CN101227078B - 变频调速电动机的过电流保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种变频调速电动机的过电流保护电路，包括：控制单元、第一比较器单元、第一比较电压获得单元、取样电压获得单元、输入单元、第二比较器单元、第二比较电压获得单元、积分单元；所述积分单元的充放电受所述第一比较器输出信号的控制，当第一比较器输出高电平时，对积分单元充电，经过时间T1获得高电平的积分电压(Vj)，且电压(Vj)＞电压(V2)；当第一比较器输出低电平时，对积分单元放电，经过时间T2，使该积分单元的积分电压(Vj)＜电压(V2)。该过电流保护电路能够将过电流检测从即时信号的检测转变为积分信号的检测，使检测结果足以反映整个控制器采样周期内的过电流情况，避免漏检。

Description

变频调速电动机的过电流保护电路

技术领域

本发明涉及电动机保护电路，具体地说涉及变频调速电动机过电流保护电路。

背景技术

在电动机运行中，由于堵转等原因可能引起电动机电流过大，严重时会损坏电动机，因此需要对电动机进行过电流保护。在变频调速电动机中，由于变频电动机设备的控制电路需要使用大功率晶体管驱动电动机工作，如果电动机工作中出现过高的电流容易损坏驱动电路。此外，在使用直流变频电动机的场合，长时间电流过大可能造成电动机退磁。因此，在采用变频电动机的场合，对过电流保护有更高的要求。

现有技术下，采用集成电路比较器进行变频调速电动机的过电流保护。具体是使用取样电阻取样电动机驱动电路的母线电流，获得取样电压，将该取样电压与设定的比较电压比较。正常情况下，取样电压小于比较电压；当电动机母线电流过大时，取样电压大于比较电压，比较器输出发生变化，该变化的信号输出到电动机控制单元，控制单元据此采取保护措施。

上述现有技术的缺点在于，比较器输出端获得的检测信号是即时信号，而控制单元读取该检测信号时具有采样周期。对于电动机电流瞬间过大的情况，该检测信号有可能在控制单元尚未接收到该信号之前即已消失，致使过电流状况得不到及时处理。在某些情况下，可能造成电动机驱动电流频繁过大却始终无法检测到的情况。例如过电流周期性出现，并且过电流周期与控制单元的采样周期重合或称整数比例时，控制单元可能会始终无法检测到过电流情况，这很可能会对电动机或者其驱动电路造成损坏。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，使过电流检测电路的输出信号能够反映整个采样周期内的过电流情况，从而使控制单元的采样周期不影响对电动机过电流状况的检测。

本发明的电动机过电流保护电路，包括：

控制单元，用于接收过电流检测信号，并根据检测结果控制电动机；

第一比较器单元，实现对第一比较电压、取样电压的比较，并将比较结果作为过电流检测信号输出；

第一比较电压获得单元，用于获得第一比较电压，该第一比较电压输出到第一比较器单元的比较电压输入端；

取样电压获得单元，用于取得电动机驱动电流的大小，并转化为取样电压；该取样电压输入到第一比较器单元的取样电压输入端；

输入单元，用于接收过电流检测信号，并将其输出到所述控制单元；

还包括第二比较器单元、第二比较电压获得单元、积分单元；

所述第二比较器单元，实现对所述积分单元输出电压与所述第二比较电压获得单元的第二比较电压V2的比较；并将比较结果作为过电流检测信号输出；

所述第二比较电压获得单元，用于获得第二比较电压V2，并输出到第二比较器的比较电压输入端；

所述积分单元，用于获得经积分的电压信号Vj，并将该电压输入到第二比较器的积分信号输入端；该积分单元的充放电受所述第一比较器输出信号的控制，当第一比较器输出高电平时，对该积分单元充电，经过时间T1获得高电平的积分电压Vj，且电压Vj＞电压V2；当第一比较单元输出低电平时，对该积分单元放电，经过时间T2，使该积分单元的积分电压Vj＜电压V2。

优选地，所述第一比较器单元、第二比较器单元为具有开路输出的比较器

优选地，所述第一比较电压获得单元，包括串联于电源正极与电源地之间的电阻R1、电阻R2，并从两电阻的中间结点获得所述第一比较电压。

优选地，所述取样电压获得单元，包括取样电阻R10，分压电阻R3、分压电阻R4；所述取样电阻R10串联于电动机驱动电流线，其中一端接电源地，另一端获得的电压经过串联的电阻R3、电阻R4连接到电源地；所述电阻R3、电阻R4的中间节点电压作为取样电压。

