CN211209282U - 一种控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种控制器，包括：电源输入端、限流电阻、对地限流器件、整流桥、第一电容和电机驱动控制单元。所述对地限流器件串联在包括所述电源输入端、整流桥、第一电容、续流二极管和地的回路中。本实用新型提供的一种控制器在上电运行时能够对电机漏电进行保护，具体的，若电机出现漏电导致对地阻抗变小，电源经过控制器对地会产生给第一电容充电的充电电流，通过在包括所述电源输入端、整流桥、第一电容、续流二极管和地的回路中串联对地限流器件，可以防止充电电流过大，从而达到保护作用。

Description

一种控制器

本申请要求于2019年10月29日提交中国专利局、申请号为201911039382.8、发明名称为“一种控制器”的国内申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本实用新型涉及电控保护领域，更具体的说，涉及一种有关漏电保护的控制器。

背景技术

目前，制冷设备上的压缩机、风机、水泵等装置均安装有电机，发明人发现：在上电的短时间内，因为各种原因，比如电机内部线圈与外壳绝缘不好，或驱动线束破损后与接地金属接触，会产生漏电；漏电不仅可能导致器件损坏，还可能带来安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种控制器，能够在上电的短时间内对电机漏电进行保护。

为解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种控制器，包括：

电源输入端、限流电阻、对地限流器件、整流桥、第一电容和电机驱动控制单元；

所述整流桥的输入侧连接到所述电源输入端，所述整流桥的输出侧连接所述第一电容，所述电机驱动控制单元的高电位端与所述第一电容高电位端相连，所述电机驱动控制单元的低电位端与所述第一电容低电位端相连；

所述电机驱动控制单元包括可控开关管和与所述可控开关管并联的续流二极管；

所述限流电阻串联在所述整流桥输入侧和所述电源输入端之间或者所述整流桥输出侧与所述第一电容之间；

所述对地限流器件串联在包括所述电源输入端、所述整流桥、所述第一电容、所述续流二极管和地的电路回路中。

可选地，所述对地限流器件包括第一电阻和与所述第一电阻并联的第一开关管，所述第一电阻连接在所述电源输入端和所述整流桥的第一输入端子之间。

可选地，所述对地限流器件还包括第二电阻和与所述第二电阻并联的第二开关管，所述第二电阻连接在所述电源输入端和所述整流桥的第二输入端子之间。

可选地，所述第一电阻或者所述第二电阻为PTC电阻，所述第一开关管或者所述第二开关管为继电器。

可选地，所述限流电阻包括所述第一电阻或者第二电阻。

可选地，所述对地限流器件包括第七二极管，所述第七二极管连接在所述第一电容高电压端和所述电机驱动控制单元之间；其中，所述第七二极管的阳极连接到所述第一电容高电压端。

可选地，所述对地限流器件包括第八二极管，所述第八二极管连接在所述第一电容低电压端和所述电机驱动控制单元之间；其中，所述第八二极管的阴极连接到所述第一电容低电压端。

可选地，所述电机驱动控制单元包括6个可控开关管和6个续流二极管，所述可控开关管为IGBT管；

或者所述电机驱动控制单元包括用于驱动电机的智能功率模块。

可选地，所述控制器还包括PFC模块；所述PFC模块连接在所述整流桥和所述第一电容之间；

所述PFC模块包括第一电感、第一二极管和PFC主开关管；

所述第一电感的一端连接到所述整流桥的正输出端，所述第一电感的另一端连接到所述PFC主开关管的第一端和所述第一二极管的阳极，所述PFC主开关管的第二端连接到所述整流桥的负输出端，所述第一二极管的阴极连接到所述第一电容的高电压端，所述PFC主开关管的控制端连接到PFC控制单元。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种控制器，在上电运行时能够对电机漏电进行保护，具体的，若电机出现漏电导致对地阻抗变小，电源经过控制器对地会产生给第一电容充电的充电电流，通过在包括所述电源输入端、整流桥、第一电容、续流二极管和地的回路中串联对地限流器件，可以防止充电电流过大，从而达到保护作用。

