CN113363942A - 一种变频器的过流保护装置、方法和变频器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频器的过流保护装置、方法和变频器，该装置包括：采样单元，被配置为采样所述变频器的当前参数；以及，基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数；保护单元，被配置为根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围；控制单元，被配置为通过判断所述当前采样参数的电平高低，确定所述当前采样参数是否超出所述保护参数范围，若所述当前采样参数超出所述保护参数范围，则启动预设的过流保护机制。该方案，通过提升变频器的电流采样精度，能够提升变频器的过流保护的可靠性。

Description

一种变频器的过流保护装置、方法和变频器

技术领域

本发明属于变频器技术领域，具体涉及一种变频器的过流保护装置、方法和变频器，尤其涉及一种大功率变频器的电流采样及硬件过流保护装置、方法和变频器。

背景技术

过流(即过电流)，是指电动机或电器元件的电流超过其额定电流。过流，对于大功率变频器的安全运行是一个很重要的影响因素，甚至对变频器和操作人员的人身安全产生巨大的威胁，因此，需要对变频器进行电流采样，并根据电流采样结果进行过流保护。但是，若对变频器的电流采样精度较低，则会影响变频器的过流保护的可靠性。

上述内容仅用于辅助理解本发明的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种变频器的过流保护装置、方法和变频器，以解决变频器的过流保护中需要对变频器进行电流采样，若对变频器的电流采样精度较低，则会影响变频器的过流保护的可靠性的问题，达到提升变频器的电流采样精度，能够提升变频器的过流保护的可靠性的效果。

本发明提供一种变频器的过流保护装置，包括：采样单元、保护单元和控制单元；所述采样单元，包括：偏置电压芯片；所述偏置电压芯片，能够提供偏置电压；其中，所述采样单元，被配置为采样所述变频器的当前参数；以及，基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数；所述保护单元，被配置为根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围；所述控制单元，被配置为通过判断所述当前采样参数的电平高低，确定所述当前采样参数是否超出所述保护参数范围，若所述当前采样参数超出所述保护参数范围，则启动预设的过流保护机制。

在一些实施方式中，所述采样单元，还包括：采样模块和处理模块；其中，所述采样单元，采样所述变频器的当前电流，得到与所述变频器的当前电流对应的当前电压，包括：所述采样模块，被配置为采样所述变频器的当前电流，得到与所述变频器的当前电流对应的当前电压，作为所述变频器的当前参数；所述采样单元，基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数，包括：所述处理模块，被配置为对所述当前参数进行滤波和缩放处理后，再与所述偏置电压进行同比放大处理，得到第一输出参数；一方面，将所述第一输出参数输出至所述保护单元；另一方面，将所述第一输出参数进行再次滤波和缩放处理后，作为所述当前采样参数，输出至所述控制单元。

在一些实施方式中，所述处理模块，包括：一级滤波模块、一级缩放模块、二级滤波模块和同比放大模块；其中，所述处理模块，对所述当前参数进行滤波和缩放处理后，再与所述偏置电压进行同比放大处理，得到第一输出参数，包括：所述一级滤波模块，被配置为对所述当前参数进行滤波，得到第一滤波参数；所述一级缩放模块，被配置为按第一设定缩放比例，对所述第一滤波参数进行缩放，得到第一缩放参数；所述二级滤波模块，被配置为对所述第一缩放参数进行滤波，得到第二滤波参数；所述同比放大模块，被配置为基于所述偏置电压，对所述第二滤波参数进行同比放大处理，得到同比放大参数，作为第一输出参数。

在一些实施方式中，所述一级滤波模块，包括：第一RC滤波模块；所述一级缩放模块，包括：第一运放模块；所述二级滤波模块，包括：第二RC滤波模块；所述同比放大模块，包括：第二运放模块。

在一些实施方式中，所述处理模块，还包括：三级滤波模块和二级缩放模块；其中，所述处理模块，将所述第一输出参数进行再次滤波和缩放处理，包括：所述三级滤波模块，被配置为对所述第一输出参数进行滤波，得到第三滤波参数；所述二级缩放模块，被配置为对所述第三滤波参数进行缩放，得到第二缩放参数，作为所述当前采样参数。

在一些实施方式中，所述三级滤波模块，包括：第三RC滤波模块；所述二级缩放模块，包括：第三运放模块。

在一些实施方式中，所述保护单元，包括：设置模块、比较模块和钳位模块；其中，所述保护单元，根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围，包括：所述设置模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最大参数值和最小参数值；所述比较模块，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，以及所述最大参数值和所述最小参数值进行比较，得到比较结果；所述比较结果，是高电平信号或低电平信号比较参数范围；所述钳位模块，被配置为对所述比较参数范围进行钳位，得到所述保护参数范围。

