CN203522150U - 用于无刷直流电机的保护电路及无刷直流电机 - Google Patents

用于无刷直流电机的保护电路及无刷直流电机 Download PDF

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陈锡海
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Abstract

本实用新型公开一种用于无刷直流电机的保护电路及无刷直流电机。该保护电路包括：整流滤波装置、分压采样装置、比较装置、放大装置以及执行装置。根据本实用新型的用于无刷直流电机的保护电路，通过比较装置对采样电压和基准电压的比较判断无刷直流电机是处于正常供电状态还是处于欠压或者过压的状态，对于正常供电状态，放大装置将会导通使执行装置接通对无刷直流电机的供电，而对于欠压和过压状态，放大装置都不会导通，从而使执行装置无法接通对无刷直流电机的供电，进而对无刷直流电机形成欠压或者过压保护，有效降低了无刷直流电机受到损害的风险。

Description

用于无刷直流电机的保护电路及无刷直流电机
技术领域
本实用新型涉及无刷直流电机技术领域，尤其涉及一种用于无刷直流电机的保护电路及无刷直流电机。
背景技术
无刷直流电机是永磁式同步电机的一种，英文简称BLDC。无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势，是当今最理想的调速电机，现已呈现取代传统有刷直流电机的趋势。
无刷直流电机具有响应快速、起动转矩较大、从零转速至额定转速具备可提供额定转矩的性能，并且采用电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损、故障率低，寿命比有刷直流电机提高了约6倍。因此，无刷直流电机的应用领域十分广泛，如汽车、工具、工业工控、自动化以及航空航天等领域。
通常，电网产生的偏高的电压以及大功率电动机的起动均会引起负荷的急剧变动，使电网电压损耗随之产生相应变动，从而使用户公共供电点的电压出现波动现象。而上述情况所造成的电压波动又会使无刷直流电机出现不应有的过压或者欠压现象，如按此状态长时间向无刷直流电机供电，将会造成无刷直流电机的损坏。
因此，需要一种用于无刷直流电机的保护电路及无刷直流电机，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。
实用新型内容
为了克服上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种用于无刷直流电机的保护电路，包括：整流滤波装置，所述整流滤波装置用于对输入的交流电压进行整流滤波转换为直流电压并输出；分压采样装置，所述分压采样装置用于接收所述直流电压并对所述直流电压进行分压而产生采样电压并输出；比较装置，所述比较装置用于接收所述采样电压并将所述采样电压与基准电压进行比较而产生比较电平并输出；放大装置，所述放大装置用于接收所述比较电平，并根据所述比较电平的情况导通而产生触发电压并输出，或者保持截止状态；执行装置，所述执行装置用于接收所述触发电压以驱动无刷直流电机运转。
优选地，所述整流滤波装置包括桥式整流电路和第一电容，所述桥式整流电路的整流输入端用于接收所述交流电压，所述桥式整流电路的整流输出端用于输出所述直流电压，所述第一电容跨接在所述整流输出端上。
优选地，所述分压采样装置具有采样输入端、采样输出端以及采样接地端，所述采样输入端用于接收所述直流电压，所述采样接地端接地，在所述采样输入端与所述采样接地端之间串联有第一分压电阻和第二分压电阻，所述采样输出端设置在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间。
优选地，所述比较装置包括：供电干路，所述供电干路上串联有第一比较电阻、第二比较电阻以及第三比较电阻；第一比较芯片，所述第一比较芯片的正输入端连接至所述第一比较电阻和所述第二比较电阻之间，以接收所述基准电压，所述第一比较芯片的输出端用于输出第一比较电平；第二比较芯片，所述第二比较芯片的正输入端连接至所述第二比较电阻和所述第三比较电阻之间，以接收所述基准电压，所述第二比较芯片的输出端用于输出第二比较电平；并且，所述第一比较芯片和所述第二比较芯片的负输入端用于接收所述采样电压。
优选地，所述放大装置包括输入干路，所述输入干路用于接收所述比较电平，在所述输入干路上连接有第一放大电阻、触发三极管的基极和发射极，在所述输入干路上跨接有第二放大电阻、第二电容以及二极管，所述触发三极管的集电极用于输出所述触发电压。
优选地，所述执行装置为继电器，所述继电器的线圈端用于接收所述触发电压，所述继电器的触点用于导通或切断所述无刷直流电机的供电。
本实用新型还提供一种无刷直流电机，所述无刷直流电机具有上述的用于无刷直流电机的保护电路。