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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种控制器的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种控制器的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的再一种控制器的结构示意图。

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。

在制冷设备上的压缩机、风机、水泵等电机为了符合安规要求，外壳需接地处理。在电机控制器上电瞬间或上电后短时间内，控制器的控制模块、电机、IGBT模块均尚未工作，电源对第一电容的充电电流很大，此时，如果电机内部线圈与外壳绝缘不好，或者驱动线束破损与系统金属接触，在输入电源和地之间就会形成充电回路，导致控制器中的电机驱动控制单元中的与可控开关管(比如IGBT管)并联的续流二极管被大电流损坏，或者电机被大电流击穿或者其它损坏。

基于此，本实用新型实施例提供了一种控制器，参照图1，可以包括：

电源输入端、限流电阻R1、对地限流器件、整流桥DB、第一电容C1(具体可以是电解电容)和电机驱动控制单元；

上述器件的连接关系为：

参照图2，电源输入端用于接入电源AC；电源AC可以是中国市电电源，此时，电源输入端连接到中国市电电源L-N两端；也可以是欧美日的市电电源，此时电源输入端连接到欧美日的市电电源的L1-L2两端；

整流桥DB的输入侧2/3连接到电源输入端，整流桥DB的输出侧1/4连接第一电容C1，电机驱动控制单元与第一电容C1并联，具体的，所述电机驱动控制单元的高电位端与所述第一电容高电位端相连，所述电机驱动控制单元的低电位端与所述第一电容低电位端相连，毫无疑问，在实际电路中，电机驱动控制单元的高/低电位端与第一电容的高/低电位端之间还会连接其它器件，此处所说的连接并不仅指直接相连；

电机驱动控制单元包括可控开关管和与可控开关管并联的续流二极管；控制器使用时，电机驱动控制单元连接到电机，用于控制电机运行；

所述限流电阻串联在所述整流桥输入侧和所述电源输入端之间或者所述整流桥输出侧与所述第一电容之间；在一个实施例中，限流电阻R1串联在电源输入端和第一电容C1之间，当控制器上电瞬间，电源AC通过限流电阻R1对第一电容C1进行充电，防止电源AC直接作用在第一电容C1上，造成损坏。同理，当限流电阻串联在整流桥输出侧和所述第一电容之间时，当控制器上电瞬间，电源AC通过限流电阻R1对第一电容C1进行充电，防止电源AC直接作用在第一电容C1上，造成损坏。

对地限流器件串联在包括电源输入端、整流桥DB、第一电容C1、续流二极管FD和地GND的回路中，用于当电机M对地发生漏电故障时，减小或断开电源输入端对第一电容C1的充电电流。

参照图2，电机驱动控制单元2包括可控开关管和与可控开关管并联的续流二极管，可控开关管可以是绝缘栅双极型晶体管IGBT，数量可以为六个，分别称为第一IGBT M1、第二IGBT M2、第三IGBT M3、第四IGBT M4、第五IGBTM5以及第六IGBT M6；M1-M6组成三相电机的驱动控制电路。

控制电机M的大功率开关IGBT负载都是感性负载，电流突变会产生极高的感生电压，为了保护IGBT不会因突然关断产生的高压而击穿，IGBT中并联续流二极管进行保护，数量也为六个，如图1中的FD1---FD6。

第一IGBT M1的发射极、第二IGBT M2的发射极、第三IGBT M3的发射极、第四IGBTM4的集电极、第五IGBT M5的集电极和第六IGBT M6的集电极接入电机M的三相绕组，电机M还与大地GND连接。

第一IGBT M1的门极、第二IGBT M2的门极、第三IGBT M3的门极、第四IGBTM4的门极、第五IGBT M5的门极以及第六IGBT M6的门极与控制器的控制模块相连，具体与IGBT控制模块相连，实现对IGBT的控制，从而得到三相电机所需的参数。