在一些实施方式中，所述设置模块，包括：第一设置模块和第二设置模块；其中，所述第一设置模块，包括：第一分压模块和第四运放模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最小参数值；所述第二设置模块，包括：第二分压模块和第五运放模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最大参数值；所述比较模块，包括：第一比较器和第二比较器；其中，所述第一比较器，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，与所述最小参数值进行比较，输出所述比较结果；所述第二比较器，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，与所述最大参数值进行比较，输出所述比较结果；所述钳位模块，包括：钳位电路，被配置为对所述比较模块输出的比较结果进行钳位。

与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种变频器，包括：以上所述的变频器的过流保护装置。

与上述变频器相匹配，本发明再一方面提供一种变频器的过流保护方法，包括：通过采样单元，采样所述变频器的当前参数；以及，基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数；通过保护单元，根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围；通过控制单元，通过判断所述当前采样参数的电平高低，确定所述当前采样参数是否超出所述保护参数范围，若所述当前采样参数超出所述保护参数范围，则启动预设的过流保护机制。

由此，本发明的方案，通过在对变频器进行电流采样时，对变频器的电流采样电路的采集到的采样值进行缩放后，直接使用具有固定输出的偏置电压芯片，提供更为精准的偏置电压；以及，在对变频器进行过流保护时，在不影响电流采样精度的前提下，通过提高设置硬件过流保护值的分压电压，实现更高的电流保护值设置；从而，通过提升变频器的电流采样精度，能够提升变频器的过流保护的可靠性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的变频器的过流保护装置的一实施例的结构示意图；

图2为本发明的变频器电流采样与硬件过流保护拓扑的一实施例的结构示意图；

图3为相关方案中变频器的电流采样电路的一实施例的结构示意图；

图4为图2所示的例子中变频器的电流采样电路的一实施例的结构示意图；

图5为图2所示的例子中变频器的硬件过流保护电路的一实施例的结构示意图；

图6为本发明的变频器的过流保护方法的一实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

电流采样电路和过流保护电路，是变频器控制器中不可或缺的一部分。电流采样电路和过流保护电路，对电流采样精度同样需要重视。

变频器采用的电流采样电路，是先通过利用运算放大器对电流传感器采集到的采样值(如电压)进行缩放再加上一个偏置电压；该偏置电压的作用，是将负值电压提高到正值便于进行过流保护。相关方案中，偏置电压是通过电阻分压得到的，它的精确度受到环境温度、工艺以及电阻误差的影响，这就导致偏置电压不能与设计值吻合，计算得到的电流值也与实际值存在些偏差，影响了电流采样电路的电流采样精度。

除此之外，变频器功率越大，过流保护值越大；该过流保护值对应的电压值也越大。相关方案中，设置硬件过流保护的电压值(即过流保护值对应的电压值)，是通过3.3V电压分压得到的，这就导致设置的硬件过流保护的电压值受限于3.3V电压，不能够满足更大功率变频器硬件过流保护值的设置。虽然，通过提高电流采样电路的缩放比例(即利用运算放大器对电流传感器采集到的电压进行缩放的比例)，可以解决这个问题(即硬件过流保护的电压值不能够满足更大功率变频器硬件过流保护值的设置)，但是同样带来了电流采样精度降低的问题。

为了解决电流采样中偏置电压受环境温度、工艺及电阻误差的影响输出精准度不够高，进而导致电流采样与实际值产生偏差的问题，以及在不影响电流采样精度的同时完成更高电流保护设计值的问题。根据本发明的实施例，提供了一种变频器的过流保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该变频器的过流保护装置可以包括：采样单元、保护单元和控制单元；所述采样单元，包括：偏置电压芯片，如型号为ICREF02BU/2K5的偏置电压芯片；所述偏置电压芯片，能够提供偏置电压。采样单元，如电流采样电路。保护单元，如过流保护电路。控制单元，可以是控制器，如DSP模块。

其中，所述采样单元，被配置为采样所述变频器的当前参数。以及，

所述采样单元，还被配置为基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数。所述变频器的当前采样参数，包括：以电压形式表示的电流采样值。

这样，本发明的方案，通过改进偏置电压的输出方式，如由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，能够为电流采样提供精准的偏置电压，解决了大功率变频器电流采样受环境温度、工艺及电阻等因素的影响精确度低的问题，提高了电流采样的精度。

在一些实施方式中，所述采样单元，还包括：采样模块和处理模块。

其中，所述采样单元，采样所述变频器的当前电流，得到与所述变频器的当前电流对应的当前电压，包括：

所述采样模块，如电流传感器，被配置为在所述变频器工作的情况下，采样所述变频器的当前电流，得到与所述变频器的当前电流对应的当前电压，作为所述变频器的当前参数。所述变频器的当前电流，包括：所述变频器中整流前的第一电流，和/或所述变频器中逆变后的第二电流。