根据本实用新型的用于无刷直流电机的保护电路，通过比较装置对采样电压和基准电压的比较判断无刷直流电机是处于正常供电状态还是欠压或者过压的状态，对于正常供电状态，放大装置将会导通使执行装置接通对无刷直流电机的供电，而对于欠压和过压状态，放大装置都不会导通，从而使执行装置无法接通对无刷直流电机的供电，进而对无刷直流电机形成欠压或者过压保护，有效降低了无刷直流电机受到损害的风险。
在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本实用新型的优点和特征。
附图说明
本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施方式及其描述，用来解释本实用新型的原理。在附图中，
图1为根据本实用新型一种实施方式的用于无刷直流电机的保护电路的组成方框图；
图2为根据本实用新型一种实施方式的整流滤波装置的电路图；
图3为根据本实用新型一种实施方式的分压采样装置的电路图；
图4为根据本实用新型一种实施方式的比较装置的电路图；
图5为根据本实用新型一种实施方式的放大装置的电路图；
图6为根据本实用新型一种实施方式的执行装置的电路图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本实用新型的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
本实用新型公开了一种用于无刷直流电机的保护电路，如图1所示，包括整流滤波装置10、分压采样装置30、比较装置50、放大装置70以及执行装置90。其中，整流滤波装置10与交流电源连接，将交流电压UAC经过整流滤波后转换为直流电压UDC并输出给分压采样装置30。分压采样装置30接收来自整流滤波装置10的直流电压UDC，随后对该直流电压UDC进行分压而产生采样电压U0，并将该采样电压U0输出至比较装置50。比较装置50除了接收分压采样装置30输出的采样电压U0外，还会接收到基准电压，该基准电压用于与采样电压U0进行比较，二者比较的结果是产生比较电平，该比较电平将被输出至放大装置70。这里的基准电压既可以是由外部的电源单独向比较装置50提供，也可以是由比较装置50内部自带的电源提供。放大装置70在接收到比较装置50输出的比较电平后会根据比较电平的情况而做出不同的动作，即或者导通产生触发电压COM，或者保持截止状态。例如当比较电平足以使放大装置70导通时，放大装置70就会向执行装置90输出触发电压COM。而比较电平不足以使放大装置70导通时放大装置70就会保持截止状态。当执行装置90接收到放大装置70发出的触发电压COM时，执行装置90将会接通无刷直流电机20的电源，驱动无刷直流电机20运转。
当交流电源提供的交流电压UAC在167V至254V的范围时，交流电源的供电是正常的，符合无刷直流电机的需要，在经过整流滤波装置10的整流滤波后可以转换为236V至360V的直流电压UDC。该直流电压UDC经过分压采样装置30的分压后向比较装置50输出采样电压U0，比较装置50将该采样电压U0与基准电压进行比较向放大装置70输出比较电平。由于交流电压UAC处于167V至254V的范围内，此时比较装置50输出的比较电平是可以使放大装置70导通的。放大装置70导通后会向执行装置90输出触发电压COM，执行装置90接收到该触发电压COM后接通无刷直流电机20的电源，无刷直流电机20得电后开始运转。
当交流电源提供的交流电压UAC低于167V时，在经过整流滤波装置10的整流滤波后将会转换为低于236V的直流电压UDC，此时即形成对无刷直流电机20的欠压。在这种情况下，比较装置50输出的比较电平无法使放大装置70导通，放大装置70也不会向执行装置90输出触发电压COM，执行装置90保持截止状态，无刷直流电机20不会启动。
当交流电源提供的交流电压UAC高于254V时，在经过整流滤波装置10的整流滤波后将会转换为高于360V的直流电压UDC，此时即形成对无刷直流电机的过压。在这种情况下，比较装置50输出的比较电平同样无法使放大装置70导通，放大装置70不会向执行装置90输出触发电压COM，执行装置90同样保持截止状态，无刷直流电机不会启动。
根据本实用新型的用于无刷直流电机的保护电路，通过比较装置对采样电压和基准电压的比较判断无刷直流电机是处于正常供电状态还是欠压或者过压的状态，对于正常供电状态，放大装置将会导通使执行装置接通对无刷直流电机的供电，而对于欠压和过压状态，放大装置都不会导通，从而使执行装置无法接通对无刷直流电机的供电，进而对无刷直流电机形成欠压或者过压保护，有效降低了无刷直流电机受到损害的风险。
下面结合附图对本实用新型的用于无刷直流电机的保护电路的各部分进行说明。
首先，参照图2说明整流滤波装置10。从图2中可以看出，整流滤波装置10包括桥式整流电路11和第一电容13。其中，桥式整流电路11的整流输入端15连接至交流电源，以接收交流电压UAC并进行整流。桥式整流电路11的整流输出端17上跨接有上述的第一电容13，该第一电容13用于进行滤波，随后经过整流和滤波的直流电压UDC由整流输出端17向图1中的分压采样装置30输出。至于桥式整流电路11上的二极管，本领域技术人员可以根据需要进行设置。
