CN208638018U - 一种控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种控制器，包括采样单元、负电流处理单元、负电流保护单元和驱动控制单元；采样单元至少部分连接在采样回路中，输出采样信号至负电流处理单元；负电流处理单元的输入端连接到采样单元，将负电流采样信号进行正向处理得到正电压信号后，输出至负电流保护单元；负电流保护单元的输入端连接到负电流处理单元输出端，输出端连接到驱动控制单元，将保护信号输出至所述驱动控制单元；驱动控制单元根据保护信号执行保护动作。本实用新型通过负电流处理单元对负电流采样信号进行正向处理，再通过负电流保护单元实现负向电流的过流保护。

Description

一种控制器

技术领域

本实用新型涉及电路保护技术领域，尤其涉及一种实现过流保护的控制器。

背景技术

在电子产品中，为了防止电流过大造成器件损坏而引起产品故障，设置过流保护电路。在一些控制系统中，不仅中会出现正向电流，还会出现反向电流；因此，不仅会存在正向过流，还会存在反向过流。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种控制器，有效解决因负向电流过大导致的控制器故障的问题。具体技术方案如下：

一种控制器，包括采样单元、负电流处理单元、负电流保护单元和驱动控制单元；

所述采样单元至少部分连接在采样回路中，采样采样回路的电流，并输出采样信号至所述负电流处理单元；

所述负电流处理单元的输入端连接到所述采样单元，输出端连接到所述负电流保护单元，将负电流采样信号进行正向处理得到正电压信号后，输出至所述负电流保护单元；

所述负电流保护单元的输入端连接到所述负电流处理单元输出端，输出端连接到所述驱动控制单元，将保护信号输出至所述驱动控制单元，所述驱动控制单元根据所述保护信号执行保护动作。

本实用新型实施例提供的一种控制器，通过负电流处理单元将压缩机的负电流采样信号进行处理，得到正电压信号，并输入到负电流保护单元；负电流保护单元根据所述正电压信号生成保护信号，并将保护信号输入到驱动控制单元；最后，驱动控制单元根据保护信号执行保护动作，从而实现压缩机负向电流过流的保护，有效提高了电路稳定性，保证压缩机的运行安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一实施例提供的控制器的电路框图；

图2是本实用新型另一实施例提供的控制器电路框图；

图3是本实用新型另一实施例提供的控制器电路示意图；

图4是本实用新型另一实施例提供的控制器电路示意图。

具体实施方式

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。

在电路中，过流保护是常见的一种功能，当电流只有一种方向时(我们称该电流的流向为正向)，仅需设置正向电流过流保护电路即可实现过流保护。但是，在很多电路回路中，比如电机的主控回路，电流方向并不固定，也就是说，既有正向电流，又有负向电流(与正向电流方向相反的电流)，因此，仅设置正向电流过流保护电路不足以实现负向过流保护。

基于此，本实用新型实施例提供了一种控制器，如图1所示，包括采样单元11、负电流处理单元12、负电流保护单元13和驱动控制单元14；

所述采样单元11至少部分连接在采样回路中，用于采样所述采样回路的电流，并输出采样信号至所述负电流处理单元12；

所述负电流处理单元12的输入端连接到所述采样单元，输出端连接到所述负电流保护单元13，将负电流采样信号进行正向处理得到正电压信号后，输出至所述负电流保护单元13；

所述负电流保护单元13的输入端连接到所述负电流处理单元12输出端，输出端连接到所述驱动控制单元14，将保护信号输出至所述驱动控制单元14；所述驱动控制单元14根据所述保护信号执行保护动作。在一个实施例中，驱动控制单元用于控制电机运转，当电机发生堵塞、反转等异常时，产生负向电流，如Is2所示，采样单元可以为采样电阻，采样电阻串联在采样回路中；采样单元也可以为电流互感器，电流互感器的一侧绕组串联在采样回路中；采样单元输出端连接到负电流处理单元12，负电流处理单元12对负向的采样电流进行正向处理后，输入到负电流保护单元13，负电流保护单元13对负向的采样电流的大小进行判断，当其大于设定的负向电流阈值时，负电流保护单元13输出保护信号至驱动控制单元，驱动控制单元据此执行保护动作。

