CN204179642U - 一种用于过电流保护的装置及空调 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种用于过电流保护的装置及空调，该装置包括：比较器、具有外部中断端口的变频控制芯片以及智能功率模块IPM；所述比较器的输入端与电流采样模块连接，其输出端与所述变频控制芯片的外部中断端口连接；所述变频控制芯片的输出端通过所述智能功率模块IPM与永磁同步电机连接。通过该装置，在遇到软件调控失败而智能功率模块尚无法启动保护时，可以利用比较器进行控制，而且比较器的保护值可以随意设定，通常将其设定为软件的保护上限值，这样，软件反应不及时的情况下，就可以通过比较器进行调控，更加全面的保护了永磁同步电机。

Description

一种用于过电流保护的装置及空调

技术领域

本实用新型属于变频空调技术领域，尤其涉及一种用于过电流保护的装置及空调。

背景技术

变频空调顺应节能高效的环保要求正在大面积普及，而当前变频空调普遍使用压缩机为永磁同步电机，其电机转子由永磁体组成，在定子磁场的驱动下跟随磁场同步运转来压缩冷媒负载，当系统出现故障，或者意外干扰可能会出现驱动电流浪涌式增长，超出电机承受范围，易导致转子永磁体磁性衰退，也称为退磁现象，如果超出变频器电路的载流能力还会烧毁驱动器，所以逆变电路都设计有相应的过电流保护功能。

目前常用的方法有两种：一种是利用IPM(Intelligent Power Module,智能功率模块)的自身过流保护电路，类似运算比较器原理，内部有固定的保护触发阈值，当电流超出阈值时，其内部触发电路状态翻转，关断压机驱动信号，起到保护作用，其关断过程不需要外部干预，响应迅速；另外一种方法借助程序芯片软件结合信号放大电路实时检测逆变电路直流母线电流值，当检测值超出软件设定上限值后关断控制器输出；使用这种方法在电流逐渐变化的过程中可以及时保护切断功率部分的输出，但对于电流突然增大的情况下由于软件响应时间较慢一般为毫秒级，不能及时保护，所以通常空调变频逆变器上是两种方法结合在一起使用，先进行软件检测保护，若电流增长速度超出软件响应能力，则依靠IPM内部保护电路关断输出。

但是一般空调使用的IPM容量分档跨度较大，如10A,15A,20A等，在空调厂家往往是一种规格的IPM会对应很多款压缩机，不同压缩机的退磁保护值不同，需要更精确的电流保护，IPM内部的保护值往往高于压缩机退磁保护电流值，要精确的调整IPM电流保护值，需要精细调整相应的电流采样电阻值，更改阻值会导致电阻上的损耗功率变化，一般是增大采样电阻的阻值，负面效果是增大采样电阻上的损耗，降低逆变器效率，还需要匹配采样电阻的额定功率值，过程复杂而且通用性差；如果结合软件检测电流保护压机，对于负载缓慢变化的情况下可以实现精确的电流保护，但软件保护的最大问题是相应时间不及时，往往是毫秒级的响应速度，发生突变电流冲击时只有依靠IPM关断来实现保护，如果是采用上述IPM的保护，则由于保护点单一，无法精确的应对压机退磁电流保护要求，往往是多次发生电流冲击后，已经有超出限值的电流通过了空调压缩机，对其内部永磁同步电机的永磁体造成了一定程度的伤害，这种伤害是累积的，直接影响压机的使用寿命。

所以，目前的过电流保护装置，由于软件的保护上限值与智能功率模块IPM的保护阀值之间有一定的差值，当电流超过软件的保护上限值而未达到IPM的保护阀值时，一旦软件没有达到调控的效果，就会无法应对压机退磁电流保护的要求，多次经历之后，会对永磁同步电机的永磁体造成一定的伤害，影响永磁同步电机的使用寿命。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的一个目的是提出一种用于过电流保护的装置。以解决电流超过软件的保护上限值而未达到IPM的保护阀值时，一旦软件没有达到调控的效果，永磁同步电机不能得到有效保护的问题。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

在一些可选的实施例中，该装置包括：比较器、具有外部中断端口的变频控制芯片以及智能功率模块IPM；所述比较器的输入端与电流采样模块连接，其输出端与所述变频控制芯片的外部中断端口连接；所述变频控制芯片的输出端通过所述智能功率模块IPM与永磁同步电机连接。