图3示出了分压采样装置30的电路配置，如图3所示，分压采样装置30的电路的干路上具有采样输入端31、采样输出端33以及采样接地端35。采样输入端31用来接收直流电压UDC，采样接地端35与地线连接，在采样输入端31与采样接地端35之间串联有第一分压电阻37和第二分压电阻39，采样输出端33即设置在第一分压电阻37和第二分压电阻39之间，用于向图1中的比较装置50输出采样电压U0。采样输出端33所输出的采样电压U0的大小为直流电压UDC减去第一分压电阻37分得的电压。
接下来参照图4说明比较装置50。从图4中可以看出，比较装置50包括供电干路51、第一比较芯片53以及第二比较芯片55。供电干路51上串联有三个比较电阻，分别为第一比较电阻52、第二比较电阻54以及第三比较电阻56。第一比较芯片53的正输入端连接至第一比较电阻52和第二比较电阻54之间，输入第一比较芯片53的正输入端的为作为基准电压的基准高电平UH。第二比较芯片55的正输入端连接至第二比较电阻54和第三比较电阻56之间，输入第二比较芯片55的正输入端的为同样作为基准电压的基准低电平UL。第一比较芯片53和第二比较芯片55的负输入端用于接收图1中的分压采样装置30输出的采样电压U0，例如可以与上述的分压采样装置30的采样输出端33连接以接收采样电压U0。
当交流电源提供的交流电压UAC在167V至254V的范围时，交流电源的供电是正常的，在第一比较芯片53中，采样电压U0与基准高电平UH比较，此时基准高电平UH大于采样电压U0，第一比较芯片53的输出端输出的第一比较电平为高电平U+。在第二比较芯片55中，采样电压U0与基准低电平UL比较，此时基准低电平UL小于采样电压U0，第二比较芯片55的输出端输出的第二比较电平为低电平U-。第一比较电平与第二比较电平之差即为比较电平。在第一比较电平为高电平U+，第二比较电平为低电平U-的情况下，比较电平为高电平，可以使图1中的放大装置70导通。
当交流电源提供的交流电压UAC低于167V时，此时即形成对无刷直流电机的欠压。这种情况下第一比较电平和第二比较电平均为高电平U+，比较电平为低电平，不能使图1中的放大装置70导通。
当交流电源提供的交流电压UAC高于254V时，此时即形成对无刷直流电机的过压。这种情况下第一比较电平和第二比较电平均为低电平U-，比较电平为低电平，同样不能使图1中的放大装置70导通。
图5所示为放大装置70的电路图，在图5中，放大装置70包括输入干路71，该输入干路71用于接收比较装置50输出的比较电平，图5中示例性地示出输入干路71的一端接收第一比较电平，输入干路71的另一端接收第二比较电平。从图5中还可以看出，在输入干路71上连接有第一放大电阻73、触发三极管75的基极B和发射极E，在输入干路71上还跨接有第二放大电阻77、第二电容79以及二极管72。当比较电平为高电平时，放大装置70的触发三极管75导通，触发三极管75的集电极C用于向图1中的执行装置90输出触发电压COM。
最后结合图6说明执行装置90。优选地，执行装置90可以采用继电器，该继电器的线圈端91用于接收触发电压COM，例如与图5中的触发三极管75的集电极C连接。当线圈端91接收到触发电压COM时，继电器的触点93将导通无刷直流电机20的供电，无刷直流电机20得电后启动运转。而当线圈端91未接收到触发电压COM时，继电器的触点93将会切断无刷直流电机20的供电。
下面结合附图以上述实施方式为例说明本实用新型的用于无刷直流电机的保护电路的工作原理。
图2所示的整流滤波装置10将由整流输入端15输入的交流电压UAC经过桥式整流电路11的整流和第一电容13的滤波转换为直流电压UDC由整流输出端17向图3所示的分压采样装置30输出。直流电压UDC由分压采样装置30的采样输入端31输入，经过分压后由采样输出端33向图4所示的比较装置50输出采样电压U0。采样电压U0按照前述的方式在图4所示的比较装置50的第一比较芯片53和第二比较芯片55中分别与基准高电平UH和基准低电平UL比较，比较的结果为生成比较电平向图5所示的放大装置70输出。当比较电平为高电平时，放大装置70中的触发三极管75导通，由触发三极管75的集电极C向图6所示的作为执行装置90的继电器的线圈端91输出触发电压COM。当线圈端91接收到触发电压COM时，继电器的触点93将导通无刷直流电机20的供电，无刷直流电机20得电后启动运转。当比较电平为低电平时，放大装置70中的触发三极管75仍然保持截止状态，因此继电器的线圈端91无法获得触发电压COM，继电器的触点93也就不会导通无刷直流电机20的供电。
本实用新型还公开了一种无刷直流电机，在该无刷直流电机的内部或者外部设置有上述的用于无刷直流电机的保护电路，该无刷直流电机也因此获得了在欠压和过压状态下的保护，有利于无刷直流电机的使用寿命和正常运转。
本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本实用新型限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。本实用新型的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。