所述采样单元，基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数，包括：

所述处理模块，被配置为对所述当前参数进行滤波和缩放处理后，再与所述偏置电压进行同比放大处理，得到第一输出参数，如输出电压U_OUT。一方面，将所述第一输出参数输出至所述保护单元。另一方面，将所述第一输出参数进行再次滤波和缩放处理后，作为所述当前采样参数，输出至所述控制单元。

具体地，改进偏置电压的输出方式，具体包括：取消通过电阻分压设置偏置电压的方式，而是直接使用具有固定输出的偏置电压芯片。利用芯片提供精准的偏置电压，消除偏置电压对采样精度的影响。从而，避免了电阻精度差、输入电压不稳定等问题对偏置电压的影响，使偏置电压是一个稳定值，继而保证电流采样的精度。

在一些实施方式中，所述处理模块，包括：一级滤波模块、一级缩放模块、二级滤波模块和同比放大模块。一级滤波模块、一级缩放模块、二级滤波模块和同比放大模块，依次连接。其中，

所述处理模块，对所述当前参数进行滤波和缩放处理后，再与所述偏置电压进行同比放大处理，得到第一输出参数，包括：

所述一级滤波模块，被配置为对所述当前参数进行滤波，得到第一滤波参数。

所述一级缩放模块，被配置为按第一设定缩放比例，对所述第一滤波参数进行缩放，得到第一缩放参数。

所述二级滤波模块，被配置为对所述第一缩放参数进行滤波，得到第二滤波参数。

所述同比放大模块，被配置为基于所述偏置电压，对所述第二滤波参数进行同比放大处理，得到同比放大参数，作为第一输出参数。

在一些实施方式中，所述一级滤波模块，包括：第一RC滤波模块，如由电阻R14、电容C7构成的RC滤波器，由电阻R15和电容C8构成的RC滤波器等。

所述一级缩放模块，包括：第一运放模块，如由运算放大器U4、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15构成的运放模块。

所述二级滤波模块，包括：第二RC滤波模块，如由电阻R18、电容C9构成的RC滤波器，由电阻R19和电容C10构成的RC滤波器等。

所述同比放大模块，包括：第二运放模块，如由运算放大器U5、电阻R16、电阻R17、电阻R18和电阻R19构成的运放模块。

在一些实施方式中，所述处理模块，还包括：三级滤波模块和二级缩放模块。一级滤波模块、一级缩放模块、二级滤波模块、同比放大模块、三级滤波模块和二级缩放模块，依次连接。

其中，所述处理模块，将所述第一输出参数进行再次滤波和缩放处理，包括：

所述三级滤波模块，被配置为对所述第一输出参数进行滤波，得到第三滤波参数。

所述二级缩放模块，被配置为对所述第三滤波参数进行缩放，得到第二缩放参数，作为所述当前采样参数。

在一些实施方式中，所述三级滤波模块，包括：第三RC滤波模块，如由电阻R22和电容C11构成的RC滤波器，由由电阻R23和电容C12构成的RC滤波器等。

所述二级缩放模块，包括：第三运放模块，如由运算放大器U6、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24构成的运放模块。

本发明的方案，至少可以适用于变频器控制领域，为了使本技术领域的人员更清晰的理解本发明实施例，以下结合具体操作并参照图2至图5所示的例子，对本发明的方案的实施例中的技术方案进行清楚、完整的示例性描述。

图2为变频器电流采样与硬件过流保护拓扑的一实施例的结构示意图。如图2所示，变频器电流采样与硬件过流保护拓扑，包括：电流采样电路、过流保护电路、偏置电压芯片和控制器。控制器可以选用DSP(数字信号处理)模块。电流采样电路，包括：电流传感器、控制器电流采样端口、一级滤波模块、第一缩放模块、二级滤波模块、同比放大模块、三级滤波模块和第二缩放模块。过流保护电路(即硬件过流保护电路)，包括：设置过流保护电压范围模块、比较器和钳位模块。

在图2所示的例子中，电流传感器输出的采样值(如U_IN信号)，输入至控制器电流采样端口。控制器电流采样端口，依次经一级滤波模块、第一缩放模块、二级滤波模块、同比放大模块、三级滤波模块和第二缩放模块后，输出至控制器。偏置电压芯片的输出值，作为参考电压VREF，输出至同比放大模块。同比放大模块输出的电压值(如电压U_OUT)，输出至比较器。设置过流保护电压范围模块的输出值，经比较器后，输出TZ信号。TZ信号经钳位模块后，输出DSP.TZ信号至控制器。

