7的发射极均与电源地GND连接，NPN三极管K7的集电极作为输出端输出SF1信号。

如图5所示，上桥驱动电路包括：电阻R2、电阻R15、电阻R8、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R18、电阻R23、PNP三极管K2、PNP三极管K4；电阻R2一端作为输入端接入正转滤波信号SZ1，另一端与PNP三极管K2的基极连接，连接点为上桥驱动电路的第一控制端，PNP三极管K2的发射极与电源VCC连接，PNP三极管K2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R23的一端、R27的一端连接，连接点输出电机驱动信号SZ2，R23的另一端输出下桥驱动信号SZ3；电阻R15的一端作为输入端接入反转滤波信号SF1，电阻R15的另一端与PNP三极管K4的基极连接，连接点为上桥驱动电路的第二控制端，PNP三极管K4的发射极与电源VCC连接，PNP三极管K4的集电极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端分别与电阻R28的一端、R18的一端连接，连接点输出电机驱动信号SF2，R18的另一端输出下桥驱动信号SF3。

如图6所示，下桥驱动电路包括：电阻R19、电阻R20、电阻R24、电阻R25、NPN三极管K8、NPN三极管K10；NPN三极管K8的基极与电阻R19的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SF3，NPN三极管K8的集电极与R27的另一端连接，电阻R19的另一端与电阻R20的一端、NPN三极管K8的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SF4，电阻R20的另一端与电源地GND连接；NPN三极管K10的基极与电阻R24的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SZ3，NPN三极管K10的集电极与R28的另一端连接，电阻R24的另一端与电阻R25的一端、NPN三极管K10的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SZ4，电阻R25的另一端与电源地GND连接。

如图7所示，功率主电路包括：NPN三极管K3、NPN三极管K5、NPN三极管K9、NPN三极管K11、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；其中，NPN三极管K3的基极输入电机驱动信号SZ2，NPN三极管K9的基极输入电机驱动信号SF4，NPN三极管K3的发射极与电阻R27的另一端、NPN三极管K8的集电极、NPN三极管K9的集电极、二极管D1的阳极、二极管D3的阴极、直流电机的正极连接，NPN三极管K9的发射极、二极管D3的阳极与电源地GND连接，二极管D1的阴极与电源VCC连接，NPN三极管K3的集电极为功率主电路的第一输出端；NPN三极管K5的基极输入电机驱动信号SF2，NPN三极管K11的基极输入电机驱动信号SZ4，NPN三极管K5的发射极与电阻R28的另一端、NPN三极管K10的集电极、NPN三极管K11的集电极、二极管D2的阳极、二极管D4的阴极、直流电机的负极连接，NPN三极管K11的发射极、二极管D4的阳极与电源地GND连接，二极管D2的阴极与电源VCC连接，NPN三极管K5的集电极为功率主电路的第二输出端；功率主电路的第一输出端输出保护电压信号CU1，功率主电路的第二输出端输出保护电压信号CU2。

如图8所示，过流检测电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；其中，电阻R6的一端与电阻R7的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输入端与功率主电路的第一输出端连接，电阻R6的另一端与R7的另一端、R4的一端、R5的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输出端，R4的另一端和R5的另一端与电源VCC连接；电阻R11的一端与电阻R12的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输入端与功率主电路的第二输出端连接，电阻R11的另一端与R12的另一端、R9的一端、R10的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输出端，R9的另一端和R10的另一端与电源VCC连接；过流检测电路的第一输入端与保护电压信号CU1连接，过流检测电路的第二输入端与保护电压信号CU2连接，第一输出端输出电压信号OV1，第二输出端输出电压信号OV2。

如图9所示，互锁保护电路包括：电阻R1、电阻R3、电阻R13、电阻R14、PNP三极管K1、PNP三极管K6；其中，R3的一端为互锁保护电路的第一输入端与过流检测电路的第一输出端连接，R3的另一端与K1的基极连接，PNP三极管K1的发射极、电阻R1的一端与电源VCC连接，PNP三极管K1的集电极与电阻R1的另一端连接，连接点为互锁保护电路的第一输出端与上桥保护电路的第一控制端连接；R13的一端为互锁保护电路的第二输入端与过流检测电路的第二输出端连接，R13的另一端与K6的基极连接，PNP三极管K6的发射极、电阻R14的一端与电源VCC连接，PNP三极管K6的集电极与电阻R14的另一端连接，连接点为互锁保护电路的第二输出端与上桥保护电路的第二控制端连接；互锁保护电路的第一输入端输入电压信号OV1，互锁保护电路的第二输入端输入电压信号OV2，互锁保护电路的第一输出端输出电压控制信号OV3，互锁保护电路的第二输出端输出电压控制信号OV4，电压控制信号OV3和OV4分别连接上桥驱动电路的第一控制端和第二控制端。

