CN103280772B - 一种电机控制器过热判断及保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制器过热判断及保护电路，包括主控芯片、与主控芯片相连的电压转换芯片、温度检测电路和过热保护电路，所述电机温度检测电路包括参考电压调理电路、分压测量电路、温度过热限值比较电路；所述过热保护电路包括与温度检测电路的输出端相连的触发保持电路、与触发保持电路相连的复位电路，所述复位电路的输入端还与主控芯片的复位信号输出端相连，所述触发保持电路的输出端还与电压转换芯片相连。本发明可以快速检测电机温度，提供超快速响应硬件电机过热保护，并具有过热保护信号自保持功能，且保护温度值可自由设定，具有通用性好、结构简单、成本低、实现容易等优点。

Description

一种电机控制器过热判断及保护电路

技术领域

本发明涉及电路领域，特别涉及一种电机控制器过热判断及保护电路。

背景技术

新能源汽车目前普遍采用永磁同步电机作为动力源，驱动车辆运行。而永磁同步电机必须工作在一定温度范围，如果超出其工作温度范围可能导致电机永磁体退磁等问题，因此对电机的温度进行准确测量，并在准确测量的基础上进行可靠的过热保护对于保证永磁同步电机安全工作尤为重要。

目前常用的过热保护形式为依靠软件检测进行过热保护，而由于软件检测的速度相对较慢，不能很及时的测量出永磁同步电机过热的发生，检测出后再关断输出信号也需较长时间，而永磁同步电机从过热到退磁的时间很短，因此软件检测不能很好地为功率器件提供过热保护。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的上述问题，本发明提供结构简单、成本低、实现容易的一种电机控制器过热判断及保护电路，该电路可以快速检测电机温度，提供超快速响应硬件电机过热保护，并且保护温度值可自由设定，通用性好，并具有过热保护信号自保持功能。

为实现上述目的，本发明的一种电机控制器过热判断及保护电路，包括主控芯片、与主控芯片相连的电压转换芯片、温度检测电路和过热保护电路，其中：上述电机温度检测电路包括参考电压调理电路、分压测量电路、温度过热限值比较电路，参考电压调理电路和分压测量电路的输出端分别连接到温度过热限值比较电路的两个不同的输入端，分压测量电路的输出端和温度过热限值比较电路的输出端均连接到主控芯片上；上述过热保护电路包括与温度检测电路的输出端相连的触发保持电路、与触发保持电路相连的复位电路，复位电路的输入端还与主控芯片的复位信号输出端相连，触发保持电路的输出端还与电压转换芯片相连。上述复位电路包括电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、电阻R8、电阻R9，其中：电阻R6连接到主控芯片的复位信号输出端；电阻R6和电容C4串联后，电容C4连接到二极管D2的正极，二极管D2的负极同时连接到二极管D1的正极、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电容C5的一端以及触发保持电路的一个输入端；电阻R8的另一端和二极管D1的负极均连接到电源VCC上；电阻R9的另一端与触发保持电路的一个输出端相连；电容C5的另一端接地；电阻R7一端连接在电容C4和二极管D2之间，另一端接地。

作为本发明的进一步改进，上述参考电压调理电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1，其中，电阻R1与电源VCC相连，电阻R2接地，电阻R1与电阻R2串联，电阻R2两端还并联有电容C1。

进一步，上述分压测量电路由电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3和安装在电机内部的热敏电阻RT1组成，其中，电阻R3与电源相连，电阻R5和电容C3均接地，电阻R3、电容C2、电阻R5依次串联在一起，电阻R4与电容C3串联后并联在电容C2和电阻R5两端，上述热敏电阻RT1并联在电容C2两端。

