本發(fā)明涉及電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的電流保護(hù)電路，特別涉及一種快響應(yīng)過(guò)流短路保護(hù)電路。

背景技術(shù)：

目前市場(chǎng)上低速電動(dòng)車大多采用一個(gè)控制器集中完成整個(gè)系統(tǒng)的控制，具備基本的調(diào)速功能，前進(jìn)后退功能，欠壓保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)、過(guò)流保護(hù)、短路等保護(hù)功能，并通過(guò)合適的軟件處理，具備霍爾自修復(fù)、電子剎車等輔助性功能。同時(shí)，配有速度、電能、溫度、故障指示等儀表顯示人機(jī)接口。

圖1是控制系統(tǒng)的框圖結(jié)構(gòu)，其由電池、功率驅(qū)動(dòng)電路、功率模塊、電機(jī)、控制電路組成。功率模塊由6個(gè)功率MOSFET管子組成，對(duì)應(yīng)圖中的M1～M6，功率模塊為電機(jī)提供合適的功率輸出；功率驅(qū)動(dòng)電路接收來(lái)自微控制器的PWM輸出信號(hào)，產(chǎn)生適合于功率MOSFET的半橋電路驅(qū)動(dòng)信號(hào)；控制電路主要以微控制器為核心，接收各種傳感器送來(lái)的電機(jī)位置信號(hào)（霍爾信號(hào)）、電流、電壓、溫度、速度、方向等信號(hào)，經(jīng)過(guò)控制算法處理后產(chǎn)生實(shí)時(shí)變化的PWM控制信號(hào)，同時(shí)，輸出相應(yīng)的指示信號(hào)到儀表顯示。

實(shí)際運(yùn)行中，功率模塊易于損壞。需要在系統(tǒng)中加過(guò)流保護(hù)電路和短路保護(hù)電路。而對(duì)于功率開(kāi)關(guān)的保護(hù)，傳統(tǒng)方案一般用采樣電流輸出到微控制器，然后再有微控制器電路處理后給出保護(hù)信號(hào)，利用這個(gè)保護(hù)信號(hào)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，從而保護(hù)功率模塊。

傳統(tǒng)方式存在一些不足：功率模塊發(fā)出的采樣信號(hào)要經(jīng)過(guò)微處理器，處理后輸出信號(hào)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)電路，這種方式存在著較大信號(hào)延時(shí)。而功率模塊中組件發(fā)生過(guò)流或短路損壞的過(guò)程時(shí)間非常短，往往保護(hù)信號(hào)在延時(shí)時(shí)間段內(nèi)，控制器還來(lái)不及做出有效的保護(hù)，從而引起功率開(kāi)關(guān)過(guò)流損壞或老化加速。另外，傳統(tǒng)的保護(hù)采用監(jiān)測(cè)相線電流或母線電流，發(fā)現(xiàn)過(guò)流時(shí)再行觸發(fā)保護(hù)，也有一定滯后。而且，當(dāng)過(guò)流或短路直通發(fā)生時(shí)，控制器處理后關(guān)閉并鎖存驅(qū)動(dòng)電路，往往關(guān)閉鎖存后信號(hào)不能自動(dòng)恢復(fù)，使得整個(gè)功率模塊停止工作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提供一種獨(dú)立于微處理器的硬件保護(hù)電路結(jié)構(gòu)，快響應(yīng)過(guò)流短路保護(hù)，當(dāng)觸發(fā)保護(hù)條件時(shí)，保護(hù)信號(hào)能立即關(guān)閉功率開(kāi)關(guān)，保證功率開(kāi)關(guān)中電流不至于過(guò)大，當(dāng)信號(hào)恢復(fù)正常時(shí)，能自動(dòng)解鎖并驅(qū)動(dòng)功率開(kāi)關(guān)，恢復(fù)正常運(yùn)行。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種快響應(yīng)過(guò)流短路保護(hù)電路，用于保護(hù)三相電機(jī)的功率模塊，所述功率模塊為6個(gè)功率管組成的三相橋式電路，為三相電機(jī)提供三條相線的功率輸出，所述過(guò)流短路保護(hù)電路包括過(guò)流檢測(cè)電路、短路檢測(cè)電路和保護(hù)電路；所述過(guò)流檢測(cè)電路由兩路組成，分別完成兩路相線電流檢測(cè)，短路檢測(cè)電路由三路組成，分別完成三路相線短路檢測(cè)；五路檢測(cè)電路產(chǎn)生的輸出信號(hào)由統(tǒng)一的保護(hù)電路進(jìn)行邏輯處理和防干擾鎖存處理，生成最終的功率模塊保護(hù)信號(hào)。

優(yōu)選的，所述的過(guò)流檢測(cè)電路，包括感應(yīng)相線電流的線性霍爾元件，霍爾元件輸出依次連接π型RC濾波電路、電壓跟隨器、RC濾波電路和比較器，比較器輸出過(guò)流檢測(cè)信號(hào)。

優(yōu)選的，所述的短路檢測(cè)電路，包括與相線連接的分壓檢測(cè)電路，和與該相線對(duì)應(yīng)的功率橋下管柵極連接的反相器，所述分壓檢測(cè)電路輸出依次連接π型RC濾波電路和比較器，所述比較器和反相器的輸出端通過(guò)一或門邏輯器件輸出對(duì)應(yīng)相線的短路檢測(cè)信號(hào)。