优选地，所述第二比较电压获得单元，包括串连在电源正极与电源地之间的电阻R6、电阻R7；两电阻的中间节点电压作为第二比较电压V2。

优选地，所述积分单元，包括电阻R5、电阻R8、电容C1；所述电阻R5与电容C1串连在电源正极与电源地之间，其中电阻R5一端连接电源正极，另一端连接电容C1，电容C1未与电阻R5连接的一端接电源地；电阻R5与电容C1的中间节点电压作为积分电压；该中间节点同时与第一比较器单元的输出端连接；电阻R8一端连接电源正极，另一端连接第一比较器单元的输出端。

集中上述优选方案，获得如下具体的电路：所述第一比较器单元、第二比较器单元为具有开路输出的比较器；所述第一比较电压获得单元，包括串联于电源正极与电源地之间的电阻R1、电阻R2，从两电阻的中间结点获得所述第一比较电压输出；所述取样电压获得单元，包括取样电阻R10，分压电阻R3、分压电阻R4；所述取样电阻R10串联于电动机驱动电流线，其中一端接电源地，另一端电压经过串联的电阻R3、电阻R4连接到电源地；所述电阻R3、电阻R4的中间节点电压作为取样电压输出到第一比较器反相端；所述第二比较电压获得单元，包括串连在电源正极与电源地之间的电阻R6、电阻R7；两电阻的中间节点的电压作为第二比较电压输出到第二比较器的反相输入端；所述积分单元，包括电阻R5、电阻R8、电容C1；所述电阻R5与电容C1串连在电源正极与电源地之间，其中电阻R5一端连接电源正极，另一端连接电容C1，电容C1未与电阻R5连接的一端接电源地；电阻R5与电容C1的中间节点电压作为积分电压；该中间节点同时与第一比较器单元的输出端连接；电阻R8一端连接电源正极，另一端连接第一比较器单元的输出端。

优选地，所述时间T2远小于时间T1。

优选地，所述第一比较器单元的比较电压输入端为比较器单元的同相输入端；所述第一比较器单元的取样电压输入端为比较器单元的反相输入端；所述第二比较器的比较电压输入端为比较器单元的反相输入端；所述第二比较器的积分信号输入端为比较器单元的同相输入端。

优选地，所述输入电路采用上拉式输入方式或者下拉式输入方式。

与现有技术相比，本发明提供的技术方案解决瞬间过电流难以被检测的情况，避免对电动机以及电动机驱动电路造成损坏。具体而言，本发明提供的技术方案将过电流检测电路的输出信号由即时信号转变为积分信号，保证控制单元采样时获得到的过电流检测信号能够反映整个采样周期内的电动机过电流情况，使电动机的过电流情况能够完全反映到控制单元，并据此采取相应措施。

本发明的优选实施例利用了现有技术中闲置的比较器，因此同时具有成本低的优点。

附图说明

图1是现有技术的变频调速电动机的过电流保护电路；

图2是本发明实施例提供的变频调速电动机的过电流保护电路。

具体实施方式

图1示出现有技术的变频调速电动机的过电流保护电路。该过电流保护电路具体应用于120度直流无刷变频控制电动机中。

如图所示，该过电流保护电路包括集成电路IC、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R10、电阻R8、电容C2。该电路的控制单元(图未示)可以是单片机或其它类型的控制器件。

图中待测电流I为电动机驱动电流，该电流引自变频调速电动机的驱动电源母线。

图中该检测电路的电源正极为+5V电源。

图中集成电路IC为具有两个开路输出的比较器的集成电路，该过电流保护电路使用其中的第一比较器组成第一比较器单元。该集成电路IC的电源端Vcc(端子8)连接+5V电源，并经过电容C2连接到地，该电容C2的作用是过滤+5V电源的高频干扰。该集成电路IC的接地端GND(端子4)连接电源地。该集成电路的第一比较器与外部电路连接(见后述)，其第二比较器空置。

图中电阻R1，电阻R2组成第一比较电压获得单元。电阻R1、电阻R2为设定电阻，两电阻串联于+5V电源与电源地之间，通过选取电阻R1、电阻R2的不同阻值，可以在两电阻的中间节点上获得合适的电压，该电压作为第一比较电压提供给第一比较器正相输入端IN+(集成电路IC端子3)。

图中电阻R10、电阻R3、电阻R4组成取样电压获得单元。其中电阻R10为取样电阻，该取样电阻R10串联在驱动电流母线上，驱动电流I通过该电阻流向电源地，电阻R10接收驱动电流进入的一端与电源地之间获得检测电压。该检测电压通过相串联的电阻R3，电阻R4连接到电源地，并在电阻R3，电阻R4的中间节点形成取样电压。该取样电压输出到第一比较器反相输入端IN(集成电路IC端子2)。