进一步，上述温度过热限值比较电路包括比较器UIA。

进一步，上述比较器UIA为一个运算放大器，运算放大器的同相输入端与参考电压调理电路的输出端相连，运算放大器的反相输入端与分压测量电路的输出端相连。

进一步，上述触发保持电路包括比较器U1B、比较器U1C、比较器U1D和一个分压电路，其中：比较器U1B的正相输入端、比较器U1C的反相输入端、比较器U1D的反向输入端均与分压电路相连；比较器U1D的正相输入端与上述二极管D2的负极相连；比较器U1B的反相输入端和比较器U1C的正相输入端均与比较器U1D的输出端相连；比较器U1C的输出端与电阻R9相连；比较器U1B的输出端与电压转换芯片相连；比较器U1D的输出端还通过电容C6接地；比较器U1B电源端连接电源VCC，接地端接地；温度过热限值比较电路的输出端同时连接到比较器U1B的反相输入端和上比较器U1C的正相输入端。

进一步，上述分压电路由电容C7、电阻R11、电阻R10构成，电阻R11连接电源VCC、电阻R10接地，电阻R11与电阻R10串联，电容C7并联在电阻R10两端。

进一步，上述触发保持电路还包括电容C8和电阻R12；上述比较器U1B的电源端还通过电容C8接地；上述比较器U1B的输出端还通过电阻R12连接电源VCC。

本发明的工作原理是：热敏电阻RT1安装于永磁同步电机内部，其电阻值随安装处的温度变化而变化，用于测量永磁同步电机的内部温度。分压测量电路将电机温度变化对应的电阻信号转化为电压信号并进行滤波处理，滤波处理后的电压信号一方面送到主控芯片的一个端口，由主控芯片完成永磁同步电机内部温度的测量；另一方面，接入温度过热限值比较电路，与过热保护值对应参考电压调理电路中电阻R2上分得的电压进行比较，如其电压大于电阻R2上分得的电压即表示电机温度超过预设保护值，温度过热限值比较电路即反转输出低电平信号，低电平信号一边送至主控芯片进行错误中断处理，一边送至过热保护电路，过热保护电路输出高电平信号至电压转换芯片，使电压转换芯片停止工作，不再向驱动板传输控制电机运行信号，使电机停止运行。电机停止运行后电机的内部温度将逐渐降低，至温度检测电路电压值低于R2分压值时温度过热限值比较电路反转输出高电平，电机过热故障状态消失，但过热保护电路的输出在过热保护电路的保持下依然输出高电平，使电压转换芯片继续封死控制电机运行的输出。电机温度继续降低，直至由主控芯片采集到电机温度降低到预设电机工作恢复温度后，由主控制芯片输出复位信号，过热保护电路复位，输出低电平信号，电压转换芯片继续工作，向驱动板输出由主控芯片提供的信号控制电机继续运行。

相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：

1、本发明响应时间低至纳秒级，响应速度快，能及时测量出电机内部温度，并进行快速的错误中断，保证电机安全高效运行；

2、本发明可匹配多种热敏电阻、保护温度值可自由设定，通用性强；

3、本发明结构简单、成本低。

附图说明

图1为本发明的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

【实施例1】

如图1所示，本实施例的一种电机控制器过热判断及保护电路，包括主控芯片、与主控芯片相连的电压转换芯片、温度检测电路和过热保护电路，上述电压转换芯片还与控制电机运行的驱动板相连，其中：上述电机温度检测电路包括参考电压调理电路、分压测量电路、温度过热限值比较电路，参考电压调理电路和分压测量电路的输出端分别连接到温度过热限值比较电路的两个不同的输入端，分压测量电路的输出端和温度过热限值比较电路的输出端均连接到主控芯片上；上述过热保护电路包括与温度检测电路的输出端相连的触发保持电路、与触发保持电路相连的复位电路，复位电路的输入端还与主控芯片的复位信号输出端相连，触发保持电路的输出端还与电压转换芯片相连。

上述参考电压调理电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1，其中，电阻R1与电源VCC相连，电阻R2接地，电阻R1与电阻R2串联，电阻R2两端还并联有电容C1。

上述分压测量电路由电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3和安装在电机内部的热敏电阻RT1组成，其中，电阻R3与电源相连，电阻R5和电容C3均接地，电阻R3、电容C2、电阻R5依次串联在一起，电阻R4与电容C3串联后并联在电容C2和电阻R5两端，上述热敏电阻RT1并联在电容C2两端。