優(yōu)選的，所述保護(hù)電路包括5個(gè)共陽(yáng)極的二極管和一個(gè)RS觸發(fā)器，各二極管陰極分別與五路檢測(cè)電路產(chǎn)生的輸出信號(hào)連接，陽(yáng)極連接RS觸發(fā)器的輸入端和上拉電阻，RS觸發(fā)器產(chǎn)生功率模塊保護(hù)信號(hào)。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1．本發(fā)明提出的快響應(yīng)過(guò)流短路保護(hù)電路，具有自動(dòng)恢復(fù)功能，其響應(yīng)速度快，穩(wěn)定性高，抗干擾強(qiáng)，能用于電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器中功率模塊的保護(hù)；

2. 本發(fā)明的短路檢測(cè)電路不同于傳統(tǒng)的電流檢測(cè)方式，而采用相線電壓檢測(cè)，利用相線電壓和下管柵極的邏輯關(guān)系，出現(xiàn)短路故障或死區(qū)條件不滿足時(shí)就立即產(chǎn)生故障信號(hào)，響應(yīng)速度更快；

3. 本發(fā)明的過(guò)流信號(hào)或短路故障信號(hào)均與保護(hù)鎖定機(jī)構(gòu)相連接，任一信號(hào)均會(huì)觸發(fā)保護(hù)，關(guān)閉功率模塊的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，在過(guò)流或短路時(shí)保護(hù)模塊不受損。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中一種電動(dòng)車用電機(jī)控制器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為實(shí)施例中的過(guò)流檢測(cè)電路原理圖；

圖3為實(shí)施例中的短路檢測(cè)電路原理圖；

圖4為實(shí)施例中的保護(hù)電路原理圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供的快響應(yīng)過(guò)流短路保護(hù)電路，包括過(guò)流檢測(cè)電路、短路檢測(cè)電路和保護(hù)電路；所述過(guò)流檢測(cè)電路由兩路組成，分別完成兩路相線電流檢測(cè)，短路檢測(cè)電路由三路組成，分別完成三路相線短路檢測(cè)；五路檢測(cè)電路產(chǎn)生的輸出信號(hào)由統(tǒng)一的保護(hù)電路進(jìn)行邏輯處理和防干擾鎖存處理，生成最終的功率模塊保護(hù)信號(hào)。

如圖2所示，本發(fā)明采用線性霍爾元件采集相線電流，圖2中的U_hall以及V_hall分別為電機(jī)三相線圈中U相和V相的電流對(duì)應(yīng)的霍爾感應(yīng)電壓，分別經(jīng)過(guò)電阻R19，電容C7、C8以及電阻R23，電容C10、C11濾波后，再連接到電壓跟隨連接形式的運(yùn)放U6A，U6B。輸出端的R20、C9，R24、C12為阻容濾波。經(jīng)過(guò)運(yùn)放調(diào)理緩沖后的信號(hào)和相線電流有著線性比例關(guān)系，它們連接到電壓比較器U4C和U4D的反相輸入端，通過(guò)與比較器與預(yù)設(shè)的過(guò)流限定值比較，如果測(cè)得的電流值過(guò)大，則使得相應(yīng)的過(guò)流指示信號(hào)U_I,V_I設(shè)為低電平。預(yù)設(shè)的過(guò)流限定值通過(guò)電阻R21和R22分壓設(shè)定。

如圖3所示，短路檢測(cè)與常用的電流檢測(cè)不同，本發(fā)明采用了檢測(cè)相線電壓的方式，檢測(cè)交流電機(jī)的三條相線，下面介紹U相的情況，另外兩相采用同樣的電路形式。檢測(cè)電路首先檢測(cè)U相電壓U_voltage,其通過(guò)R2、R4電阻分壓采集相電壓信號(hào)，這里針對(duì)不同應(yīng)用情況下的相線電壓可設(shè)定不同的分壓比，分壓后的信號(hào)經(jīng)電阻R3，電容C1、C2濾波后與R5、R6分壓電路設(shè)定的基準(zhǔn)值做比較，以此判斷相線電壓是不是屬于高壓，如是高壓，說(shuō)明功率模塊對(duì)應(yīng)相的半橋電路的上管是打開(kāi)的。此時(shí)，比較器U1A輸出低電平。同時(shí)，U_Gate_L信號(hào)表示對(duì)應(yīng)U相半橋電路下管的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其通過(guò)一個(gè)施密特反相器U3A濾除柵極信號(hào)的微小變動(dòng)后與U1A的輸出值一起作為或門U2A的輸入，最終通過(guò)或門輸出U相的短路直通故障信號(hào)。判斷故障的準(zhǔn)則是：當(dāng)相線電壓大于預(yù)設(shè)值時(shí)，表明對(duì)應(yīng)相的功率半橋上管是打開(kāi)的，此時(shí)對(duì)應(yīng)的下管若同時(shí)打開(kāi)，則會(huì)產(chǎn)生電源到功率地的直通通路，引起短路。短路檢測(cè)電路有效防止了功率半橋的上下管直通情況。電路中穩(wěn)壓管D1用于防止相線電壓有過(guò)沖毛刺時(shí)保護(hù)比較器U1A，R1是弱上拉電阻，保證正常運(yùn)行時(shí)短路檢測(cè)電路不動(dòng)作。

如圖4所示，5個(gè)共陽(yáng)極的二極管D4、D5、D6、D7、D8對(duì)三相的短路故障信號(hào)、 、和過(guò)流信號(hào)U_I、V_I進(jìn)行“與”的邏輯運(yùn)算，完成過(guò)流和短路信號(hào)的統(tǒng)一處理，只要有一個(gè)故障出現(xiàn)，就觸發(fā)由與非門U7A、U7B組成的RS鎖存器，產(chǎn)生功率模塊柵極的關(guān)閉信號(hào)，保護(hù)功率模塊。

上述實(shí)施例只為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本發(fā)明主要技術(shù)方案的精神實(shí)質(zhì)所做的修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。