在图2所示的例子中，变频器的电流采样及过流保护拓扑图，在变频器运行过程中，电流传感器对整流前和逆变后的电流进行采样，要对整流前和逆变后的电流都采样，任意一相电流异常都会导致变频器工作异常；并以电压的表现形式(如电压U_IN)传输给变频器控制器的电流采样端口，经电流采样电路的前两级滤波模块(如一级滤波模块、二级滤波模块)和第一缩放模块和同比放大模块进行滤波、缩放等处理后输出电压U_OUT，传递到硬件过流保护电路进行电压比较后输出TZ信号(即高/低电平信号)，钳位模块(如钳位电路)对TZ信号钳置后传递给控制器。同时，电流采样电路的第二缩放模块(如第三级运算放大器)对信号进一步缩放，然后直接输入到控制器(如DSP模块)内部进行软件过流保护。这样，利用偏置芯片提供偏置电压，以及提高过流保护的设置值，提高了电流采样的稳定性和精确度。

其中，电压U_OUT，即经过电流采样电路处理得到的采样信号，输入到保护电路与设置的电压值做比较，判断是否产生过流。TZ信号是一个高/低电平信号，当采样得到电压处于设置的过流保护范围(即没有发生过流)，TZ输出为3.3V的高电平，若U_OUT不处于设置的过流保护范围，TZ输出为0V的低电平，DSP通过判断TZ信号为高/低电平来判断是否发生过流。

本发明的方案，对电流传感器采集得到的电压信号进行缩放，再增加一个标准偏置电压将电压提升为正值，继续缩放0～3.3V再输入给控制器。将增加偏置电压后的信号与设计的过压电压值输入到比较器进行比较，三相都比较之后，输出结果经钳位模块后输入到控制器。在本发明的方案中，电流采样电路是分别对三相电流进行采样，每相电流的采样值均经过缩放再增加偏置电压，最后缩放至0～3.3V输入给控制器。三相电流的采样值，增加偏置电压后的信号分别经过比较器与预设的过压电压值进行比较，最后输出一个TZ信号。可以解决受环境温度、工艺以及电阻的影响电流采样精度低的问题，以及受电压限制不能满足更高频率变频器过流保护值设置的问题，实现消除偏置电压对电流采样精确度的影响、完成更大过流保护值设置的目的。

图3为相关方案中变频器的电流采样电路的一实施例的结构示意图。如图3所示，相关方案中变频器的电流采样电路，包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10，电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6，运算放大器U1、运算放大器U2、运算放大器U3、运算放大器U4。

其中，电流传感器采样到的电压U_IN，经电阻R1后，一方面经电阻R3后接地，另一方面经电容C1后接地，再一方面连接至运算放大器U1的同相输入端。运算放大器U1的反相输入端，经电阻R2后接地，经并联的电阻R4和电容C2后接运算放大器U1的输出端。运算放大器U1的输出端，经电阻R5后，一方面连接至运算放大器U2的同相输入端，再一方面经并联的电阻R8和电容C4后连接至运算放大器U3的输出端。运算放大器U2的反相输入端，经电阻R6后接地，还经并联的电阻R7和电容C3后接运算放大器U3的输出端。运算放大器U3的输出端，能够输出电压U_OUT。运算放大器U3的输出端，经电阻R9后，能够输出电压U_OUT.DSP至控制器。运算放大器U3的输出端，经电阻R9后，还经电容C5后接地。

运算放大器U3的反相输入端，经电容C2后接运算放大器U3的输出端。运算放大器U3的同相输入端，经电阻R11后接地，经电阻R10后接+3.3V直流电源，经电阻R10后还经电容C6后接地。

在图3所示的例子中，偏置电压是1.5V电压。该变频器的电流采样电路中的偏置电压是3.3V经电阻分压得到的，如该变频器的电流采样电路中的偏置电压是经电阻R10和电阻R11分压得到的。

图4为图2所示的例子中变频器的电流采样电路的一实施例的结构示意图。如图4所示，变频器的电流采样电路，包括：电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、电阻R19、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻R24，电容C7、电容C8、电容C9、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14，以及偏置电压芯片U7。

电流传感器采样到的电压U_IN，经电阻R12后，一方面经电阻R14后接地，另一方面经电容C7后接地，再一方面连接至运算放大器U4的同相输入端。运算放大器U4的反相输入端，经电阻R13后接地，经并联的电阻R15和电容C8后接运算放大器U4的输出端。运算放大器U4的输出端，经电阻R17后，一方面连接至运算放大器U5的同相输入端，再一方面经并联的电阻R19和电容C10后连接至偏置电压芯片U7的输出端VOUT(即参考电压VREF的提供端)。偏置电压芯片U7的电源端VIN，接直流电源Vd，并经电容C14后接地。偏置电压芯片U7的接地端GND，接地。运算放大器U5的反相输入端，经电阻R16后接地，还经并联的电阻R18和电容C9后接运算放大器U5的输出端。运算放大器U5的输出端，能够输出电压U_OUT。运算放大器U5的输出端，经电阻R21后接运算放大器U6的同相输入端。运算放大器U6的同相输入端，经并联的电阻R23和电容C12后接地。运算放大器U6的反相输入端，经电阻R20后接地，还经并联的电阻R22和电容C11后接运算放大器U6的输出端。运算放大器U6的输出端，经电阻R24后，能够输出电压U_OUT.DSP至控制器。运算放大器U6的输出端，经电阻R24后，还经电容C13后接地。