上述温度过热限值比较电路为比较器UIA。

上述复位电路包括电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、电阻R8、电阻R9，其中：电阻R6连接到主控芯片的复位信号输出端；电阻R6和电容C4串联后，电容C4连接到二极管D2的正极，二极管D2的负极同时连接到二极管D1的正极、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电容C5的一端以及触发保持电路的一个输入端；电阻R8的另一端和二极管D1的负极均连接到电源VCC上；电阻R9的另一端与触发保持电路的一个输出端相连；电容C5的另一端接地；电阻R7一端连接在电容C4和二极管D2之间，另一端接地。

上述触发保持电路包括比较器U1B、比较器U1C、比较器U1D和一个分压电路，其中：比较器U1B的正相输入端、比较器U1C的反相输入端、比较器U1D的反向输入端均与分压电路相连；比较器U1D的正相输入端与上述二极管D2的负极相连；比较器U1B的反相输入端和比较器U1C的正相输入端均与比较器U1D的输出端相连；比较器U1C的输出端与电阻R9相连；比较器U1B的输出端与电压转换芯片相连；比较器U1D的输出端还通过电容C6接地；比较器U1B电源端连接电源VCC，接地端接地；温度过热限值比较电路的输出端同时连接到比较器U1B的反相输入端和比较器U1C的正相输入端。

上述分压电路由电容C7、电阻R11、电阻R10构成，电阻R11连接电源VCC、电阻R10接地，电阻R11与电阻R10串联，电容C7并联在电阻R10两端。

本实施例中，R1、R2、C1组成过热保护值对应参考电压调理电路； R3、R4、R5、C2、C3组成分压测量电路，将电机温度变化对应的电阻信号转化为电压信号供主控制芯片测量；比较器U1A构成电机的温度过热限值比较电路； R6~R12、C4~C8、U1、D1、D2组成过热保护电路。热敏电阻RT1安装于永磁同步电机内部，其电阻值随安装处的温度变化而变化，用于测量永磁同步电机的内部温度，图1是正向温度系数热敏电阻（电阻值随温度的升高而变大）的接法，如采用负温度系数热敏电阻则需将R4的右端由上图中的“A”点移至上图中的“B”点。分压测量电路将电机温度变化对应的电阻信号转化为电压信号并进行滤波处理后送主控芯片U2的ADC1端口，由主控芯片完成永磁同步电机内部温度的测量。滤波后的电压信号还被送入比较器U1A中，与过热保护值对应参考电压调理电路中R2上分得的电压做比，如其大于R2上分得的电压即表示电机温度超过预设保护值，U1A即反转输出低电平信号送至主控芯片进行错误中断处理，同时将该低电平信号送至过热保护电路。过热保护电路U1B输出高电平信号至电压转换芯片U3的OE脚，使U3停止工作，不再向驱动板传输控制电机运行的PWM信号，使电机停止运行。电机停止运行后电机的内部温度将逐渐降低，至温度检测电路电压值低于R2分压值时U1A反转输出高电平，电机过热故障状态消失，但OE状态在自保持电路的保持下依然输出高电平，使电压转换芯片继续封死控制电机运行的PWM输出。电机温度继续降低，直至主控芯片采集到电机温度降低到预设电机工作回复温度后，由主控芯片输出RST信号，过热保护电路复位，U1B输出低电平信号，U3继续工作，向驱动板输出由主控芯片U2提供的PWM信号控制电机继续运行。本实施例中分压测量电路可匹配多种热敏电阻，通用性好；参考电压调理电路可调整R1和R2的阻值，从而可任意设置保护温度值，进一步增强本电路的通用性。

【实施例2】

在实施例1的基础上，本实施例中的电机温度检测及过热保护电路，其触发保持电路还包括电容C8和电阻R12；上述比较器U1B的电源端还通过电容C8接地；上述比较器U1B的输出端还通过电阻R12连接电源VCC。

