CN204179973U - 带检测功能的电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种带检测功能的电机控制器，包括三个控制臂、脉冲宽度调制器、检测元件、比较器以及基准信号源。三个控制臂并联，每一控制臂均包括相互串联的第一控制开关和第二控制开关，任一时刻三个控制臂中只有一个第一控制开关和一个第二控制开关导通，且导通的第一控制开关和第二控制开关分别位于不同的控制臂上。脉冲宽度调制器分别电性连接三个控制臂上的三个第二控制开关，为三个第二控制开关提供导通频率高于第一控制开关的导通频率的驱动信号。检测元件分别与每一控制臂串联。比较器其中一输入端电性连接检测元件，另一输入端电性连接基准信号源。

Description

带检测功能的电机控制器

技术领域

本实用新型涉及电机领域，且特别涉及一种带检测功能的电机控制器。 

背景技术

电机是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置，广泛应用于各种动力设备中，譬如汽车用水泵，其用于为发动机的循环水冷系统提供动力。为使控制简单便捷，在电源闭合（即发动机启动时），控制器自行启动，控制电机以固定转速运转。然而，随着能源的不断消耗，节能减排已逐渐被人们所重视，尤其是在汽车领域，能耗已成为人们选择车辆的重要指标。在发动机功率较低时，固定转速的电机将浪费大量的能源。 

且在现有的汽车用水泵中，发动机的循环水冷系统近似于一个密闭的系统，对电机控制器来说，近似于负载恒定，电流也近似为恒定。但在异常情况下，如水泵电阻堵转、缺水或少水，控制器电流异常增大，使得控制器上的功率器件温度急剧升高，影响器件的可靠性。 

实用新型内容

本实用新型为了克服现有技术的不足，提供一种带检测功能的电机控制器。 

为了实现上述目的，本实用新型提供一种带检测功能的电机控制器，包括三个控制臂、脉冲宽度调制器、检测元件、比较器以及基准信号源。三个控制臂并联，每一控制臂均包括相互串联的第一控制开关和第二控制开关，任一时刻三个控制臂中只有一个第一控制开关和一个第二控制开关导通，且导通的第一控制开关和第二控制开关分别位于不同的控制臂上。脉冲宽度调制器分别电性连接三个控制臂上的三个第二控制开关，为三个第二控制开关提供导通频率高于第一控制开关的导通频率的驱动信号。检测元件分别与每一控制臂串联。比较器其中一输入端电性连接检测元件，另一输入端电性连接基准信号源。 

于本实用新型一实施例中，三个控制臂的结构完全相同，每一控制臂均由开启条件相同的第一控制开关和第二控制开关串联组成。 

于本实用新型一实施例中，第一控制开关和第二控制开关相同，均为NMOS或PMOS。 

于本实用新型一实施例中，三个控制臂上的三个第一控制开关的导通角均为120度，三个第一控制开关交替导通。 

于本实用新型一实施例中，三个控制臂上的三个第二控制开关的导通角均为120度，三个第二控制开关交替导通。 

于本实用新型一实施例中，基准信号源为由可变电阻所组成的分压网络。 

于本实用新型一实施例中，每一第一控制开关和第二控制开关的两端均反向并联有一二极管。 

于本实用新型一实施例中，二极管为快速恢复二极管或肖特基二极管。 

综上所述，本实用新型提供的带检测功能的电机控制器与现有技术相比具有以下优点： 

电机的控制实质上是对电机线圈绕组高频率通断电来实现的。不同的通断电频率，电机具有不同的转速，且通断电频率越高，电机转速越快。本实用新型通过设置三个控制臂实现电机的三相控制，并在每一控制臂上分别设置相互串联的、具有不同开关频率且交替导通的第一控制开关和第二控制关。不同开关频率的第一控制开关和第二控制开关实现了不同电机转速的控制。

且检测元件分别与三个控制臂串联，实时检测流过三个控制臂的电流，并将该电流值转换为电压提供给比较器。比较器通过比较检测到的电压值来判断是否出现故障，并将判断的结果提供给主控制器。一旦出现故障，主控制器将快速关断三个控制臂，实现故障的实时检测。 