在一个实施例中，图1中的负载可以为电机。压缩机内部包括电机，压缩机驱动控制往往也为一种电机控制。用于控制压缩机的控制器中，驱动控制单元可以包括驱动单元和控制单元，常见的驱动单元包括IPM、分立器件组成的驱动单元等；控制单元包括MCU控制子单元。一种常见的用于控制压缩机的控制器包括滤波单元、整流单元、开关单元、采样单元、IPM(智能功率模块)驱动单元和MCU控制子单元；滤波单元连接到交流电源；整流单元连接在滤波单元和开关单元之间，对交流电压进行整流得到直流电压；开关单元对整流后的直流电压进行DC/DC(直流/直流)转换，开关单元具体可以为buck电路(降压式电路)、boost电路(升压式电路)或者flyback电路(反激电路)等等，IPM驱动子单元和MCU控制子单元可以控制整个压缩机控制电路的输出参数，比如输出电流(即压缩机电流)。我们知道，压缩机控制系统由于性能及使用场所的变化，各组成单元可能略有不同，但这不应理解为对本实用新型提供的一种控制器的保护范围的限定。在MCU控制子单元控制IPM驱动子单元输出六相驱动信号使压缩机正常运转时，采样单元上产生正向电流，此电流为流过压缩机线圈的相电流；在MCU控制子单元控制IPM驱动子单元输出六相驱动信号使压缩机运转时，当压缩机受到外部机械冲击(比如喷气增焓补气)时，会导致压缩机驱动异常产生失步，此时采样单元上产生负向电流，此电流为流过压缩机线圈的相电流。基于此，本实用新型实施例提供了一种控制器，能够实现负向电流的过流保护。尤其是对热风机变频空调来说，为达到极低温的制暖能效、以及低成本的要求，选择在家用变频空调基础上追加喷气增焓功能成为很多热风机变频空调厂家采取的解决方案，但喷气增焓时汽液混合态的冷媒会对压缩机电机转子造成机械冲击，尤其是在液态冷媒成分较多时冲击更大，会对压缩机的驱动造成失步、脱调的问题，此时压缩机处于电动机/发电机交替的状态，产生正/负电流交替产生的现象更为频繁及严重。

本实用新型实施例提供了一种控制器，可用于控制电机，比如压缩机，能够实现负向电流保护，如图2所示，其具体包括采样单元11、负电流处理单元12、负电流保护单元13，MCU控制子单元142和IPM驱动子单元141；

所述采样单元11连接在采样回路中，采样压缩机电流，并输出采样信号至所述负电流处理单元12；

所述负电流处理单元12的输入端连接到所述采样单元11、接收采样信号，输出端连接到所述负电流保护单元13，将负电流采样信号进行正向处理得到正电压信号后，输出至所述负电流保护单元13；

所述负电流保护单元13的输入端连接到所述负电流处理单元12输出端，输出端连接到所述MCU控制子单元142或者所述IPM驱动子单元141，将保护信号输出至所述MCU控制子单元142或者所述IPM驱动子单元141，所述MCU控制子单元142或者所述IPM驱动子单元141根据所述保护信号执行保护动作。保护动作可以是减小压缩机电流，也可以是关闭控制电路中的控制芯片、使电路处于间歇性工作状态或者直接使电路停止工作等等过流保护动作。