图中电阻R8组成输入单元。电阻R8为上拉电阻，串联在电源+5V与第一比较器输出端OUT1(集成电路IC端子1)之间，其与比较器输出端OUT1的共同节点连接控制单元的输入/输出(I/O)端，比较器输出端OUT1的输出信号(高电平或低电平)通过此节点输出到控制单元。该输入单元的输入方式为上拉式输入方式，同样也可以采用下拉式输入方式。

比较器的正相输入端IN+和比较器的反相输入端IN比较，可以获得不同的输出。若IN+＞IN，则OUT1输出高电平，说明取样电压较第一比较电压低，也就是电动机驱动电流在正常范围内。该高电平输出到控制电路I/O端，控制单元控制电动机正常工作。若IN+＜IN，则OUT1输出低电平，说明取样电压较第一比较电压高，也就是电动机驱动电流超过正常范围，控制单元控制电动机停止工作，进入保护状态。

该电路的缺点在于：由于该过电流保护电路中，过电流的判断取决于控制单元取样时的比较器输出电压OUT1，而该输出电压OUT1是一个即时信号，只与取样时输入端的第一比较电压与取样电压的值有关，因此，控制单元获得的输出电压OUT1只反映控制单元采样时的驱动电路的过电流状况，无法反映驱动电路的整个采样周期中的过电流状况。这就造成间歇性的过电流状况无法被检测或者长时间无法被检测。由于周期性过电流情况发生的可能性很大(例如机械装置上某一点阻力大就会造成电动机周期性电流过大)，因此此种检测方式对电路的保护极不周全，有改进的必要。本发明提出一种可以解决上述问题的过电流保护电路。

图2为本发明实施例的电路图。该电路在上述现有技术基础上改进获得，以下仅对改进部分进行说明，图中的标号也与现有技术电路尽可能相同。与现有技术相比，该实施例增加第二比较器单元、积分单元、第二比较电压获得单元。

图中在现有技术的电路中闲置的第二比较器组成第二比较器单元，用于比较积分单元输出的积分电压与第二比较电压获得单元输出的第二比较电压，并将比较结果作为过电流检测信号输出到输入单元，再由输入单元提供给控制单元。

图中电阻R8、电阻R5、电容C1组成积分单元。该积分单元以电容C1作为积分元件，以第一比较器单元的输出控制电容C1的充放电。具体连接方式是：集成电路IC的第一比较器输出端OUT1(端子1)连接到该集成电路第二比较器的正相输入端IN+(端子5)；电阻R8连接在电源正极与第一比较器输出端OUT1之间；电阻R5与电容C1串联于电源正极与电源地之间，并且电阻R5一端连接电源+5V，电容C1一端连接电源地，电阻R5、电容C1的中间节点连接第二比较器正相输入端。

图中电阻R6、电阻R7组成第二比较电压获得单元。所述电阻R6、电阻R7串联在电源+5V与电源地之间，在两电阻的中间节点上获得第二比较电压V2，该第二比较电压V2提供给第二比较器反相输入端IN(集成电路IC端子6)。通过改变电阻R6、电阻R7的阻值，可以获得所需的电压值作为第二比较电压V2。

图中电阻R9组成输入单元，电阻R9的作用相当于现有技术电路的电阻R8。电阻R9串联在电源+5V与所述第二比较器输出端OUT2(集成电路IC端子7)之间，其与第二比较器输出端OUT2的共同节点连接控制单元的输入/输出(I/O)端，比较器输出端OUT2的输出信号(高电平或低电平)通过此节点输出到控制单元。

以下说明本电路的工作过程。

当电动机驱动电流处于正常范围时，所述第一比较器的输出端OUT1输出高电平，此时，通过电阻R5、电阻R8向电容C1充电，使电容C1两端电压Vj升高，该电压Vj作为积分电压，输入到第二比较器同相输入端IN+，其电压值最终高于第二比较器反向输入端IN的第二比较电压V2，因此，第二比较器输出端OUT2输出高电平。该高电平输出到控制电路I/O端，控制单元控制电动机正常工作。

