CN108599111A - 一种电机控制器及其过流保护电路 - Google Patents
一种电机控制器及其过流保护电路 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108599111A CN108599111A CN201810615378.0A CN201810615378A CN108599111A CN 108599111 A CN108599111 A CN 108599111A CN 201810615378 A CN201810615378 A CN 201810615378A CN 108599111 A CN108599111 A CN 108599111A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- phase
- circuit
- output end
- resistance
- gate electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 19
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 12
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 9
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 8
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 23
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 102100025800 E3 SUMO-protein ligase ZBED1 Human genes 0.000 description 5
- 101000786317 Homo sapiens E3 SUMO-protein ligase ZBED1 Proteins 0.000 description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 101150079996 Isc1 gene Proteins 0.000 description 3
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 2
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000003685 thermal hair damage Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000008034 disappearance Effects 0.000 description 1
- 235000013399 edible fruits Nutrition 0.000 description 1
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000024241 parasitism Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
- H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
- H02H7/122—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for inverters, i.e. dc/ac converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
- H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
- H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
- H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
- H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
- H02P29/027—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an over-current
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
本发明属于电气设备及工程技术领域，具体涉及一种电机控制器及其过流保护电路。在电机控制器过流保护电路增设了赋值模块及延时电路，赋值模块位于微处理器内部，可以灵活的调整过流保护的阀值；延时电路用于提供三个上桥功率开关管和三个下桥功率开关管的关断时间间隔；两种措施都可以显著减小功率回路寄生电感的感生电势，更为可靠有效的解决了功率开关管过流损坏的问题。
Description
技术领域
本发明属于电气设备及工程技术领域，具体涉及一种电机控制器及其过流保护电路。
背景技术
对于一般的电机控制器，例如：变频器，车辆控制器等，普遍采用的功率拓扑回路是三相逆变桥，将直流母线电压逆变为三相交流输出电压以驱动电机运行，目前三相逆变桥普遍使用的功率开关管是MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor)和IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，功率开关管的安全可靠性对于电机控制器的安全运行起着关键作用。电机控制器使用过程中，由于电机的绝缘损坏，外部接线短路等原因会引起电机控制器输出过流，过大的输出电流导致功率开关管发热，如果不及时关断功率开关管将导致功率开关管过热损坏。
