CN201490697U - 一种三相电流检测和保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相电流检测和保护电路，包括电机三相线、霍尔电流传感器，其特征在于：所述的电机三相线上的任意两相线上装有霍尔电流传感器，霍尔电流传感器将采集的电流信号转换成电压信号后分别传递给积分电路和硬件电流过流保护电路，积分电路将电压信号传递给微处理器，硬件电流过流保护电路将传递来的电压信号进行比较后通过与门逻辑电路产生高低电平传递给逆变器驱动电路，由于采用上述结构，该电路具有以下优点：1、由于只对两相电路检测降低生产成本；2、检测的精度高；3、不需要较长的响应时间。

Description

一种三相电流检测和保护电路

涉及领域

本实用新型涉及汽车电子应用领域，特别涉及一种三相电流检测和保护电路。

背景技术

随着能源和环境污染问题日益突出，越来越多的汽车公司倾向于混合动力和电动汽车的研发。为了提高车辆的性能，汽车电机的功率等级也越来越高，而电机的控制和保护关系到人身安全，因此要求更高，三相电流检测作为电机控制中的一个重要参数，更是必不可少的部分。

在以往使用的电子式电机相过流保护电路一般通过三个互感器磁环及相应电路实现对电机三相电流的检测和保护，在保护特性和灵敏性方面比传统热继电器有了很大的进步。通过两个互感器实现对电机主电路两相电流的直接检测和保护，并通过单片机高速计算得出主电路第三相电流值，实现对三相电流的检测和保护，但这种方式对第三相电流的检测和保护响应时间比较长。或者先用霍尔电流传感器感应相电流，传感器副边输出的电流信号转换成电压信号，再对所得电压信号进行积分，并与标准电位比较，得到脉宽信号，然后在FPGA/CPLD中对所得脉宽信号进行数字化处理，得到结果。这种方式检测精度高，稳定性好，但成本较高，且只根据采样结果来进行保护可靠性不高，响应时间比较长。

提供一种成本相对较低，检测精确，保护较全面的电机相电流检测及保护电路是现有技术需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种三相电流检测和保护电路，以达到精确全面的对电机相电流检测及保护的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是，一种三相电流检测和保护电路，包括电机三相线、霍尔电流传感器，其特征在于：所述的电机三相线上的任意两相线上装有霍尔电流传感器，霍尔电流传感器将采集的电流信号转换成电压信号后分别传递给积分电路和硬件电流过流保护电路，积分电路将电压信号传递给微处理器，硬件电流过流保护电路将传递来的电压信号进行比较后通过与门逻辑电路产生高低电平传递给逆变器驱动电路，从而采集两相电流计算出第三相电流实现对三相电流的检测和保护。

一种三相电流检测和保护电路，所述的积分电路为运算放大器电路，运算放大器的电阻R12与电容C2并联，运算放大器的b端为电机的参考零电位，从而实现对采集来的电压信号与参考零电位进行比较后传递给微处理器。

一种三相电流检测和保护电路，所述的硬件过流保护电路包括，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5串联接入高精度参考电压，其中电阻R1与电阻R5的阻值相等，电阻R2与电阻R4的阻值相等，电阻R3的阻值大于或等于电阻R1和电阻R2的阻值的和，从而各个电阻的电压为AC相过流参考电压上限值、AC相过流参考电压下限值、B相过流参考电压上限值、B相过流参考电压下限值。

一种三相电流检测和保护电路，所述的与门逻辑电路为电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R7依次串联分别接入霍尔电流传感器采集来的采集电压，电阻R6与电阻R8间的电压、电阻R8与电阻R9间的电压、电阻R9与电阻R7间的电压分别接入比较器与硬件过流保护电路的参考电压值比较，比较器产生高低电平传递给逆变驱动电路，从而实现对电机相电流检测及保护。

一种三相电流检测和保护电路，由于采用上述结构，该电路具有以下优点：1、由于只对两相电路检测降低生产成本；2、检测的精度高；3、不需要较长的响应时间。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明；

