CN101420119B

CN101420119B - 用于无刷直流电动机的保护电路

Info

Publication number: CN101420119B
Application number: CN200710163375XA
Authority: CN
Inventors: 程永甫; 林凡卿; 刘俊杰; 楚毅; 马德新; 朱久长
Original assignee: Qingdao Haier Air Conditioner Gen Corp Ltd; Haier Group Corp
Current assignee: Qingdao Haier Air Conditioner Gen Corp Ltd; Haier Group Corp
Priority date: 2007-10-23
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2027-10-23
Also published as: CN101420119A

Abstract

本发明涉及一种用于无刷直流电动机的保护电路，第一输入端连接通过串连的第一电阻、第一二极管、第四电阻连接输出端，第一二极管的正极连接第一电阻，负极连接第四电阻，第一检测电阻连接第一输入端和地；第二输入端连接通过串连的第二电阻、第二二极管、第四电阻连接输出端，第二二极管的正极连接第二电阻，负极连接第四电阻，第二检测电阻连接第二输入端和地；第三输入端连接通过串连的第三电阻、第三二极管、第四电阻连接输出端，第三二极管的正极连接第三电阻，负极连接第四电阻，第三检测电阻连接第三输入端和地；第五电阻连接输出端和地。本发明结构简单，利于成本的控制，只需占用数据处理芯片一个I/O接口，方便对数据处理芯片的选用。

Description

用于无刷直流电动机的保护电路

技术领域

本发明涉及电子电路领域，特别是涉及一种用于无刷直流电动机的保护电路。

背景技术

随着世界范围内能源危机的到来，节能降耗技术成为普遍关注的焦点。作为普及最广的家庭用电器之一，传统的定频空调器因耗电量大，交流变频空调器因变频范围窄，压缩机效率低正逐渐退出市场。而直流变频的空调器因具有良好的节能性、精确控温、超低温启动、快速制热等特点受到广大用户的喜爱。

直流变频的空调器采用无刷直流电动机作为动力装置，无刷直流电动机在工作时需通过调节U、V、W三相电流改变电动机转速，进而调节空调器压缩机的工作效率。为防止电流过大对无刷直流电动机造成损害，必须采用保护电路限制无刷直流电动机工作时的最大电流。

参阅图1，为现有用于无刷直流电动机的保护电路图。电动机驱动电路中，交流电源通过三极管Q1、Q2、Q3为电动机提供U、V、W三相电源。三极管Q4、Q5、Q6的集电极分别连接电动机的U、V、W三相电源，集电极连接控制芯片的相应引脚，发射极共同连接到电动机驱动电路的输出端。

保护电路的输入端连接电动机驱动电路的输出端，保护电路的输出端连接数据处理芯片。保护电路包括检测电阻Rj、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C2，电阻R1和电阻R2串连连接在输入端和输出端，检测电阻Rj连接输入端和地，电容C1连接电阻R1和电阻R2的公共端和地，电阻R3和电容C2并联，连接输出端和地。

保护电路输出端输出的保护电压为：

U_{b} = Rj \times I_{IPM} \times \frac{R 3}{R 1 + R 2 + R 3}

其中，I_IPM是保护电路输入端的输入的电流值。由上述算式可知，通过调节电阻Rj、电阻R1、电阻R2、电阻R3的阻值，就可以得到相应的U_b值。但是，由于电动机驱动电路中三极管Q4、Q5、Q6的集电极是相连接的，电流I_IPM是U、V、W三相电流的叠加，数据处理芯片接收到U_b值后，需经过大量复杂的计算，把U、V、W三相的电流分别计算出来。如某一相的电流值超过设定值，数据处理芯片发送相应的指令进行保护。但因为数据处理芯片在计算U、V、W三相电流时进行复杂的运算，需处理的数据量过大，相应的反应时间也较长，如果无刷直流电动机的某相电流在瞬间跃升，数据处理芯片往往不能迅速完成相关运算，及时发送保护指令采取保护措施，导致无刷直流电动机受到损坏。