在图4所示的例子中，电流传感器采样到的电压U_IN，作为输入电压，先经过一级滤波模块和一级缩放模块，如运算放大器U4及其外围的电阻和电容，进行一定比例的电压变换。然后，增加一个由偏置电压芯片U7及其外围的电容提供的精准偏置电压，再经过二级滤波模块和同比放大模块，如运算放大器U5及其外围的电阻和电容，同比放大后，将结果输出给硬件过流保护电路。三级滤波模块和二级缩放模块，如运算放大器U6及其外围的电阻和电容，对信号缩放后输出0-3.3V的信号。通过采样偏置电压芯片U7提供一定范围的电压，偏置电压芯片U7稳定输出偏置电压5V，不会受到输入电压波动的影响，提高了电流采样的精度。

图4所示的电流采样电路，对偏置电压的输出方式做了改进，采用偏置电压芯片U7提供偏置电压的方式，进而稳定三级滤波模块和二级缩放模块的输出，使电流采样电路采样得到的理论值与实际值更加接近，提高电流采样电路的采样值的精确度。

参见图4所示的例子，变频器的电流采样电路，电阻R₁₂～R₂₃为固定阻值电阻，且R₁₂＝R₁₃，R₁₄＝R₁₅，R₁₆＝R₁₇＝R₁₈＝R₁₉。电路中所有的电容都是滤波电容，U₄、U₅和U₆为运算放大器，U₇为输出精准偏置电压的芯片，该芯片的特性是只要输入电压在一定范围内，芯片就可以稳定输出偏置电压，所以输出电压不受输入电压误差的影响，当输入电压V_d时芯片输出偏置电压V_REF并提供给电流采样。信号U_IN是电流传感器采集到的交流信号，假设电流传感器的变比为N(V/Α)，当电流传感器检测到的电流为I时，则U_IN的电压为NI。U_IN先经过运算放大器U₄缩放，变为原来的

倍，增加一个精准偏置电压后经过运算放大器U₅进行同比放大，消除U_IN所有的负值电压便于进行过流保护，最后输出U_OUT到硬件过流保护电路。其中，N是一个系数，这里指电流传感器的变比，即每1A的电流对应N V的电压A是电流的单位，这里V/A是系数N的单位。

电流采样输出U_OUT的电压值为：

假设设置的过流保护电流值为+I_A和-I_A，则与过流保护电流值为+I_A对应的电流采样的输出电压为：

与过流保护电流值为-I_A对应的电流采样的输出电压为：

输出电压U_OUT经运算放大器U₆进行缩放后输出U_OUT.DSP到DSP进行软件过流保护：

所述保护单元，被配置为根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围。

这样，本发明的方案，通过设置过流保护值的电压，能够在不影响电流采样精度的前提下实现更大功率变频器的硬件过流保护值设置，解决了更大功率变频器的硬件过流保护值的设置问题，提高了变频器的安全性和可靠性。

在一些实施方式中，所述保护单元，包括：设置模块、比较模块和钳位模块。

其中，所述保护单元，根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围，包括：

所述设置模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最大参数值和最小参数值。例如：运算放大器U8输出最小参数值，运算放大器U9输出最大参数值，运算放大器U8和运算放大器U9的输出构成了过流保护范围。最大参数值，如Umax。最小参数值，如Umin。

所述比较模块，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，以及所述最大参数值和所述最小参数值进行比较，得到比较结果；所述比较结果，是高电平信号或低电平信号比较参数范围。

所述钳位模块，被配置为对所述比较参数范围进行钳位，得到所述保护参数范围。

具体地，设置过流保护值的电压，具体包括：提高设置硬件过流保护值的分压电压，如利用控制器的已有条件提高设置硬件过流保护值的分压电压，实现更高的电流保护值设置。从而，提高硬件过流保护值，解决了更大功率变频器的硬件过流保护值设置问题。其中，在图2中包含在“设置过流保护范围”内，在图5中，该分压电压具体体现为Vd，通过变频器内部其他电源电路为Vd提供，相关方案中使用3.3V，本发明的方案中使用15V。

在一些实施方式中，所述设置模块，包括：第一设置模块和第二设置模块。

其中，所述第一设置模块，包括：第一分压模块和第四运放模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最小参数值。第一分压模块，如电阻R25和电阻R26。第四运放模块，如运算放大器U8和电容C15构成的运放模块。