在功率开关管关断时，功率回路的寄生电感将产生感生电势，感生电势的大小与回路的寄生电感量成正比，与回路的电流变化量成正比，与功率开关管的关断时间成反比；该感生电势与母线电压将一起叠加在功率开关管的集电极和发射极之间，使得功率开关管集电极和发射极两端的电压可能超过功率开关管耐压值，导致功率开关管过压损坏。普遍的，MOSFET的耐压和耐电流能力与其本身的温度有关，温度越高，耐压越高，耐电流能力越低；温度越低，耐压越低，耐电流能力越高。
目前电机控制器输出过流保护的主要方式是采样输出电流信号，电流信号经过电路调理后送到过流比较器，并与预先设定的硬件过流电压基准进行比较输出过流信号，通过过流信号锁存器锁存，然后将锁存器输出连接到功率开关管门极驱动信号缓冲器的使能端，同时关断由微处理器输出的六路功率开关管门极驱动信号，具体框图见附图1。
该电机控制器过流保护的方法存在的问题是在电机控制器运行过程中，当功率回路寄生电感较大，控制器的功率模块温度较低或直流母线电压较高时，功率开关管发生过流，关断功率开关管时，仍有可能引起功率开关管过压损坏。
基于上述问题，一般采用降低过流发生时功率开关管的门极关断速度来降低功率开关管关断时寄生电感产生的感生电势。但是该方法需要复杂的电路或者成本较高的专用门极驱动芯片来实现，可靠性较差或者成本较高。
发明内容
为了更可靠有效的解决功率开关管过流损坏的问题，本发明提出一种电机控制器过流保护电路及具有该过流保护电路的电机控制器。
本发明的技术解决方案是提供一种电机控制器过流保护电路，其特殊之处在于：包括电流信号采样电路、电流信号调理电路、微处理器、过流信号锁存器、延时电路、三相上桥门极驱动信号缓冲器、三相下桥门极驱动信号缓冲器以及三相逆变单元；
上述微处理器包括过流比较器、DAC转换器(Digital-to-Analog Converter，以下简称DAC转换器)及赋值模块；上述赋值模块用于根据控制器功率模块的温度、控制器的输出电流或直流母线电压设定过流电压基准；赋值模块的输出端通过DAC转换器与过流比较器的同相输入端连接；
上述电流信号采样电路的输出端与电流信号调理电路的输入端连接；上述电流信号调理电路的输出端与过流比较器的反相输入端连接；过流比较器的输出端与过流信号锁存器的输入端连接；过流信号锁存器的输出端分别与延时电路及三相上桥门极驱动信号缓冲器的输入端或三相下桥门极驱动信号缓冲器的输入端连接，延时电路的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器输入端或三相上桥门极驱动信号缓冲器输入端连接，三相上桥门极驱动信号缓冲器的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器输出端均与三相逆变单元的输入端连接；过流信号锁存器的输出端的输出信号与延时电路的输出端输出信号之间的延时时间应长于功率开关管关断的时间，同时该延时时间也不应过长，否则过大过久的电流会引起功率开关管过热损坏。
微处理器的上桥门极驱动信号输出端与三相上桥门极驱动信号缓冲器连接，微处理器的下桥门极驱动信号输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器连接。三相上桥门极驱动信号缓冲器和三相下桥门极驱动信号缓冲器，两者具有相同的内部结构，同时具有信号输出使能端，当输出使能端使能时，封闭门极信号输出。三相逆变单元的功率开关管根据门极驱动信号的电平高低状态开通或关断。
该方案中，微处理器的型号为TMS320F28035，包含内部比较器，DAC转换器，比较器的反相输入端接收电流信号调理电路输出的信号Icur，比较器的同相输入端接收DAC模块的输出值AREF，DAC的输入值是软件赋值DREF，DREF值可以根据控制器功率模块的温度、控制器的输出电流或直流母线电压调整(不限于这三个条件，设计人员可进行灵活的设计)；过流比较器通过比较Icur和AREF的值输出过流信号OC。同时，该微处理器也负责产生和输出门极驱动信号到门极驱动信号缓冲器。
本发明还提供另外一种电机控制器过流保护电路，其特殊之处在于：包括电流信号采样电路、电流信号调理电路、DAC转换器、过流比较器、微处理器、过流信号锁存器、延时电路、三相上桥门极驱动信号缓冲器、三相下桥门极驱动信号缓冲器以及三相逆变单元；
上述微处理器包括赋值模块，微处理器的上桥门极驱动信号输出端与三相上桥门极驱动信号缓冲器连接，微处理器的下桥门极驱动信号输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器连接；
上述赋值模块用于根据控制器功率模块的温度、控制器的输出电流或直流母线电压设定过流电压基准；赋值模块的输出端通过DAC转换器与过流比较器的同相输入端连接；
上述电流信号采样电路的输出端与电流信号调理电路的输入端连接；上述电流信号调理电路的输出端与过流比较器的反相输入端连接；过流比较器的输出端与过流信号锁存器的输入端连接；过流信号锁存器的输出端分别与延时电路及三相上桥门极驱动信号缓冲器的输入端或三相下桥门极驱动信号缓冲器的输入端连接，延时电路的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器输入端或三相上桥门极驱动信号缓冲器输入端连接，三相上桥门极驱动信号缓冲器的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器输出端均与三相逆变单元的输入端连接。
该方案中的微处理器不包括过流比较器和DAC模块，需要引入一个外部过流比较器和DAC模块，同样该DAC模块的输入值可通过赋值模块灵活修改。
进一步地，上述过流信号锁存器包括RS触发器，RS触发器包括两个与非门U4A和U4B，RS触发器的置位端连接过流比较器的输出端，复位端连接到微处理器的输出引脚，微处理器负责复位RS触发器。