在上述的结构中，起到漏电保护的主要器件为对地限流器件，对地限流器件可以放置在包括电源输入端、整流桥DB、第一电容C1、续流二极管FD和地GND的回路之间的多个位置，如可以放置在图1中的五个位置中的任一位置，后续会一一介绍。如果发生电机内部线圈与外壳绝缘不好，或者驱动线束破损与系统金属接触等漏电情况时，当控制器上电瞬间或短时间内，通过串接在电源输入端、整流桥DB、第一电容C1、续流二极管FD和地GND的回路中的对地限流器件能够限制该回路中的电流大小，使回路电路在电流最大限值以下，从而起到漏电保护作用。

具体的，在一个实施例中，对地限流器件包括第一电阻和与第一电阻并联的第一开关管，第一电阻连接在电源输入端和整流桥DB的第一输入端子2之间。本实施例能够实现AC正向电压的漏电保护。进一步的，对地限流器件还包括第二电阻和与第二电阻并联的第二开关管，第二电阻连接在电源输入端和整流桥DB的第二输入端子3之间，本实施例能够实现AC负向电压的漏电保护。对于交流电源，同时设置正向电压漏电保护和负向电压漏电保护，从而能够实现2个电压方向的漏电保护，进一步提高保护可靠性。本实施例中，上电瞬间或短时间内，控制器的控制模块、电机M、IGBT模块尚未得电、不工作，此时第一开关管、第二开关管断开，对第一电容C1的充电电流通过第一电阻和第二电阻，利用第一电阻和第二电阻可以限制充电电流。参照图2，在一个实施例中，上述第一电阻或者第二电阻为PTC(Positive Temperature Coefficient正温度系数)电阻：PTC1/PTC2；上述第一开关管和第二开关管为继电器：RY1/RY2。

具体的，第一PTC电阻也即图2中的PTC1，设置PTC1对上电瞬间的保护尤为突出。此外，与PTC1并联的RY1用于短路PTC1，以保护PTC1。在控制模块MCU正常工作后(非上电瞬间)，控制RY1开通，从而短路PTC1，提高电路效率。相应的，RY2用于短路PTC2，以保护PTC2，即RY1和RY2的功能相似。

本实施例中，PTC1与RY1并联,PTC2与RY2并联；PTC1的第一端和RY1的第一端分别与电源AC的正极连接；PTC1的第二端和RY1的第二端分别与整流桥DB的第一输入端子2连接；PTC2的第一端和RY2的第一端分别与电源AC的负极连接；PTC2的第二端和RY2的第二端与整流桥DB的第二输入端子3连接。其中，电源AC的正极端电压相对地GND为正电压，电源AC的负极端电压相对地GND为负电压，对于中国电源，一般正极为L、负极为N。对于欧美和日本等外国电源，一般正极为L1，负极为L2。

在本实施例中，因为第一电阻(如PTC1)和第二电阻(如PTC2)不仅串接在电源输入端、整流桥DB、第一电容C1、续流二极管FD和地GND的回路中，还串联在电源输入端和第一电容C1之间，因此，本实施例中，可以将第一电阻或者第二电阻用作限流电阻R1，无需在设置一个额外电阻用作限流电阻R1。

另外，参照图2，控制器还包括PFC电路，如boost电路，boost电路包括第一电感L，第一二极管D1和PFC主开关管Q1，第一电感L、第一二极管D1和PFC主开关管Q1设置在整流桥DB和第一电容C1之间。

第一电感L的一端连接到整流桥DB的正输出端1，第一电感L的另一端连接到PFC主开关管Q1的第一端和第一二极管D1的阳极，PFC主开关管Q1的第二端连接到整流桥DB的负输出端4，第一二极管D1的阴极连接到第一电容C1的高电压端。所述PFC主开关管Q1的控制端连接到PFC控制单元。

在实际应用中，当控制器上电瞬间，如图2中电源经过整流桥DB整流后对电解电容E1(也即第一电容C1)充电，若没有设置PTC1/PTC2,充电电流会很大，此时控制器的控制模块、电机M没有工作，IGBT没有导通，因此IGBT不会遭受大电流损坏，续流二极管FD1---FD6没有电流回路也不会损坏。但是如果电机M内部线圈与外壳绝缘不好，或者驱动线束破损与系统金属接触，就会形成对地的充电电流通道，导致与IGBT并联的续流二极管FD1---FD6被大电流损坏，或者电机M被大电流击穿，而通过设置PTC1/PTC2能够有效降低电流，且电流越大，PTC电阻阻值越大，对电流的阻碍效果越强。

