TW202407371A - 用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路 - Google Patents
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Abstract
本發明提供了一種用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路。所述直流無刷電機包括三相全橋逆變電路，所述電流檢測和過流保護電路包括：電流採樣單元，被配置為採集與所述三相全橋逆變電路的電流對應的採樣電壓，並根據所述三相全橋逆變電路的功率設置偏置電壓，將所述偏置電壓施加到所述採樣電壓以生成偏置採樣電壓，並對所述偏置採樣電壓進行放大，以生成放大採樣電壓；以及過流保護單元，被配置為將所述放大採樣電壓與預定閾值進行比較，以確定所述三相全橋逆變電路的電流是否過流。
Description
本發明涉及電路領域，特別是，涉及一種用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路。
直流無刷電機因其效率高、啟動扭矩大而越來越廣泛地被應用。通常，直流無刷電機包括反電勢為方波的直流無刷電機(Brushless DC Motor,BLDC)和反電勢為弦波的永磁同步馬達(Permanent-magnet Synchronous Motor,PMSM)。
為了監測直流無刷電機的工作狀態，需要對其電流進行檢測並進行過流保護。通常，通過設置週邊電路來檢測電流並進行過流保護。然而，這種週邊電路通常比較複雜，易於受到其他信號的干擾，並且不能靈活地應用於不同的直流無刷電機，從而導致檢測和過流保護效果不佳。
因此，需要能夠準確、靈活地對直流無刷電機進行電流檢測和過流保護的方式。
根據本發明的示例性實施例提供了一種用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路，所述直流無刷電機包括三相全橋逆變電路，所述電流檢測和過流保護電路包括：電流採樣單元，被配置為採集與所述三相全橋逆變電路的電流對應的採樣電壓，並根據所述三相全橋逆變電路的功率設置偏置電壓，將所述偏置電壓施加到所述採樣電壓以生成偏置採樣電壓，並對所述偏置採樣電壓進行放大，以生成放大採樣電壓；以及過流保護單元，被配置為將所述放大採樣電壓與預定閾值進行比較，以確定所述三相全橋逆變電路的電流是否過流。
根據本發明的示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測
和過流保護電路，能夠根據直流無刷電機的不同而設置不同的偏置電壓，能夠使用放大的採樣電壓用於過流保護，從而能夠更準確、靈活地檢測直流無刷電機的電流，提高了抗干擾性能，能夠更準確地對不同的直流無刷電機進行過流保護。
100:三相全橋逆變電路
201,204,205:檢測電路
202:保護電路
300:過流保護電路
310,PGA1,PGA2:電流採樣單元
311:採樣連接單元
312:偏置電壓單元
312-1:輸入偏置電壓單元
312-2:輸出偏置電壓單元
313:放大單元
320:過流保護單元
321:比較單元
322:時間濾波單元
330:平均電流單元
331:第二選擇單元
331-1,331-2,331-3:子選擇單元
332:濾波單元
333:輸出單元
340:第一選擇單元
ADC:類比數位轉換器
C1,CR:電容器
CMP:比較器
GND:基準地
OP0,OP1,OP2:放大器
PCB:印刷電路板
PGA:運算放大器
PGA_AVG_ADC:平均放大採樣電壓
PGA0:電流採樣單元
PGA0_ADC,PGA1_ADC,PGA2_ADC:放大採樣電壓
PGA0_N,PGA0_O,PGA0_P,PGA1_N,PGA1_O,PGA1_P,PGA2_N,PGA2_O,P
GA2_P:引腳
PWM_FLT:輸出比較信號
PWM_FLT Interrupt:信號
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7,R8,R9,R10,R11,R12,R13,R14,R15,Rfilter:電阻器
RC:低通濾波器
Rcs0,Rcs1,Rcs2:電流檢測電阻器
SW,SW1:開關
Vcs,Vcs1,VOP0,VOP1:電壓
VDD:輸入偏置電壓
Voffset:輸出偏置電壓
從下面結合圖式對本發明的具體實施方式的描述中可以更好地理解本發明，其中：
