CN211606078U - 一种电机过流保护电路和具有过流保护功能的电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及电路设计技术领域，具体涉及一种电机过流保护电路和具有过流保护功能的电机，其中过流保护电路包括采样电路和电机控制电路，该电机控制电路包括快速采样控制电路和高精度采样控制电路，分别用于控制采样电路进行快速采样和高精度采样，根据快速采样电流和高精度采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第一预设值，若是则切断对电机的PWM控制信号，通过该两种采样和判断方式，可以对电机起到双重保护的作用，同时可以起到过载和过流的保护的功能，使得保护更加全面。另外，当检测到当前电机的输入电流超过第一预设值或者第二预设值时则发出报警信息，提醒工作人员进行处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路设计技术领域，具体涉及一种电机过流保护电路和具有过流保护功能的电机。
背景技术
现有的电机过流保护电路基本都是采用模拟比较器进行电流监控，这种单一的电流监控模式容易出现判断不准确的情况，这样就会产生误判，导致电机被烧毁等。因此现有的电机过流保护电路存在保护方式单一且保护不全面的技术问题。
实用新型内容
本实用新型主要解决的技术问题是现有技术中的电机过流保护电路保护方式单一且保护不全面。
一种电机过流保护电路,包括：
两个电流传感器，分别设置在电机的U相和W相输入电路上，用于获取所述电机的U相和W相电流；
与所述电流传感器连接的采样电路，用于对所述U相和W相输入电流进行采样；
与所述采样电路和电机的驱动器连接的电机控制电路，该电机控制电路包括快速采样控制电路和高精度采样控制电路，分别用于控制所述采样电路进行快速采样和高精度采样，得到快速采样电流和高精度采样电流；
所述电机控制电路还包括硬件过流保护电路，用于根据所述快速采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第一预设值，若是则切断对所述电机的PWM控制信号；
与所述电机控制电路连接的处理器，用于根据所述高精度采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第二预设值，若是则发送控制信号给所述电机控制电路切断对所述电机的PWM控制信号；
还包括与所述处理器连接的报警装置，用于在检测到当前电机的输入电流超过第一预设值或第二预设值时发出报警信息。
在一种实施例中，所述快速采样的采样周期为500ns-1us,采样频率为1M-2M，采样位数为12-13，抽取率为8-16；所述高精度采样的采样周期为5us-10us，采样频率为100K-200K，采样位数为14-16，抽取率为32-128。
在一种实施例中，所述快速采样的采样周期为800ns,采样频率为1.5M，采样位数为12，抽取率为16；所述高精度采样的采样周期为6us，采样频率为150K，采样位数为16，抽取率为128。
在一种实施例中，所述第一预设值大于所述第二预设值。
在一种实施例中，所述采样电路包括滤波电路，用于对采样到电流模拟信号进行滤波处理。
在一种实施例中，所述采样电路还包括数模转换电路，用于将滤波后的模拟电流信号转换成数字电流信号。
在一种实施例中，所述采样电路为Sigma Delta型ADC采样电路。
在一种实施例中，所述电机控制电路为FPGA。
在一种实施例中，所述采样电路和电机控制电路之间通过DATA和CLK总线连接。
在一种实施例中，所述电机控制电路与处理器之间通过FSMC总线连接。
在一种实施例中，所述处理器为MCU。
在一种实施例中，所述报警装置为PC显示报警装置、闪光报警器或者声音报警器中的一种或多种。
一种具有过流保护功能的电机，其包括如上所述的电机过流保护电路。
