CN211293695U - 一种控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种控制器，包括主控单元、三相电机驱动控制单元、相电流采样单元和总电流采样单元；三相电机驱动控制单元的至少2相驱动回路中设置有所述相电流采样单元，主控单元输入端连接到相电流采样单元输出端；主控单元输出端连接到三相电机驱动控制单元的控制信号输入端；总电流采样单元设置在三相电机驱动控制单元的总电流回路中，采样电机总电流；总电流采样单元输出端连接到所述三相电机驱动控制单元的电流信号输入口，接收总电流采样信号；三相电机驱动控制单元根据所述总电流采样信号进行过电流保护。该控制器过流保护的采样信号不会影响驱动控制的精度，却能实现可靠的过电流保护。

Description

一种控制器

技术领域

本实用新型涉及电控领域，更具体的说，涉及一种关于电机控制的控制器。

背景技术

在电机控制技术领域，比如空调压缩机、风机等电机的控制中，为了对电机运行进行控制，需要进行电流控制；为了避免电机或功率器件等发生过电流损坏，往往又需要设置过电流保护控制。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种控制器，能够实现电机驱动控制所需的电流采样及过电流保护控制的电流采样。

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，包括主控单元、三相电机驱动控制单元、相电流采样单元和总电流采样单元；

所述三相电机驱动控制单元的至少2相驱动回路中设置有所述相电流采样单元，所述主控单元输入端连接到所述相电流采样单元输出端，接收至少两相的相电流采样信号；所述主控单元输出端连接到所述三相电机驱动控制单元的控制信号输入端，所述主控单元根据所述相电流采样信号生成电机控制信号后输出至三相电机驱动控制单元的控制信号输入端；

所述总电流采样单元设置在所述三相电机驱动控制单元的总电流回路中，采样所述三相电机驱动控制单元的总电流；所述三相电机驱动控制单元的电流信号输入端连接到所述总电流采样单元输出端，接收总电流采样信号；所述三相电机驱动控制单元根据所述总电流采样信号进行过电流保护。

可选的，三相电机驱动控制单元的3相驱动回路中均设置有所述相电流采样单元；或者，

所述三相电机驱动控制单元的任意2相驱动回路中设置有所述相电流采样单元，另一相相电流的控制信号由三相相电流矢量和为0计算得到。

可选的，所述总电流采样单元设置在所述三相电机驱动控制单元的总电流回路中，具体为，所述总电流采样单元置于各相电流采样单元的集合点与参考地之间；所述相电流采样单元包括相电流采样电阻或者霍尔传感器，所述总电流采样单元包括总电流采样电阻或者霍尔传感器。

可选的，所述主控单元包括MCU控制芯片或者DSP控制芯片；

所述三相电机驱动控制单元包括IPM智能控制功率模组。

可选的，所述总电流采样单元输出端连接到所述IPM智能控制功率模组的电流输入端口，所述IPM智能控制功率模组内设过流保护阈值，当所述总电流采样信号大于所述过流保护阈值时，所述三相电机驱动控制单元关断三相驱动信号。

可选的，所述总电流采样单元输出端和所述电流输入端口之间设有RC滤波电路，所述RC滤波电路包括滤波电阻和滤波电容；所述滤波电阻连接在所述总电流采样单元输出端和所述电流输入端口之间，所述滤波电容连接在所述参考地和所述电流输入端口之间。

可选的，所述总电流采样单元通过比较单元连接到所述IPM智能控制功率模组的电流输入端口，当所述总电流采样信号大于比较单元预设阈值时，所述比较单元输出高电平信号，所述三相电机驱动控制单元根据所述高电平信号关断IPM智能控制功率模组的三相驱动电力器件。

可选的，所述IPM智能控制功率模组的过流保护端口连接到所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片，将过流保护告警信号输出至所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片，所述主控单元根据所述过流保护告警信号关闭6路电机控制信号。

可选的，还包括差分放大单元，所述差分放大单元的输入端连接到对应的相电流采样电阻两端，输出端连接到所述主控单元输入端。

可选的，还包括滤波电路，所述相电流采样电路和所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片输入端之间设有所述滤波电路。