为让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。 

附图说明

图1所示为本实用新型一实施例提供的带检测功能的电机控制器的原理图。 

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供的带检测功能的电机控制器包括三个控制臂H、脉冲宽度调制器PWM、检测元件R、比较器A以及基准信号源S。三个控制臂H并联，每一控制臂H均包括相互串联的第一控制开关K1和第二控制开关K2，任一时刻三个控制臂H中只有一个第一控制开关K1和一个第二控制开关K2导通，且导通的第一控制开关K1和第二控制开关K2分别位于不同的控制臂H上。脉冲宽度调制器PWM分别电性连接三个控制臂H上的三个第二控制开关K2，为三个第二控制开关K2提供导通频率高于第一控制开关K1的导通频率的驱动信号。检测元件R分别与每一控制臂H串联。比较器A其中一输入端电性连接检测元件R，另一输入端电性连接基准信号源S。 

于本实施例中，带检测功能的电机控制器控制三相电机，三个控制臂H（第一控制臂Ha、第二控制臂Hb、第三控制臂Hc）从左到右分别控制电机的a、b、c三相电流。通过控制三个控制臂H的导通情况来实现电机的换相。然而，本实用新型对此不作任何限定。其中，三个控制臂H上的三个第一控制开关K1分别电性连接在主控制器的三个控制接口上，利用主控制器输出的脉冲来实现第一控制开关K1的导通与关断。而三个控制臂H上的三个第二控制开关K2的开通与关断则是通过脉冲宽度调制器PWM提供的具有更高频率的脉冲来实现。 

定义三个第一控制开关K1导通一次为一个周期，相角为360度。第一控制开关K1或第二控制开关K2导通的相角为导通角。为实现三相电机换相，设置三个控制臂H上的三个第一控制开关K1的导通角均为120度，三个第一控制开关K1交替导通。且设置三个第二控制开关K2的导通角均为120度，三个第二控制开关K2交替导通。第一控制开关K1的导通角通过调节主控制器的输出脉冲来实现。而第二控制开关K2的导通角通过调节脉冲宽度调制器PWM的输出脉冲来实现。 

在初始1/6周期内第一控制臂Ha上的第一控制开关K1以及第三控制臂Hc上的第二控制开关K2导通。且在脉冲宽度调制器PWM的控制下，第二控制开关K2高速开通关断，电机高速转动。此时设置在电机上的霍尔传感器检测电机的转速，并将检测到的转速传递给主控制器，主控制器判断当前转速与目标转速是否相同。若当前转速过高，主控制器输出控制信号至脉冲宽度调制器PWM，降低输出至第二控制开关K2的脉冲频率，使得在该1/6周期内，脉冲信号的占空比减小，输出至电机的有效电压幅值降低，电机转速降低。 

相反的，若当前转速过低，主控制器输出控制信号至脉冲宽度调制器PWM，提高输出至第二控制开关K2的脉冲频率，使得在该1/6周期内，脉冲信号的占空比增加，输出至电机的有效电压幅值增加，电机转速提高。且于本实施例中，脉冲宽度调制器PWM为可调式，主控制器内的比较单元可通过对比当前的脉冲频率来自动调节脉冲宽度调制器PWM的输出，使得电机在符合目标值的速度下运行。同理在2/6周期、3/6周期、4/6周期、5/6周期、6/6周期内电机实现换相，并通过控制相应的第二控制开关K2来实现电机转速的控制。 

于本实施例中，为了便于控制，设置三个控制臂H的结构完全相同，每一控制臂H均由开启条件相同的第一控制开关K1和第二控制开关K2串联组成。优选的，设置第一控制开关K1和第二控制开关K2相同均为NMOS。三个第一控制开关K1的栅极分别与主控制器上的三个控制端相连，源级与电源相连接，漏极分别与同一控制臂H上的第二控制开关K2的的漏极相连接。三个第二控制开关K2的源级均与检测元件R串联。然而，本实用新型对此不作任何限定。于其它实施例中，第一控制开关K1和第二控制开关K2相同均为PMOS或其它开关元件。 