触发器的输出端分别与三相上桥门极驱动信号缓冲器或三相下桥门极驱动信号缓冲器的使能端及延时电路的输入端连接；延时电路的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器或三相上桥门极驱动信号缓冲器的使能端连接，三相下桥门极驱动信号缓冲器和三相上桥门极驱动信号缓冲器的输出端分别驱动三路下桥功率开关管和三路上桥功率开关管。
进一步地，上述延时电路为RC滤波电路，包括电阻R20和电容C20，U4A的输出端与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与三相下桥门极驱动信号缓冲器或三相上桥门极驱动信号缓冲器的使能端连接；电容C20的高压端与电阻R20的另一端连接，电容C20的低压端接地。
进一步地，上述电流信号采样电路采样输出电流，包括电流霍尔传感器和信号采样电路，电流霍尔传感器的作用是将输出电流转换为电压信号并实现电气隔离，信号采样电路包含一个运算放大器，其输出端与反相输入端连接组成电压跟随器电路，实现电路的阻抗匹配并增强信号的驱动能力。
电流信号采样电路具体包括电流霍尔传感器与信号采样电路；
上述信号采样电路包括R1C1滤波电路、运算放大器U1A；
R1C1滤波电路的输入端与电流霍尔传感器的输出端连接，R1C1滤波电路的输出端与运算放大器U1A的同相输入端连接，运算放大器U1A的反相输入端与运算放大器U1A输出端相连，运算放大器U1A输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接到运算放大器U2A的反相输入端。
进一步地，上述电流信号调理电路用于将采样得到的双向电流信号调理为单向电流信号，并经过分压和滤波后送到过流比较器。
进一步地，上述电流信号调理电路包括电源VCC、第一分压与滤波电路、运算放大器U1B、电阻R4、运算放大器U2A、二极管D1、运算放大器U2B、电阻R5及第二分压与滤波电路；
电源VCC通过第一分压与滤波电路连接至运算放大器U1B的同相输入端，运算放大器U1B的反相输入端与运算放大器U1B的输出端相连，运算放大器U1B的输出端与运算放大器U2A的同相输入端连接；
运算放大器U2A的输出端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极通过电阻R5连接到U2A的反相输入端，反相输入端通过电阻R4连接到运算放大器U1A的输出端；
运算放大器U2B的同相输入端与二极管D1的阴极连接，运算放大器U2B的反相输入端与运算放大器U2B的输出端相连；运算放大器U2B的输出端与第二分压与滤波电路连接。
进一步地，上述第一分压与滤波电路包括电阻R2、电阻R3及电容C2，所述电阻R2的一端与电源VCC的输出端连接，电阻R2的另一端与电阻R3、电容C2的高压端及运算放大器U1B的同相输入端连接，电阻R3及电容C2的低压端接地；
上述第二分压与滤波电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8及电容C3，电阻R6的一端与运算放大器U2B的输出端连接，电阻R6的另一端与电阻R7、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端接电容C3的高压端输出Icur信号，电阻R7的另一端接电容C3的低压端。
本发明还提供一种电机控制器，其特殊之处在于：包括上述的过流保护电路。
本发明的有益效果是：
1、本发明提出的电机控制器过流保护电路增设了赋值模块及延时电路，赋值模块位于微处理器内部，设计人员可以灵活的调整过流保护的阀值；延时电路用于提供三个上桥功率开关管和三个下桥功率开关管的关断时间间隔；两种措施都可以显著减小功率回路寄生电感的感生电势，从而极大的降低了因过流引起的功率开关管过压损坏的可能性；
2、本发明电机控制器过流保护的阀值可根据电机控制器功率模块温度高低，直流母线电压大小等条件通过赋值模块灵活的修改。当微处理器检测到控制器功率模块温度较低，直流母线电压较高时，对应的功率开关管耐压较低，通过软件赋值模块降低控制器过流保护阀值，在控制器发生过流关断开关管时，关断电流较小，寄生电感产生的感生电势较低，该感生电势与母线电压一起叠加在功率开关管的集电极和发射极之间，功率开关管集电极和发射极两端的电压也较低，不超过功率开关管耐压，从而极大降低因过流引起的功率开关管过压损坏的可能性；
3、本发明电机控制器检测到过流发生后，关断功率开关管的次序是首先关断三个上桥功率开关管，经过延时后，关断三个下桥功率开关管；或者是先关断三个下桥功率开关管，延时后，关断三个上桥功率开关管，而不是同时关断六个功率开关管，可以减小回路寄生电感产生的感生电势，达到减小功率开关管在过流关断时承受的电压应力的目的，电路简单，成本较低；
4、采用该电流信号处理电路，将采样得到的双向电流信号调理为单向电流信号，送到微处理器的内部，从而微处理器内部的一个DAC和一个比较器资源即可实现过流信号输出的目的，成本较低。
附图说明
图1是现有技术中电机控制器过流保护电路结构示意图；
图2是本发明中实施例一的电机控制器过流保护电路结构示意图；
图3是本发明中实施例一的电流采样电路和信号调理电路原理图；
图4是本发明中实施例一的微处理器与门极驱动缓冲器电路原理图；
图5是本发明中实施例一的三相逆变单元电路原理图；
图6是本发明中实施例二的电机控制器过流保护电路结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明的内容，下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