Claims (7)

1.一种用于无刷直流电机的保护电路，其特征在于，包括： 
整流滤波装置，所述整流滤波装置用于对输入的交流电压进行整流滤波转换为直流电压并输出； 
分压采样装置，所述分压采样装置用于接收所述直流电压并对所述直流电压进行分压而产生采样电压并输出； 
比较装置，所述比较装置用于接收所述采样电压并将所述采样电压与基准电压进行比较而产生比较电平并输出； 
放大装置，所述放大装置用于接收所述比较电平，并根据所述比较电平的情况导通而产生触发电压并输出，或者保持截止状态； 
执行装置，所述执行装置用于接收所述触发电压以驱动无刷直流电机运转。 
2.按照权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述整流滤波装置包括桥式整流电路和第一电容，所述桥式整流电路的整流输入端用于接收所述交流电压，所述桥式整流电路的整流输出端用于输出所述直流电压，所述第一电容跨接在所述整流输出端上。 
3.按照权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述分压采样装置具有采样输入端、采样输出端以及采样接地端，所述采样输入端用于接收所述直流电压，所述采样接地端接地，在所述采样输入端与所述采样接地端之间串联有第一分压电阻和第二分压电阻，所述采样输出端设置在所述第一分压电阻和所述第二分压电阻之间。 
4.按照权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述比较装置包括： 
供电干路，所述供电干路上串联有第一比较电阻、第二比较电阻以及第三比较电阻； 
第一比较芯片，所述第一比较芯片的正输入端连接至所述第一比较电阻和所述第二比较电阻之间，以接收所述基准电压，所述第一比较芯片的输出端用于输出第一比较电平； 
第二比较芯片，所述第二比较芯片的正输入端连接至所述第二比较电阻和所述第三比较电阻之间，以接收所述基准电压，所述第二比较芯片的输出端用于输出第二比较电平； 
并且，所述第一比较芯片和所述第二比较芯片的负输入端用于接收所述采样电压。 
5.按照权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述放大装置包括输入干路，所述输入干路用于接收所述比较电平，在所述输入干路上连接有第一放大电阻、触发三极管的基极和发射极，在所述输入干路上跨接有第二放大电阻、第二电容以及二极管，所述触发三极管的集电极用于输出所述触发电压。 
6.按照权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述执行装置为继电器，所述继电器的线圈端用于接收所述触发电压，所述继电器的触点用于导通或切断所述无刷直流电机的供电。 
7.一种无刷直流电机，其特征在于，所述无刷直流电机具有权利要求1至6中任一项所述的用于无刷直流电机的保护电路。 
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