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，用于控制三相电机，该控制器的电机电流控制信号由相电流采样单元进行采样，即主控单元根据相电流采样单元采样得到的相电流采样信号进行电机电流的驱动控制；而该控制器的过流信号由总电流采样单元进行采样，即三相电机驱动控制单元根据总电流采样单元采样得到的总电流采样信号进行过流保护控制。过流保护的采样信号不会影响驱动控制的精度，却能实现可靠的过电流保护。

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电路示意原理图；

图2为本实用新型实施例提供的另一种控制器的电路示意原理图；

图3为本实用新型实施例提供的再一种控制器的电路示意原理图。

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。

参照图1，本申请实施例提供了一种控制器，包括主控单元10、三相电机驱动控制单元11、相电流采样单元12和总电流采样单元13；电机运行过程中，三相电机驱动控制单元11接收到主控单元10发来的电机控制信号，并根据电机控制信号生成U/V/W三相驱动信号，发送至电机M，驱动电机M运行。

三相电机驱动控制单元11的至少2相驱动回路中设置有所述相电流采样单元12，所述主控单元10输入端连接到所述相电流采样单元12输出端，接收相电流采样信号；所述主控单元10输出端连接到所述三相电机驱动控制单元11的控制信号输入端，所述主控单元10根据所述相电流采样信号生成电机控制信号后输出至三相电机驱动控制单元11的控制信号输入端，三相电机驱动控制单元11根据电机控制信号生成U/V/W三相驱动信号，并发送至电机M，驱动电机M运行；具体的，主控单元10可以根据相电流采样信号实施电机的转子同步与矢量控制，从而得到电机控制信号。另外，当仅采样2相驱动回路中的相电流采样信号时，另一路的相电流采样信号由3相相电流矢量和为0计算得到，从而实现第三路相电流的控制。主控芯片用于进行电机控制信号的控制算法中应考虑到总电流采样单元上的电压对相电流采样信号的影响，如果没有设置差分放大单元，可以利用相电流采样信号减去总电流采样单元的采样信号得到对应相电流实际大小的控制信号，此时，总电流采样单元的输出端也连接到主控单元，提供被减参数；即，主控单元同时接收相电流采样信号和总电流采样单元输出的采样信号，并将相电流采样信号减去总电流采样单元输出的采样信号，从而根据两者之差生成电机控制信号后输出至三相电机驱动控制单元11的控制信号输入端。

总电流采样单元13设置在三相电机驱动控制单元11的总电流回路中，采样三相电机驱动控制单元的总电流；总电流采样单元13输出端连接到所述三相电机驱动控制单元的电流信号输入端，接收总电流采样信号；三相电机驱动控制单元11根据所述总电流采样信号进行过电流保护。当控制器或压缩机发生故障、产生过电流时，总电流采样单元上得到的总电流采样信号将增大，当其增大到三相电机驱动控制单元设定的过流保护阈值时，三相电机驱动控制单元11停止输出电机控制电流，从而防止过电流对控制器或电机造成损坏，具体的可以是关断三相驱动信号，从而关断控制器输出电流，实现过电流保护(也称为过流保护)。

上述方案可以运用于具有反转能量回馈的变转速无刷电机，其驱动控制(俗称变频控制)采用多相逆变桥及其对应的多路电流采样信号，即相电流采样单元；同时电机和驱动功率器件必须具有过电流保护功能，避免电机或功率器件过电流损坏：利用总电流采样单元即能实现对总电流的采样，从而进一步实现过电流保护。兼顾总电流采样单元的功耗限制，本申请实施例提供的控制器比较适用于中小功率电机的驱动控制，且为多路(多相)电阻采样与控制的场合，适用于空调、洗衣机、风机、水泵等的变频控制。