现有技术中有采用分路保护的方式解决上述问题。参阅图2，为现有用于无刷直流电动机的保护电路图。该保护电路分三个相对独立的支路，分别对电动机的U、V、W三相的电流进行检测保护。

电动机驱动电路中，交流电源通过三极管Q1、Q2、Q3为电动机提供U、V、W三相电源。三极管Q4、Q5、Q6的集电极分别连接电动机的U、V、W三相电源，集电极分别连接控制芯片相应的引脚，三极管Q4发射极连接第一输出端，三极管Q5发射极连接第二输出端，三极管Q6发射极连接第三输出端。

保护电路包括三个相对独立的支路，第一保护支路的输入端连接电动机驱动电路的第一输出端，第一保护支路的输入端连接数据处理芯片。第一保护支路保护包括检测电阻Rj1、电阻R4、电阻R7、电阻R10、电容C1、电容C4，电阻R4和电阻R7串连连接在输入端和输出端，检测电阻Rj1连接输入端和地，电容C1连接电阻R1和电阻R2的公共端和地，电阻R10和电容C4并联，连接输出端和地。第二保护支路和第三保护支路的组成元件和连接关系与第一支路相同，不再赘述。

第一保护支路输出端输出的保护电压为：

U_{U} = Rj 1 \times I_{U} \times \frac{R 10}{R 4 + R 7 + R 10}

第二保护支路输出端输出的保护电压为：

U_{V} = Rj 2 \times I_{V} \times \frac{R 11}{R 5 + R 8 + R 11}

第三保护支路输出端输出的保护电压为：

U_{W} = Rj 3 \times I_{U} \times \frac{R 12}{R 6 + R 9 + R 12}

其中，I_U、I_V、I_W分别为电动极U、V、W三相的检测电流，由上述三个算式可知，通过调节相应电阻的阻值，就可以得到检测电压U_U、U_V、U_W的值。对电动极U、V、W三相电流分开检测，将检测值直接传送到数据处理芯片，不需数据处理芯片再进行复杂的运算，较少数据处理芯片的反应时间。但是，保护电路采用三个支路分别进行检测会使电动机外围电路过于复杂，不利于成本的控制。保护电路的三个支路占用数据处理芯片三个I/O接口，数据处理芯片需具有较多的I/O接口满足要求，对数据处理芯片的选用构成限制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于无刷直流电动机的保护电路，该保护电路不需与之相连接的数据处理芯片进行复杂的运算，来获得相关参数，且结构相对简单，利于成本的控制，只需占用数据处理芯片一个I/O接口，方便对数据处理芯片的选用。

本发明一种用于无刷直流电极的保护电路，该保护电路的第一、第二、第三输入端分别连接电动机驱动电路的第一、第二、第三输出端，输出端连接数据处理芯片，第一输入端连接通过串连的第一电阻、第一二极管、第四电阻连接输出端，第一二极管的正极连接第一电阻，负极连接第四电阻，第一检测电阻连接第一输入端和地；第二输入端连接通过串连的第二电阻、第二二极管、第四电阻连接输出端，第二二极管的正极连接第二电阻，负极连接第四电阻，第二检测电阻连接第二输入端和地；第三输入端连接通过串连的第三电阻、第三二极管、第四电阻连接输出端，第三二极管的正极连接第三电阻，负极连接第四电阻，第三检测电阻连接第三输入端和地；第五电阻连接输出端和地。

优选的，还包括第一电容，所述第一电容连接第一电阻与第一二极管的公共端和地。

优选的，还包括第二电容，第二电容连接第二电阻与第二二极管的公共端和地。

优选的，还包括第三电容，第三电容连接第三电阻与第三二极管的公共端和地。

优选的，还包括第四电容，第四电容连接输出端和地。

优选的，所述电动机驱动电路包括第一三极管，第一三极管基极连接控制端，集电极连接电动机的U相电，发射极连接第一输出端。

优选的，所述电动机驱动电路包括第二三极管，第二三极管基极连接控制端，集电极连接电动机的V相电，发射极连接第二输出端。

优选的，所述电动机驱动电路包括第三三极管，第三三极管基极连接控制端，集电极连接电动机的W相电，发射极连接第三输出端。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明保护电路对电动机的U、V、W三相电流分开检测，并将获得的最大值输入数据处理芯片，数据处理芯片不需在对接收到的数据进行复杂的运算，只需在该值超过设定值时，发送保护指令，对电动机进行相应的保护即可。提高数据处理芯片的反应时间，确保在电动机某一相电流突变时，能及时采取保护措施，保护电动机。