图1为本实用新型一种三相电流检测和保护电路的电路框图；

图2为本实用新型一种三相电流检测和保护电路的积分电路电路图；

图3为本实用新型一种三相电流检测和保护电路的硬件过流保护电路原理图；

在图1-3中，1、电机三相线；2、霍尔电流传感器；3、积分电路；4、微处理器；5、硬件过流保护电路；6、与门逻辑电路；7、逆变器驱动电路。

具体实施方式

如图1-3所示，一种三相电流检测和保护电路，包括电机三相线1、霍尔电流传感器2，其特征在于：所述的电机三相线1上的任意两相线上装有霍尔电流传感器2，霍尔电流传感器2将采集的电流信号转换成电压信号后分别传递给积分电路3和硬件电流过流保护电路5，积分电路3将电压信号传递给微处理器4，硬件电流过流保护电路5将传递来的电压信号进行比较后通过与门逻辑电路6产生高低电平传递给逆变器驱动电路7，从而采集两相电流计算出第三相电流实现对三相电流的检测和保护。

一种三相电流检测和保护电路，所述的积分电路3为运算放大器电路，运算放大器的电阻R12与电容C2并联，运算放大器的b端为电机的参考零电位，从而实现对采集来的电压信号与参考零电位进行比较后传递给微处理器。

一种三相电流检测和保护电路，所述的硬件过流保护电路5包括，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5串联接入高精度参考电压，其中电阻R1与电阻R5的阻值相等，电阻R2与电阻R4的阻值相等，电阻R3的阻值大于或等于电阻R1和电阻R2的阻值的和，从而各个电阻的电压为AC相过流参考电压上限值、AC相过流参考电压下限值、B相过流参考电压上限值、B相过流参考电压下限值。

一种三相电流检测和保护电路，所述的与门逻辑电路6为电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R7依次串联分别接入霍尔电流传感器采集来的采集电压，电阻R6与电阻R8间的电压、电阻R8与电阻R9间的电压、电阻R9与电阻R7间的电压分别接入比较器与硬件过流保护电路5的参考电压值比较，比较器产生高低电平传递给逆变驱动电路7，从而实现对电机相电流检测及保护。

本实用新型以采集AC两相电线为例，用霍尔电流传感器2感应电机三相线1其AC两相电流，传感器副边输出的电流信号转换成电压信号；将所得电压信号分成两路，一路进行积分后输入到微处理芯片A/D采样通道，用于软件对进行电机运行控制和保护。另一路输入到比较器，作为硬件保护，与参考电压比较，根据比较结果控制触发器输出高低电平，与过压、过温检测信号相与，根据与后结果决定功率开关的驱动电路是否使能，而该功率开关控制电机的运转。使用两路霍尔电流传感器2感应相电流转换成电压信号，该电压信号一方面用于软件对电机进行运行控制和保护。经过分压电阻分压后进入运算放大器和电容组成积分电路3；然后积分电路输出信号进入微处理器4的A/D采样通道，由微处理器4得到电流的数字量，再根据三相电流之和等于零，计算出另一路电流大小，作为电机控制参数。通过这种方式可以减少一路电流采样电路，从而降低了成本。

另一方面用于硬件对电机保护。霍尔电流传感器2感应相电流转换成电压信号输入到比较器，和设定的上限及下限参考电压比较，当霍尔电流传感器2测得的电压信号大于设定的上限参考电压或小于设定的下限参考电压时输出低电平信号送给触发器，触发器输出一个低电平信号到与门电路，和功率开关的直流母线电压检测信号及功率开关的温度检测信号相与，三个信号只要有一个信号为低电平则使门电路输出一个低电平信号，该低电平信号使功率开关的驱动电路不工作，进而功率开关也不工作，从而使电机停止工作。当电机三相线路发生短路或断路时，使用软件保护由于响应慢可能失效，而通过这种硬件保护方式能够快速响应，防止电机跑飞，从而保护驾驶人的安全，并能保护功率开关因过流欠压等原因损坏。在硬件过流保护电路5中，根据霍尔电流传感器2的参数可以计算出被测电流和霍尔电流传感器2输出的电压之间的对应关系，可以设置电机相电流限值对应的电压值，即输入比较器的参考电压的上限值。因为电机中电流的流向可以反向，所以还需设置一个反向电流的限值对应的电压值，即输入比较器的参考电压的下限值。

两路霍尔电流传感器2感应相电流转换成电压信号，在这两路电压信号之间串联两个阻值相等电阻后，两电阻之间的电压为这两电压之和的二分之一，即另一相电流对应的电压值的二分之一。同样可以设置该相电流限值对应的电压值的二分之一作为输入比较器的参考电压上限值，同理可以设置输入比较器的参考电压的下限值。通过这种方式同样可以对没有使用霍尔电流传感器的相电流进行过流保护。