电机正常运行时，如果电机正转，正转信号SZ是高电平，反转信号SF是低电平，经过开关滤波电路之后，NPN三极管K12导通，NPN三极管K7关断，产生正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1输入到上桥驱动电路，SZ1是低电平，SF1是高电平，经过上桥驱动电路，PNP三极管K2导通，PNP三极管K4关断，生成电机驱动信号SZ2、SF2和下桥驱动信号SZ3、SF3，SZ2是高电平，SF2是低电平，SZ3是高电平，SF3是低电平，NPN三极管K3导通，NPN三极管K5关断，信号SZ3和信号SF3输入下桥驱动电路，NPN三极管K8关断，NPN三极管K10导通，下桥驱动电路生成电机驱动信号SZ4和SF4，SZ4为高电平，SF4为低电平，NPN三极管K11导通，NPN三极管K9关断，至此，电流通过电源正极VCC，流经电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN三极管K3、直流电机、NPN三极管K11流入电源地GND，形成闭合回路，电机正转。如果电机反转，正转信号SZ是低电平，反转信号SF是高电平，经过开关滤波电路之后，NPN三极管K12关断，NPN三极管K7导通，产生正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1输入到上桥驱动电路，SZ1是高电平，SF1是低电平，经过上桥驱动电路，PNP三极管K2关断，PNP三极管K4导通，生成信号SZ2、信号SF2、信号SZ3、信号SF3，SZ2是低电平，SF2是高电平，SZ3是低电平，SF3是高电平，NPN三极管K3关断，NPN三极管K5导通，信号SZ3和信号SF3输入下桥驱动电路，NPN三极管K8导通，NPN三极管K10关断，下桥驱动电路生成信号SZ4和信号SF4，SZ4为低电平，SF4为到电平，NPN三极管K11关断，NPN三极管K9导通，至此，电流通过电源正极VCC，流经电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN三极管K5、直流电机、NPN三极管K9流入电源地GND，形成闭合回路，电机反转。

在正常情况下，无论电机正转还是反转，过流检测电路中的电阻R4和电阻R5两端的电压都不足通过电阻R3使PNP三极管K1导通，电阻R9和电阻R10两端的电压都不足通过电阻R13使PNP三极管K6导通，PNP三极管K1和PNP三极管K6保持完全关断状态，当电机出现过流时，如果此时电机正转，过流检测电路中的电阻R9和电阻R10两端的电压为零，电阻R4和电阻R5两端的电压会升高，保护电压信号CU1将会降低，保护电压信号CU2不变，电源VCC和电压信号OV2之间的电压差为零，PNP三极管K6关断，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差将会增加，通过电阻R3使互锁保护电路中的PNP三极管K1导通，PNP三极管K1集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第一输出端输出电压OV3为高电平，将PNP三极管K2关断，电机驱动信号SZ2呈现低电平，实现对上桥驱动信号的封锁，NPN三极管K3关断，流过电机的电流被切断，电机电流降低，达到保护电机的目的，当电机电流恢复到正常工作电流时，PNP三极管K1又关断，电机继续正常正转。如果电机反转，过流检测电路中的电阻R4和电阻R5两端的电压为零，电阻R9和电阻R10两端的电压会升高，保护电压信号CU2将会降低，保护电压信号CU1不变，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差为零，PNP三极管K1关断，电源VCC和电压信号OV2之间的电压差将会增加，通过电阻R13使互锁保护电路中的PNP三极管K6导通，PNP三极管K6集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第二输出端输出电压OV4为高电平，将PNP三极管K4关断，电机驱动信号SF2呈现低电平，实现对上桥驱动信号的封锁，NPN三极管K5关断，流过电机的电流被切断，电机电流降低，达到保护电机的目的，当电机电流恢复到正常工作电流时，PNP三极管K6又关断，电机继续正常反转。