本实施例中，为方便说明，如图2所示，采样单元11包括采样电阻Rs，采样电阻置于流过压缩机总电流的回路中，用于检测压缩机三相电流之和；当然，采样单元11也可以包括多个串并联的采样电阻，或者其他电流采样形式，本实用新型对此不做限定。假设压缩机电流Is1为正向电流，压缩机电流Is2为负向电流，采样电阻Rs一端接地，另一端连接到负电流处理单元12，该端电压信号Vss即为采样信号。当压缩机电流为负向电流时，Vss<0，为负电流采样信号；当压缩机电流为正向电流时，Vss>0，为正电流采样信号。当负电流处理单元12接收到负电流采样信号后，对所述负电流采样信号进行正向处理，具体可以为对负电流采样信号进行信号反转或者偏置，从而得到与之对应的正电压信号Vs。正电压信号Vs输入到负电流保护单元13，负电流保护单元13根据正电压信号Vs输出保护信号Vp，具体可以为通过对正电压信号Vs与一基准信号进行计较后得到保护信号，也可以为通过利用正电压信号Vs驱动某一开关管，利用开关管的通断来输出保护信号等等。保护信号Vp输入到IPM驱动子单元141和MCU控制子单元142，IPM驱动子单元141和MCU控制子单元142根据保护信号Vp执行保护动作。

进一步的，在一个实施例中，所述负电流处理单元为偏置电路，具体的如图2所示，包括偏置电压Vcc、偏置电阻Rc和分压电阻Rf，所述偏置电阻Rc和所述分压电阻Rf串接在所述偏置电压Vcc和所述采样单元11之间，所述偏置电阻Rc和所述分压电阻Rf的公共端作为所述负电流处理单元的输出端、连接到所述负电流保护单元的输入端，所示偏置电阻Rc和所述分压电阻Rf的公共端的电压Vs为正电压信号:Vs＝Vss+(Vcc-Vss)/(Rc+Rf)*Rf，由该式可知，Vss增大，Vs增大。当负向电流小于负向过流值时，Vss对应的小于负向过流电压，对应的，Vs小于反向过流基准。需要说明的是，负向电流Is2、负电流采样信号Vss、正电压信号均为矢量信号，举例说明，-30A的负向电流小于-25A的负向电流，而实际上-30A对电路造成的过流损坏大于-20A带来的过流损坏。

进一步的，为了判断过流情况的发生，如图3所示，所述负电流保护单元13包括第一比较器U1，所述第一比较器U1的比较端作为所述负电流保护单元13的输入端，连接到所述负电流处理单元12输出端；所述第一比较器U1的基准端连接反向基准电压Vref1。具体的，当负向电流小于负向过流值时，第一比较器U1输出保护信号至IPM驱动子单元或者MCU控制子单元。本实施例中，保护信号为低电平还是高电平由IPM驱动子单元或者MCU控制子单元决定，若IPM驱动子单元或者MCU控制子单元接收高电平执行保护动作，则通过对第一比较器U1的设置使得当发生过流时，第一比较器U1输出高电平；反之，若IPM驱动子单元或者MCU控制子单元接收低电平执行保护动作，则通过对第一比较器U1的设置使得当发生过流时，第一比较器U1输出低电平即可。

如图4所示，为了在实现反向过流保护的同时，实现正向保护，本实用新型实施例还提供了一种控制器，不仅包括采样单元11、负电流处理单元12、负电流保护单元13、IPM驱动子单元141和MCU控制子单元142，还包括正电流保护单元16；所述正电流保护单元16输入端连接到采样单元11，接收正电流采样信号，根据所述正电流采样信号生成保护信号，并将所述保护信号输入至所述MCU控制子单元或者IPM驱动子单元。同样的，所述MCU控制子单元142或者所述IPM驱动子单元141根据所述保护信号执行保护动作。保护动作可以是减小压缩机电流，也可以是关闭控制电路中的控制芯片、使电路处于间歇性工作状态或者直接使电路停止工作等等过流保护动作。正电流保护单元16具体可以为通过对采样信号Vss与一基准信号进行计较后得到保护信号，也可以为通过利用采样信号Vss驱动某一开关管，利用开关管的通断来输出保护信号等等。

在一个实施例中，所述正电流保护单元16包括第二比较器U2，如图4所示，所述第二比较器U2的比较端作为所述正电流保护单元16的输入端，连接到所述采样单元、接收采样信号；所述第二比较器U2的基准端连接正向基准电压；第二比较器U2对采样信号Vss和正向基准电压Vref2进行比较，输出保护信号。具体的，当正向电流大于正向过流值时，采样信号Vss大于正向基准电压Vref2，第二比较器输出保护信号至IPM驱动子单元或者MCU控制子单元。优选的，正电流保护单元16输出的保护信号与负电流保护单元输出的保护信号相同，从而使得IPM驱动子单元或者MCU控制子单元在实现负向电流过流保护的同时，兼顾正向电流过流保护。