在正常情况下，参照图2，对于中国电源，如图2中的虚线L-N，L-N之间220V电压，当电源处于正半周期时，电流的流向见实线箭头，电流从电源的L端流入→整流桥DB→L→D1→电解电容E1→续流二极管FD4、FD5、FD6→电机M内部线圈→大地GND。

对于欧美和日本等L1-L2之间230V电压，除了会产生上述实线箭头电流，当电源处于负半周期时，电流流向见虚线箭头，电流从大地GND流入→电机M内部线圈→续流二极管FD1、FD2、FD3→电解电容E1→整流桥DB→电源L2流出。

为了保护因为电机M或者电机M驱动线束绝缘不好产生的电流损坏IGBT的续流二极管FD1---FD6，拟在电源的输入端和整流桥DB之间各增加一个PTC1和PTC2。当上电瞬间或短时间内，控制模块没有工作，RY1和RY2没有吸合，此时电源AC经过PTC限流对电解电容E1进行充电，如果出现电机M或者电机M驱动线束绝缘不好产生漏电或者上电瞬间，PTC就会因为大电流发热成高阻态降低电流，保护续流二极管FD1---FD6和电机M不损坏。其中，PTC可以根据续流二极管FD1---FD6的耐电流能力进行选型。本实用新型实施例可以应用在上电瞬间，即在电机M上电过程中，上电瞬间会产生大电流，PTC1和PTC2就会因为大电流发热成高阻态而使电流降低，保护电机驱动控制单元中的多个IGBT、续流二极管和电机M等不被大电流损坏。

另外，对地限流器件还可以设置在整流桥DB和电机驱动控制单元之间，具体的，如图3所示，对地限流器件还包括第七二极管FD7，第七二极管FD7连接在第一电容C1高电压端和电机驱动控制单元之间，具体的，第七二极管FD7的阳极连接到第一电容C1高电压端。通过设置第七二极管FD7可以截止流向为“GND流入→电机M内部线圈→续流二极管FD1、FD2、FD3→电解电容E1→整流桥DB→电源L2流出”的充电电流，起到负向电压的漏电保护作用；进一步的，对地限流器件还包括第八二极管FD8，第八二极管FD8连接在第一电容C1低电压端和电机驱动控制单元之间，具体的，第八二极管FD8的阴极连接到第一电容C1低电压端，通过设置FD8能够截止流向为“电源的L(/L1)端流入→整流桥DB→L→D1→电解电容E1→续流二极管FD4、FD5、FD6→电机M内部线圈→大地GND”的充电电流，起到正向电压的漏电保护作用。

本实施例采用二极管漏电保护的方式，对上电瞬间和正常工作时都能起到保护。具体的，当进行三相电机驱动时，电机驱动控制单元包括6个IGBT和6个与之并联的续流二极管或者包括智能功率模块。第七二极管FD7的阳极与第一二极管D1和电解电容E1的公共端连接；第七二极管FD7的阴极与电机驱动控制单元中的第一IGBT M1的集电极、第二IGBTM2的集电极、第三IGBT M3的集电极连接。

第八二极管FD8的阳极分别与电机驱动控制单元中的第四IGBT M4的发射极、第五IGBT M5的发射极、第六IGBT M6的发射极连接；第八二极管FD8的阴极与整流桥DB的负输出端4和电解电容E1的公共端连接。

出现漏电流或大电流的情况下，现有技术中未增加第七二极管FD7和第八二极管FD8的电流流向图为：

对于中国电源，如图3中的虚线L-N，L-N之间220V电压，当电源处于正半周期时，电流的流向见实线箭头，电流从电源的L端流入→经过整流桥DBDB→电解电容E1→续流二极管FD4、FD5、FD6→电机M内部线圈→大地GND。