正常情况下，电机的正转信号SZ和反转信号SF是不允许同时为高电平的，如果操作中出现误操作或者其他工况，导致正转信号SZ和反转信号SF同时出现高电平时，信号SZ2、信号SF2、信号SZ4、信号SF4将会同时出现高电平，NPN三极管K3、PNP三极管K4、NPN三极管K9、NPN三极管K11将会同时被驱动导通，至此，将会有两个电流通路产生，电流回路一是电流通过电源正极VCC，流经电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN三极管K3、NPN三极管K9流入电源地GND，形成闭合回路，电流回路二是电流通过电源正极VCC，流经电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN三极管K5、NPN三极管K11流入电源地GND，形成闭合回路，由于电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12均是采样电阻，数值都很小，流经NPN三极管K3、NPN三极管K9、NPN三极管K5、NPN三极管K11的电流会很大，如果不加保护，NPN三极管K3、NPN三极管K9、NPN三极管K5、NPN三极管K11存在被烧毁的危险，降低电路可靠性，由于存在过流检测电路，电阻R4、电阻R5两端的电压和电阻R9、电阻R10两端的电压都会快速升高，保护电压信号CU1和CU2将会降低，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差将会增加，通过电阻R3使互锁保护电路中的PNP三极管K1导通，PNP三极管K1集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第一输出端输出电压OV3为高电平，将PNP三极管K2关断，电机驱动信号SZ2呈现低电平，封锁上桥驱动信号，NPN三极管K3关断，电流回路一被切断，流经NPN三极管K3和NPN三极管K9的电流减小，对NPN三极管K3和NPN三极管K9进行了保护，电源VCC和电压信号OV2之间的电压差增大，通过电阻电阻R13使互锁保护电路中的PNP三极管K6导通，PNP三极管K6集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第二输出端输出电压OV4为高电平，将PNP三极管K4关断，电机驱动信号SF2呈现低电平，封锁上桥驱动信号，NPN三极管K5关断，电流回路二被切断，流经NPN三极管K5和NPN三极管K11的电流减小，对NPN三极管K5和NPN三极管K11进行了保护。

本发明有益效果如下：

本发明无需主控芯片和大体积的继电器，避免了复杂的控制电路和软件控制算法，降低了电路的体积和成本，驱动电路采用单电源，避免了双电源驱动，电流采样电路无需传感器和转换电路，采用互锁保护电路对电流过流进行保护，及时切断主电路，避免功率主电路和电机损坏，提升了可靠性。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种直流电机正反转保护控制电路,包括：上桥驱动电路、下桥驱动电路、功率主电路、过流检测电路和互锁保护电路；其中电机正转信号SZ和反转信号SF连接到上桥驱动电路的输入端，上桥驱动电路输出电机驱动信号SZ2、SF2和下桥驱动信号SZ3、SF3，下桥驱动信号SZ3、SF3连接到下桥驱动电路输入端，下桥驱动电路输出电机驱动信号SZ4、SF4与上桥驱动电路输出的电机驱动信号SZ2和SF2连接到功率主电路来控制电机正反转，功率主电路输出保护电压信号CU1和CU2连接过流检测电路的输入端，过流检测电路在电流超限时切断电路，过流检测电路输出电压信号OV1和OV2连接到互锁保护电路的输入端；互锁保护电路根据输入的电压信号OV1和OV2输出电压控制信号OV3和OV4到上桥驱动电路的控制端，当输入的正转信号和反转信号同时为高电平或者出现电机过流时，控制信号封锁上桥驱动电路。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括开关滤波电路，电机正转信号SZ和反转信号SF连接到开关滤波电路的输入端，经开关滤波电路滤波后，输出正转滤波信号SZ1和反转滤波信号SF1连接上桥驱动电路的输入端；开关滤波电路包括：电阻R16、电阻R17，电阻R21、电阻R22、电容C1、电容C2、NPN三极管K12、NPN三极管K7；电阻R16的一端为电机正转信号SZ的输入端，电阻R16的另一端分别与电容C1的一端、电阻R17的一端、NPN三极管K12的基极连接，电容C1的另一端、电阻R17的另一端与NPN三极管K12的发射极均连接电源地GND，NPN三极管K12的集电极作为输出端输出SZ1信号；电阻R21的一端作为电机反转信号SF输入端，电阻R21的另一端分别与电容C2的一端、电阻R22的一端、NPN三极管K7的基极连接，电容C2的另一端与电阻R22的另一端、NPN三极管K7的发射极均与电源地GND连接，NPN三极管K7的集电极作为输出端输出SF1信号。