上述比较器UIA为一个运算放大器，运算放大器的同相输入端与参考电压调理电路的输出端相连，运算放大器的反相输入端与分压测量电路的输出端相连。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电机控制器过热判断及保护电路，包括主控芯片、与主控芯片相连的电压转换芯片、温度检测电路和过热保护电路，其特征在于，所述温度检测电路包括参考电压调理电路、分压测量电路、温度过热限值比较电路，所述参考电压调理电路和所述分压测量电路的输出端分别连接到温度过热限值比较电路的两个不同的输入端，所述分压测量电路的输出端和温度过热限值比较电路的输出端均连接到主控芯片上；所述过热保护电路包括与温度检测电路的输出端相连的触发保持电路、与触发保持电路相连的复位电路，所述复位电路的输入端还与主控芯片的复位信号输出端相连，所述触发保持电路的输出端还与电压转换芯片相连；所述复位电路包括电阻R6、电阻R7、电容C4、电容C5、二极管D1、二极管D2、电阻R8、电阻R9，其中：电阻R6连接到主控芯片的复位信号输出端；电阻R6和电容C4串联后，电容C4连接到二极管D2的正极，二极管D2的负极同时连接到二极管D1的正极、电阻R8的一端、电阻R9的一端、电容C5的一端以及触发保持电路的一个输入端；所述电阻R8的另一端和二极管D1的负极均连接到电源VCC上；所述电阻R9的另一端与触发保持电路的一个输出端相连；所述电容C5的另一端接地；所述电阻R7一端连接在电容C4和二极管D2之间，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的一种电机控制器过热判断及保护电路，其特征在于，所述参考电压调理电路包括电阻R1、电阻R2、电容C1，其中，电阻R1与电源VCC相连，电阻R2接地，电阻R1与电阻R2串联，电阻R2两端还并联有电容C1。

3.根据权利要求1所述的一种电机控制器过热判断及保护电路，其特征在于，所述分压测量电路由电阻R3、电阻R4、电阻R5、电容C2、电容C3和安装在电机内部的热敏电阻RT1组成，其中，电阻R3与电源相连，电阻R5和电容C3均接地，电阻R3、电容C2、电阻R5依次串联在一起，电阻R4与电容C3串联后并联在电容C2和电阻R5两端，所述热敏电阻RT1并联在电容C2两端。

4.根据权利要求1至3任一所述的一种电机控制器过热判断及保护电路，其特征在于，所述温度过热限值比较电路包括比较器UIA。

5.根据权利要求4所述的一种电机控制器过热判断及保护电路，其特征在于，所述比较器UIA为一个运算放大器，运算放大器的同相输入端与参考电压调理电路的输出端相连，运算放大器的反相输入端与分压测量电路的输出端相连。

6.根据权利要求1所述的一种电机控制器过热判断及保护电路，其特征在于，所述触发保持电路包括比较器U1B、比较器U1C、比较器U1D和一个分压电路，其中：所述比较器U1B的正相输入端、比较器U1C的反相输入端、比较器U1D的反向输入端均与分压电路相连；所述比较器U1D的正相输入端与所述二极管D2的负极相连；所述比较器U1B的反相输入端和所述比较器U1C的正相输入端均与比较器U1D的输出端相连；所述比较器U1C的输出端与电阻R9相连；所述比较器U1B的输出端与电压转换芯片相连；所述比较器U1D的输出端还通过电容C6接地；所述比较器U1B电源端连接电源VCC，接地端接地；所述温度过热限值比较电路的输出端同时连接到所述比较器U1B的反相输入端和所述比较器U1C的正相输入端。

7.根据权利要求6所述的一种电机控制器过热判断及保护电路，其特征在于，所述分压电路由电容C7、电阻R11、电阻R10构成，电阻R11连接电源VCC、电阻R10接地，电阻R11与电阻R10串联，电容C7并联在电阻R10两端。

8.根据权利要求6或7所述的一种电机控制器过热判断及保护电路，其特征在于，所述触发保持电路还包括电容C8和电阻R12；所述比较器U1B的电源端还通过电容C8接地；所述比较器U1B的输出端还通过电阻R12连接电源VCC。