在一些可选的实施例中，该装置还包括：运算放大器；所述运算放大器的输入端与电流采样模块连接；其输出端与变频控制芯片的软件控制端口连接。

在一些可选的实施例中，该装置中的变频控制芯片包括：脉冲宽度调制模块PWM和软件控制模块；所述脉冲宽度调制模块PWM的第一输入端与所述变频控制芯片的外部中断端口连接，其输出端与智能功率模块IPM连接，第二输入端与所述软件控制模块的输出端连接；所述软件控制模块的输入端与所述变频控制芯片的软件控制端口连接。

在一些可选的实施例中，该装置中的智能功率模块IPM的第一输入端与电流采样模块连接；其第二输入端与变频控制芯片的输出端连接，其输出端与永磁同步电机的输入端连接。

本实用新型的另一个目的是提出一种空调。

在一些可选的实施例中，该空调包括上述装置。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型提供一种用于过电流保护的装置及空调，通过该装置，在遇到软件调控失败而智能功率模块尚无法启动保护时，可以利用比较器进行控制，而且比较器的保护值可以随意设定，通常将其设定为软件的保护上限值，这样，软件反应不及时的情况下，就可以通过比较器进行调控，达到了三重保护的效果，更加全面的保护了永磁同步电机。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本实用新型实施例用于过电流保护的装置的结构示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本实用新型的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本实用新型的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。在本文中，本实用新型的这些实施方案可以被单独地或总地用术语“实用新型”来表示，这仅仅是为了方便，并且如果事实上公开了超过一个的实用新型，不是要自动地限制该应用的范围为任何单个实用新型或实用新型构思。

现在结合附图进行说明，图1示出的是一些可选的实施例中用于过电流保护的装置的结构图。

如图1所示，在一些可选的实施例中，公开了一种用于过电流保护的装置，该装置包括：比较器1、具有外部中断端口的变频控制芯片2以及智能功率模块IPM3；所述比较器1的输入端与电流采样模块4连接，其输出端与所述变频控制芯片2的外部中断端口连接；所述变频控制芯片2的输出端通过智能功率模块IPM 3与永磁同步电机连接。在具体的实施过程中，比较器1对采样后得到的永磁同步电机的瞬时相电流进行实时比较判断，当所述瞬时相电流的值大于或等于所述比较器1设定的电流的保护值时，比较器1将高电平翻转为低电平，并将包含所述低电平的控制信号发送到变频控制芯片2的外部中断口，变频控制芯片2接收到所述控制信号后会直接关闭向IPM的PWM波的输出，以防电流继续增大而损坏装置，从而达到保护装置的效果。

在一些可选的实施例中，该装置还包括：运算放大器5；所述运算放大器5的输入端与电流采样模块4连接；其输出端与变频控制芯片2的软件控制端口连接。在具体的实施过程中，该运算放大器5将包含采样后得到的永磁同步电机的瞬时相电流的信号进行实时放大，发送到与之连接的变频控制芯片2的软件控制端口。

在一些可选的实施例中，该装置中的变频控制芯片2包括：脉冲宽度调制模块PWM6和软件控制模块7；所述脉冲宽度调制模块PWM6的第一输入端与所述变频控制芯片2的外部中断端口连接，其输出端与智能功率模块IPM3连接，第二输入端与所述软件控制模块7的输出端连接；所述软件控制模块7的输入端与所述变频控制芯片2的软件控制端口连接。在具体的的实施过程中，脉冲宽度调制模块PWM6从控制芯片2的外部中断口接收到比较器1发送的包含低电平的控制信号后会直接关闭向IPM3的PWM波的输出，从而停止永磁同步电机的运转；软件控制模块7，会根据从变频控制芯片2的软件控制端口接收到的、运算放大器5发送的包含永磁同步电机的瞬时相电流的放大信号，调控向IPM3的PWM波的输出，从而实现控制永磁同步电机8的运转，当接收到的放大信号中瞬时相电流的值呈增长趋势、且小于软件控制模块7设定的电流的下限值时，该软件控制模块7调整PWM波到相应输出，控制永磁同步电机8维持当前运转，不做电流限制；当接收到的放大信号中瞬时相电流的值增长到大于或等于软件控制模块7设定的电流的下限值而小于软件控制模块7设定的电流的中间值时，限制永磁同步电机8的转速增长、维持当前运转，从而限制电流的增长；当接收到的放大信号中瞬时相电流的值增长到大于或等于软件控制模块7设定的电流的中间值而小于软件控制模块7设定的电流的上限值时，下调永磁同步电机8当前的转速，直到电流不再继续增长为止。