依据上述实施例的电机过流保护电路，其包括电流传感器及与其连接的采样电路，还包括与采样电路和电机的控制端连接的连接电机控制电路，该电机控制电路包括快速采样控制电路和高精度采样控制电路，分别用于控制采样电路进行快速采样和高精度采样，得到快速采样电流和高精度采样电流；电机控制电路还包括硬件过流保护电路，用于根据快速采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第一预设值，若是则切断对电机的PWM控制信号，该过程采样速度快，能够快速反应起到过流保护的作用。该过流保护电路还包括与电机控制电路连接的处理器，用于根据高精度采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第二预设值，若是则发送控制信号给电机控制电路切断对电机的PWM控制信号，该过程采样精度高，判断的更加准确，通过该两种采样和判断方式，可以对电机起到双重保护的作用，同时可以起到过载和过流的保护的功能，使得保护更加全面。另外，该过流保护电路还包括与处理器连接的报警装置，当检测到当前电机的输入电流超过第一预设值或者第二预设值时则发出报警信息，提醒工作人员进行处理。
附图说明
图1为本申请实施例的电机过流保护电路示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
由于电机的变频器容量可能比电机大一档或者两档，因此当电机过载保护时变频器不一定过流，而当变频器过流时，电机已经过载，因此如果采用现有的模拟比较器的方式统一进行判断电流是否过流，则针对该情况无法实现全方位的保护，因此现有的电机过流保护电路主要存在保护方式单一且保护不全面的技术问题。
在本实用新型实施例中，提供一种电机过流保护电路，该电路包括采样电路和FPGA，FPGA包括快速采样控制电路和高精度采样控制电路，分别用于控制采样电路进行快速采样和高精度采样，得到快速采样电流和高精度采样电流；电机控制电路还包括硬件过流保护电路，用于根据快速采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第一预设值，若是则切断对电机的PWM控制信号，该过程采样速度快，能够快速反应起到过流保护的作用。该过流保护电路还包括与电机控制电路连接的处理器，用于根据高精度采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第二预设值，若是则发送控制信号给电机控制电路切断对电机的PWM控制信号，该过程采样精度高，判断的更加准确，本实施例中，第一预设值大于第二预设值，第一预设值用于判断是否过流，第二预设值用于判断是否过载，通过该两种采样和判断方式，可以对电机起到双重保护的作用，同时可以起到过载和过流的保护的功能，使得保护更加全面。另外，该过流保护电路还包括与处理器连接的报警装置，当检测到当前电机的输入电流超过第一预设值或者第二预设值时则发出报警信息，提醒工作人员进行处理。
其中，本实施例中的快速采样和高精度采样是相对而言，即快速采样控制电路31相对于高精度采样控制电路33的采样频率大，采样周期短；高精度采样控制电路33相对于快速采样控制电路31的采样精度更高。其中，快速采样的采样周期为500ns-1us、采样频率为1M-2M、采样位数为12-13、抽取率为8-16均可实现本是申请的快速采样的目的。其中，高精度采样的采样周期为5us-10us、采样频率为100K-200K、采样位数为14-16、抽取率为32-128均可实现本申请的高精度采样的目的。
实施例一：
请参考图1，本实施例提供一种电机过流保护电路，其包括分别设置电机的U相和W相上电流传感器1及与其连接的采样电路2，电流传感器1分别用于获取U相和W相的输入电流。该保护电路还包括与采样电路2和电机的控制端的驱动器6连接的连接电机控制电路3，该电机控制电路包括快速采样控制电路31和高精度采样控制电路32，分别用于控制采样电路2进行快速采样和高精度采样，得到快速采样电流和高精度采样电流；电机控制电路还包括硬件过流保护电路32，用于根据快速采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第一预设值，若是则切断对电机的PWM控制信号，避免电机因电流过大而损坏，该过程采样速度快，能够快速反应起到过流保护的作用。该过流保护电路还包括与电机控制电路3连接的处理器4，用于根据获取高精度采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第二预设值，若是则发送控制信号给电机控制电路3切断对电机的PWM控制信号，该过程采样精度高，判断的更加准确，通过该两种采样和判断方式，可以对电机起到双重保护的作用，同时可以起到过载和过流的保护的功能，使得保护更加全面。另外，该过流保护电路还包括与处理器4连接的报警装置5，当检测到当前电机的输入电流超过第一预设值或者第二预设值时报警装置5则发出报警信息，提醒工作人员进行处理。
