一种泵升电压检测及泄放电路的制作方法

本发明涉及一种泵升电压检测及泄放电路，主要用于由蓄电池供电的电动叉车的电动机由于急停或反转产生泵升电压的检测并将其泄放。

背景技术：

在变频调速系统中，当电动机突然急停或反转时，电动机处于再生制动状态，电动机再生的电能经续流二极管全波整流后反馈到直流电路，该电能无法反馈回电网，导致滤波电容两端的直流电压升高，即产生泵升电压，会严重威胁电动机的安全运行以及导致功率器件的永久性损坏。

产生泵升电压是电动机制动过程中不可避免的，传统的处理方法是采用电压采样电路、施密特比较器和驱动电路组成，其存在的缺点有：1.施密特比较器电路过于复杂，需要通过繁琐的计算得出其上下阈值电压；2.整体电路与泵生电压之间未使用隔离，这样可能会导致泵生电压对整体的电路产生干扰；3.驱动电路只能控制mos管的完全导通与关断，不能控制mos的部分导通和关断。

技术实现要素：

本发明的目的就是改变常规的泵升电压检测及泄放电路，设计一种新型泵升电压检测及泄放电路，该电路能够对电源电压进行稳定快速的检测，并能滤除电源中的不稳定干扰，通过ad转换芯片将电压信号传输给单片机并控制单片机输出pwm信号控制mos管开断，从而对泵升电压进行快速的泄放，大大增强了传统的泵升电压检测及泄放电路的稳定性。

本发明一种泵生电压检测及泄放电路包括单片机u4，电压采样电路，光耦隔离电路以及电压泄放电路；单片机u4的型号为stm32f103c8t6；

电压采样电路包括运算放大器u3、电压采样芯片u2、第一分压电阻r8、第二分压电阻r9、阻抗匹配电阻r7、第一滤波电容c1、第二二极管d2。

其中，第一分压电阻r8的一端与电源vbus、第二二极管d2的阴极相连，第一分压电阻r8的另一端与第二分压电阻r9、运算放大器u3的正相输入端相连，第二分压电阻r9的另一端与地agnd、第二二极管d2的阳极相连；运算放大器u3的正电源端接电源vcc，负电源端接地agnd，反相输入端与输出端相连；阻抗匹配电阻r7的一端与运算放大器u3的输出端相连，另一端与第一滤波电容c1的一端、ad采样芯片u2的正相输入端相连，第一滤波电容c1的另一端与地agnd相连，ad采样芯片的正电源端接电源5v，负电源端与反相输入端接地agnd，基准电压输入端接电源ref，时钟信号输入端接光耦隔离芯片u1的16引脚，片选信号输入端接光耦隔离芯片u1的14引脚，电压信号输出端接光耦隔离芯片u1的6引脚。

光耦隔离电路包括光耦隔离芯片u1，快速光耦隔离芯片u5，第一上拉电阻r1、第二上拉电阻r2、第三上拉电阻r3、第四上拉电阻r4、第五上拉电阻r5、第六上拉电阻r6、第十一上拉电阻r11、第十限流电阻r10、第十二限流电阻r12，第十三分压电阻r13、第十四分压电阻r14，第一二极管d1、第三二极管d3、第四二极管d4，npn三极管q1。光耦隔离芯片u1的型号为：tlp290-4，快速光耦隔离芯片u5的型号为：hcpl-3120。

其中第四上拉电阻r4的一端与电源5v相连，另一端与光耦隔离芯片u1的16引脚相连，第五上拉电阻r5的一端与电源5v相连，另一端与光耦隔离芯片u1的14引脚相连，第六上拉电阻r6的一端与电源5v相连，另一端与光耦隔离芯片u1的5引脚相连；第一上拉电阻r1的一端与电源3.3v、第一二极管d1的阴极相连，另一端与光耦隔离芯片u1的1引脚相连，第二上拉电阻r2的一端与电源3.3v、第一二极管d1的阴极相连，另一端与光耦隔离芯片u1的3引脚相连，第三上拉电阻r3的一端与电源3.3v、第一二极管d1的阴极相连，另一端与光耦隔离芯片u1的12引脚、单片机的pa7引脚相连，第一二极管d1的阳极与地dgnd、光耦隔离芯片u1的11引脚相连，光耦隔离芯片u1的13引脚、15引脚与地agnd相连，2引脚与单片机的pa9相连，4引脚与单片机的pa8相连，7脚、8脚、9脚、10脚架空；第十一上拉电阻r11的一端与光耦隔离芯片u5的2引脚相连，另一端与电源3.3v、第十限流电阻r10的一端相连，第十限流电阻r10的另一端与第三发光二极管d3的阳极相连，第三发光二极管d3的阴极与光耦隔离芯片u5的3引脚、三极管q1的集电极相连，三极管q1的发射极与地dgnd相连，三极管q1的基极与第十二限流电阻r12的一端相连，第十二限流电阻r12的另一端与单片机的pa6引脚相连；第四二极管d4的阳极与电源vcc相连，阴极与光耦隔离芯片u5的8引脚相连，光耦隔离芯片u5的6，7引脚相连并接第十三分压电阻r13的一端，第十三分压电阻r13的另一端与第十四分压电阻r14的一端相连，第十四分压电阻r14的另一端与光耦隔离芯片u5的5引脚、地dgnd相连；光耦隔离芯片u5的1脚、4脚架空；