在另一实施例中，假设IPM驱动子单元或者MCU驱动单元执行保护动作的前提是保护端口接收到高电平信号，因此本实施例中，为实现过流保护，在电路发生过流时，第一、第二比较器输出高电平的保护信号，对应的，设置第一比较器U1的比较端为反向输入端，所述第一比较器U1的基准端为正向输入端，当负向电流小于负向过流值时，正电压信号Vs小于反向过流基准Vref1，第一比较器U1输出高电平；所述第二比较器U2的比较端为正向输入端，所述第二比较器U2的基准端为反向输入端，当正向电流大于正向过流值时，采样信号Vss大于正向过流基准Vref2，第二比较器U2输出高电平。

在上述实施例中，反向基准电压Vref1和正向基准电压Vref2可以通过电阻对偏置电压进行分压得到，如图4所示，第一电阻R1和第二电阻R2串接在偏置电压Vcc和地之间，第一电阻R1和第二电阻R2的公共端连接到所述第一比较器的基准端，第一电阻R1和第二电阻R2的公共端的电压为反向基准电压；同样的，也可以通过第三电阻R3和第四电阻R4串接在所述偏置电压Vcc和地之间对偏置电压Vcc进行分压得到正向基准电压，第三电阻R3和第四电阻R4的公共端连接到所述第二比较器的基准端，第三电阻R3和第四电阻R4的公共端的电压为正向基准电压。更进一步的，偏置电压Vcc还可以连接到第一比较器U1或者第二比较器U2的供电端，为第一比较器U1或者第二比较器U2供电。

在上述实施例中，进一步的，保护信号输入至IPM驱动子单元或者MCU控制子单元的保护端口，保护端口可以为所述IPM驱动子单元的过流保护端口，或者所述负电流保护单元输出端连接到所述MCU控制子单元的过流保护中断口。具体的，IPM驱动子单元包含IPM驱动芯片，IPM驱动芯片包括Cin/Ocp过流保护端口和Fo(fault output)端口；MCU控制子单元包含MCU控制芯片，MCU控制芯片包括过流保护中断口和Fo保护中断口。当IPM驱动子单元或者MCU控制子单元接收到保护信号后执行保护动作，具体的，保护动作为：

当IPM驱动子单元中的Cin/Ocp过流保护端口接收到保护信号后，触发IPM保护后，IPM内部硬件回路切断六路IGBT驱动信号一定时间T、同时使Fo端口输出拉低，此Fo信号反馈回MCU控制子单元，再由MCU运算处理在此一定时间T以内响应、停止六路IGBT的PWM驱动信号的输出，从而起到过电流保护作用、避免压缩机损坏；或者，当所述IPM驱动子单元的Cin/Ocp过流保护端口接收到保护信号后，直接切断所述IPM驱动子单元中的六相输入的PWM驱动信号；或者，当所述MCU控制子单元的过流中断口接收到保护信号后，切断所述IPM驱动子单元或者六相输入的PWM驱动信号。本实施例中，如果保护信号同时输入IPM驱动子单元和MCU控制子单元，除了通过IPM驱动子单元实现过流保护，还通过MCU控制子单元实现过流保护，当MCU控制子单元接收到保护信号后，停止六路IGBT的PWM驱动信号的输出，从而起到第二重保护作用。

为了实现多重保护，在所述MCU控制子单元设置过流保护选择模块，所述过流保护选择单元连接到所述偏置电阻和所述分压电阻的公共端，根据所述公共端的电压选择保护模式。具体的，所述过流保护选择模块根据所述公共端的电压大小选择不同保护模式，比如当发生负向严重过流时，公共端电压最低，过流保护单元直接关闭IGBT的驱动，整个控制系统停止运行；当过流较为严重时，公共端电压较低，间歇性关闭IGBT的驱动，从而兼顾过流保护和整个压缩机控制系统的正常工作。