圖1示出了根據一個示例性實施例的直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的電路圖。
圖2示出了根據一個示例性實施例的圖1的直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的電壓信號的示意圖。
圖3示出了根據另一示例性實施例的直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的電路圖。
圖4示出了根據一個示例性實施例的圖3的直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的電壓信號的示意圖。
圖5示出了根據本發明的一個示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的框圖。
圖6示出了根據本發明的一個示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的示意性電路圖。
圖7示出了根據本發明的一個示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路中的平均電流單元的電路圖。
圖8示出了根據本發明的另一示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的示意性電路圖。
圖9示出了根據本發明的另一示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的示意性電路圖。
下面將詳細描述本發明的各個方面的特徵和示例性實施例。
在下面的詳細描述中，提出了許多具體細節，以便提供對本發明的全面理解。但是，對於本領域技術人員來說很明顯的是，本發明可以在不需要這些具體細節中的一些細節的情況下實施。下面對實施例的描述僅僅是為了通過示出本發明的示例來提供對本發明的更好的理解。本發明決不限於下面所提出的任何具體配置和演算法，而是在不脫離本發明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和演算法的任何修改、替換和改進。在圖式和下面的描述中，沒有示出公知的結構和技術，以便避免對本發明造成不必要的模糊。
圖1示出了根據一個示例性實施例的直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的電路圖。
如圖1所示，直流無刷電機通常包括三相全橋逆變電路100，通常，對直流無刷電機進行電流檢測和過流保護是對三相全橋逆變電路100的電流進行檢測和過流保護。
例如，可對直流無刷電機的三相全橋逆變電路100的母線的電流進行檢測和過流保護。電流檢測和過流保護電路通常包括檢測電路201和保護電路202。檢測電路201連接在三相全橋逆變電路100的母線上的電流檢測電阻器Rcs0的兩端，以通過檢測電流檢測電阻器Rcs0兩端的電壓Vcs來檢測母線的電流。換言之，通過檢測電壓Vcs可以獲得三相全橋逆變電路100的電流資訊。此外，通過檢測電壓Vcs還可以獲得直流無刷電機(例如，永磁同步馬達(permanent-magnet synchronous motor，PMSM))的轉子的位置資訊。
為了限制電流檢測電阻器Rcs0的功耗，通常選擇電阻值較小的電流檢測電阻器Rcs0，例如，毫歐或十毫歐級別的電阻器。因而，電流檢測電阻器Rcs0兩端的電壓Vcs也會比較小，通常為0至幾百毫伏(mV)。為了容易地識別電壓Vcs的變化，通常需要將電壓Vcs進行放大。因此，檢測電路201通常包括放大器OP0(運算放大器)以及電阻器R2和R4，使得放大器OP0具有放大倍數Gain=(1+R4/R2)。應該理
解，上述等式中的R2和R4分別表示電阻器R2和R4的電阻值。
此外，放大器OP0輸出的信號通常需要輸入到ADC(Analog-to-digital Converter，類比數位轉換器)進行轉換與後續處理，ADC的分辨範圍通常從幾百毫伏開始，因此需要將從0V開始變化的電壓Vcs進行偏置，以使其位於ADC的分辨範圍內。因此，通常需要設置偏置電阻器R3和R1以及輸入偏置電壓VDD，使得從電阻器R1與R3之間的節點處施加到電壓Vcs的輸出偏置電壓為Voffset=VDD×R1/(R1+R3)。由此，從放大器OP0輸出的電壓為VOP0=Gain×(Vcs+VDD×R1/(R1+R3))。應該理解，上述等式中的R1和R3分別表示電阻器R1和R3的電阻值。
圖2示出了根據一個示例性實施例的圖1的直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的電壓信號的示意圖。