其中，本实施例的采样电路为Sigma Delta型ADC采样电路，采用Sigma Delta ADC对电机相电流进行采样时，采样时钟为20M，最快采样时间可达50ns。Sigma Delta型ADC包括滤波电路，用于对采样到电流模拟信号进行低通滤波处理，该处用到的滤波方式主要为SinC3滤波方式，另外，Sigma Delta型ADC还包括数模转换电路，用于将滤波后的模拟电流信息转换成数字电流信号，方便电机控制电路3处理。该Sigma Delta型ADC根据抽取速率的不同得到的采样精度和速度都不相同。
电机控制电路3采用FPGA，该Sigma Delta型ADC通过时钟总线CLK和数据总线DATA与FPGA连接，FPGA中设置有快速采样控制电路31和高精度采样控制电路32，FPGA中的快速采样控制电路31和高精度采样控制电路32分别通过向Sigma Delta型ADC发送不同的采样时钟信号，控制Sigma Delta型ADC的采样频率，从而实现对电机的相电流进行采样，本实施例中快速采样控制电路31向Sigma Delta型ADC发送采样时钟信号，控制Sigma Delta型ADC的采样周期不足1us，具体的，本实施例中快速采样的采样周期为800ns、采样频率为1.5M、采样位数为12、抽取率为16，以实现快速采样，获取快速采样电流。
实现快速采样，得到快速采样电流。FPGA中的还包括硬件过流保护电路，用于判断该快速采样电流是否超过第一预设值，该第一预设值是针对过流保护设置的电流最大，若是则表示当前的相电流过大，则FPGA立即切断对电机的PWM控制信号，实现了对硬件短路过流这种情况进行保护。同时FPGA立即过流信息发送给处理器4，处理器4控制报警装置5立刻报警，提醒工作人员立即处理故障。同时，高精度采样控制电路32通过向Sigma Delta型ADC发送采样脉冲，采样采样周期为6us、采样频率为150K、采样位数为16、抽取率为128，以实现高精度采样，获取高精度采样电流。
可以控制Sigma Delta型ADC实现16位的采样精度，获取高精度采样电流，FPGA将获取高精度采样电流及时的发送给处理器4，处理器4收到FPGA发送的高精度采样电流之后将该电流与第二预设值进行比较，该第二预设值针对过载保护设置的电流最大值，若是超过该第二预设值则立即发送控制信号给FPGA，其中，FPGA还包括用于控制驱动器的电机控制模块(图中未标出)，用于切换PWM输出，FPGA收到控制信号立即切断PWM输出，同时处理器4还向报警装置5发送指令，报警装置5收到后立刻发出报警信息，提醒工作人员立即处理故障。
其中，本实施例的处理器选用MCU，处理器4与FPGA通过FSMC总线连接，实现数据的快速交互。
其中，本实施例的报警装置5选用PC显示报警装置，即通过软件显示进行报警，例如通过软件显示界面上的报警模块闪烁进行报警，在其他实施例中还可以采用闪光报警器或者声音报警器中的一种或者组合，例如采用带闪光的蜂鸣器报警。
进一步的，在报警规则上也可以设置多种情况，例如本实施例中对于电机过流保护，设计如下规则：
(1)高精度采样电流的值超过电机额定电流但未超过额定电流1.5倍的情况下，报警时间为150s；
(2)高精度采样电流的值超过额定电流1.5倍，但是未超过2.5倍，报警时间为50s；
(3)高精度采样电流的值超过额定电流2.5倍，但是未超过额定电流3倍，报警时间为10s；
(4)高精度采样电流超过额定电流3倍，立即报警。
以上报警规则对于快速采样电流同样适用，在其他实施例中，也可以设置其他报警规则，上述报警规则仅为举例说明，并非限定。
通过本实施例的电机过流保护电路，可以分别通过快递采样和高精度采样获取对应的采样电路，并基于采集的电流分别进行过载和过流判断，对电机进行了双重保护，避免了采用现有的模拟比较器进行过流判断时，方式单一，容易造成误判。同时快速采样使得整个保护过程反应速度快，保证电机运行中安全。高精度采样使得判断的结果更加精确。通过快速采样可以实现硬件过流保护，通过高精度采样可以实现软件过流和过载保护。另外，其中的第一预设值和第二预设值还可以根据需要自行配置，应用灵活性增加。由于大多数电机控制也会采用ARM和FPGA，因此采用本实施例的保护电路上无须增加额外的硬件，降低硬件成本。
