基于LM393的电机保护电路设计

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前段时间参与项目中电机保护电路的设计，用运放的电压比较功能来实现，初选LM741CN单路运放芯片来实现，经过测试当负端基准电压小于2.0V时，芯片输出不稳定，不能满足要求；接着选择了LM393双路运放芯片，经过深入测试证实，当其负端输入电压在0.05-4.1V范围内均可可靠的进行工作，是一款不错的电压比较运放。 下面是设计思路和测试过程，整理于此，共享之！
# i& Y) R% j4 j% u5 d; w一、LM741测试


7 X, t! ?+ C8 m1、当A点电压大于B点电压时，Vout反转，由低电平变为高电平，仪器报警，以防止电机过载损坏；
: k  ~4 Y- C8 c; r/ ~; b2、运放实际供电为5.12V（微机-11型电源+5V输出）；
3、LM741负输入端基准电压V=5*R4/（R3+R4）=1.503V；
4、C1,C2滤波；R1为2W、1%金属膜电阻；R2,R5保护运放LM741正负输入端；R3,R4为LM741负输入端分压电阻，精度为1%；R6反馈电阻，保护芯片；R6保护输出端目标。
5、电机用电阻替代，以实现A点分压；
! L4 G" |' [, _( y% h/ O6 [6、LM741正输入端电压来自“微机-11型电源”的+6V~26V在R1上的分压，R1和电机代替电阻根据具体情况配置；
7、LM741负输入端电压来自“微机-11型电源”的+5V在R4上的分压，R3和R4根据具体情况配置；
& b' e! A6 T8 A1 n* [4 R7 k8、当B点分压为1.5V、1V、0.4V，A点分压大于或小于B点电压时，运放输出均为高电平，不能达到使用要求；
9、将B点分压配置为2.476V,调节A端分压：
当A点分压小于2.476V时，输出Vout为低电平1.795V；当A点分压大于2.476V时，输出Vout为高电平4.57V。芯片用作比较器正常工作；
10、进行进一步测试，当负端输入电压小于2.0V时，芯片用作比较器时不能正常工作。
1 v( L2 h+ U, b0 l0 X$ p结论：LM741用作比较器时，当负端基准电压小于2.0V，芯片不能正常工作。
; D/ w1 l+ m0 Z; R二、LM393有效基准电压测试


1、LM393用作电压比较器，当A点电压大于B点电压时，LED点亮，用以警告电机负载过大；
' }0 @' M. d- z7 Q% H) V2、由于芯片输出端的内部电路为三极管的集电极，因此根据手册Vout需接入10K上拉电阻；
3、输出端接一个白色LED，以指示电平转换，由于芯片输出能力不强，不需接入限流电阻；
, x7 h) w- ^8 R4、LM393正输入端电压来自“微机-11型电源”的+6V~26V在R1上的分压，R1和电机代替电阻根据具体情况配置；
5、LM393负输入端电压来自“微机-11型电源”的+5V在R4上的分压，R3和R4根据具体情况配置；
1 n" c) ?4 N) L, w; X# e# y  D9 Q6、据手册说明，LM393只用单路运放时，闲置管脚需进行接地处理。
7、以下测试用来确定LM393用作比较器时能够正常工作的最大和最小基准电压（两路均做测试）：
第一路：（1，2，3脚）
当负端输入为0.164V(分压电阻为R3=10K,R4=330)，芯片可以正常工作，正负端压差为12mV。
当负端输入为0.272V(分压电阻为R3=10K,R4=560)，芯片可以正常工作，正负端压差为8mV。
当负端输入为2.0V(分压电阻为R3=10K,R4=6.8K)，芯片可以正常工作，正负端压差为6mV。
第二路：（5，6，7脚）
当负端输入为0V(6脚接GND),芯片可以正常工作，正负端压差为2.1mV。
& S  ~, w; r/ d& O5 t% `8 k9 i当负端输入为0.0506V(分压电阻为R3=10K,R4=100),芯片可以正常工作，正负端压差为2mV。
当负端输入为1.540(分压电阻为R3=10K,R4=4.3K),芯片可以正常工作，正负端压差为3mV。
当负端输入为3.580V(分压电阻为R3=4.3K,R4=10K),芯片可以正常工作，正负端压差为4mV。
9 w6 X/ l% `: M当负端输入为3.936V(分压电阻为R3=4.3K,R4=14.3K),芯片可以正常工作，正负端压差为8mV。
当负端输入为4.133V(分压电阻为R3=4.3K,R4=18K),芯片可以正常工作，正负端压差为180mV。
当负端输入为4.214V(分压电阻为R3=4.3K,R4=20K),芯片不能正常工作,输出均为低电平。
0 a3 d. E3 d: S结论：LM393用作比较器时，负端基准电压在0.05--4.1V范围内可正常工作。
* U) b* d- O& D9 s' q三、功能验证
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' L) J7 l- e" {: |! ]1、依据图示电路在面包板上搭建2个独立的电路，必要时需在电源和电机间串入电流表，以检测电流变化；
+ L4 ^! l4 ?! S- v2 ^. L3 O9 s2、2个电路分别使用了LM393的两个单元，以实现两个单元的同时测试；
0 n4 B& s) I6 q3、运放实际供电为5.12V（微机-11型电源+5V输出）；
4、B点实际电压为5.12*1.2/(6.8+1.2)=0.768V;
5、当A点电压大于0.768V，Vout输出高电平，LED点亮，此时通过电机电流I=0.768/5.1=150mA；
（借住工具阻碍电机转铀转动，当万用表示数高于150mA时，LED点亮）
  p' H& Z; g+ z$ `- Z& G6、将面包板固定在纸盒上，以保护电路、方便测试；
# v, q$ A, f/ z- X7、R1电关键元件，采用1%、1W5、5.1欧金属膜电阻；LM393采用TI公司SO-8封装；
结论：根据实际测试，证明图示电路可以达到设计要求。