圖2示出了檢測的電流檢測電阻器Rcs0兩端的電壓Vcs、輸入到放大器OP0的電壓Vcs+Voffset、以及從放大器OP0輸出的電壓VOP0。圖2中的虛線表示0V的電壓。由圖2可以看出，在施加了輸出偏置電壓Voffset之後，輸入到放大器OP0的電壓Vcs+Voffset具有大於0V的電壓值，即其被放大後的最小電壓值可以位於後續的ADC的最小分辨電壓值以上。
此外，由圖2可以看出，檢測的電壓信號(以及由此產生的電壓Vcs+Voffset、VOP0)具有受三相全橋逆變電路100的開關SW(例如，半導體功率器件(例如，MOSFET或IGBT))影響的開關雜訊(圖2的電壓信號左側的波動部分)。
返回參照圖1，三相全橋逆變電路100有時會出現異常工況而導致暫態過流，例如，在橋臂短路或者電機相線短路等情況下。然而，三相全橋逆變電路100的開關SW(例如，功率電晶體)在流過過流的電流的情況下最大的正常工作時間通常僅為10毫秒(us)左右，因此，需要在該時間範圍內檢測出過流並進行過流保護。為此，通常設置如圖1所示的保護電路202。
該保護電路202通過電阻器R5和電容器C1對電流檢測電阻器Rcs0兩端的電壓Vcs進行濾波以減小如圖2中所示的開關雜訊，並通過比較器CMP將該電壓Vcs與通過電阻器R6和R7和輸入偏置電壓VDD設置的過流閾值(VDD×R7(R6+R7)/Rcs)進行比較，以輸出比較信號PWM_FLT。在電壓Vcs大於過流閾值時，比較器CMP翻轉以進行過流保護。
然而，比較器CMP的輸入端通常具有失調電壓，而採樣的電壓Vcs通常又比較小，因此失調電壓會對電壓值較小的Vcs帶來較大的誤差，導致過流保護的精度較低。
此外，在如圖1所示的檢測電路201和保護電路202被形成在PCB(印刷電路板)上之後，通常以上輸入偏置電壓、輸出偏置電壓、放大倍數、濾波頻寬以及閾值電流等均無法再被調整，導致以上檢測電路201和保護電路202僅適用於特定功率的直流無刷電機，無法擴展到其他功率段而無法靈活應用於不同的直流無刷電機。如果需要應用於其他功率的直流無刷電機，則需要在PCB上重新配置以上電阻器和電容器，導致該檢測電路和保護電路的應用不靈活。
圖3示出了根據另一示例性實施例的直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的電路圖。
圖3示出了需要同時對三相全橋逆變電路100的母線的電流和橋臂的電流進行檢測、並對三相全橋逆變電路100進行過流保護的情況。
如圖3所示，在圖1所示的電路的基礎上，還在三相全橋逆變電路100的兩個橋臂上設置了電流檢測電阻器Rcs1和Rcs2、以及針對該兩個橋臂上的電流檢測電阻器Rcs1和Rcs2的檢測電路204、205。這兩個檢測電路204和205與圖1所示的檢測電路201相同，這裡不再贅述。
與母線上的電流不同的是，橋臂上的電流具有正、負兩種電流方向(如圖3中的箭頭所示)，因此電流檢測電阻器Rcs1和Rcs2兩端
的電壓相對於基準地GND具有正、負兩種電壓。因此，(例如，在5V或3.3V單電壓工作系統中)需要將輸入到放大器OP1和OP2的電壓偏置到正電壓，例如，這可通過選擇具有適當電阻值的偏置電阻器R8、R10、R12和R14來實現。
圖4示出了根據一個示例性實施例的圖3的直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的電壓信號的示意圖。
圖4示出了一個橋臂的電壓信號的示例，應該理解，另一橋臂的電壓信號與圖4所示相同。
如圖4所示，檢測的電流檢測電阻器Rcs1兩端的電壓Vcs1具有大於0V的電壓值和小於0V的電壓值。偏置後的輸入到放大器OP1的電壓Vcs1+Voffset、以及從放大器OP1輸出的電壓VOP1均在0V以上。圖4中的虛線表示0V的電壓。
例如，為確保從放大器OP1輸出的電壓具有大於0V並且最小電壓值位於後續ADC的最小分辨電壓值以上的電壓值，可以將輸出偏置電壓Voffset設置為VDD/2。
然而，圖3所示的電路依然具有圖1所示的電路的上述缺點，此外，圖3所示的電路比較複雜，需要在PCB上設置15個電阻器(圖3所示的電阻器R1-R15)以及一個電容器，並且需要11個與三相全橋逆變電路100連接的連接端子，需佔用PCB上較大的佈線空間。
為至少部分地克服上述缺陷，根據本發明的實施例提供了以下用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路。
圖5示出了根據本發明的一個示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路300的框圖。
