CN207150418U - 过流保护电路及电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机技术领域，提供了一种过流保护电路及电机驱动器，过流保护电路包括电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元，电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元依次电性连接，且电机驱动器的开关管电性连接于控制单元与电流采样单元之间；通过电流采样单元获取开关管的三相输出电流，三相峰值获取单元检测三相输出电流中的电流最大值和电流最小值，电流比较单元将电流最大值和电流最小值均与电流保护值进行比较，并输出比较结果，控制单元根据比较结果判断三相输出电流是否过流，若过流则控制开关管关闭。本实用新型成本低、占用板面小，且过流保护及时，具有良好的实用性。

Description

过流保护电路及电机驱动器

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体而言，涉及一种过流保护电路及电机驱动器。

背景技术

随着国际能源危机的不断加重，以及人们对环境保护的要求越来越高，新能源汽车已经成为国内以及国际的发展新动力。

新能源汽车包括电机、电机驱动器和动力电池三大核心零部件。其中电机驱动器的功能是将动力电池的直流电转换为能够驱动电机的交流电，因此对它的安全性和可靠性的要求越来越高。

常见的电机驱动器分为高压电机驱动器和低压电机驱动器，高压电机驱动器一般工作电压在300V以上，驱动功率一般大于20kW，常采用IGBT管。低压驱动器一般工作电压在200V以下，驱动功率一般小于15kW，常采用MOS管。不管采用IGBT管还是MOS管，都需要进行过流保护，以保证电机驱动器的正常工作。

鉴于此，目前很过厂家已经开发出集驱动和过流保护功能与一体的驱动芯片，如用于驱动IGBT的HCPL-316、ACPL-34JT和用于驱动MOS管的IR2127，但这种过流保护方案成本昂贵，对于小功率低成本的电机驱动器并不适合。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种过流保护电路及电机驱动器，用以改善上述问题。

本实用新型是这样实现的：

一种过流保护电路，应用于电机驱动器，过流保护电路包括电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元，电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元依次电性连接，且电机驱动器的开关管电性连接于控制单元与电流采样单元之间；电流采样单元用于获取开关管的三相输出电流；三相峰值获取单元用于检测三相输出电流中的电流最大值和电流最小值；电流比较单元用于将电流最大值和电流最小值均与电流保护值进行比较，并输出比较结果；控制单元用于根据比较结果判断三相输出电流是否过流，若过流则控制开关管关闭。

进一步地，所述三相峰值获取单元包括电流最小值获取模块和电流最大值获取模块，所述电流最小值获取模块电性连接于所述电流采样单元与电源之间；所述电流最大值获取模块电性连接于所述电流采样单元与地之间。

进一步地，所述电流最小值获取模块包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第一电阻，所述第一二极管、第二二极管及第三二极管的阳极均通过所述第一电阻电性连接于所述电源，所述第一二极管、第二二极管及第三二极管的阴极均与所述电流采样单元电性连接。

进一步地，所述电流最大值获取模块包括第四二极管、第五二极管、第六二极管及第二电阻，所述第四二极管、第五二极管、第六二极管的阳极均与所述电流采样单元电性连接，所述第四二极管、第五二极管、第六二极管的阴极均通过所述第二电阻接地。

进一步地，所述电流比较单元包括第一比较器及第二比较器，所述第一比较器的正输入端与电流最小值获取模块电性连接，所述第二比较器的正输入端与电流最大值获取模块电性连接，所述第一比较器的负输入端和所述第二比较器的负输入端均与DAC电性连接，所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端均与所述控制单元电性连接。

进一步地，所述过流保护电路还包括滤波单元，所述滤波单元电性连接于所述三相峰值获取单元及电流比较单元之间，所述滤波单元用于消除所述电流采样单元误采样产生的电流尖峰。

进一步地，所述滤波单元包括第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器电性连接于所述电流最小值获取模块和所述第一比较器之间，所述第二低通滤波器电性连接于所述电流最大值获取模块和所述第二比较器之间。