从图2可以看出，本实施例电流信号采样电路采集输出电流，电流信号调理电路将电流信号采样电路采集到的双向电流信号调理为单向电流信号，并经过分压和滤波后送到微处理器。微处理器包括过流比较器、赋值模块及DAC，赋值模块通过DAC与过流比较器的同相输入端连接，过流比较器的同相输入端接收DAC模块的输出值AREF，DAC的输入值是赋值模块赋值DREF，DREF值可以根据控制器功率模块的温度或直流母线电压调整(不限于这两个条件，设计人员可进行灵活的设计，例如还可以根据控制器的输出电流调整DREF值)；过流比较器的反相输入端接收经过电流信号调理电路调理后的Icur信号。过流比较器通过比较Icur和AREF的值输出过流信号OC。微处理器也负责产生和输出门极驱动信号到门极驱动信号缓冲器，包括输出上桥门极驱动信号与下桥门极驱动信号至上桥门极驱动信号缓冲器与下桥门极驱动信号缓冲器。过流比较器将过流信号OC输入至过流信号锁存器，对过流信号进行锁存，防止反复过流的发生，锁存器输出信号1OE，连接到三相上桥门极驱动信号缓冲器或三相下桥门极驱动信号缓冲器，1OE同时连接到延时电路，延时电路输出信号2OE，连接到三相下桥门极驱动信号缓冲器或三相上桥门极驱动信号缓冲器。三相下桥门极驱动信号缓冲器或三相上桥门极驱动信号缓冲器接收过流信号锁存器的输出或延时电路的输出，当输出使能端使能时，关闭门极信号输出。三相逆变单元的功率开关管根据门极驱动信号的电平高低状态开通或关断。
从图3可以看出，本实施例中电流采样电路和信号调理电路，电流采样电路包括电流霍尔传感器和信号采样电路，电流霍尔传感器的作用是将输出电流转换为电压信号并实现电气隔离，信号采样电路包含一个运算放大器，其输出端与反相输入端连接组成电压跟随器电路，实现电路的阻抗匹配并增强信号的驱动能力。信号调理电路包括两个运算放大器，分压电路和滤波电路；其作用是将采样得到的双向电流信号调理为单向电流信号，并经过分压和滤波后送到微处理器的内部比较器。
电流采样电路和电流信号调理电路工作原理如下：
电阻R1接收电流采样信号，本实施例中，电机正常运行时，电流信号是峰峰值范围为0-5V，偏置值为2.5V的信号，0V对应负向输出最大电流，5V表示正向输出最大电流，经过电阻R1，电容C1滤波后，连接到运算放大器U1A的同相输入端(本实施例中采用双运算放大器器件，型号是TL3472ID)，运算放大器U1A的反相输入端与其输出端相连，组成电压跟随器电路，起到阻抗匹配和提高信号抗干扰的能力，输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接到运算放大器U2A的反相输入端。
电源VCC经过电阻R2，R3分压后连接到运算放大器U1B的同相输入端，电阻R3两端并联电容C2，电容C2起到信号滤波的作用，运算放大器U1B的反相输入端与其输出端相连，组成电压跟随器电路，运算放大器U1B的输出信号VREF连接到运算放大器U2A的同相输入端，VREF电压值与电流信号的偏置电压2.5V相等，如采用其它电路产生2.5V的偏置电压并不超出本发明的保护范围(例如采用专门的电压基准芯片也能实现该功能，如采用基于器件TL431的电压基准电路)。运算放大器U2A的同相输入端连接偏置电压VREF，运算放大器U2A的输出端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极通过电阻R5连接到运算放大器U2A的反相输入端，电阻R4的值与电阻R5的值相等。当电流信号电压值低于偏置电压VREF值时，运算放大器U2A输出高电平，二极管D1正向导通，电阻R4，R5，运算放大器U2A，二极管D1组成反相比例放大器，输入电流信号电压0-2.5V，对应输出信号电压5-2.5V。当电流信号电压值高于偏置电压VREF值时，运算放大器U2A输出低电平，二极管D1不导通，输入电流信号电压2.5-5V与输出信号电压相等；二极管D1的输出同时连接到运算放大器U2B的同相输入端，运算放大器U2B的反相输入端与其输出端相连，组成电压跟随器电路，运算放大器U2B的输出信号经过电阻R6，R7分压，经过电阻R8，电容C3滤波后送入微处理器。经过电流采样电路和信号调理电路后，0-5V的输入电流信号被调理成2.5-5V的输出电压信号，微处理器中仅需一个比较器就可以判断是否发生过流，减小了对微处理器内部比较器资源的需求。
图4是本实施例的微处理器与门极驱动缓冲器电路原理图，微处理器的型号为TMS320F28035，其内部包含硬件过流比较器，DAC模块，若采用外部比较器和DAC模块并不超出本发明的保护范围，过流比较器的反相输入端接收信号调理电路的输出信号Icur，同相输入端接收DAC模块的输出值，DAC模块的输入值可通过赋值模块灵活修改。
本实施例中，微处理器中的赋值模块根据当前控制器的温度调整DAC模块的输入值，在功率开关管温度较低时，功率开关管耐电压能力下降，减小过流保护阀值；具体的，本实施例中，控制器功率模块温度在0～-40℃时，过流保护阀值从100％线性下降至50％，当功率模块温度较低，过流发生时，可在较小的输出电流下关断功率开关管，从而减小因寄生电感引起的感生电势的大小，减小关断时功率开关管两端的电压，损坏概率降低。
微处理器的比较器输出过流电平信号OC，本实施例中，OC为低电平表示发生过流，两个与非门U4A和U4B组成RS触发器，置位端连接OC信号，复位端连接到微处理器的输出引脚；OC信号置低后，RS触发器锁存过流信号，防止反复过流的发生；当过流条件消失，OC信号置高，微处理器根据条件复位RS触发器。
上桥门极驱动信号缓冲器U3A与下桥门极驱动信号缓冲器U3B的型号均为SN74HCT244NSR，用于增强门极信号驱动能力，并通过使能端OE可以将输出端置为高阻态，用于关断功率开关管的门极驱动信号。上桥门极驱动信号缓冲器U3A接收微处理器输出的三路上桥驱动信号，下桥门极驱动信号缓冲器U3B接收微处理器输出的三路下桥驱动信号。
RS触发器的输出信号1OE连接到上桥门极驱动信号缓冲器U3A的使能端，信号2OE连接到下桥门极驱动信号缓冲器U3B的使能端。过流发生后，RS触发器的输出信号1OE首先封锁三路上桥驱动输出，信号1OE经过延时后，信号2OE接着封锁三路下桥驱动输出。本实施例中，为了降低成本，采用RC滤波电路提供延时(若采用其他方式提供延时并不超出本发明的保护范围)；本实施例中，电阻R20和电容C20组成延时电路，信号1OE和信号2OE的延时时间略大于功率开关管的关断时间。