如圖5所示，直流無刷電機可以是包括如以上圖1或圖3所示的三相全橋逆變電路100的任意類型的直流無刷電機，例如，反電勢為方波的直流無刷電機(BLDC)或反電勢為弦波的永磁同步馬達(PMSM)。
在一個實施例中，根據本發明的實施例的電流檢測和過流保護電路300可以為集成在直流無刷電機的控制晶片(例如，CUP、PMSM的場域導向控制(Field Oriented Control,FOC)晶片或其他控制晶片)中的積體電路。此外，根據本發明的示例性實施例的電流檢測和過流保護電路300還可以被形成為單獨的模組。
該電流檢測和過流保護電路300包括：電流採樣單元310和過流保護單元320。
電流採樣單元310被配置為採集與三相全橋逆變電路100的電流對應的採樣電壓，並根據三相全橋逆變電路100的功率設置偏置電壓，將偏置電壓施加到採樣電壓以生成偏置採樣電壓，並對偏置採樣電壓進行放大，以生成放大採樣電壓。
在一個實施例中，上述三相全橋逆變電路100的電流可以為三相全橋逆變電路100的母線上的電流，例如，在僅需檢測三相全橋逆變電路的母線上的電流的情況下。此外，應該理解，上述電流也可以是三相全橋逆變電流的橋臂上的電流，如下文所述。
過流保護單元320被配置為將放大採樣電壓與預定閾值進行比較，以確定三相全橋逆變電路100的電流是否過流。
通過根據三相全橋逆變電路的功率來設置偏置電壓，能夠使得根據本發明的實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路通過可以靈活地應用於不同的三相全橋逆變電路，從而準確地對不同的直流無刷電機進行電流檢測和過流保護。
參照圖5和圖6，圖6示出了根據本發明的一個示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的示意性電路圖。
在一個實施例中，電流採樣單元310可以被視為是可設置放大倍數的運算放大器(PGA，例如，圖6中所示的PGA0)，並且可以包括：採樣連接單元311、偏置電壓單元312和放大單元313。
採樣連接單元311可以被配置為連接到三相全橋逆變電路
100的電流採樣電阻(例如，母線上的電流檢測電阻器Rcs0)的兩端，以採集採樣電壓(例如，Vcs)。
採樣連接單元311可以是該電流檢測和過流保護電路300所集成於的控制晶片的用於連接到三相全橋逆變電路100的電流檢測電阻器兩端的引腳，例如，圖6中所示的引腳PGA0_P和PGA0_N。
偏置電壓單元312可以被配置為根據三相全橋逆變電路100的功率以及電流採樣電阻的電阻值設置偏置電壓，並將偏置電壓施加到採樣電壓以生成偏置採樣電壓。
在一個實施例中，偏置電壓單元312可以包括：輸入偏置電壓單元312-1和輸出偏置電壓單元312-2。
輸入偏置電壓單元312-1可以被配置為根據三相全橋逆變電路的功率以及電流採樣電阻器的電阻值，生成輸入偏置電壓(例如，VDD)。
例如，可以通過控制如圖6所示的輸入偏置電壓單元312-1中的開關的接通或斷開來控制對應的電源(例如，電流源或電壓源)的接通或斷開，來生成與全橋逆變電路的功率和電流採樣電阻器的電阻值對應的輸入偏執電壓。
輸出偏置電壓單元312-2可以被配置為根據輸入偏置電壓以及採樣電壓，生成偏置採樣電壓(Voffset)。
例如，圖6中示意性示出的輸出偏置電壓單元312-2中的可變電阻器可以對應於實際的積體電路中的多個開關，可以控制該多個開關的接通或斷開來設置對應的電阻值，從而生成對應的偏置採樣電壓。
通過如上設置輸入偏置電壓以及偏置採樣電壓，可以使得根據本發明的實施例的電流檢測和過流保護電路可以靈活地應用於不同功率的三相全橋逆變電路、以及同一三相全橋逆變電路中的母線和橋臂電流(例如，圖1和圖3所示的情況)的檢測與過流保護。
放大單元313可以被配置為根據三相全橋逆變電路100的功
率以及電流採樣電阻器的電阻值對偏置採樣電壓進行放大，以生成放大採樣電壓(例如，VOP0)。
例如，圖6中示意性示出的放大單元313中的可變電阻器可以對應於實際的積體電路中的多個開關，可以控制該多個開關的接通或斷開來設置對應的電阻值，從而生成對應的放大倍數，進而通過放大單元313中的放大器OP0生成對應的放大採樣電壓。
通過如上所述調節放大單元313的放大倍數，可以使得根據本發明的實施例的電流檢測和過流保護電路進一步靈活地應用於具有不同功率、不同電阻值的電流採樣電阻器的三相全橋逆變電路，進一步提高了電流採樣以及後續的過流保護的準確性。
在一個實施例中，過流保護單元320可以包括：比較單元321和時間濾波單元322。