对于欧美和日本等L1-L2之间230V电压，除了会产生上述实线箭头电流，当电源处于负半周期时，电流流向见虚线箭头，电流从大地GND流入→电机M内部线圈→续流二极管FD1、FD2、FD3→电解电容E1→整流桥DB→电源L2流出。

本实施例中增加二极管，即第一二极管FD7和第二二极管FD8，具体的第一二极管FD7和第二二极管FD8可以为超快恢复二极管，对上电瞬间或回路运行中可能会产生的漏电流进行保护。

第七二极管FD7和第八二极管FD8可以是超快恢复二极管。对于图3中描述实线箭头标识的电流回路，电流从电源的L端流入→经过整流桥DB→电解电容E1→FD8，至此，大电流被超快恢复二极管FD8截止，起到保护作用，不会损坏IGBT和电机M。

对于图3中描述虚线箭头标识的电流回路，电流从大地GND流入→电机M内部线圈→续流二极管FD1、FD2、FD3→FD7，至此，大电流被超快恢复二极管FD7截止，起到保护作用，不会损坏IGBT和电机M。

本实施例中，在电机驱动控制单元之前设置了第一二极管FD7、第二二极管FD8，对上电瞬间或回路运行中可能会产生的漏电流进行保护。

通过上述论述可知，本实施例提供的控制器能够在上电运行时能够对电机漏电进行保护，具体的，若电机出现漏电导致对地阻抗变小，电源经过控制器对地会产生给第一电容充电的充电电流，通过在包括所述电源输入端、整流桥、第一电容、续流二极管和地的回路中串联对地限流器件，可以防止充电电流过大，从而达到保护作用。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种控制器，其特征在于，包括：

电源输入端、限流电阻、对地限流器件、整流桥、第一电容和电机驱动控制单元；

所述整流桥的输入侧连接到所述电源输入端，所述整流桥的输出侧连接所述第一电容，所述电机驱动控制单元的高电位端与所述第一电容高电位端相连，所述电机驱动控制单元的低电位端与所述第一电容低电位端相连；

所述电机驱动控制单元包括可控开关管和与所述可控开关管并联的续流二极管；

所述限流电阻串联在所述整流桥输入侧和所述电源输入端之间或者所述整流桥输出侧与所述第一电容之间；

所述对地限流器件串联在包括所述电源输入端、所述整流桥、所述第一电容、所述续流二极管和地的电路回路中。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述对地限流器件包括第一电阻和与所述第一电阻并联的第一开关管，所述第一电阻连接在所述电源输入端和所述整流桥的第一输入端子之间。

3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述对地限流器件还包括第二电阻和与所述第二电阻并联的第二开关管，所述第二电阻连接在所述电源输入端和所述整流桥的第二输入端子之间。

4.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述第一电阻或者所述第二电阻为PTC电阻，所述第一开关管或者所述第二开关管为继电器。

5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述限流电阻包括所述第一电阻或者第二电阻。

6.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述对地限流器件包括第七二极管，所述第七二极管连接在所述第一电容高电压端和所述电机驱动控制单元之间；其中，所述第七二极管的阳极连接到所述第一电容高电压端。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，所述对地限流器件包括第八二极管，所述第八二极管连接在所述第一电容低电压端和所述电机驱动控制单元之间；其中，所述第八二极管的阴极连接到所述第一电容低电压端。

8.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述电机驱动控制单元包括6个可控开关管和6个续流二极管，所述可控开关管为IGBT管；

或者所述电机驱动控制单元包括用于驱动电机的智能功率模块。

9.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述控制器还包括PFC模块；所述PFC模块连接在所述整流桥和所述第一电容之间；

所述PFC模块包括第一电感、第一二极管和PFC主开关管；

所述第一电感的一端连接到所述整流桥的正输出端，所述第一电感的另一端连接到所述PFC主开关管的第一端和所述第一二极管的阳极，所述PFC主开关管的第二端连接到所述整流桥的负输出端，所述第一二极管的阴极连接到所述第一电容的高电压端，所述PFC主开关管的控制端连接到PFC控制单元。

Images