CN204145342U - 一种无刷电机的控制与驱动智能保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种无刷电机的控制与驱动智能保护装置，所述装置包括：电机控制与驱动电路，用于产生并向电机施加激励信号；电机检测及保护电路，用于检测并表征电机电器参数及负载特性相关的直接及间接数据，并设置电机控制与驱动的智能保护电路逻辑；电机控制与驱动之间的通讯联接，用于实时地传输可靠性及安全保护信息，以使电机的保护响应及时，运转安全可靠。本实用新型的有益效果是电机在真实紧急状态与外界干扰假象共存时，智能保护逻辑会随之变化，从而使电机既保证快速响应紧急状态又避免不必要的误触发。本实用新型对电机的电器参数及负载特性相关的直接及间接数据进行检测，自动设定与之相关的启动保护的时间常数，以保证电机控制与驱动保护的合理性。

Description

一种无刷电机的控制与驱动智能保护装置

技术领域

本实用新型属于电机控制驱动领域，特别涉及真实紧急状态与外界干扰假象共存时，保护设定方法及装置，具体而言在于检测电机电器参数及负载特性相关的直接及间接数据并设定与之相关的保护逻辑，既保证快速响应紧急状态又避免不必要的误触发。 

背景技术

现阶段对电机系统的保护主要局限在通过外接电流感应电阻来实现过流保护以及内置/外接温度感应单元来实现过温保护两个方面。传统的电机控制驱动保护如图1所示。通过外置的电流感应电阻(shunt resistor)可以独立检测每一相相电流或者总的相电流，并将检测反馈的电压值(IDC)送到控制器。通过驱动模块内置的温度检测单元检测驱动系统的温度，并将检测电压值(VTS)送到控制器。控制器对电流及温度反馈值做模拟判断，进而决定系统的保护状态。 

但上述的保护机制存在不少缺点。首先，传统机制只采用模拟方式，响应速度快，但对噪声以及系统失调的免疫力弱。电机系统在运行状态下，外界开关噪声或者恢复电流极易引起过流和过温的错误保护动作。虽然通过对IDC和VTS加滤波器来抑制噪声，但是时间常数的选择往往会导致系统对紧急状态的快速响应和避免正常工作状态下误触发之间存在取舍。其次，传统的保护机制只能对于某些特定的紧急状态才能快速响应。比如，过流保护逻辑受限于只能对电流流过电阻的紧急状态保护，而诸如相节点U和地或者IDC短路等情况就无法提供快速的响应。 

因此，本实用新型提出了一种智能的控制和驱动保护方法及装置。不仅仅可以解决上述传统保护机制的缺点，同时又不限于只对电机系统提供过流和过温保护。 

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于检测电机的电器参数及负载特性相关的直接及间接数据，并设置电机控制与驱动的智能保护电路逻辑，既保证快速响应紧急状态又避免不必要的误触发。 

本实用新型提供一种无刷电机的控制与驱动实时保护通讯装置，包括： 

电机控制与驱动电路，用于产生并向电机施加激励信号； 

电机检测及保护电路，用于检测并表征电机电器参数及负载特性相关的直接 

及间接数据，并设置电机控制与驱动的智能保护电路逻辑； 

电机控制与驱动之间的通讯联接，用于实时地传输可靠性及安全保护信息， 

以使电机的保护响应及时，运转安全可靠。 

进一步地，电机控制与驱动电路集成在同一个硅片上。 

进一步地，电机控制与驱动电路分别在不同的两个硅片上，但是集成在同一个芯片封装模块当中。 

进一步地，电机控制与驱动电路分别在不同的两个芯片上，但是集成在同一个电机应用系统中。 

进一步地，所述的通讯联接完全是硅片内部电路连线路，用于实时地传输可靠性及安全保护信息，以使电机的运转安全可靠。 

进一步地，所述的通讯联接可以是两个硅片管脚之间的封装内部线路，用于实时地传输可靠性及安全保护信息，以使电机的运转安全可靠。 

进一步地，所述的通讯联接是两个芯片管脚之间的PCB走线，用于实时地传输可靠性及安全保护信息，以使电机的运转安全可靠。 

本实用新型还提供一种使用所述装置的电机控制与驱动的保护方法，其特征在于，检测电机的电器参数及负载特性相关的直接及间接数据，并设置电机控制与驱动的智能保护电路逻辑。 