所述第二设置模块，包括：第二分压模块和第五运放模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最大参数值。第二分压模块，如电阻R27和电阻R28。第五运放模块，如运算放大器U9和电容C16构成的运放模块。

所述比较模块，包括：第一比较器和第二比较器。其中，

所述第一比较器，如比较器U10，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，与所述最小参数值进行比较，输出所述比较结果。

所述第二比较器，如比较器U11，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，与所述最大参数值进行比较，输出所述比较结果。

所述钳位模块，包括：钳位电路，如由二极管D1、二极管D2、电阻R29、电阻R30和电容C17，被配置为对所述比较模块输出的比较结果进行钳位，以保证输入到DSP的信号的电压不超过设定电压如3.3V。

图5为图2所示的例子中变频器的硬件过流保护电路的一实施例的结构示意图。如图5所示，变频器的硬件过流保护电路，包括：电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30，运算放大器U8和运算放大器U9，比较器U10和比较器U11，电容C15、电容C16和电容C17，以及二极管D1和二极管D2。直流电源Vd，经电阻R25和电阻R26后接地。电阻R25和电阻R26的公共端，连接至运算放大器U8的同相输入端。电容C15和电阻R26并联。运算放大器U8的反相输入端，连接至运算放大器U8的输出端。运算放大器U8的输出端，作为最小电压Umin的设定端，连接至比较器U10的反相输入端。比较器U10的同相输入端，用于接收电流采样电路的输出电压U_OUT。

直流电源Vd，经电阻R27和电阻R28后接地。电阻R27和电阻R28的公共端，连接至运算放大器U9的同相输入端。电容C165和电阻R28并联。运算放大器U9的反相输入端，连接至运算放大器U9的输出端。运算放大器U9的输出端，作为最小电压Umax的设定端，连接至比较器U11的同相输入端。比较器U11的反相输入端，用于接收电流采样电路的输出电压U_OUT。比较器U10的输出端和比较器U11的输出端，输出TZ信号。TZ信号，经电阻R29后，接电源3.3V。TZ信号，经电阻R30后，作为DSP.TZ信号输出。TZ信号，经电阻R30后，还连接至二极管D1的阴极和二极管D2的阳极，二极管D1的阳极接地，二极管D2的阴极接电源3.3V。TZ信号，经电阻R30后，还经电容C17后接地。

在图5所示的例子中，变频器的硬件过流保护电路，设置了一个电压范围，通过比较输入电压是否在电压范围内，判断是否过流，并输出TZ信号，高电平的TZ信号被后端的钳位电路(如二极管D1、二极管D2、电阻R29、电阻R30和电容C17构成的电路)钳置3.3V，输出DSP.TZ。

图5所示的硬件过流保护电路，相较于相关方案中的硬件过流保护电路，提高了设置过流保护范围的电压值Vd，进而提高了设置的硬件过流保护值，满足更大功率变频器对过流保护电路的需求。

本发明的方案中，变频器的硬件过流保护电路如图5所示，V_d是控制器电源电路提供的15V电压，能够满足分压设置硬件过流保护值的要求。

R₂₅、R₂₆、R₂₇、R₂₈为固定阻值电阻，在电路中起到分压的作用。C₁₅、C₁₆和C₁₇是滤波电容，U₈、U₉为运算放大器，U₁₀、U₁₁为比较器，当比较器的同向输入端电压大于反向输入端电压，比较器输出高电平，反之，比较器输出低电平。当电流采样的输出U_OUT输入到比较器当中分别与设置的硬件过流保护最低值和最大值作比较，最后输出TZ信号，此时TZ信号的高电平为+15V，钳位电路将高电平的TZ信号钳置3.3V，输出DSP.TZ给控制器的DSP，DSP根据DSP.TZ信号判断是否产生过流，进而控制变频器硬件过流保护故障停机。

硬件过流保护设置值为：

U_min＝U_A-_OUT (5)。

U_max＝U_A+_OUT (6)。

硬件过流保护计算值为：

若U_min＜U_OUT＜U_max，TZ输出为高电平，变频器正常工作。

若U_OUT＜U_min或者U_OUT＞U_max，TZ输出为低电平，发生过流。变频器硬件过流保护故障停机。

所述控制单元，被配置为通过判断所述当前采样参数的电平高低，确定所述当前采样参数是否超出所述保护参数范围，若所述当前采样参数超出所述保护参数范围，则确定所述变频器出现过流情况，启动预设的过流保护机制(如停机或断电)。当然，若所述当前采样参数未超出所述保护参数范围，则确定所述变频器未出现过流情况，控制所述变频器继续工作。

