吸尘器无刷马达驱动板保护电路设计：过流、过压、堵转与缺相

保护电路是驱动板上的安全气囊。平时感觉不到它的存在，一旦工况异常，它必须在毫秒级时间内动作，把功率管和电机从毁坏边缘拉回来。吸尘器的使用场景充满了不确定性：电池过充、地毯堵转、滤芯堵塞导致电机过载，这些工况每天都在真实用户家里发生。保护设计做不到位，售后返修率就是代价。

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过流保护：最基本也最常用

过流是驱动板遇到最多的异常。相电流超过设定阈值时，要么是负载突然加重，要么是桥臂出了直通。检测手段通常是在母线或者相回路串联一颗采样电阻，电流流过产生的电压送给比较器，一旦超过阈值立即关断所有功率管。

过流保护要区分两种响应方式。一种是逐周期限流，每个 PWM 周期都检查电流，一旦超限就在本周期内关断，适合应对瞬时过载；另一种是锁存保护，触发后整个驱动板锁死，要重新上电才能恢复，适合应对严重故障。两种方式配合使用，才能既灵敏又不误触发。

还有一种过流场景容易被忽略：换相瞬间的电流尖峰。六步换相时绕组电流切换，会产生短暂的电流尖峰，这个尖峰不是故障，但如果保护阈值设置得太低，会误触发。整定过流阈值时要把正常换相尖峰和真实故障电流区分开，通常用滤波延时或者斜率判断来滤除换相尖峰。

过压与欠压保护

电池供电的系统，电压异常的来源主要是电池本身。满电电压过高，或者充电瞬间的电压尖峰，可能超过 MOSFET 的耐压；亏电时电压过低，控制电路工作不正常，容易产生误动作。

过压保护通常在母线分压后比较，超过阈值关断输出。欠压保护则由电源管理电路监控，电压低于芯片最低工作电压时，主动关断功率级，防止 MCU 状态混乱引发桥臂直通。这两个保护看似简单，却是电池类产品可靠性的底线。电压检测点的位置也很关键，要贴近功率级采样，不能在主控板远处采样，否则压降会造成误判。

堵转保护：吸尘器的高发工况

电机堵住不转，是吸尘器最常见的故障工况。用户把吸嘴按在地毯上使劲压，电机转速掉到零，电流却还在流，几秒钟内管子就过热。堵转保护要识别出 "转速为零但电流很大" 这个特征，先降功率运行一段时间，如果转速还是上不来，就彻底关断并报警。

堵转保护的难点是区分真堵转和正常重载。电机在地毯上启动瞬间负载也很大，但它会转起来；真堵转是持续不转。软件要靠转速和电流的配合判断：如果持续一段时间转速上不去，即使电流还在正常范围，也要判定为堵转。这个时间窗口要根据具体电机整定，太短会误触发，太长会烧管子。

缺相保护：三相缺一相的后果

三相绕组中如果某一相断开，电机就变成两相运行，转矩严重不平衡，振动和噪声急剧增大，电流也会异常上升。缺相检测通常通过监控三相电压或者电流的对称性来实现。发现某相没有电流反馈，立即判定缺相并保护停机。

缺相故障的来源有几种：驱动板某一路输出开路、绕组断线、或者连接器接触不良。不管哪种来源，缺相运行都会让另外两相的电流负荷倍增，不及时保护很快会烧坏。缺相检测要快，但也不能误触发，正常换相瞬间的两相导通不能被误判为缺相，这个区分靠电流采样的对称性算法来实现。

缺相故障在硬件上表现为驱动板某一路输出没有电流，或者绕组断线。保护电路的作用是在缺相发生后不让电机继续带病运行，避免两相运行的大电流把另外两相的管子也拖垮。

保护响应的时序配合

几种保护不是各自为政，而是有时序优先级的。桥臂直通、过流这种秒级都嫌长的故障，要硬件比较器直接响应，不经过软件；堵转、过热这种慢变量，可以由软件周期性检测。保护逻辑的设计原则是：越快的故障越靠近硬件，越慢的故障越交给软件。这样既保证了安全，又避免了误触发。

硬件保护的响应时间通常在微秒级，软件保护在毫秒级。这个时间差要在设计时就规划好：硬件拦住最危险的瞬时故障，软件处理需要判断的复杂工况。保护电路设计得好，板子在异常工况下的行为是可预测的，售后返修率自然就下来了。

保护阈值的整定经验

保护阈值不是随便拍一个数。过流阈值要高于正常最大负载电流，但低于管子的损坏电流；堵转判定时间要覆盖正常启动时间，但短于管子热失控时间；温度阈值要低于器件最高结温，留出余量。这些参数的整定需要结合具体电机和负载工况反复试验，不是公式能算出来的。保护设计的最后一道关，是把这些阈值放到真实使用场景里验证，确保该保护的时候保护，不该保护的时候不误动作。

保护动作后的恢复策略

保护触发之后怎么恢复，也是设计的一部分。过流、过压这类瞬时故障，恢复策略通常是延时重启：保护触发后等待一段时间，自动尝试重新启动，如果故障消失就正常运行，如果连续几次都触发，就进入锁存状态等待人工复位。堵转保护则不同，堵转说明外部负载异常，自动重启可能再次堵转，通常需要用户手动操作或者检测到负载恢复后再启动。恢复策略设计得好，用户体验就是 "机器自己恢复了"，设计得不好就是 "机器反复重启像在抽搐"。

保护电路设计的最终目标，是让板子在任何异常工况下都不损坏，同时尽可能少打扰用户。好的保护设计是用户感觉不到它的存在，只是机器在异常时安静地停下来，排除故障后又能正常使用。

保护设计还要考虑误触发的代价。保护太灵敏，机器动不动就停，用户体验差；保护太迟钝，真出问题时又来不及反应。整定阈值时要在安全和体验之间找平衡，反复验证，直到二者兼顾。本文来自深圳市艾毕胜电子有限公司，提供麦歌恩磁性编码器芯片和无刷马达驱动板定制服务