泄放电路包括泄放电阻r15，第二滤波电容c2，第五二极管d5，双二极管d6，mos管q2。

其中第二滤波电容c2的一端与第五二极管d5的阳极、mos管q2的源极、地agnd相连，另一端与第五二极管d5的阴极、mos管q2的栅极、第十三分压电阻r13的另一端连接，mos管q2的漏极与双二极管d6的阳极、泄放电阻r15的一端相连，泄放电阻r15的另一端与双二极管d6的阴极、电源vbus相连。

本发明中，电压采样通过两个精密电阻进行分压，将分压后的电压输入到电压跟随器中，电压跟随器可以提高输入阻抗，增加抗干扰能力，降低信号源的输出阻抗，保证ad转换精度，再将电压跟随器的输出接入到ad转换芯片的正相输入端，该芯片采用spi通信，单片机通过光耦隔离芯片给ad转换芯片发送通信信号，从而控制ad转换芯片给单片机回传采样的电压值，根据得到的采样电压值，控制单片机输出不同占空比的pwm信号来控制mos管的部分导通，从而对泵生电压进行泄放。本电路具有电压采样精度高，长时间工作稳定性高，电路结构简单，具有隔离功能，电路维护简单的特点。

附图说明

图1.本发明的电路图；

具体实施方式

如图1所示，本发明包括单片机u4，电压采样电路，光耦隔离电路以及电压泄放电路；单片机u4的型号为stm32f103c8t6；

电压采样电路包括运算放大器u3、电压采样芯片u2、分压电阻r8、r9、阻抗匹配电阻r7、滤波电容c1、二极管d2。

其中，分压电阻r8的一端与电源vbus、二极管d2的阴极相连，分压电阻r8的另一端与分压电阻r9、运算放大器u3的正相输入端相连，分压电阻r9的另一端与地agnd、二极管d2的阳极相连，运算放大器u3的正电源端接电源vcc、负电源端接地agnd、反相输入端与输出端相连，阻抗匹配电阻r7的一端与运算放大器u3的输出端相连，另一端与滤波电容c1、ad采样芯片u2的正相输入端相连，滤波电容c1的另一端与地agnd相连，ad采样芯片的正电源端接电源5v，负电源端与反相输入端接地agnd，基准电压输入端接电源ref，时钟信号输入端接光耦隔离芯片u1的16引脚，片选信号输入端接光耦隔离芯片u1的14引脚，电压信号输出端接光耦隔离芯片u1的6引脚。

光耦隔离电路包括光耦隔离芯片u1，快速光耦隔离芯片u5，上拉电阻r1、r2、r3、r4、r5、r6、r11、限流电阻r10、r12，分压电阻r13、r14，二极管d1、d3、d4，npn三极管q1。

其中r4的一端与电源5v相连，另一端与光耦隔离芯片u1的16引脚相连，r5的一端与电源5v相连，另一端与光耦隔离芯片u1的14引脚相连，r6的一端与电源5v相连，另一端与光耦隔离芯片u1的5引脚相连，r1的一端与电源3.3v、二极管d1的阴极相连，另一端与光耦隔离芯片u1的1引脚相连，r2的一端与电源3.3v、二极管d1的阴极相连，另一端与光耦隔离芯片u1的3引脚相连，r3的一端与电源3.3v、二极管d1的阴极相连，另一端与光耦隔离芯片u1的12引脚、单片机的pa7引脚相连，二极管d1的阳极与地dgnd、光耦隔离芯片u1的11引脚相连，光耦隔离芯片u1的13引脚、15引脚与地agnd相连，2引脚与单片机的pa9相连，3引脚与单片机的pa8相连，r11的一端与光耦隔离芯片u5的2引脚相连，另一端与电源3.3v、r10相连，r10的另一端与发光二极管d3的阳极相连，发光二极管d3的阴极与光耦隔离芯片u5的3引脚、三极管q1的集电极相连，三极管q1的发射极与地dgnd相连，三极管q1的基极与电阻r12相连，r12的另一端与单片机的pa6引脚相连，二极管d4的阳极与电源vcc相连，阴极与光耦隔离芯片u5的8引脚相连，光耦隔离芯片的6，7引脚相连并与r13的一端相连，r13的另一端与r14相连，r14的另一端与光耦隔离芯片u5的5引脚、地dgnd相连。

泄放电路包括电阻r15，电容c2，二极管d5，双二极管d6，mos管q1。

其中c4的一端与二极管d5的阳极、mos管q1的源极、地agnd相连，另一端与二极管d5的阴极、mos管d5的栅极、r13与r14公共端相连，mos管q1的漏极与双二极管d6的阳极、泄放电阻r15相连，泄放电路的另一端与双二极管d6的阴极、电源vbus相连。

工作过程：

本发明中，二极管d1和d2主要起了保护作用，防止电源反接。电压采样通过两个精密电阻进行分压，将分压后的电压输入到电压跟随器中，电压跟随器可以提高输入阻抗，增加抗干扰能力，降低信号源的输出阻抗，目的是为了不增加采样时间，保证ad转换精度，再将电压跟随器的输出接入到ad转换芯片的正相输入端，ad转换芯片的基准电压采用2.5v，反向输入端则为地agnd，该芯片采用spi通信，单片机通过光耦隔离芯片给ad转换芯片发送通信信号，从而控制ad转换芯片给单片机回传采样的电压值，根据得到的采样电压值，控制单片机输出不同占空比的pwm信号来控制mos管的部分导通，从而对泵生电压进行泄放。发光二极管d3主要起了信号指示作用，单片机输出不同占空比的pwm信号，d3的亮度也有明显的变化。r14，c2的并联可以增强电路的抗干扰能力，稳压管d5的作用是防止mos管q1的栅极电压超过上限值。本电路具有电压采样精度高，长时间工作稳定性高，电路结构简单，具有隔离功能，电路维护简单的特点。