在空调压缩机、风机等永磁同步电机的控制中，为了对电机运行进行磁极同步和转速、扭矩控制，需要进行相电流检测和控制；为了避免电机或者功率器件等发生过电流损坏，往往又需要设置过电流保护控制。在一种控制器中，仅设置有总电流采样单元，电机控制和过流保护均通过该总电流采样单元的采样信号实现，但是在控制器运行时，可能会因为无功功率存在使得无功电流和有功电流相抵消，从而导致U/V/W三相的电流不会完全流经总电流采样单元，而此时若还是利用总电流采样单元的采样信号实现对电机控制，将会使得电机控制精度降低，甚至无法进行有效控制。在另一种控制器中，仅设置有相电流采样单元，电机控制和过流保护均通过相电流采样单元的采样信号实现，这样虽然能解决电机控制精度的问题，但是分相采样无法实现总电流的直接采样，因此会导致难以准确检测到总电流大小，进一步导致无法精准的进行过流保护，有些情况下会每相都设置过流保护，即根据每相都根据对应的相电流采样信号就行过流保护设置，但是这势必会造成电路复杂，成本高。

而本申请实施例提供的控制器，分别利用相电流采样单元和总电流采样单元进行电流运行控制和过电流保护控制，尤其适用于对永磁同步电机的180度正弦波控制(直流矢量)方法有用，控制上根据相电流采样信号实施转子位置判断与同步，实施电流环、速度环的软件闭环控制。两个采样单元独立且又相互配合工作，过流保护的采样信号不会影响驱动控制的精度，却能实现可靠的过电流保护，还能减轻设计复杂性和降低电路成本。

另外，只有电机驱动控制多相逆变桥的多路采样电阻的控制器，为了实现过电流保护采样可以采用以下方式获得：

1.多路采样信号通过采样电阻简单并联后获得，存在并联采样电阻的分压问题；多个并联采样电阻不仅存在采样信号衰减和致使采样信号的信噪比大幅降低带来误保护问题，而且由于多相电流信号的相位不同电流信号也不同，多路信号经电阻简单并联获取的信号不能代表各路的最大电流值，造成过电流值不准确和容易超过电机和逆变桥功率器件的最大电流值而致使损坏等问题。

2.多路采样信号通过二极管连接成DTL门电路(二极体晶体管逻辑门电路)，能够获取各相的最高采样电压，但因为二极管本身有正向电压降，导致多路采样保护电压较高、采样功率电阻功耗过大，仅适用于功率较小电机的驱动控制采样，且只能采样正向电流信号。

3.分别对多路电流采样信号予以处理和比较器保护，但需要多个比较器回路，电路较复杂、成本较高。

此外，多路采样电阻因为直接与参考地VGND连接，实际采样电阻上会出现较大负向电压，传递给电机控制芯片的负向电压必须有相应的负电压偏置处理回路导致电路复杂、成本高。

本申请实施例提供的控制器在利用多路采样单元(相电流采样单元)进行多相电流采样回路上再串入总电流采样单元，并置于各分路采样单元的集合点与参考地VGND之间。从分路采样单元上得到的电压信号经放大或滤波后分别送到主控单元的DSP或MCU控制芯片的AD输入端实施电机的转子同步与矢量控制；从总电流采样单元上得到的电压信号可经简单RC滤波后送至比较单元或三相电机驱动控制单元的智能控制功率模组(IPM)实现过电流保护。本申请实施例提供的控制器相对于仅利用多相逆变桥的多路采样电阻实现驱动控制和过流保护的控制器具有保护可靠、成本低、电路简单等特点。

在一个实施例中，三相电机驱动控制单元的3相驱动回路中均设置有所述相电流采样单元；即，设置三相相电流采样单元，并分别置于U/V/W三相驱动回路中，主控单元利用该采样得到的三相相电流采样信号进行电机控制。而三相电机驱动控制单元，利用总电流采样单元采样得到的过流信号进行过电流保护控制。

在另一个实施例中，三相电机驱动控制单元的任意2相，比如U/V、U/W或者V/W的驱动回路中设置有所述相电流采样单元，另一相相电流的控制信号由三相相电流矢量和为0计算得到；需要说明的是，三相相电流矢量和为0，并不意味着三相相电流采样信号和为0。