该保护电路相对现有技术结构简单，利于成本的控制。且该保护电路只有一个输出端，只需占用数据处理芯片一个I/O接口，方便对数据处理芯片的选用。

附图说明

图1为现有用于无刷直流电动机的保护电路图；

图2为现有用于无刷直流电动机的保护电路图；

图3为本发明用于无刷直流电动机的保护电路图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参阅图3，为本发明用于无刷直流电动机的保护电路图。该保护电路分别对电动机的U、V、W三相的电流进行检测保护。

电动机驱动电路中，三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、二极管D1、二极管D2、二极管D3组成三路控制电路。三极管Q1的基极连接控制芯片的控制端，集电极连接220V交流电源的正极，发射极连接电动机的U相接头，二极管D1的正极连接三极管Q1的发射极，负极连接三极管Q1的集电极；三极管Q2的基极连接控制芯片的控制端，集电极连接220V交流电源的正极，发射极连接电动机的V相接头，二极管D2的正极连接三极管Q2的发射极，负极连接三极管Q2的集电极；三极管Q3的基极连接控制芯片的控制端，集电极连接220V交流电源的正极，发射极连接电动机的W相接头，二极管D3的正极连接三极管Q3的发射极，负极连接三极管Q3的集电极。

电动机驱动电路中，三极管Q4、三极管Q5、三极管Q6、二极管D4、二极管D5、二极管D6组成三路电流检测电路。三极管Q4的基极连接控制芯片的控制端，集电极连接电动机的U相接头，发射极连接第一输出端，二极管D4的正极连接三极管Q4的发射极，负极连接三极管Q4的集电极；三极管Q5的基极连接控制芯片的控制端，集电极连接电动机的V相接头，发射极连接第二输出端，二极管D5的正极连接三极管Q5的发射极，负极连接三极管Q5的集电极；三极管Q6的基极连接控制芯片的控制端，集电极连接电动机的W相接头，发射极连接第三输出端，二极管D6的正极连接三极管Q6的发射极，负极连接三极管Q6的集电极。

保护电路包括三个输入端和一个输出端，三个输入端分别连接电动机驱动电路的三个输出端，输出端连接数据处理芯片的I/O接口。

保护电路的第一输入端连接电动机驱动电路的第一输出端，第一输入端通过串连的电阻R4、二极管D7、电阻R7连接输出端，二极管D7的正极连接电阻R4，负极连接电阻R7，检测电阻Rj1连接第一输入端和地；电容C1连接电阻R4与二极管D7的公共端和地。

保护电路的第二输入端连接电动机驱动电路的第二输出端，第二输入端通过串连的电阻R5、二极管D8、电阻R7连接输出端，二极管D8的正极连接电阻R5，负极连接电阻R7，检测电阻Rj2连接第二输入端和地；电容C2连接电阻R5与二极管D8的公共端和地。

保护电路的第三输入端连接电动机驱动电路的第三输出端，第三输入端通过串连的电阻R6、二极管D9、电阻R7连接输出端，二极管D9的正极连接电阻R6，负极连接电阻R7，检测电阻Rj3连接第三输入端和地；电容C3连接电阻R6与二极管D9的公共端和地。