由此，本发明的方案，提出一种变频器的过流保护方案，如一种大功率变频器的电流采样及硬件过流保护方案，通过改进偏置电压的输出方式和设置过流保护值的电压，也就是说，通过控制偏置电压的输出精确度进而提高电流采样的准确性和精准度，并利用提高设置过流保护范围的电压的方式实现更大功率变频器的硬件过流保护值设置，提高电流采样的精度，并且能够实现大功率变频器的更高硬件过流保护值设置，提高了变频器的安全性和可靠性。

在上述的示例性实施例中，只涉及一相的电流采样和硬件过流保护，但本发明的方案能够应用在每一相中，且只需提供一路偏置电压，进行一次过流保护最大和最小值设置。其中，相同的采样的电路，但是只需要一路偏置电压输入几路采样电路中，过流保护范围的设置电路也只需要设置一次，各相采样电路的输出与其比较即可。另外，本发明的方案，并不受限于所述实例设计的参数，可以根据实际应用对参数进行调整和设计。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在对变频器进行电流采样时，对变频器的电流采样电路的采集到的采样值进行缩放后，直接使用具有固定输出的偏置电压芯片，提供更为精准的偏置电压。以及，在对变频器进行过流保护时，在不影响电流采样精度的前提下，通过提高设置硬件过流保护值的分压电压，实现更高的电流保护值设置。从而，通过提升变频器的电流采样精度，能够提升变频器的过流保护的可靠性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于变频器的过流保护装置的一种变频器。该变频器可以包括：以上所述的变频器的过流保护装置。

由于本实施例的变频器所实现的处理及功能基本相应于前述装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过在对变频器进行电流采样时，对变频器的电流采样电路的采集到的采样值进行缩放后，直接使用具有固定输出的偏置电压芯片，提供更为精准的偏置电压。以及，在对变频器进行过流保护时，在不影响电流采样精度的前提下，通过提高设置硬件过流保护值的分压电压，实现更高的电流保护值设置，从而，提高电流采样的精度，并且能够实现大功率变频器的更高硬件过流保护值设置，提高了变频器的安全性和可靠性。

根据本发明的实施例，还提供了对应于变频器的一种变频器的过流保护方法，如图6所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该变频器的过流保护方法可以包括：步骤S110至步骤S140。

在步骤S110处，通过采样单元，采样所述变频器的当前参数。以及，

在步骤S120处，通过采样单元，还基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数。所述变频器的当前采样参数，包括：以电压形式表示的电流采样值。

这样，本发明的方案，通过改进偏置电压的输出方式，如由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，能够为电流采样提供精准的偏置电压，解决了大功率变频器电流采样受环境温度、工艺及电阻等因素的影响精确度低的问题，提高了电流采样的精度。

在步骤S130处，通过保护单元，根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围。

这样，本发明的方案，通过设置过流保护值的电压，能够在不影响电流采样精度的前提下实现更大功率变频器的硬件过流保护值设置，解决了更大功率变频器的硬件过流保护值的设置问题，提高了变频器的安全性和可靠性。

在步骤S140处，通过控制单元，通过判断所述当前采样参数的电平高低，确定所述当前采样参数是否超出所述保护参数范围，若所述当前采样参数超出所述保护参数范围，则确定所述变频器出现过流情况，启动预设的过流保护机制(如停机或断电)。当然，若所述当前采样参数未超出所述保护参数范围，则确定所述变频器未出现过流情况，控制所述变频器继续工作。

其中，采样单元，如电流采样电路。保护单元，如过流保护电路。控制单元，可以是控制器，如DSP模块。

由此，本发明的方案，提出一种变频器的过流保护方案，如一种大功率变频器的电流采样及硬件过流保护方案，通过改进偏置电压的输出方式和设置过流保护值的电压，也就是说，通过控制偏置电压的输出精确度进而提高电流采样的准确性和精准度，并利用提高设置过流保护范围的电压的方式实现更大功率变频器的硬件过流保护值设置，提高电流采样的精度，并且能够实现大功率变频器的更高硬件过流保护值设置，提高了变频器的安全性和可靠性。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述变频器的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过在对变频器进行电流采样时，对变频器的电流采样电路的采集到的采样值进行缩放后，直接使用具有固定输出的偏置电压芯片，提供更为精准的偏置电压；以及，在对变频器进行过流保护时，在不影响电流采样精度的前提下，通过提高设置硬件过流保护值的分压电压，实现更高的电流保护值设置，从而，通过控制偏置电压的输出精确度进而提高电流采样的准确性和精准度，并利用提高设置过流保护范围的电压的方式实现更大功率变频器的硬件过流保护值设置。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种变频器的过流保护装置，其特征在于，包括：采样单元、保护单元和控制单元；所述采样单元，包括：偏置电压芯片；所述偏置电压芯片，能够提供偏置电压；其中，