上桥门极驱动信号缓冲器U3A的输出信号DRV-UP，DRV-VP，DRV-WP通过门极驱动电路(未示出)分别驱动三路上桥功率开关管，对应的门极信号为UP，VP，WP；下桥门极驱动信号缓冲器U3B的输出信号DRV-UN，DRV-VN，DRV-WN通过门极驱动电路(未示出)分别驱动三路下桥功率开关管，对应的门极信号为UN，VN，WN。
图5是本实施例的三相逆变单元电路原理图，功率开关管采用功率MOSFET管，直流母线有支撑电容，六个(组)功率MOSFET管Q1，Q2，Q3，Q4，Q5，Q6接成三相逆变桥的结构，支撑电容和三相逆变桥之间有功率回路寄生电感Lk1和Lk2，在普遍的三相逆变桥回路结构中，寄生电感Lk1和Lk2是功率回路的主要寄生电感，其产生的感生电势可由下式表示：Vlk＝(Lk1+Lk2)*Δi/Δt，Δi表示功率开关管关断时寄生电感上的电流变化率，Δt表示功率开关管的关断时间，从上式可以得出，减小寄生电感量或者减小电流变化率或者增加功率开关管的关断时间均可减小感生电势，达到减小关断功率开关管时功率开关管两端的电压，减小功率开关管过压损坏概率的目的。本发明中是通过减小寄生电感的电流变化率以减小感生电势的。
以下分析U相和V相输出发生短接(其他相短接分析过程相同)过流时，采用本发明中三相上下桥功率开关管分开延时关断的工作过程以及有益效果。
本实施例中，若Q1和Q4同时开通(本实施例中的功率开关管开通状态是功率开关管关断电流时两端电压应力最大的情况，其他的开通状态均可通过该分析得到同样的分析结论)，短路电流回路是图中所示S1回路，母线电容正极---寄生电感Lk1---开关管Q1---外部短路线---开关管Q4---寄生电感Lk2---母线电容负极；在母线电压的作用下，短路线上的电流Isc快速上升，直到达到过流阀值，电路关断功率开关管；本实施例中，三路上桥门极驱动首先关断，功率开关管Q1关断，短路电流回路是图中所示S2回路，开关管Q2---外部短路线---开关管Q4，寄生电感Lk1和Lk2上的电流在功率开关管Q1的关断时间内，从短路电流Isc减小为0，则寄生电感Lk1和Lk2上产生的感生电势：Vlk＝(Lk1+Lk2)*Isc/Δt，该感生电势叠加在功率开关管Q1的两端。经过延时后，外接短路线电流是Isc1，比Isc值略小(该值大小与延时时间和S2回路电抗有关)，三相下桥门极驱动封波，下桥功率开关管Q2和Q4关断，短路电流回路是图中所示S3回路，母线电容负极---寄生电感Lk2---开关管Q2反并联二极管---外部短路线---开关管Q3反并联二极管---寄生电感Lk1---母线电容正极；寄生电感Lk1和Lk2上的电流在功率开关管Q2的关断时间内，短路电流从0增加为Isc1，则寄生电感Lk1和Lk2上产生的感生电势：Vlk＝(Lk1+Lk2)*Isc1/Δt，该感生电势叠加在功率开关管Q4的两端。
从以上分析可得，寄生电感Lk1和Lk2上产生的最大感生电势是Vlk＝(Lk1+Lk2)*Isc/Δt，如若未采用本发明中的方法，同时关断六个功率开关管，在功率开关管的关断时间Δt内，寄生电感上的电流变化率是2*Isc，产生的最大感生电势是Vlk＝(Lk1+Lk2)*2*Isc/Δt，比本发明的方法的感生电势大，叠加在功率开关管两端，增加了功率开关管过压损坏的概率。
本实施例中仅列举了一相电流采样，两相或三相电流采样和过流保护仅需重复使用本发明中的电路即可实现。
实施例二
从图6可以看出，本实施例与实施例一不同的是，本实施例的微处理器不包括过流比较器，该实施例中的微处理器只负责产生和输出门极驱动信号到门极驱动信号缓冲器。因此，该实施例中还包括一个外部过流比较器与DAC模块，同样该DAC模块的输入值可通过微处理器中的赋值模块灵活修改。
赋值模块根据控制器功率模块的温度、控制器的输出电流或直流母线电压调整设定过流电压基准；赋值模块的输出端通过DAC转换器与过流比较器的同相输入端连接；电流信号采样电路的输出端与电流信号调理电路的输入端连接；电流信号调理电路的输出端与过流比较器的反相输入端连接；过流比较器的输出端与过流信号锁存器的输入端连接。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本发明中的一项或多项方法或电路均属于本发明的保护范围；有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种电机控制器过流保护电路，其特征在于：包括电流信号采样电路、电流信号调理电路、微处理器、过流信号锁存器、延时电路、三相上桥门极驱动信号缓冲器、三相下桥门极驱动信号缓冲器以及三相逆变单元；
所述微处理器包括过流比较器、DAC转换器及赋值模块；所述赋值模块用于根据控制器功率模块的温度、控制器的输出电流或直流母线电压设定过流电压基准；赋值模块的输出端通过DAC转换器与过流比较器的同相输入端连接；
所述电流信号采样电路的输出端与电流信号调理电路的输入端连接；所述电流信号调理电路的输出端与过流比较器的反相输入端连接；过流比较器的输出端与过流信号锁存器的输入端连接；过流信号锁存器的输出端分别与延时电路及三相上桥门极驱动信号缓冲器的输入端或三相下桥门极驱动信号缓冲器的输入端连接，延时电路的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器输入端或三相上桥门极驱动信号缓冲器输入端连接，三相上桥门极驱动信号缓冲器的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器输出端均与三相逆变单元的输入端连接；
微处理器的上桥门极驱动信号输出端与三相上桥门极驱动信号缓冲器连接，微处理器的下桥门极驱动信号输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器连接。