进一步地，所述过流保护电路还包括驱动单元，所述驱动单元电性连接于所述控制单元与所述开关管之间，所述驱动单元用于在所述控制单元的控制下驱动所述开关管关闭。

进一步地，所述电流采样单元包括电流传感器。

一种电机驱动器，包括开关管及上述的过流保护电路，所述开关管与所述过流保护电路电性连接。所述过流保护电路包括电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元，电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元依次电性连接，且电机驱动器的开关管电性连接于控制单元与电流采样单元之间；电流采样单元用于获取开关管的三相输出电流；三相峰值获取单元用于检测三相输出电流中的电流最大值和电流最小值；电流比较单元用于将电流最大值和电流最小值均与电流保护值进行比较，并输出比较结果；控制单元用于根据比较结果判断三相输出电流是否过流，若过流则控制开关管关闭。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的一种过流保护电路及电机驱动器，过流保护电路包括电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元，电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元依次电性连接，且电机驱动器的开关管电性连接于控制单元与电流采样单元之间；通过电流采样单元获取开关管的三相输出电流，三相峰值获取单元检测三相输出电流中的电流最大值和电流最小值，电流比较单元将电流最大值和电流最小值均与电流保护值进行比较，并输出比较结果，控制单元根据比较结果判断三相输出电流是否过流，若过流则控制开关管关闭。与现有的电机驱动器过流保护电路相比，本发明成本低、占用板面小，且过流保护及时，具有良好的实用性。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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1示出了本实用新型第一实施例所提供的过流保护电路的结构框图。

图2示出了本实用新型第一实施例所提供的过流保护电路的电路图。

图3示出了本实用新型第二实施例所提供的过流保护电路的结构框图。

图4示出了本实用新型第二实施例所提供的过流保护电路的电路图。

图标：100、200-过流保护电路；110-电流采样单元；120-三相峰值获取单元；121-电流最小值获取模块；123-电流最大值获取模块；130-滤波单元；131-第一低通滤波器；133-第二低通滤波器；140-电流比较单元；141-第一比较器；143-第二比较器；150-控制单元；160-驱动单元。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，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。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

请参照图1，图1示出了本实用新型第一实施例所提供的过流保护电路100的结构框图。过流保护电路100应用于电流驱动器，且与电流驱动器的开关管电性连接。过流保护电路100包括电流采样单元110、三相峰值获取单元120、电流比较单元140、控制单元150及驱动单元160，电流采样单元110、三相峰值获取单元120、电流比较单元140、控制单元150及驱动单元160依次电性连接，且电流驱动器的开关管电性连接于驱动单元160及电流采样单元110之间。

在本实施例中，电流采样单元110用于获取开关管的三相输出电流，电流采样单元110可以是电流传感器。电流采样单元110输出的是用来指示电流大小的电压信号，可以是霍尔电流传感器输出的电压信号，也可以是电流采样电阻经过运放放大输出的电压信号。该电压信号可以是没有电压偏置的正负电压信号，也可以是带电压偏置的电压信号。

在本实施例中，三相峰值获取单元120用于检测三相输出电流中的电流最大值和电流最小值。请参照图2，三相峰值获取单元120包括电流最小值获取模块121和电流最大值获取模块123，电流最小值获取模块121电性连接于电流采样单元110与电源之间，电流最大值获取模块123电性连接于电流采样单元110与地之间。

在本实施例中，电流最小值获取模块121包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3及第一电阻R1，第一二极管D1、第二二极管D2及第三二极管D3的阳极均通过第一电阻R1电性连接于电源，第一二极管D1、第二二极管D2及第三二极管D3的阴极均与电流采样单元110电性连接，利用二极管的单向导通特性，通过第一二极管D1、第二二极管D2及第三二极管D3得到三相输出电流中的电流最小值。

在本实施例中，电流最大值获取模块123包括第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6及第二电阻R2，第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6的阳极均与电流采样单元110电性连接，第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6的阴极均通过第二电阻R2接地，利用二极管的单向导通特性，通过第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6得到三相输出电流中的电流最大值。

在本实施例中，电流比较单元140用于将三相峰值获取单元120获取的电流最大值和电流最小值均与电流保护值进行比较，并输出比较结果。电流比较单元140包括第一比较器141及第二比较器143，第一比较器141的正输入端与电流最小值获取模块121电性连接，即第一比较器141的正输入端与第一二极管D1、第二二极管D2及第三二极管D3的阳极均电性连接，第一比较器141的负输入端与DAC（Digital to analog converter，数字模拟转换器）电性连接，第一比较器141的输出端与控制单元150电性连接。第一比较器141用于将电流最小值获取模块121输出的电流最小值与DAC输出的电流保护值进行比较，并输出比较结果。

