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！
; O" Q; S4 ^) }一、LM741测试
% w, t. z; R; k5 j# P/ o
. m+ r5 A: ~. q' A! o
1、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；
" |+ D5 [" v3 X/ F2、运放实际供电为5.12V（微机-11型电源+5V输出）；
& ]. P! p/ M+ \3、LM741负输入端基准电压V=5*R4/（R3+R4）=1.503V；
% e' v- q8 ?, w4 w. f3 T, N& b4、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。
+ s  N0 q% j6 L) U2 M5、电机用电阻替代，以实现A点分压；
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；
6 G. r% ]4 ?8 ], d8 {5 Y2 S7、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；
( T0 E8 m4 B: T! n- W8 S8、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；
3 Y/ V( q# ^- u2 O9 T1 s' c7 L9、将B点分压配置为2.476V,调节A端分压：
; v0 S" X0 |1 J+ U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；
5 w2 d) g# i, i! J" ?) y10、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 f5 d9 f" l" J8 p: s/ g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。
二、LM393有效基准电压测试

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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；
2、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；
$ a6 V* ?, g4 C6 f" H3、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；
% Z9 c: \6 B+ Z# B4 z8 i4、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 q& Y7 d" O* L; ]# n( v( u6、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）：
& o5 h' {9 V3 o% f" j5 C6 r第一路：（1，2，3脚）
7 M1 I$ D3 L9 C5 d* a3 N9 N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。
' e! ~9 B; y1 s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。
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。
9 F; O6 o6 C# X& I7 k$ z- W  h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。
4 k; j" j! _  ~. @. l6 u/ o: j! p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。
8 k; I! B' V3 A0 L7 y( s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。
, v+ }' t9 t8 f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。
! S# W" Z, l- u( f% Y5 N; y- e9 k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。
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。
三、功能验证

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( a# f0 v4 C- I# o1、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；
; j6 \2 a. S5 E" D; u2、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；
3、运放实际供电为5.12V（微机-11型电源+5V输出）；
/ V# X: s! H4 B9 w7 t' a$ e2 R, D4、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）
, I- N8 |7 G. ^7 [# d1 a  n1 x, D6、将面包板固定在纸盒上，以保护电路、方便测试；
7、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；
3 z, ?7 \1 ?7 f3 j# R( w( @4 L8 C结论：根据实际测试，证明图示电路可以达到设计要求。