2.一种电机控制器过流保护电路，其特征在于：包括电流信号采样电路、电流信号调理电路、DAC转换器、过流比较器、微处理器、过流信号锁存器、延时电路、三相上桥门极驱动信号缓冲器、三相下桥门极驱动信号缓冲器以及三相逆变单元；
所述微处理器包括赋值模块，微处理器的上桥门极驱动信号输出端与三相上桥门极驱动信号缓冲器连接，微处理器的下桥门极驱动信号输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器连接；
所述赋值模块用于根据控制器功率模块的温度、控制器的输出电流或直流母线电压设定过流电压基准；赋值模块的输出端通过DAC转换器与过流比较器的同相输入端连接；
所述电流信号采样电路的输出端与电流信号调理电路的输入端连接；所述电流信号调理电路的输出端与过流比较器的反相输入端连接；过流比较器的输出端与过流信号锁存器的输入端连接；过流信号锁存器的输出端分别与延时电路及三相上桥门极驱动信号缓冲器的输入端或三相下桥门极驱动信号缓冲器的输入端连接，延时电路的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器输入端或三相上桥门极驱动信号缓冲器输入端连接，三相上桥门极驱动信号缓冲器的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器输出端均与三相逆变单元的输入端连接。
3.根据权利要求1或2所述的电机控制器过流保护电路，其特征在于：
所述过流信号锁存器包括RS触发器，RS触发器包括两个与非门U4A和U4B，RS触发器的置位端连接过流比较器的输出端，复位端连接到微处理器的输出引脚；
触发器的输出端分别与三相上桥门极驱动信号缓冲器或三相下桥门极驱动信号缓冲器的使能端及延时电路的输入端连接；延时电路的输出端与三相下桥门极驱动信号缓冲器或三相上桥门极驱动信号缓冲器的使能端连接，三相下桥门极驱动信号缓冲器和三相上桥门极驱动信号缓冲器的输出端分别驱动三路下桥功率开关管和三路上桥功率开关管。
4.根据权利要求3所述的电机控制器过流保护电路，其特征在于：
所述延时电路为RC滤波电路，包括电阻R20和电容C20，U4A的输出端与电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与三相下桥门极驱动信号缓冲器或三相上桥门极驱动信号缓冲器的使能端连接；电容C20的高压端与电阻R20的另一端连接，电容C20的低压端接地。
5.根据权利要求4所述的电机控制器过流保护电路，其特征在于：所述电流信号采样电路包括电流霍尔传感器与信号采样电路；
所述信号采样电路包括R1C1滤波电路与运算放大器U1A；
R1C1滤波电路的输入端与电流霍尔传感器的输出端连接，R1C1滤波电路的输出端与运算放大器U1A的同相输入端连接，运算放大器U1A的反相输入端与运算放大器U1A输出端相连，运算放大器U1A输出端连接电阻R4，电阻R4的另一端连接到运算放大器U2A的反相输入端。
6.根据权利要求1或2所述的电机控制器过流保护电路，其特征在于：所述电流信号调理电路用于将采样得到的双向电流信号调理为单向电流信号，并经过分压和滤波后送到过流比较器。
7.根据权利要求6所述的电机控制器过流保护电路，其特征在于：所述电流信号调理电路包括电源VCC、第一分压与滤波电路、运算放大器U1B、电阻R4、运算放大器U2A、二极管D1、运算放大器U2B、电阻R5及第二分压与滤波电路；
电源VCC通过第一分压与滤波电路连接至运算放大器U1B的同相输入端，运算放大器U1B的反相输入端与其输出端相连，运算放大器U1B的输出端与运算放大器U2A的同相输入端连接；
运算放大器U2A的输出端连接二极管D1的阳极，二极管D1的阴极通过电阻R5连接到U2A的反相输入端，反相输入端通过电阻R4连接到运算放大器U1A的输出端；
运算放大器U2B的同相输入端与二极管D1的阴极连接，运算放大器U2B的反相输入端与运算放大器U2B的输出端相连；运算放大器U2B的输出端与第二分压与滤波电路连接；
电阻R5的值与电阻R4的值相等。
8.根据权利要求7所述的电机控制器过流保护电路，其特征在于：所述第一分压与滤波电路包括电阻R2、电阻R3及电容C2，所述电阻R2的一端与电源VCC的输出端连接，电阻R2的另一端与电阻R3、电容C2的高压端及运算放大器U1B的同相输入端连接，电阻R3及电容C2的低压端接地；
所述第二分压与滤波电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8及电容C3，所述电阻R6的一端与运算放大器U2B的输出端连接，电阻R6的另一端与电阻R7、电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端接电容C3的高压端输出Icur信号，电阻R7的另一端接电容C3的低压端。
9.根据权利要求1所述的电机控制器过流保护电路，其特征在于：所述微处理器的型号为TMS320F28035。
10.一种电机控制器，其特征在于：包括权利要求1-9任一所述的过流保护电路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810615378.0A CN108599111A (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种电机控制器及其过流保护电路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810615378.0A CN108599111A (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种电机控制器及其过流保护电路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108599111A true CN108599111A (zh) | 2018-09-28 |
Family
ID=63627480