在本实施例中，第二比较器143的正输入端与电流最大值获取模块123电性连接，即第二比较器143的正输入端与第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6的阴极均电性连接，第二比较器143的负输入端与DAC（Digital to analog converter，数字模拟转换器）电性连接，第二比较器143的输出端与控制单元150电性连接。第二比较器143用于将电流最大值获取模块123输出的电流最大值与DAC输出的电流保护值进行比较，并输出比较结果。

需要说明的是，电流最小值获取模块121也可以电性连接到第一比较器141的负输入端，电流最大值获取模块123也可以电性连接到第二比较器143的负输入端，只要考虑到第一比较器141和第二比较器143输出的逻辑即可，同时，也可以根据需要输出的逻辑作相应的改变。

在本实施例中，控制单元150用于根据电流比较单元140输出的比较结果判断三相输出电流是否过流，若过流则控制开关管关闭。也就是说，控制单元150用于根据第一比较器141和第二比较器143输出的比较结果，判断三相输出电流是否过流，若过流则控制开关管关闭。

在本实施例中，驱动单元160用于在控制单元150的控制下驱动开关管关闭。开关管可以是IGBT管或者MOS管。

本实用新型第一实施例所提供的过流保护电路100的工作原理是：电流采样单元110获取开关管的三相输出电流，电流最小值获取模块121检测三相输出电流中的电流最小值，电流最大值获取模块123输出三相输出电流中的电流最大值；第一比较器141将电流最小值获取模块121输出的电流最小值与DAC输出的电流保护值进行比较，并输出比较结果；第二比较器143将电流最大值获取模块123输出的电流最大值与DAC输出的电流保护值进行比较，并输出比较结果；控制单元150根据第一比较器141、第二比较器143输出的比较结果判断三相输出电流是否过流，若过流则控制驱动单元160驱动开关管关闭。

第二实施例

请参照图3，图3示出了本实用新型第二实施例所提供的过流保护电路200的结构框图。过流保护电路200应用于电流驱动器，且与电流驱动器的开关管电性连接。过流保护电路200包括电流采样单元110、三相峰值获取单元120、滤波单元130、电流比较单元140、控制单元150及驱动单元160，电流采样单元110、三相峰值获取单元120、滤波单元130、电流比较单元140、控制单元150及驱动单元160依次电性连接，且电流驱动器的开关管电性连接于驱动单元160及电流采样单元110之间。本实施例提供的过流保护电路200，除了加入滤波单元130以外，其它电路连接均与第一实施例提供的过流保护电路100相同。

请参照图2，滤波单元130用于消除电流采样单元110误采样产生的电流尖峰。滤波单元130包括第一低通滤波器131和第二低通滤波器133，第一低通滤波器131电性连接于电流最小值获取模块121和第一比较器141之间，第二低通滤波器133电性连接于电流最大值获取模块123和第二比较器143之间。

在本实施例中，当电流采样单元110使用电流采样电阻时，由于开关管的导通关断的关系将在开关管导通的瞬间导致运放采样电流时产生很高的电压尖峰。为此，可以利用滤波单元130滤除该电流尖峰，滤波单元130可以通过选取合适的电阻电容组成低通滤波器，也可以采用有源低通滤波。

作为一种实施方式，第一低通滤波器131包括第三电阻R3和第一电容C1，第三电阻R3的一端与第一电阻R1电性连接，另一端与电机驱动器的电源电性连接。第一电容C1并联于第三电阻R3的两端，且与第一比较器141的正输入端电性连接。

作为一种实施方式，第二低通滤波器133包括第四电阻R4和第二电容C2，第四电阻R4的一端与第二电阻R2电性连接，另一端接地。第二电容C2并联于第四电阻R4的两端，且与第二比较器143的正输入端电性连接。