在上述实施例中，总电流采样单元13设置在三相电机驱动控制单元的总电流回路中，具体为，总电流采样单元置于各相电流采样单元的集合点C与参考地VGND之间。

在上述实施例中，具体的，相电流采样单元包括相电流采样电阻，如图2所示相电流采样单元包括采样电阻R121/R122或者如图3所示相电流采样单元包括采样电阻R121/R122/R123；而总电流采样单元包括总电流采样电阻R131。在各分路电流采样电阻的集接点C与参考地VGND之间串入了一个总电流采样电阻，不影响驱动控制的各相电流放大精度且能避免过大负向电压超出IC输入范围，还能实现功率器件的无干扰快捷过电流保护及简单的单容错功能。当然，采样单元可以包含霍尔传感器，即利用霍尔传感器实现电流采样。当使用霍尔传感器进行总电流采样时，也能够实现过电流保护，但是这种方式，负向电压可能超出控制芯片IC输入电压范围。

进一步地，如图2/3所示，在具体实施例中主控单元10包括MCU控制芯片(微控制单元控制芯片)或者DSP控制芯片(数字信号处理控制芯片)；三相电机驱动控制单元11包括IPM智能控制功率模组。其中，主控单元输入端包括MCU控制芯片或者DSP控制芯片的信号输入端口，比如AD口；而三相电机驱动控制单元11的控制信号输入端包括IPM智能控制功率模组的电机控制信号输入端口，三相电机驱动控制单元11的电流信号输入端包括IPM智能控制功率模组的电流输入端口Cin；另外，IPM智能控制功率模组还具有过流保护端口FO，主控单元的输出端连接到IPM智能控制功率模组的电机控制信号输入端口，而总电流采样单元输出端连接到电流输入端口Cin；当发生过流时，电流输入端口Cin接收到的总电流采样信号大于过流保护阈值，IPM智能控制功率模组执行过流保护；在一个实施例中，当发生过流时，IPM智能控制功率模组产生一个过流保护告警信号，进一步的，过流保护告警信号可以经过过流保护端口FO发送至所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片，具体的，过流保护端口FO连接到至所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片的一个输入端，将过流保护告警信号输出至所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片，而后主控单元10根据所述过流保护告警信号关闭6路电机控制信号。

进一步的，在一个实施例中，总电流采样单元13输出端连接到所述IPM智能控制功率模组的电流输入端口Cin，所述IPM智能控制功率模组内设过流保护阈值，当所述总电流采样信号大于所述过流保护阈值时，所述三相电机驱动控制单元关断三相驱动信号，从而停止输出至电机M的电流，起到过电流保护作用。进一步的，本实施例中为了提供采样精确度和保护IPM智能控制功率模组，如图2所示，总电流采样单元输出端和过流保护端口之间设有RC滤波电路，RC滤波电路包括滤波电阻R1和滤波电容C1；滤波电阻R1连接在总电流采样单元输出端和过流保护端口FO之间，滤波电容C1连接在参考地VGND和电流输入端口Cin之间。

在另一个实施例中，如图3所示，增加一个比较单元15进行比较判断，具体的，总电流采样单元13通过比较单元15连接到IPM智能控制功率模组的电流输入端口Cin，通过比较单元设定比较单元预设阈值；当所述总电流采样信号大于所述比较单元预设阈值时，所述比较单元输出高电平信号，而高电平信号大于IPM智能控制功率模组内设的过流保护阈值，即，IPM智能控制功率模组的电流输入端口Cin接收到的信号(高电平信号)大于其内设的过流保护阈值，此时，所述三相电机驱动控制单元关断三相驱动信号，从而停止输出电流，起到过电流保护作用。其中，比较单元可以运用比较器实现。

在上述实施例中，还可以设置：当发生过流时，IPM智能控制功率模组产生一个过流保护告警信号，过流保护告警信号可以经过过流保护端口FO发送至所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片，具体的，如图2/3所示，过流保护端口FO连接到至所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片的一个输入端，将过流保护告警信号输出至所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片，而后主控单元10根据所述过流保护告警信号关闭6路电机控制信号。

在上述实施例中，相电流采样单元经过差分放大单元之后得到相电流采样信号输出至主控单元，其中，当相电流采样单元包括相电流采样电阻时，差分放大单元14的输入端连接到对应的相电流采样电阻两端，输出端连接到所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片输入端。其中，差分放大单元可以运用差分运算放大器实现。