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810615378.0A Pending CN108599111A (zh) | 2018-06-14 | 2018-06-14 | 一种电机控制器及其过流保护电路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108599111A (zh) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109347059A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-02-15 | 武汉精能电子技术有限公司 | 一种用于双向电流输出的硬件过流保护方法及系统 |
| CN109462359A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-03-12 | 江苏开璇智能科技有限公司 | 一种电机的限流保护控制器 |
| CN110350494A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-18 | 深圳市明信测试设备有限公司 | 一种可调节保护范围的直流保护方法 |
| CN110460018A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-15 | 合肥阳光电动力科技有限公司 | 一种电机控制器及其相间保护电路 |
| CN110676815A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-10 | 南京越博电驱动系统有限公司 | 车辆、电机控制器及过流保护电路 |
| CN111490528A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-04 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种适用于宽禁带功率器件的过流保护装置 |
| CN112187025A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-05 | 深圳市英威腾电动汽车驱动技术有限公司 | Igbt门极电阻调节电路、电机控制器及电动汽车 |
| CN112202388A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-01-08 | 台安科技(无锡)有限公司 | 一种高压变频器多级串联h桥功率单元保护装置 |
| CN113632336A (zh) * | 2019-10-11 | 2021-11-09 | 富士电机株式会社 | 开关控制电路、驱动控制装置及开关控制方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008118834A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-22 | Toyota Industries Corp | サージ低減回路およびサージ低減回路を備えたインバータ装置 |
| JP2012125092A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Meidensha Corp | 電力変換装置の過電流保護装置および過電流保護方法 |
| CN103795034A (zh) * | 2012-10-30 | 2014-05-14 | 通用电气公司 | 过电流保护系统和方法 |
| US20160087419A1 (en) * | 2014-09-23 | 2016-03-24 | Johnson Controls Technology Company | Over-current protection method and circuit for a dc inverter |
| CN208226560U (zh) * | 2018-06-14 | 2018-12-11 | 谢红普 | 一种电机控制器及其过流保护电路 |
-
2018
- 2018-06-14 CN CN201810615378.0A patent/CN108599111A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008118834A (ja) * | 2006-11-08 | 2008-05-22 | Toyota Industries Corp | サージ低減回路およびサージ低減回路を備えたインバータ装置 |
| JP2012125092A (ja) * | 2010-12-10 | 2012-06-28 | Meidensha Corp | 電力変換装置の過電流保護装置および過電流保護方法 |
| CN103795034A (zh) * | 2012-10-30 | 2014-05-14 | 通用电气公司 | 过电流保护系统和方法 |
| US20160087419A1 (en) * | 2014-09-23 | 2016-03-24 | Johnson Controls Technology Company | Over-current protection method and circuit for a dc inverter |
| CN208226560U (zh) * | 2018-06-14 | 2018-12-11 | 谢红普 | 一种电机控制器及其过流保护电路 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109347059A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-02-15 | 武汉精能电子技术有限公司 | 一种用于双向电流输出的硬件过流保护方法及系统 |