本实用新型第二实施例所提供的过流保护电路200的工作原理是：电流采样单元110获取开关管的三相输出电流，电流最小值获取模块121检测三相输出电流中的电流最小值，电流最大值获取模块123输出三相输出电流中的电流最大值；滤波单元130消除电流采样单元110误采样产生的电流尖峰；第一比较器141将电流最小值获取模块121输出的电流最小值与DAC输出的电流保护值进行比较，并输出比较结果；第二比较器143将电流最大值获取模块123输出的电流最大值与DAC输出的电流保护值进行比较，并输出比较结果；控制单元150根据第一比较器141、第二比较器143输出的比较结果判断三相输出电流是否过流，若过流则控制驱动单元160驱动开关管关闭。

综上所述，本实用新型提供的一种过流保护电路及电机驱动器，所述电机驱动器包括开关管及过流保护电路，开关管与过流保护电路电性连接。所述过流保护电路包括电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元，电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元依次电性连接，且电机驱动器的开关管电性连接于控制单元与电流采样单元之间；电流采样单元用于获取开关管的三相输出电流；三相峰值获取单元用于检测三相输出电流中的电流最大值和电流最小值；电流比较单元用于将电流最大值和电流最小值均与电流保护值进行比较，并输出比较结果；控制单元用于根据比较结果判断三相输出电流是否过流，若过流则控制开关管关闭。与现有的电机驱动器过流保护电路相比，本发明成本低、占用板面小，且过流保护及时，具有良好的实用性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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 (10)

1.一种过流保护电路，其特征在于，应用于电机驱动器，所述过流保护电路包括电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元，所述电流采样单元、三相峰值获取单元、电流比较单元及控制单元依次电性连接，且所述电机驱动器的开关管电性连接于所述控制单元与所述电流采样单元之间；

所述电流采样单元用于获取所述开关管的三相输出电流；

所述三相峰值获取单元用于检测所述三相输出电流中的电流最大值和电流最小值；

所述电流比较单元用于将所述电流最大值和所述电流最小值均与电流保护值进行比较，并输出比较结果；

所述控制单元用于根据所述比较结果判断所述三相输出电流是否过流，若过流则控制所述开关管关闭。

2.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述三相峰值获取单元包括电流最小值获取模块和电流最大值获取模块，所述电流最小值获取模块电性连接于所述电流采样单元与电源之间；所述电流最大值获取模块电性连接于所述电流采样单元与地之间。

3.如权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述电流最小值获取模块包括第一二极管、第二二极管、第三二极管及第一电阻，所述第一二极管、第二二极管及第三二极管的阳极均通过所述第一电阻电性连接于所述电源，所述第一二极管、第二二极管及第三二极管的阴极均与所述电流采样单元电性连接。

4.如权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述电流最大值获取模块包括第四二极管、第五二极管、第六二极管及第二电阻，所述第四二极管、第五二极管、第六二极管的阳极均与所述电流采样单元电性连接，所述第四二极管、第五二极管、第六二极管的阴极均通过所述第二电阻接地。

5.如权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述电流比较单元包括第一比较器及第二比较器，所述第一比较器的正输入端与电流最小值获取模块电性连接，所述第二比较器的正输入端与电流最大值获取模块电性连接，所述第一比较器的负输入端和所述第二比较器的负输入端均与DAC电性连接，所述第一比较器的输出端和所述第二比较器的输出端均与所述控制单元电性连接。

6.如权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括滤波单元，所述滤波单元电性连接于所述三相峰值获取单元及电流比较单元之间，所述滤波单元用于消除所述电流采样单元误采样产生的电流尖峰。

7.如权利要求6所述的过流保护电路，其特征在于，所述滤波单元包括第一低通滤波器和第二低通滤波器，所述第一低通滤波器电性连接于所述电流最大值获取模块和所述第一比较器之间，所述第二低通滤波器电性连接于所述电流最小值获取模块和所述第二比较器之间。

8.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述过流保护电路还包括驱动单元，所述驱动单元电性连接于所述控制单元与所述开关管之间，所述驱动单元用于在所述控制单元的控制下驱动所述开关管关闭。

9.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述电流采样单元包括电流传感器。

10.一种电机驱动器，其特征在于，所述电机驱动器包括开关管及权利要求1-9任一项所述的过流保护电路，所述开关管与所述过流保护电路电性连接。