图1给出了本发明的三相电机电流检测和保护电路框图，使用两路霍尔电流传感器2检测电机相电流，转换成电压信号，该电压信号分别输入到积分电路和过流硬件过流保护电路5。积分电路3由运算放大器和电容等组成。输入的电压信号和参考零电位进行比较，如果输入电压上升，积分电路输出的电压也会上升，反之亦然；积分电路输出的电压输入到微处理器4的A/D采样端口，经过A/D转换得出相应的电流值，作为电机控制的参数。

送入过流硬件过流保护电路5的电压信号与设定的参考电压比较，如果在设定的上限参考电压和下限参考电压之间，则输入到与门逻辑电路的信号为高电平；反之为低电平。

输入到与门逻辑电路6的信号包括电机三相过流信号，逆变器过温信号，逆变器直流母线过压信号，微处理器输出的逆变器使能信号等。当这些信号全为高电平时，与门逻辑电路输出一个高电平信号，使逆变器驱动电路使能，进而可以控制功率开关动作向电机提供驱动电流。只要其中任一个信号为低电平，则与门逻辑电路向逆变器驱动电路输出一个低电平信号，使逆变器驱动电路停止工作，进而电机停止运转。

图3给出了硬件过流保护电路原理图，包括过流比较电压设置电路和过流比较电路，过流比较电压设置电路中VCC为高精度参考电压。假设VCC为5V；相应电阻阻值用R1、R2、R3、R4、R5表示；流过霍尔电流传感器的电流有正反方向，电机相线电流0A对应霍尔电流传感器输出电压2.5V，电机相线电流+400A对应霍尔电流传感器输出电压5V，电机相线电流-400A对应霍尔电流传感器输出电压0V；电机相线电流和霍尔电流传感器输出电压之间为线性关系。因过流参考电压上下限制对称，所以R1＝R5，R2＝R4，通过计算可以得出R1＝R5＝(400-I)(2R2+R3)/2I，I为过流限值，阻值R3＝＞(R1+R2)，电阻R1、R2、R3、R4、R5精度越高，则过流参考电压设置越精确。

来自霍尔电流传感器2的A、C相采样电压输入到比较器，与AC相过流参考电压上限值、下限值相比较，如果在上限值和下限值之间，则比较器向触发器输出高电平信号，触发器输出电机三相过流信号为高电平；如果大于上限值或小于下限值，则比较器向触发器输出低电平信号，触发器输出电机三相过流信号为低电平。

电阻R8和电阻R9之间的电压为霍尔电流传感器2的A、C相采样电压之和的二分之一，对应的是B相电流的二分之一。与B相过流参考电压的上限值、下限值比较可检测B相是否过流。六组比较器中如有一组输出低电平，则输出到触发器的为低电平。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性描述，显然本实用新型具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种三相电流检测和保护电路，包括电机三相线(1)、霍尔电流传感器(2)，其特征在于：所述的电机三相线(1)上的任意两相线上装有霍尔电流传感器(2)，霍尔电流传感器(2)将采集的电流信号转换成电压信号后分别传递给积分电路(3)和硬件电流过流保护电路(5)，积分电路(3)将电压信号传递给微处理器(4)，硬件电流过流保护电路(5)将传递来的电压信号进行比较后通过与门逻辑电路(6)产生高低电平传递给逆变器驱动电路(7)。

2.根据权利要求1所述的一种三相电流检测和保护电路，其特征在于：所述的积分电路(3)为运算放大器电路，运算放大器的电阻R12与电容C2并联，运算放大器的b端为电机的参考零电位。

3.根据权利要求1所述的一种三相电流检测和保护电路，其特征在于：所述的硬件过流保护电路(5)包括，电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5串联接入参考电压，其中电阻R1与电阻R5的阻值相等，电阻R2与电阻R4的阻值相等，电阻R3的阻值大于或等于电阻R1和电阻R2的阻值的总和。

4.根据权利要求1所述的一种三相电流检测和保护电路，其特征在于：所述的与门逻辑电路(6)为电阻R6、电阻R8、电阻R9、电阻R7依次串联分别接入霍尔电流传感器(2)采集来的采集电压，电阻R6与电阻R8间的电压、电阻R8与电阻R9间的电压、电阻R9与电阻R7间的电压分别接入比较器与硬件过流保护电路(5)的参考电压值比较，比较器产生高低电平传递给逆变驱动电路(7)。

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