比較單元321可以被配置為根據三相全橋逆變電路100的功率設置預定閾值，並將放大採樣電壓與預定閾值進行比較以生成比較信號。
例如，圖6中所示的比較單元321中的輸入到比較器CMP的閾值電壓可以是根據被檢測的三相全橋逆變電路100的功率來設置的。
通過根據不同的三相全橋逆變電路的功率來設置不同的閾值電壓，可以使得根據本發明的實施例的電流檢測和過流保護電路進一步靈活地應用於具有不同功率的三相全橋逆變電路。
此外，如圖6所示的比較單元321接收的是來自電流採樣單元310的放大採樣電壓，因此，無需在該電流檢測和過流保護電路所集成於的控制晶片中設置針對比較單元321的引腳，節省了晶片的引腳資源。
時間濾波單元322可以被配置為根據三相全橋逆變電路100中的功率電晶體(例如，圖1、圖3和圖5中所示的SW)的開關性能和過流性能設置濾波時間，並在濾波時間內對比較信號進行濾波，以通過濾波後的比較信號確定三相全橋逆變電路100的電流是否過流。
在一個實施例中，開關性能可以為功率電晶體的開關時間(例如，通常為1us-2us)，過流性能可以為功率管在流過過流電流的情況下的最大正常工作時間(例如，以上示例中為10us)。
例如，可以將濾波時間設置為大於2us且小於10us，以消除電壓信號中的開關雜訊(例如，圖2和圖4中電壓信號左側的波動部分)的影響。應該理解，時間濾波單元322可以根據不同的三相全橋逆變電路中所使用的功率電晶體的開關性能和過流新能的不同，而設置不同的濾波時間。
由此，可以靈活、準確地避免過流保護單元輸出的信號(例如，PWM_FLT Interrupt)因開關雜訊的影響而導致的誤差，使得可以更準確地進行過流保護。
此外，由於輸入到比較單元321中的比較器CMP的輸入信號為放大的電壓信號(例如，VOP0)，而該放大的電壓信號通常為檢測的電流檢測電阻器兩端的電壓的幾十甚至幾百倍，因此比較器的輸入端的失調電壓對輸入信號的相對影響會大幅度減小，從而進一步提高了過流保護的準確度。
此外，在一個實施例中，為了輸出檢測的三相全橋逆變電路的電流，根據本發明的實施例的電流檢測和過流保護電路300還可以包括：平均電流單元330。平均電流單元330可以被配置為對放大採樣電壓進行低通濾波，以生成與三相全橋逆變電路100的平均電流對應的平均放大採樣電壓。
圖7示出了根據本發明的一個示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路300中的平均電流單元330的電路圖。
如圖7中所示，平均電流單元330的一端可以連接到圖6中所示的電流檢測和過流保護電路300中的電流採樣單元310與過流保護單元320之間的節點PGA處，另一端可以設置為該電流檢測和過流保護電路300所集成於的控制晶片中的引腳PGA0_O。
平均電流單元330可以包括電阻器Rfilter，該電阻器與引腳PGA0_O處的電容器CR可以形成RC低通濾波器，從而對節點PGA處的放大採樣電壓進行低通濾波，生成與三相全橋逆變電路的平均電流對應的平均放大採樣電壓PGA_AVG_ADC。在這種情況下，可以通過調節引腳PGA0_O處的電容器CR的電容值來設置低通濾波器的頻寬，從而適應不同的三相全橋逆變電路的電流、適應不同的直流無刷電機。
圖8示出了根據本發明的另一示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的示意性電路圖。
為了能夠方便、靈活地採樣三相全橋逆變電路100的母線上的電流以及橋臂上的電流，在一個實施例中，根據本發明的實施例的電流檢測和過流保護電路300可以包括三個電流採樣單元310(圖8中的PGA0、PGA1和PGA2)。每個電流採樣單元310可以被配置為連接到三相全橋逆變電路100的母線上的母線電流採樣電阻器(例如，圖5中的電流檢測電阻器Rcs0)的兩端，或者連接到三相全橋逆變電路的三個橋臂之一上的橋臂電流採樣電阻器(例如，圖5中的電流檢測電阻器Rcs1或Rcs2)的兩端。
例如，在一個實施例中，三個電流採樣單元中的一個電流採樣單元310可以連接到母線電流採樣電阻器的兩端(例如，圖8中的PGA0通過引腳PGA0_P和引腳PGA0_N連接到圖5中的電流檢測電阻器Rcs0的兩端)，三個電流採樣單元中的另外兩個電流採樣單元310可以分別連接到三相全橋逆變電路100的兩個橋臂上的橋臂電流採樣電阻器的兩端(圖8中的PGA1通過引腳PGA1_P和PGA1_N連接到圖5中的電流檢測電阻器Rcs1的兩端，圖8中的PGA2通過引腳PGA2_P和PGA2_N連接到圖5中的電流檢測電阻器Rcs2的兩端)。