于本实施例中，NMOS管内寄生有一反向并联的二极管，该二极管可起到续流作用，防止第一控制开关K1和第二控制开关K2因高速开关产生高压电动势对第一控制开关K1、第二控制开关K2以及其它器件造成损坏。于其它实施例中，若第一控制开关K1和第二控制开关K2为其它开关元件，如晶闸管或继电器，则需在其两端并联一反相二极管，起续流作用。且该二极管为快速恢复二极管或肖特基二极管。 

在实际使用过程中，为防止因电机异常工作，譬如发生堵转、冷却水无水或缺水时控制器因电流过大而损坏。于本实施例中，在三个控制臂H上串联一检测元件R。检测元件R实时检测控制臂H内的电流值。一旦电机异常工作，流经每一控制臂H的电流将迅速增加，检测元件R上的电压将迅速上升。比较器A比较检测元件R检测到的电压值和基准信号源S。一旦检测的电压值超过基准信号源S提供的电压值，比较器A输出关断信号至主控制器，主控制器快速关断三个控制臂H。整个过程在几个微秒内完成，不会使控制器发生损坏。 

于本实施例中，信号基准源S为由可变电阻所组成的分压网络组成。用户可根据不同的电机或不同的电机使用环境设置不同的目标值。 

综上所述，电机的控制实质上是对电机线圈绕组高频率通断电来实现的。不同的通断电频率，电机具有不同的转速，且通断电频率越高，电机转速越快。本实用新型通过设置三个控制臂H实现电机的三相控制，并在每一控制臂H上分别设置相互串联的、具有不同开关频率且交替导通的第一控制开关K1和第二控制关K2。不同开关频率的第一控制开关K1和第二控制开关K2实现了不同电机转速的控制。 

且设置检测元件R分别与三个控制臂H串联，实时检测流过三个控制臂H的电流，并将该电流值转换为电压提供给比较器A。比较器A通过比较检测到的电压值来判断是否出现故障，并将判断的结果提供给主控制器。一旦出现故障，主控制器将快速关断三个控制臂H，实现故障的实时检测。 

虽然本实用新型已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟知此技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。 

Claims (8)

1.一种带检测功能的电机控制器，连接在主控制器与电机之间，其特征在于，包括：

三个控制臂，所述三个控制臂并联，每一所述控制臂均包括相互串联的第一控制开关和第二控制开关，任一时刻三个控制臂中只有一个第一控制开关和一个第二控制开关导通，且导通的第一控制开关和第二控制开关分别位于不同的控制臂上；

脉冲宽度调制器，分别电性连接所述三个控制臂上的三个第二控制开关，为所述三个第二控制开关提供导通频率高于第一控制开关导通频率的驱动信号；

检测元件，分别与每一所述控制臂串联；

比较器，其中一输入端电性连接所述检测元件，另一输入端电性连接基准信号源。

2.根据权利要求1所述的带检测功能的电机控制器，其特征在于，三个所述控制臂的结构完全相同，每一所述控制臂均由开启条件相同的第一控制开关和第二控制开关串联组成。

3.根据权利要求2所述的带检测功能的电机控制器，其特征在于，所述第一控制开关和第二控制开关相同，均为NMOS或PMOS。

4.根据权利要求1所述的带检测功能的电机控制器，其特征在于，三个所述控制臂上的三个第一控制开关的导通角均为120度，三个所述第一控制开关交替导通。

5.根据权利要求4所述的带检测功能的电机控制器，其特征在于，三个所述控制臂上的三个第二控制开关的导通角均为120度，三个所述第二控制开关交替导通。

6.根据权利要求1所述的带检测功能的电机控制器，其特征在于，所述基准信号源为由可变电阻所组成的分压网络。

7.根据权利要求1所述的带检测功能的电机控制器，其特征在于，每一所述第一控制开关和第二控制开关的两端均反向并联有一二极管。

8.根据权利要求7所述的带检测功能的电机控制器，其特征在于，所述二极管为快速恢复二极管或肖特基二极管。