简单过流保护电路设计方案（七） - 简单过流保护电路设计方案汇总（七款模拟电路设计原理图详解）

简单过流保护电路设计方案（七）

电流采样及信号调理电路设计

常用的电流采样方式有采样电阻法和霍尔电流互感器法两种。在采样电流精度要求不高的场达母线电流进行采样，然后对采样数据进行信号调理，再将调理过后的信号输入到过流故障保护电路。本文设计了三种过流保护，分别是瞬时过流保护电路、软件平均电流保护电路和硬件平均电合下，釆样电阻法有着结构简单和成本低的优势。采样电阻法是在三相全桥电路下桥臂的COM端接一个高精度电阻，将电流信号转换成电压信号，通过检测采样电阻的电压值就可以计算出此时三相全桥电路的电流，即马达母线电流。在本电路设计中，选用了阻值为0.10、精度为1%的电阻作为电流采样电阻。电流采样及信号调理电路的硬件设计如图1所示。

图1：电流采样及信号调理电路

在图1的电路中，采样电阻的电压K通过信号调理电路放大到1〜1.5V之间，输入微控制器的AD釆用单元。釆样信号上叠加了高频干信号，特别是由马达换相引起的瞬时尖峰信号，因此在采样信号调理电路设计了低通滤波器，用于吸收采样电阻的高频干扰信号，减小输入信号的高频波动。同时在运算放大器的反馈环节上设计了积分电容，减小高频增益，稳定直流分量，降低高频干扰信号对输出信号的影响。

电流保护电路设计

本控制系统设计了三种电流保护电路，分别是软件平均电流保护电路、硬件电流保护电路和瞬时电流保护电路。

（1）软件平均电流保护电路

微控制器的AD单元对信号调理电路的模拟输出信号进行周期性的采样，转换为数字信号并计算马达母线电流，软件程序通过滑动窗口的方式计算平均电流，对母线的平均电流做窗口限制，并进行故障处理。

（2）硬件电流保护电路

硬件电流保护是通过信号调理电路和过流故障保护电路来实现的，信号调理电路输出的模拟电压输入到过流故障保护电路，并在过流时做故障处理。过流故障保护电路的原理图如图2所示。

图2：过流故障保护电路

在过流故障保护电路的设计中，比较器输出端幵漏，其同相输入端为信号调理电路的输出值，反相输入端为限流电压。D触发器Q端的输出信号用于控制VEE开关电路的使能与失能。当运行出现故障导致电流大于限定值时，限流比较器输出高电平，在电平的上升沿，D触发器的Q端输出高电平，Q输出低电平并保持锁定。M_PTR_OUT控制VEE开关电路关闭。

通过调节信号处理电路的滤波电容和积分电容，滤除高频波动信号，稳定直流分量，提升硬件电流保护性能。

（3）瞬时电流保护电路

瞬时电路保护电路主要是在运行中对全桥电路的瞬时电流进行监测，减小电路中的高能量尖峰对全桥MOS管的影响。当全桥电路中瞬时电流高于限定值时，保护电路将关闭6路PWM输出，并开启报警指示灯；当高压瞬时电流小于限定值时，将自动开启PWM驱动输出。瞬时电流保护电路如图3所示。

图3：瞬时电流保护电路的电路

瞬时过流保护电路是通过STM32的BREAK功能来实现的，发生瞬时过流时，比较器输出反转置高电平，STM32的主输出使能位MOE被异步清除，关闭定时器的互补输出；当瞬时电流降低后，比较器输出低电平，BREAK刹车无效，主输出使能位MOE将在定时器的更新事件时自动置1，定时器的互补输出恢复。