本实用新型实施例提供的控制器具有以下优点：

1)设计了快速响应的压缩机负向电流过流保护硬件回路，当负向过电流产生时，能及时地通过采样单元11、负电流处理单元12、负电流保护单元13、IPM驱动子单元141、MCU控制子单元142，来使IPM内部硬件切断、以及通过MCU控制芯片控制切断六相输入的PWM驱动信号，及时地通过硬件保护回路的快速响应使功率器件IPM和压缩机安全地停止动作。

2)设计了将与负向过流信号对应的正电压信号反馈回MCU控制子单元的MCU控制芯片，使MCU控制芯片按设定的保护制御内容、进行正常的动作保护停止处理。

需要说明的是：以上实施方式仅用于说明本实用新型而并非限制本实用新型所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的实施方式对本实用新型已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本实用新型进行修改或者等同替换，而一切不脱离本实用新型的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围内。

Claims (11)

1.一种控制器，其特征在于，包括采样单元、负电流处理单元、负电流保护单元和驱动控制单元；

所述采样单元至少部分连接在采样回路中，采样所述采样回路的电流，并输出采样信号至所述负电流处理单元；

所述负电流处理单元的输入端连接到所述采样单元，输出端连接到所述负电流保护单元，将负电流采样信号进行正向处理得到正电压信号后，输出至所述负电流保护单元；

所述负电流保护单元的输入端连接到所述负电流处理单元输出端，输出端连接到所述驱动控制单元，将保护信号输出至所述驱动控制单元；所述驱动控制单元根据所述保护信号执行保护动作。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述驱动控制单元包括MCU控制子单元和IPM驱动子单元；所述负电流保护单元的输出端连接到所述MCU控制子单元或IPM驱动子单元；所述MCU控制子单元或IPM驱动子单元根据所述保护信号执行保护动作。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述负电流处理单元包括偏置电压、偏置电阻和分压电阻，所述偏置电阻和所述分压电阻串接在所述偏置电压和所述采样单元之间，所述偏置电阻和所述分压电阻的公共端作为所述负电流处理单元的输出端连接到所述负电流保护单元的输入端。

4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述负电流保护单元包括第一比较器，所述第一比较器的比较端作为所述负电流保护单元的输入端，连接到所述负电流处理单元输出端；所述第一比较器的基准端连接反向基准电压。

5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，还包括正电流保护单元；所述正电流保护单元输入端连接到采样单元接收正电流采样信号，根据所述正电流采样信号生成保护信号，并将所述保护信号输出至所述MCU控制子单元或者所述IPM驱动子单元。

6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述正电流保护单元包括第二比较器，所述第二比较器的比较端作为所述正电流保护单元的输入端连接到所述采样单元；所述第二比较器的基准端连接正向基准电压。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，第一电阻和第二电阻串接在偏置电压和地之间，所述第一电阻和第二电阻的公共端连接到所述第一比较器的基准端；

或者第三电阻和第四电阻串接在所述偏置电压和地之间，所述第三电阻和第四电阻的公共端连接到所述第二比较器的基准端；

或者所述偏置电压连接在所述第一比较器或者所述第二比较器的供电端。

8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述第一比较器的比较端为反向输入端，所述第一比较器的基准端为正向输入端；所述第二比较器的比较端为正向输入端，所述第二比较器的基准端为反向输入端。

9.根据权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述采样单元包括采样电阻，所述采样回路为流过压缩机总电流的回路。

10.根据权利要求2-9任一项所述的控制器，其特征在于，所述负电流保护单元输出端连接到所述IPM驱动子单元的过流保护端口，或者所述负电流保护单元输出端连接到所述MCU控制子单元的过流保护中断口。

11.根据权利要求3-9任一项所述的控制器，其特征在于，所述MCU控制子单元包括过流保护选择模块，所述过流保护选择模块连接到所述偏置电阻和所述分压电阻的公共端，根据所述公共端的电压选择保护模式。