进一步地，所述保护电路的快速启动取决于高速模拟比较器，保护逻辑由控制驱动导通区间内单次或多次采样的电器参数表征。 

进一步地，所述保护电路的安全启动取决于智能数字信号处理，保护逻辑由电机负载特性及智能相关算法表征。 

电机处于紧急状态时，设置高速模拟通道，启动快速保护电路逻辑；电机面对干扰信号时，设置智能数字信号处理通道，启动安全保护电路逻辑。保护电路逻辑的启动时间常数不是固定的，而是根据检测到的电机电器参数及负载特性相关的直接及间接数据而改变，这样电机既保证快速响应紧急状态又避免不必要的误触发。 

电机的智能保护逻辑充分利用了电机控制与驱动功能的物理位置获取不同层次的电器参数及负载特性的能力，响应时间常数由高速模拟比较器与智能数字信号处理来直接或间接表征：高速模拟通道，快速响应紧急状态；智能数字信号通道，避免不必要的误触发。电机的智能保护逻辑最终组合选取启动保护的时间常数。 

本实用新型的有益效果是电机在真实紧急状态与外界干扰假象共存时，智能保护逻辑会随之变化，从而使电机既保证快速响应紧急状态又避免不必要的误触 发。本实用新型对电机的电器参数及负载特性相关的直接及间接数据进行检测，自动设定与之相关的启动保护的时间常数，以保证电机控制与驱动保护的合理性。本实用新型可以广泛应用于电机控制与驱动的多种物理组合。 

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 

图1是传统的电机控制与驱动保护机制示意图。 

图2是智能的电机控制与驱动保护方法示意图。 

图3是智能保护装置的实现方案。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。 

图2是电机控制与驱动智能保护方法及装置的示意图。主要包括以下三个模块：电机控制与驱动电路，电机检测及保护电路，电机控制与驱动之间的通讯电路。 

电机检测及保护电路主要包括电机电器及负载特性检测电路、高速模拟通道、智能数字信号处理通道以及智能判定逻辑。检测电路通过内置或者外围电路检测电机的电器参数和负载信息(诸如相电流信息，温度信息，相电压信息，PWM调制信息等)。检测到信息分别送到高速模拟通道和智能数字处理通道作初步处理。同时智能判定逻辑根据实时检测的电机电器特性和负载特性，预设高速模拟通道和智能数字处理通道的保护响应时间，并在一定范围内动态调整。上述两通道的输出最后经过智能判定逻辑电路，来决定系统处于模拟通道(快速保护逻辑)还是处于数字通道(安全保护逻辑)。 

图3是智能保护装置的常见实现形式，但不限于以下的三个方案： 

其中(a)为单芯片方案，芯片内部包含了控制单元、驱动单元以及检测保护单元。控制单元和驱动单元之间通信通过芯片内部的连接线来实现。驱动单元可以是三相驱动模块，但不限于三相驱动模块。驱动单元可以包含栅极驱动和MOSFET两部分，但不限于两者组合。 

其中(b)为Integrated Power Module(IPM)或者Multi-Chip Module(MCM)方案。该Module内部包含了控制芯片、驱动芯片。两者之间的通信通过内部的bonding电感来实现。检测保护电路可以内置于控制芯片和驱动芯片中，也可以为单一独立芯片，但不限于以上两种。 

(c)为板极(PCB)方案。该方案通过PCB板极来实现。PCB上包含了控制芯片、驱动芯片。两者之间的通信通过板级的连接线来实现。检测保护电路可以集成在控制和驱动芯片内部，但不限于。 

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。本实用新型可以有各种合适的更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种无刷电机的控制与驱动实时保护通讯装置，其特征在于所述装置包括：电机控制与驱动电路，用于产生并向电机施加激励信号； 

电机检测及保护电路，用于检测并表征电机电器参数及负载特性相关的直接及间接数据，并设置电机控制与驱动的智能保护电路逻辑； 

电机控制与驱动之间的通讯联接，用于实时地传输可靠性及安全保护信息，以使电机的保护响应及时，运转安全可靠。 

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电机控制与驱动电路集成在同一个硅片上。 

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电机控制与驱动电路分别在不同的两个硅片上，但是集成在同一个芯片封装模块当中。 

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电机控制与驱动电路分别在不同的两个芯片上，但是集成在同一个电机应用系统中。 

5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的通讯联接完全是硅片内部电路连线路，用于实时地传输可靠性及安全保护信息，以使电机的运转安全可靠。 

6.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的通讯联接可以是两个硅片管脚之间的封装内部线路，用于实时地传输可靠性及安全保护信息，以使电机的运转安全可靠。 

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的通讯联接是两个芯片管脚之间的PCB走线，用于实时地传输可靠性及安全保护信息，以使电机的运转安全可靠。