在這種情況下，為了通過上述過流保護單元320對三相全橋逆變電路100進行過流保護，在一個實施例中，根據本發明的實施例的電流保護電路300還可以包括：第一選擇單元340。
第一選擇單元340可以被配置為將三個電流採樣單元中連接到母線電流採樣電阻器兩端的電流採樣單元(例如，圖8中的PGA0)所生成的放大採樣電壓輸入到過流保護單元320，以用於過流保護。
在這種情況下，在一個實施例中，上述平均電流單元330可以包括：第二選擇單元331、濾波單元332和輸出單元333。
第二選擇單元331可以包括分別與三個電流採樣單元對應的三個子選擇單元331-1、331-2和331-3。
每個子選擇單元可以被配置為將對應的電流採樣單元生成的放大採樣電壓(例如，圖8中所示的PGA0_ADC、PGA1_ADC和PGA2_ADC)輸出到輸出單元333(例如，如圖8中所示的引腳PGA0_O、PGA1_O和PGA2_O)以進行輸出，或者使對應的電流採樣單元生成的放大採樣電壓通過濾波單元(例如，由電阻器Rfilter和對應引腳處的電容器形成的低通濾波器)進行低通濾波以生成通過輸出單元進行輸出的平均放大採樣電壓PGA_AVG_ADC。
例如，如圖8所示，在需要將對應的電流採樣單元生成的放大採樣電壓直接輸出到輸出單元進行輸出時，可以斷開開關SW1，從而不對該放大採樣電壓進行低通濾波。在需要將對應的電流採樣單元生成的放大採樣電壓進行低通濾波以生成平均放大採樣電壓時，可以接通開關SW1，從而形成由電阻器Rfilter和引腳處的電容器構成的低通濾波器，來對放大採樣電壓進行低通濾波。
在一個實施例中，三個子選擇單元中與連接到母線電流採樣電阻器的電流採樣單元對應的子選擇單元(例如，圖8中的子選擇單元331-1)，使對應的電流採樣單元(例如，圖8中的PGA0)生成的放大採樣電壓(例如，圖8中的PGA0_ADC)通過濾波單元進行低通濾波以生成通過輸出單元(例如，圖8中的引腳PGA0_O)進行輸出的平均放大採樣電壓。
此外，在一些情況下，為了節省電流檢測和過流保護電路所
集成於的控制晶片的引腳數量，可以不設置用於平均電流單元的輸出的引腳，而僅設置用於電流採樣單元310的引腳，如圖9中所示。
圖9示出了根據本發明的另一示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路的示意性電路圖。
如圖9中所示，用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路可僅具有與三個電流採樣單元310對應的引腳PGA0_P、PGA0_N、PGA1_P、PGA1_N、PGA2_P和PGA2_N。而實際的電流檢測和過流保護電路仍可以具有集成在該控制晶片內部的平均電流單元(圖9未示出)以用於在控制晶片內部對檢測的電壓進行相應的監視和處理。
根據本發明的示例性實施例的用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路，能夠根據直流無刷電機的不同而設置不同的偏置電壓，能夠使用放大的採樣電壓用於過流保護，從而能夠更準確、靈活地檢測直流無刷電機的電流，提高了抗干擾性能，能夠更準確地對不同的直流無刷電機進行過流保護。
本發明可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。例如，特定實施例中所描述的演算法可以被修改，而系統體系結構並不脫離本發明的基本精神。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本發明的範圍由所附請求項而非上述描述定義，並且，落入請求項的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本發明的範圍之中。
100:三相全橋逆變電路
300:過流保護電路
310:電流採樣單元
311:採樣連接單元
312:偏置電壓單元
313:放大單元
320:過流保護單元
Rcs0,Rcs1,Rcs2:電流檢測電阻器
SW:開關
Vcs1:電壓
Claims (13)
- 一種用於直流無刷電機的電流檢測和過流保護電路，所述直流無刷電機包括三相全橋逆變電路，所述電流檢測和過流保護電路包括：電流採樣單元，被配置為採集與所述三相全橋逆變電路的電流對應的採樣電壓，並根據所述三相全橋逆變電路的功率設置偏置電壓，將所述偏置電壓施加到所述採樣電壓以生成偏置採樣電壓，並對所述偏置採樣電壓進行放大，以生成放大採樣電壓；以及過流保護單元，被配置為將所述放大採樣電壓與預定閾值進行比較，以確定所述三相全橋逆變電路的電流是否過流。