在一些可选的实施例中，该装置中的智能功率模块IPM3的第一输入端与电流采样模块4连接；其第二输入端与变频控制芯片2的输出端连接，其输出端与永磁同步电机8的输入端连接。在具体的实施过程中，当智能功率模块IPM3接收到的采样信号中的永磁同步电机的瞬时相电流的值增长到大于或等于自身的电流保护阀值且维持当前相电流值的时间等于或大于所述智能功率模块IPM3的安全时间时，会切断接收与之连接的变频控制芯片2发送的PWM脉冲信号的通道，控制永磁同步电机8停止运转。其中，智能功率模块IPM3的安全时间是根据智能功率模块IPM3接收到可以烧毁其自身的电流到真实发生烧毁的时间段而定的，通常安全时间小于所述时间段。

该装置的具体工作过程为：通过采样电阻对母线电流进行实时采样，将采样后得到的瞬时母线电流换算为永磁同步电机的三相绕组中的瞬时相电流，将包含采样后得到的永磁同步电机的瞬时相电流的信号分别发送到智能功率模块IPM3、运算放大器5以及比较器1，其中，运算放大器5将所述信号放大后发送到变频控制芯片2，比较器1对所述瞬时相电流进行实时比较判断，将所述比较器1的电流的保护值设定为变频控制芯片2中设定的电流的上限值，当所述相电流的瞬时值呈现上升趋势但未超过变频控制芯片2中设定的电流的下限值时，变频控制芯片2通过内部软件，即软件控制模块2控制永磁同步电机8维持当前运转，不做电流限制；当所述相电流的瞬时值超过变频控制芯片2中设定的电流的下限值，但未超过变频控制芯片2中设定的电流的中间值时，所述变频控制芯片2通过内部软件限制永磁同步电机8的转速增长、继续维持当前运转，从而限制电流的增长；当所述瞬时相电流的值超过变频控制芯片2的设定的电流的中间值但未超过变频控制芯片2的设定的电流的上限值时，所述变频控制芯片2通过内部软件下调永磁同步电机当前的转速，直到电流不再继续增长为止。当所述瞬时相电流的值超过变频控制芯片2的设定的电流的上限值而未达到智能功率模块IPM3的电流保护阀值时，变频控制芯片2通过内部软件对永磁同步电机进行控制以控制电流的增长，如果变频控制芯片2对永磁同步电机8的控制失败，比较器1就会输出控制信号到变频控制芯片2的外部中断口，直接切断PWM波的输出，从而控制永磁同步电机8停止运转；当所述瞬时相电流的值超过智能功率模块IPM3的电流保护阀值且维持此电流值的时间超过IPM的安全时间时，所述智能功率模块IPM3会直接关断接收PWM波的通道，从而控制永磁同步电机8停止运转。在一些可选的实施例中，公开了一种空调，该空调包括上述装置。

包括上述装置的空调，在对永磁同步电机进行过电流保护时，若遇到软件调控失败而智能功率模块尚无法启动保护时，可以利用比较器进行控制，而且比较器的保护值可以随意设定，通常将其设定为软件的保护上限值，这样，软件反应不及时的情况下，就可以通过比较器进行调控，达到了三重保护的效果，更加全面的保护了永磁同步电机。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于过电流保护的装置，其特征在于，包括：

比较器、具有外部中断端口的变频控制芯片以及智能功率模块IPM；

所述比较器的输入端与电流采样模块连接，其输出端与所述变频控制芯片的外部中断端口连接；

所述变频控制芯片的输出端通过所述智能功率模块IPM与永磁同步电机连接。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：运算放大器；

所述运算放大器的输入端与所述电流采样模块连接；其输出端与所述变频控制芯片的软件控制端口连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述变频控制芯片包括：

脉冲宽度调制模块PWM和软件控制模块；

所述脉冲宽度调制模块PWM的第一输入端与所述变频控制芯片的外部中断端口连接，其输出端与所述智能功率模块IPM连接，第二输入端与所述软件控制模块的输出端连接；

所述软件控制模块的输入端与所述变频控制芯片的软件控制端口连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于：所述智能功率模块IPM的第一输入端与所述电流采样模块连接；其第二输入端与所述变频控制芯片的输出端连接，其输出端与永磁同步电机的输入端连接。

5.一种空调，其特征在于，包括权利要求1至4任意一项所述的装置。