当电动机驱动电流超出正常范围时，所述第一比较器的输出端OUT1输出低电平，该低电平相当于电源地。此时，该低电平使电容C1放电，电容C1积累的高电压被释放，使电压Vj(也就是第二比较器同相端电压)低于第二比较器反向输入端IN的第二比较电压V2，因此，第二比较器输出端OUT2输出低电平，说明电动机驱动电流超过正常范围，控制单元接收到该低电平信号后，控制电动机停止工作，进入保护状态。由于电容C1放电时，是直接通过低电平放电，该低电平相当于电源地，因此放电过程很快，时间较短。相反，电容C1充电时，通过电阻充电，因此充电过程时间较慢，时间较长。因此，驱动电流过大时，第一比较器输出端OUT1的低电平使电容C1的两端的积分电压Vj立刻降低。即使驱动电流恢复正常，电容C1恢复其电位仍需要较长时间，在此电位恢复之前，第二比较器输出端始终输出低电平。因此在选择适当参数的情况下，可以保证在控制单元的整个采样周期内出现的过电流状况都反映到控制单元，而不论控制单元在何时采样。

该电路与现有技术的不同之处在于：使过电流检测从即时信号的检测转变为积分信号的检测，而该积分信号由于参数的合理设置，足以反映整个采样周期的过电流状况，从而避免采样周期造成的检测盲区，完全、充分的实现对电动机的过电流保护。

上述实施例仅仅说明了本发明的一种实施方式，实际上本发明还可以具有其它变化的形式。例如，比较器的正反相端的连接的电压可以与本实施例的连接方式相反；取样单元、积分单元可以采用其它形式。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种电动机过电流保护电路，其特征在于，包括：控制单元、第一比较器单元、第一比较电压获得单元、取样电压获得单元、输入单元、第二比较器单元、第二比较电压获得单元和积分单元；

控制单元，用于接收过电流检测信号，并根据检测结果控制电动机；

第一比较器单元，实现对第一比较电压、取样电压的比较，并将比较结果通过第一比较器单元输出端连接到第二比较器单元的同相输入端；

第一比较电压获得单元，用于获得第一比较电压，该第一比较电压输出到第一比较器单元的比较电压输入端；所述第一比较电压获得单元，包括串联于电源正极与电源地之间的电阻R1、电阻R2，并从两电阻的中间节点获得所述第一比较电压；

取样电压获得单元，用于取得电动机驱动电流的大小，并转化为取样电压；该取样电压输入到第一比较器单元的取样电压输入端；所述取样电压获得单元，包括取样电阻R10，分压电阻R3、分压电阻R4；所述取样电阻R10串联于电动机驱动电流线，其中一端接电源地，另一端获得的电压经过串联的电阻R3、电阻R4连接到电源地；所述电阻R3、电阻R4的中间节点电压作为取样电压；

输入单元，用于接收过电流检测信号，并将其输出到所述控制单元；所述输入单元由电阻R9组成；所述电阻R9串联在电源+5V与所述第二比较器单元的输出端之间，其与第二比较器单元输出端的共同节点连接控制单元的输入/输出端，第二比较器单元输出端的输出信号通过此节点输出到控制单元

所述第二比较器单元，实现对所述积分单元输出电压与所述第二比较电压获得单元的第二比较电压V2的比较；并将比较结果作为过电流检测信号输出；

所述第二比较电压获得单元，用于获得第二比较电压V2，并输出到第二比较器的比较电压输入端；所述第二比较电压获得单元，包括串连在电源正极与电源地之间的电阻R6、电阻R7；两电阻的中间节点电压作为第二比较电压V2；

所述积分单元，用于获得经积分的电压信号，即积分电压Vj，并将该电压输入到第二比较器的积分信号输入端；该积分单元的充放电受所述第一比较 器输出信号的控制，当第一比较器输出高电平时，对该积分单元充电，经过时间T1获得高电平的积分电压Vj，且电压Vj＞第二比较电压V2；当第一比较单元输出低电平时，对该积分单元放电，经过时间T2，使该积分单元的积分电压Vj＜第二比较电压V2；所述积分单元，包括电阻R5、电阻R8、电容C1；所述电阻R5与电容C1串连在电源正极与电源地之间，其中电阻R5一端连接电源正极，另一端连接电容C1，电容C1未与电阻R5连接的一端接电源地；电阻R5与电容C1的中间节点电压作为积分电压；该中间节点同时与第一比较器单元的输出端连接；电阻R8一端连接电源正极，另一端连接第一比较器单元的输出端；

所述第一比较器单元、第二比较器单元为具有开路输出的比较器；

所述第一比较器单元的第一比较电压输入端为比较器单元的同相输入端；所述第一比较器单元的取样电压输入端为比较器单元的反相输入端；所述第二比较器的第二比较电压输入端为比较器单元的反相输入端；所述第二比较器的积分电压输入端为比较器单元的同相输入端。