- 如請求項1所述的電流檢測和電流檢測和過流保護電路，其中，所述電流採樣單元包括：採樣連接單元，被配置為連接到所述三相全橋逆變電路的電流採樣電阻器的兩端，以採集所述採樣電壓；偏置電壓單元，被配置為根據所述三相全橋逆變電路的功率以及所述電流採樣電阻器的電阻值設置所述偏置電壓，並將所述偏置電壓施加到所述採樣電壓以生成偏置採樣電壓；以及放大單元，被配置為根據所述三相全橋逆變電路的功率以及所述電流採樣電阻器的電阻值對所述偏置採樣電壓進行放大，以生成所述放大採樣電壓。
- 如請求項2所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述偏置電壓單元包括：輸入偏置電壓單元，被配置為根據所述三相全橋逆變電路的功率以及所述電流採樣電阻器的電阻值，生成輸入偏置電壓；以及輸出偏置電壓單元，被配置為根據所述輸入偏置電壓以及所述採樣電壓，生成所述偏置採樣電壓。
- 如請求項1所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述過流保護單元包括：比較單元，被配置為根據所述三相全橋逆變電路的功率設置所述預定閾值，並將所述放大採樣電壓與所述預定閾值進行比較以生成比較訊號；以及時間濾波單元，被配置為根據所述三相全橋逆變電路中的功率電晶體的開關性能和過流性能設置濾波時間，並在所述濾波時間內對所述比較訊號進行濾波，以通過濾波後的比較訊號確定所述三相全橋逆變電路的電流是否過流。
- 如請求項4所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述開關性能為所述功率電晶體的開關時間，所述過流性能為所述功率管在流過過流電流的情況下的最大正常工作時間。
- 如請求項1-5中任一項所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述電流為所述三相全橋逆變電路的母線上的電流。
- 如請求項2所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述電流檢測和過流保護電路還包括：平均電流單元，被配置為對所述放大採樣電壓進行低通濾波，以生成與所述三相全橋逆變電路的平均電流對應的平均放大採樣電壓。
- 如請求項7所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述電流檢測和過流保護電路包括三個電流採樣單元，其中，每個電流採樣單元被配置為連接到所述三相全橋逆變電路的母線上的母線電流採樣電阻器的兩端，或者連接到所述三相全橋逆變電路的三個橋臂之一上的橋臂電流採樣電阻器的兩端。
- 如請求項8所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述三個電流採樣單元中的一個電流採樣單元連接到所述母線電流採樣電阻器的兩端，所述三個電流採樣單元中的另外兩個電流採樣單元分別連接到所述三相全橋逆變電路的兩個橋臂上的橋臂電流採樣電阻器的兩端。
- 如請求項9所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述電流保護電路還包括：第一選擇單元，被配置為將所述三個電流採樣單元中連接到所述母線電流採樣電阻器兩端的電流採樣單元所生成的放大採樣電壓輸入到所述過流保護單元。
- 如請求項10所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述平均電流單元包括：第二選擇單元、濾波單元和輸出單元，其中，第二選擇單元包括分別與所述三個電流採樣單元對應的三個子選擇單元，其中，每個子選擇單元被配置為將對應的電流採樣單元生成的放大採樣電壓輸出到所述輸出單元以進行輸出，或者使對應的電流採樣單元生成的放大採樣電壓通過所述濾波單元進行低通濾波以生成通過所述輸出單元進行輸出的所述平均放大採樣電壓。
- 如請求項11所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述三個子選擇單元中與連接到所述母線電流採樣電阻器的電流採樣單元對應的子選擇單元，使對應的電流採樣單元生成的放大採樣電壓通過所述濾波單元進行低通濾波以生成通過所述輸出單元進行輸出的所述平均放大採樣電壓。
- 如請求項1-5、7-12中任一項所述的電流檢測和過流保護電路，其中，所述電流檢測和過流保護電路為集成在所述直流無刷電機的控制晶片中的積體電路。
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