3.如权利要求2所述的电路，其特征在于，所述上桥驱动电路包括：电阻R2、电阻R15、电阻R8、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R18、电阻R23、PNP三极管K2、PNP三极管K4；电阻R2一端作为第一输入端接入正转滤波信号SZ1，电阻R2的另一端与PNP三极管K2的基极连接，连接点为上桥驱动电路的第一控制端，PNP三极管K2的发射极与电源VCC连接，PNP三极管K2的集电极与电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端分别与电阻R23的一端、R27的一端连接，连接点输出电机驱动信号SZ2，R23的另一端输出下桥驱动信号SZ3；电阻R15的一端作为第二输入端接入反转滤波信号SF1，电阻R15的另一端与PNP三极管K4的基极连接，连接点为上桥驱动电路的第二控制端，PNP三极管K4的发射极与电源VCC连接，PNP三极管K4的集电极与电阻R26的一端连接，电阻R26的另一端分别与电阻R28的一端、R18的一端连接，连接点输出电机驱动信号SF2，R18的另一端输出下桥驱动信号SF3。

4.如权利要求3所述的电路，其特征在于，所述下桥驱动电路包括：电阻R19、电阻R20、电阻R24、电阻R25、NPN三极管K8、NPN三极管K10；NPN三极管K8的基极与电阻R19的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SF3，NPN三极管K8的集电极与R27的另一端连接，电阻R19的另一端与电阻R20的一端、NPN三极管K8的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SF4，电阻R20的另一端与电源地GND连接；NPN三极管K10的基极与电阻R24的一端连接，连接点输入下桥驱动信号SZ3，NPN三极管K10的集电极与R28的另一端连接，电阻R24的另一端与电阻R25的一端、NPN三极管K10的发射极连接，连接点输出电机驱动信号SZ4，电阻R25的另一端与电源地GND连接。

5.如权利要求4所述的电路，其特征在于，所述功率主电路包括：NPN三极管K3、NPN三极管K5、NPN三极管K9、NPN三极管K11、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4；其中，NPN三极管K3的基极输入电机驱动信号SZ2，NPN三极管K9的基极输入电机驱动信号SF4，NPN三极管K3的发射极与电阻R27的另一端、NPN三极管K8的集电极、NPN三极管K9的集电极、二极管D1的阳极、二极管D3的阴极、直流电机的正极连接，NPN三极管K9的发射极、二极管D3的阳极与电源地GND连接，二极管D1的阴极与电源VCC连接，NPN三极管K3的集电极为功率主电路的第一输出端；NPN三极管K5的基极输入电机驱动信号SF2，NPN三极管K11的基极输入电机驱动信号SZ4，NPN三极管K5的发射极与电阻R28的另一端、NPN三极管K10的集电极、NPN三极管K11的集电极、二极管D2的阳极、二极管D4的阴极、直流电机的负极连接，NPN三极管K11的发射极、二极管D4的阳极与电源地GND连接，二极管D2的阴极与电源VCC连接，NPN三极管K5的集电极为功率主电路的第二输出端；功率主电路的第一输出端输出保护电压信号CU1，功率主电路的第二输出端输出保护电压信号CU2。

6.如权利要求5所述的电路，其特征在于，所述过流检测电路包括：电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12；其中，电阻R6的一端与电阻R7的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输入端与功率主电路的第一输出端连接，电阻R6的另一端与R7的另一端、R4的一端、R5的一端连接，连接点为过流检测电路的第一输出端，R4的另一端和R5的另一端与电源VCC连接；电阻R11的一端与电阻R12的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输入端与功率主电路的第二输出端连接，电阻R11的另一端与R12的另一端、R9的一端、R10的一端连接，连接点为过流检测电路的第二输出端，R9的另一端和R10的另一端与电源VCC连接；过流检测电路的第一输入端与保护电压信号CU1连接，过流检测电路的第二输入端与保护电压信号CU2连接，第一输出端输出电压信号OV1，第二输出端输出电压信号OV2。

7.如权利要求6所述的电路，其特征在于，所述互锁保护电路包括：电阻R1、电阻R3、电阻R13、电阻R14、PNP三极管K1、PNP三极管K6；其中，R3的一端为互锁保护电路的第一输入端与过流检测电路的第一输出端连接，R3的另一端与K1的基极连接，PNP三极管K1的发射极、电阻R1的一端与电源VCC连接，PNP三极管K1的集电极与电阻R1的另一端连接，连接点为互锁保护电路的第一输出端与上桥保护电路的第一控制端连接；R13的一端为互锁保护电路的第二输入端与过流检测电路的第二输出端连接，R13的另一端与K6的基极连接，PNP三极管K6的发射极、电阻R14的一端与电源VCC连接，PNP三极管K6的集电极与电阻R14的另一端连接，连接点为互锁保护电路的第二输出端与上桥保护电路的第二控制端连接；互锁保护电路的第一输入端输入电压信号OV1，互锁保护电路的第二输入端输入电压信号OV2，互锁保护电路的第一输出端输出电压控制信号OV3，互锁保护电路的第二输出端输出电压控制信号OV4，电压控制信号OV3和OV4分别连接上桥驱动电路的第一控制端和第二控制端。