实施例二
本实施例提供一种具有过流保护功能的电机，该电机包括实施例提供的过流保护电路，可以对电机起到双重且全方位的保护，以保证电机的正常运行。
以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。
Claims (10)
1.一种电机过流保护电路,其特征在于，包括：
两个电流传感器，分别设置在电机的U相和W相输入电路上，用于获取所述电机的U相和W相电流；
与所述电流传感器连接的采样电路，用于对所述U相和W相输入电流进行采样；
与所述采样电路和电机的驱动器连接的电机控制电路，该电机控制电路包括快速采样控制电路和高精度采样控制电路，分别用于控制所述采样电路进行快速采样和高精度采样，得到快速采样电流和高精度采样电流；
所述电机控制电路还包括硬件过流保护电路，用于根据所述快速采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第一预设值，若是则切断对所述电机的PWM控制信号；
与所述电机控制电路连接的处理器，用于根据所述高精度采样电流判断当前电机的输入电流是否超过第二预设值，若是则发送控制信号给所述电机控制电路切断对所述电机的PWM控制信号。
2.如权利要求1所述的电机过流保护电路，其特征在于，还包括与所述处理器连接的报警装置，用于在检测到当前电机的输入电流超过第一预设值或第二预设值时发出报警信息。
3.如权利要求1所述的电机过流保护电路，其特征在于，所述快速采样的采样周期为500ns-1us,采样频率为1M-2M，采样位数为12-13，抽取率为8-16；所述高精度采样的采样周期为5us-10us，采样频率为100K-200K，采样位数为14-16，抽取率为32-128。
4.如权利要求3所述的电机过流保护电路，其特征在于，所述快速采样的采样周期为800ns,采样频率为1.5M，采样位数为12，抽取率为16；所述高精度采样的采样周期为6us，采样频率为150K，采样位数为16，抽取率为128。
5.如权利要求1所述的电机过流保护电路，其特征在于，所述第一预设值大于所述第二预设值。
6.如权利要求1所述的电机过流保护电路，其特征在于，所述采样电路包括滤波电路，用于对采样到电流模拟信号进行滤波处理；
所述采样电路还包括数模转换电路，用于将滤波后的模拟电流信号转换成数字电流信号。
7.如权利要求1所述的电机过流保护电路，其特征在于，所述采样电路为Sigma Delta型ADC采样电路；所述电机控制电路为FPGA。
8.如权利要求1所述的电机过流保护电路，其特征在于，所述采样电路和电机控制电路之间通过DATA和CLK总线连接；所述电机控制电路与处理器之间通过FSMC总线连接。
9.如权利要求2所述的电机过流保护电路，其特征在于，所述报警装置为PC显示报警装置、闪光报警器或者声音报警器中的一种或多种。
10.一种具有过流保护功能的电机，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电机过流保护电路。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114006351A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-02-01 | 华域汽车电动系统有限公司 | 适用于电机保护快速响应的采样实现系统及方法 |
| CN114200872A (zh) * | 2022-02-16 | 2022-03-18 | 广东科伺智能科技有限公司 | 一种伺服电机抱闸系统 |
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| CN114006351B (zh) * | 2021-11-12 | 2024-11-08 | 华域汽车电动系统有限公司 | 适用于电机保护快速响应的采样实现系统及方法 |
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