所述采样单元，被配置为采样所述变频器的当前参数；以及，

基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数；

所述保护单元，被配置为根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围；

所述控制单元，被配置为通过判断所述当前采样参数的电平高低，确定所述当前采样参数是否超出所述保护参数范围，若所述当前采样参数超出所述保护参数范围，则启动预设的过流保护机制。

2.根据权利要求1所述的变频器的过流保护装置，其特征在于，所述采样单元，还包括：采样模块和处理模块；其中，

所述采样单元，采样所述变频器的当前电流，得到与所述变频器的当前电流对应的当前电压，包括：

所述采样模块，被配置为采样所述变频器的当前电流，得到与所述变频器的当前电流对应的当前电压，作为所述变频器的当前参数；

所述采样单元，基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数，包括：

所述处理模块，被配置为对所述当前参数进行滤波和缩放处理后，再与所述偏置电压进行同比放大处理，得到第一输出参数；一方面，将所述第一输出参数输出至所述保护单元；另一方面，将所述第一输出参数进行再次滤波和缩放处理后，作为所述当前采样参数，输出至所述控制单元。

3.根据权利要求2所述的变频器的过流保护装置，其特征在于，所述处理模块，包括：一级滤波模块、一级缩放模块、二级滤波模块和同比放大模块；其中，

所述处理模块，对所述当前参数进行滤波和缩放处理后，再与所述偏置电压进行同比放大处理，得到第一输出参数，包括：

所述一级滤波模块，被配置为对所述当前参数进行滤波，得到第一滤波参数；

所述一级缩放模块，被配置为按第一设定缩放比例，对所述第一滤波参数进行缩放，得到第一缩放参数；

所述二级滤波模块，被配置为对所述第一缩放参数进行滤波，得到第二滤波参数；

所述同比放大模块，被配置为基于所述偏置电压，对所述第二滤波参数进行同比放大处理，得到同比放大参数，作为第一输出参数。

4.根据权利要求3所述的变频器的过流保护装置，其特征在于，所述一级滤波模块，包括：第一RC滤波模块；

所述一级缩放模块，包括：第一运放模块；

所述二级滤波模块，包括：第二RC滤波模块；

所述同比放大模块，包括：第二运放模块。

5.根据权利要求2所述的变频器的过流保护装置，其特征在于，所述处理模块，还包括：三级滤波模块和二级缩放模块；其中，

所述处理模块，将所述第一输出参数进行再次滤波和缩放处理，包括：

所述三级滤波模块，被配置为对所述第一输出参数进行滤波，得到第三滤波参数；

所述二级缩放模块，被配置为对所述第三滤波参数进行缩放，得到第二缩放参数，作为所述当前采样参数。

6.根据权利要求5所述的变频器的过流保护装置，其特征在于，所述三级滤波模块，包括：第三RC滤波模块；

所述二级缩放模块，包括：第三运放模块。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的变频器的过流保护装置，其特征在于，所述保护单元，包括：设置模块、比较模块和钳位模块；其中，

所述保护单元，根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围，包括：

所述设置模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最大参数值和最小参数值；

所述比较模块，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，以及所述最大参数值和所述最小参数值进行比较，得到比较结果；所述比较结果，是高电平信号或低电平信号比较参数范围；

所述钳位模块，被配置为对所述比较参数范围进行钳位，得到所述保护参数范围。

8.根据权利要求7所述的变频器的过流保护装置，其特征在于，所述设置模块，包括：第一设置模块和第二设置模块；其中，

所述第一设置模块，包括：第一分压模块和第四运放模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最小参数值；

所述第二设置模块，包括：第二分压模块和第五运放模块，被配置为根据设定的直流电源，设置最大参数值；

所述比较模块，包括：第一比较器和第二比较器；其中，

所述第一比较器，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，与所述最小参数值进行比较，输出所述比较结果；

所述第二比较器，被配置为根据针对所述变频器的当前参数经一级滤波、一级缩放、二级滤波和同比放大后得到的第一输出参数，与所述最大参数值进行比较，输出所述比较结果；

所述钳位模块，包括：钳位电路，被配置为对所述比较模块输出的比较结果进行钳位。

9.一种变频器，其特征在于，包括：如权利要求1至8中任一项所述的变频器的过流保护装置。

10.一种变频器的过流保护方法，其特征在于，包括：

通过采样单元，采样所述变频器的当前参数；以及，

基于由所述偏置电压芯片提供的所述偏置电压，对所述当前参数进行处理，得到用于确定所述变频器是否过流的当前采样参数；

通过保护单元，根据所述变频器的当前参数，设置用于对所述变频器进行过流保护的保护参数范围；

通过控制单元，通过判断所述当前采样参数的电平高低，确定所述当前采样参数是否超出所述保护参数范围，若所述当前采样参数超出所述保护参数范围，则启动预设的过流保护机制。

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