电阻R8和电容C4并联，连接输出端和地。

该保护电路中，第一输入端和输出端之间的电路用于检测电动机U相电流，由图3可知，输出端输出的电动机U相检测电压为：

U_{U} = (Rj 1 \times I_{U} - U_{d 7}) \times \frac{R 8}{R 4 + R 7 + R 8}

第一输入端和输出端之间的电路用于检测电动机U相电流，由图3可知，输出端输出的电动机V相检测电压为：

U_{V} = (Rj 2 \times I_{V} - U_{d 8}) \times \frac{R 8}{R 5 + R 7 + R 8}

第一输入端和输出端之间的电路用于检测电动机U相电流，由图3可知，输出端输出的电动机W相检测电压为：

U_{W} = (Rj 3 \times I_{W} - U_{d 9}) \times \frac{R 8}{R 6 + R 7 + R 8}

其中，I_U、I_V、I_W分别为电动极U、V、W三相的检测电流，U_d7、U_d8、U_d9为二极管D7、二极管D8、二极管D9上的压将，由上述三个算式可知，通过调节相应电阻的阻值，就可以得到检测电压U_U、U_V、U_W的值。

由于电动机U、V、W三相上的电流不可能完全相等，三个检测电阻Rj1、Rj2、Rj3选择阻值相同的电阻，也存在误差的，所以检测出来的电压U_U、U_V、U_W并不相同。本发明通过设置二极管D7、二极管D8、二极管D9，利用二极管的单向导通的特性，避免各输入端互相干扰分压，使保护电路的输出端只输出U_U、U_V、U_W三相电压值的最高值。既，保护电路输出端输出电压为：

U＝MAX(U_U、U_V、U_W)

本发明通过设置相同的检测电阻，使三个检测电阻Rj1、Rj2、Rj3阻值相同(忽略误差)，当电动机的U、V、W三相电流的某一相超标，该保护电路即输出该相电流对应的电压值到数据处理芯片，数据处理芯片检测到电压超过设定数值，发送保护指令，控制相关设备动作，保护电动机。

本发明保护电路对电动机的U、V、W三相电流分开检测，将三相中电流最大者对应的电压输入数据处理芯片，数据处理芯片不需在对接收到的数据进行复杂的运算，只需在该值超过设定值时，发送保护指令，对电动机进行相应的保护即可，提高数据处理芯片的反应时间，确保在电动机某一相电流突变时，能及时采取保护措施，保护电动机。

该保护电路相对现有技术结构简单，节约电子元件，利于成本的控制。且该保护电路只有一个输出端，只需占用数据处理芯片一个I/O接口，方便对数据处理芯片的选用。

以上对本发明所提供的一种用于无刷直流电动机的保护电路，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种用于无刷直流电动机的保护电路，电动机驱动电路包括第一三极管，第一三极管基极连接控制端，集电极连接电动机的U相电，发射极连接第一输出端；包括第二三极管，第二三极管基极连接控制端，集电极连接电动机的V相电，发射极连接第二输出端；包括第三三极管，第三三极管基极连接控制端，集电极连接电动机的W相电，发射极连接第三输出端；该保护电路的第一、第二、第三输入端分别连接电动机驱动电路的第一、第二、第三输出端，输出端连接数据处理芯片，其特征在于：

第一输入端通过串连的第一电阻、第一二极管、第四电阻连接输出端，第一二极管的正极连接第一电阻，负极连接第四电阻，第一检测电阻连接第一输入端和地；

第二输入端连接通过串连的第二电阻、第二二极管、第四电阻连接输出端，第二二极管的正极连接第二电阻，负极连接第四电阻，第二检测电阻连接第二输入端和地；

第三输入端连接通过串连的第三电阻、第三二极管、第四电阻连接输出端，第三二极管的正极连接第三电阻，负极连接第四电阻，第三检测电阻连接第三输入端和地；

第五电阻连接输出端和地；

上述第一检测电阻、第二检测电阻、第三检测电阻的阻值相同。

2.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括第一电容，所述第一电容连接第一电阻与第一二极管的公共端和地。

3.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括第二电容，第二电容连接第二电阻与第二二极管的公共端和地。

4.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括第三电容，第三电容连接第三电阻与第三二极管的公共端和地。

5.如权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括第四电容，第四电容连接输出端和地。