在上述实施例中，为了提高相电流采样精度，提高电机控制准确性，相电流采样电路12和所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片输入端之间也可以设有所述滤波电路，用于对相电流采样信号进行滤波。

本申请提供的上述实施例，至少具有下述一个优点：

1.增加一个总电流采样电阻，可以用极简单的滤波电路和最短的连线实现三相电机驱动控制模块，比如智能功率模块(IPM)的过电流保护，不仅成本极低，而且最短的连线可以确保最快捷的过电流保护且不易产生误保护，容易实现保护回路的单容错设计，在电机驱动输出端出现短路、欠相等场合，确保IPM不会损坏。

2.增加总电流采样电阻后，分路电流采样的负向电压可以迭加在总电流采样电压上，不会低于参考地电压，也不会超出控制芯片IC的输入电压范围；分路电流采样信号虽然迭加在总电流采样电压，但因差分放大单元具有共模抑制能力，总电流采样电压不会影响分路电流放大的精确性。

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 (10)

1.一种控制器，其特征在于，包括主控单元、三相电机驱动控制单元、相电流采样单元和总电流采样单元；

所述三相电机驱动控制单元的至少2相驱动回路中设置有所述相电流采样单元，所述主控单元输入端连接到所述相电流采样单元输出端，接收至少两相的相电流采样信号；所述主控单元输出端连接到所述三相电机驱动控制单元的控制信号输入端，所述主控单元根据所述相电流采样信号生成电机控制信号后输出至三相电机驱动控制单元的控制信号输入端；

所述总电流采样单元设置在所述三相电机驱动控制单元的总电流回路中，采样所述三相电机驱动控制单元的总电流；所述三相电机驱动控制单元的电流信号输入端连接到所述总电流采样单元输出端，接收总电流采样信号；所述三相电机驱动控制单元根据所述总电流采样信号进行过电流保护。

2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述三相电机驱动控制单元的3相驱动回路中均设置有所述相电流采样单元；或者，

所述三相电机驱动控制单元的任意2相驱动回路中设置有所述相电流采样单元，另一相相电流的控制信号由三相相电流矢量和为0计算得到。

3.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述总电流采样单元设置在所述三相电机驱动控制单元的总电流回路中，具体为，所述总电流采样单元置于各相电流采样单元的集合点与参考地之间；所述相电流采样单元包括相电流采样电阻或者霍尔传感器，所述总电流采样单元包括总电流采样电阻或者霍尔传感器。

4.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述主控单元包括MCU控制芯片或者DSP控制芯片；

所述三相电机驱动控制单元包括IPM智能控制功率模组。

5.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，所述总电流采样单元输出端连接到所述IPM智能控制功率模组的电流输入端口，所述IPM智能控制功率模组内设过流保护阈值，当所述总电流采样信号大于所述过流保护阈值时，所述三相电机驱动控制单元关断三相驱动信号。

6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述总电流采样单元输出端和所述电流输入端口之间设有RC滤波电路，所述RC滤波电路包括滤波电阻和滤波电容；所述滤波电阻连接在所述总电流采样单元输出端和所述电流输入端口之间，所述滤波电容连接在参考地和所述电流输入端口之间。

7.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述总电流采样单元通过比较单元连接到所述IPM智能控制功率模组的电流输入端口，当所述总电流采样信号大于比较单元预设阈值时，所述比较单元输出高电平信号，所述三相电机驱动控制单元根据所述高电平信号关断IPM智能控制功率模组的三相驱动电力器件。

8.根据权利要求5-7任一项所述的控制器，其特征在于，所述IPM智能控制功率模组的过流保护端口连接到所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片，将过流保护告警信号输出至所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片，所述主控单元根据所述过流保护告警信号关闭6路电机控制信号。

9.根据权利要求3所述的控制器，其特征在于，还包括差分放大单元，所述差分放大单元的输入端连接到对应的相电流采样电阻两端，输出端连接到所述主控单元输入端。

10.根据权利要求4所述的控制器，其特征在于，还包括滤波电路，所述相电流采样电路和所述MCU控制芯片或者DSP控制芯片输入端之间设有所述滤波电路。

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