| CN109462359A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-03-12 | 江苏开璇智能科技有限公司 | 一种电机的限流保护控制器 |
| CN110350494A (zh) * | 2019-06-28 | 2019-10-18 | 深圳市明信测试设备有限公司 | 一种可调节保护范围的直流保护方法 |
| CN110460018A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-11-15 | 合肥阳光电动力科技有限公司 | 一种电机控制器及其相间保护电路 |
| CN110676815A (zh) * | 2019-09-23 | 2020-01-10 | 南京越博电驱动系统有限公司 | 车辆、电机控制器及过流保护电路 |
| CN113632336A (zh) * | 2019-10-11 | 2021-11-09 | 富士电机株式会社 | 开关控制电路、驱动控制装置及开关控制方法 |
| CN111490528A (zh) * | 2020-04-23 | 2020-08-04 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种适用于宽禁带功率器件的过流保护装置 |
| CN111490528B (zh) * | 2020-04-23 | 2022-06-07 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 一种适用于宽禁带功率器件的过流保护装置 |
| CN112202388A (zh) * | 2020-09-27 | 2021-01-08 | 台安科技(无锡)有限公司 | 一种高压变频器多级串联h桥功率单元保护装置 |
| CN112187025A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-05 | 深圳市英威腾电动汽车驱动技术有限公司 | Igbt门极电阻调节电路、电机控制器及电动汽车 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108599111A (zh) | 一种电机控制器及其过流保护电路 | |
| CN108988617B (zh) | 一种主动抑制SiC MOSFET串扰现象的驱动电路及电路改进方法 | |
| CN109495095A (zh) | 带保护功能的增强型GaN功率器件栅驱动电路 | |
| CN101752845A (zh) | 电磁炉用电压和电流浪涌保护方法及其电路 | |
| CN204761334U (zh) | 电机控制电路 | |
| CN110233564A (zh) | 驱动控制电路和家电设备 | |
| CN209001922U (zh) | 一种SiC MOSFET驱动电路系统 | |
| CN109768719A (zh) | 驱动控制电路板和空调器 | |
| CN208094438U (zh) | 一种igbt桥臂防直通保护电路 | |
| CN110233566A (zh) | 驱动控制电路和家电设备 | |
| CN105634261A (zh) | 一种具有直通保护的常通型SiC JFET驱动电路 | |
| CN106685196B (zh) | 一种大功率高压变频器中的igbt并联驱动及驱动保护电路 | |
| CN102832857B (zh) | 一种新型电机软起动器 | |
| CN208226560U (zh) | 一种电机控制器及其过流保护电路 | |
| CN206834981U (zh) | 一种三电平igbt逆变器过流保护驱动电路 | |
| CN105846665B (zh) | 一种具有自保护功能的常通型SiC JFET驱动电路 | |
| CN106602856B (zh) | 一种驱动器母线电压过压的硬件保护电路及其方法 | |
| CN207766143U (zh) | Ipm模块与家用电器 | |
| CN204089656U (zh) | 双灭磁回路同步电动机励磁控制装置 | |
| CN208656661U (zh) | 一种逆变电路、变频器、电机、压缩机和空调器 | |
| CN118523251A (zh) | 一种基于多功能传感器的电压检测电路 | |
| CN110299824A (zh) | 驱动控制电路和家电设备 | |
| CN107947771A (zh) | 一种igbt保护电路 | |
| CN109742738A (zh) | 一种碳化硅器件短路保护电路及方法 | |
| CN208939812U (zh) | 一种高压启动电路的电源监测管理电路 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20190715 Address after: 710118 Third Floor of Auxiliary Building of Oukai Pioneering Town, 25 Xiliu Street Development Avenue, Xi'an High-tech Zone, Shaanxi Province Applicant after: Xi'an Haige Electrical Technology Co., Ltd. Address before: 710077 Xionghua Science Park Complex Building, 72 Jinye Road, Yanta District, Xi'an City, Shaanxi Province, 3rd Floor Applicant before: Xie Hongpu |