8.如权利要求7所述的电路，其特征在于，电机正常运行时，如果正转信号SZ是高电平，反转信号SF是低电平，NPN三极管K12导通，NPN三极管K7关断，正转滤波信号SZ1是低电平，反转滤波信号SF1是高电平，PNP三极管K2导通，PNP三极管K4关断，SZ2是高电平，SF2是低电平，SZ3是高电平，SF3是低电平，NPN三极管K3导通，NPN三极管K5关断，NPN三极管K8关断，NPN三极管K10导通，SZ4为高电平，SF4为低电平，NPN三极管K11导通，NPN三极管K9关断，电流通过电源VCC，流经电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、NPN三极管K3、直流电机、NPN三极管K11流入电源地GND，形成闭合回路，电机正转；如果正转信号SZ是低电平，反转信号SF是高电平，NPN三极管K7导通，NPN三极管K12关断，正转滤波信号SZ1是高电平，反转滤波信号SF1是低电平，PNP三极管K2关断，PNP三极管K4导通，SZ2是低电平，SF2是高电平，SZ3是低电平，SF3是高电平，NPN三极管K3关断，NPN三极管K5导通，NPN三极管K8导通，NPN三极管K10关断，SZ4为低电平，SF4为高电平，NPN三极管K11关断，NPN三极管K9导通，电流通过电源VCC，电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12、NPN三极管K5、直流电机、NPN三极管K9流入电源地GND，形成闭合回路，电机反转。

9.如权利要求8所述的电路，其特征在于，正常工作时，PNP三极管K1和PNP三极管K6保持完全关断状态，当电机出现过流时，如果电机正转，过流检测电路中的电阻R9和电阻R10两端的电压为零，电阻R4和电阻R5两端的电压升高，保护电压信号CU1降低，保护电压信号CU2不变，电源VCC和电压信号OV2之间的电压差为零，PNP三极管K6关断，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差增加，通过电阻R3使互锁保护电路中的PNP三极管K1导通，PNP三极管K1集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第一输出端输出电压OV3为高电平，将PNP三极管K2关断，电机驱动信号SZ2呈现低电平，实现对上桥驱动信号的封锁，NPN三极管K3关断，流过电机的电流被切断；如果电机反转，过流检测电路中的电阻R4和电阻R5两端的电压为零，电阻R9和电阻R10两端的电压升高，保护电压信号CU2降低，保护电压信号CU1不变，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差为零，PNP三极管K1关断，电源VCC和电压信号OV2之间的电压差增加，通过电阻R13使互锁保护电路中的PNP三极管K6导通，PNP三极管K6集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第二输出端输出电压OV4为高电平，将PNP三极管K4关断，电机驱动信号SF2呈现低电平，实现对上桥驱动信号的封锁，NPN三极管K5关断，流过电机的电流被切断。

10.如权利要求9所述的电路，其特征在于，当正转信号SZ和反转信号SF同时出现高电平时，由于存在过流检测电路，电阻R4、电阻R5两端的电压和电阻R9、电阻R10两端的电压升高，保护电压信号CU1和CU2降低，电源VCC和电压信号OV1之间的电压差增加，通过电阻R3使互锁保护电路中的PNP三极管K1导通，PNP三极管K1集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第一输出端输出电压OV3为高电平，将PNP三极管K2关断，电机驱动信号SZ2呈现低电平，封锁上桥驱动信号，NPN三极管K3关断，电机正转通道被切断；电源VCC和电压信号OV2之间的电压差增大，通过电阻电阻R13使互锁保护电路中的PNP三极管K6导通，PNP三极管K6集电极和发射极之间呈现低电压，互锁保护电路第二输出端输出电压OV4为高电平，将PNP三极管K4关断，电机驱动信号SF2呈现低电平，封锁上桥驱动信号，NPN三极管K5关断，电机反转通道被切断。