CN103560491A - 一种汽车变频器的相电流平衡保护电路及保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车变频器的相电流平衡保护电路及保护方法，该保护电路包括用于采集变频器负载三相电流的电流互感器，还包括信号调理电路、加法器、正向参考基准生成电路、负向参考基准生成电路、正向阈值比较电路、负向阈值比较电路和与门电路。本发明还提供一种汽车变频器的相电流平衡保护方法。本发明在汽车变频器的负载工作时，通过电流互感器采集A、B、C三相电流信号，并对其进行叠加，再对叠加生成的电压进行比较，当相电流不平衡或发生故障时，其偏差电压与正常电压进行比较后，输出保护信号，用来直接关断变频器的硬件输出，相对于其它由软件判断并执行输出的电路，具有可靠性高，抗干扰能力强，输出速度快等优点。

Description

一种汽车变频器的相电流平衡保护电路及保护方法

技术领域

本发明涉及电动汽车动力控制及检测技术领域，具体是一种汽车变频器的相电流平衡保护电路及保护方法。

 

背景技术

现在电动汽车的三大关键技术包括电机、电池和电控技术，其中电控技术包括整车控制和电机控制技术。汽车变频器是实现电动汽车电机控制的核心零部件之一，其工作的可靠性直接关系到整车的整体性能与车辆的操控性和安全性等。为了保证变频器的性能和可靠性，满足快速实时控制和保护的要求，变频器的软硬件在设计过程中需要具备限流保护、过流和过压保护、对地短路保护以及过载保护等功能。

常规变频器由于成本及体积限制等因素，一般根据采集的变频器外接负载的电流信号，由软件判断电流是否存在过流、缺相、相电流不平衡等异常，若存在异常，软件再输出保护信号关断变频器的输出或停止相应的软件输出。采用软件对变频器的相电流进行判断需要经过电流信号采样、处理器运算得到判断结果、处理器输出控制信号、执行器动作等阶段，抗干扰能力较弱，控制信号输出速度较慢，在要求高的场合及环境中容易出现保护不及时的问题，可靠性较低。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种汽车变频器的相电流平衡保护电路及保护方法，当变频器外接负载的电流异常时，能够及时关断变频器的输出，有效保护变频器，使其正常工作。

本发明的技术方案为：

一种汽车变频器的相电流平衡保护电路，包括用于采集变频器负载三相电流的电流互感器，还包括信号调理电路、加法器、正向参考基准生成电路、负向参考基准生成电路、正向阈值比较电路、负向阈值比较电路和与门电路；

所述电流互感器的输出端通过信号调理电路与加法器的输入端连接，所述加法器的输出端与正向阈值比较电路的反相输入端和负向阈值比较电路的同相输入端连接，所述正向阈值比较电路的同相输入端与正向参考基准生成电路的输出端连接，所述负向阈值比较电路的反相输入端与负向参考基准生成电路的输出端连接；

所述正向阈值比较电路的输出端和负向阈值比较电路的输出端连接与门电路的输入端，所述与门电路的输出端与变频器的硬件保护电路连接。

所述的汽车变频器的相电流平衡保护电路，所述电流互感器包括A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器，所述信号调理电路包括A相信号调理电路、B相信号调理电路和C相信号调理电路；

所述A相电流互感器的输出端通过A相信号调理电路与加法器的输入端连接，所述B相电流互感器的输出端通过B相信号调理电路与加法器的输入端连接，所述C相电流互感器的输出端通过C相信号调理电路与加法器的输入端连接。

所述的汽车变频器的相电流平衡保护电路，还包括一阶滤波器，所述加法器通过一阶滤波器与正向阈值比较电路和负向阈值比较电路连接。 

所述的汽车变频器的相电流平衡保护电路，所述正向参考基准生成电路包括电源和电压基准芯片，所述电源的输出端通过电压基准芯片与正向阈值比较电路的同相输入端连接。

所述的汽车变频器的相电流平衡保护电路，所述负向参考基准生成电路包括电源、电压基准芯片和反相放大器，所述电源的输出端通过电压基准芯片与反相放大器的输入端连接，所述反相放大器的输出端与负向阈值比较电路的反相输入端连接。

一种汽车变频器的相电流平衡保护方法，包括以下顺序的步骤：

（1）采用电流互感器对变频器负载的三相电流进行采样，产生三个随负载电流变化的交流电压信号；

（2）所述三个交流电压信号经信号调理电路进行信号调理后，输入到加法器进行电压叠加；

（3）由加法器生成的叠加电压分别输入到正向阈值比较电路的反相输入端和负向阈值比较电路的同相输入端；

（4）当叠加电压大于正向参考基准电压时，正向阈值比较电路输出保护信号，当叠加电压小于负向参考基准电压时，负向阈值比较电路输出保护信号；

（5）正向阈值比较电路或负向阈值比较电路输出的保护信号经与门电路，输出一个控制信号，所述控制信号传输至变频器的硬件保护电路，关断变频器的输出。

所述的汽车变频器的相电流平衡保护方法，步骤（3）中，由加法器生成的叠加电压经一阶滤波器进行滤波，除去其中的高频及脉动成分，变成直流电压分量，所述直流电压分量分别输入到正向阈值比较电路的反相输入端和负向阈值比较电路的同相输入端。

本发明在汽车变频器的负载（三相交流电机）工作时，通过高精度电流互感器采集A、B、C三相电流信号，并对其进行叠加，再对叠加生成的电压进行比较，当相电流不平衡或发生故障时，其偏差电压与正常电压进行比较后，输出一个保护信号，用来直接关断变频器的硬件输出，相对于其它由软件判断并执行输出的电路，具有可靠性高，抗干扰能力强，输出速度快等优点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是正向参考基准生成电路示意图；

图3是负向参考基准生成电路示意图。

 

具体实施方式

如图1所示，一种汽车变频器的相电流平衡保护电路，包括A相电流互感器1、B相电流互感器2、C相电流互感器3、A相信号调理电路4、B相信号调理电路5、C相信号调理电路6、加法器7、一阶滤波器8、正向参考基准生成电路9、负向参考基准生成电路10、正向阈值比较电路11、负向阈值比较电路12和与门电路13。正向阈值比较电路11和负向阈值比较电路12均为具有两个电压输入的电压比较器电路。

A相电流互感器1、B相电流互感器2和C相电流互感器3分别用于采集变频器负载的A、B、C三相电流。A相电流互感器1的输出端与A相信号调理电路4的输入端连接，A相信号调理电路4的输出端与加法器7的输入端连接；B相电流互感器2的输出端与B相信号调理电路5的输入端连接，B相信号调理电路5的输出端与加法器7的输入端连接； C相电流互感器3的输出端与C相信号调理电路6的输入端连接，C相信号调理电路6的输出端与加法器7的输入端连接。

加法器7的输出端与一阶滤波器8的输入端连接，一阶滤波器8的输出端分别与正向阈值比较电路11的反相输入端和负向阈值比较电路12的同相输入端连接。正向阈值比较电路11的同相输入端与正向参考基准生成电路9的输出端连接，负向阈值比较电路12的反相输入端与负向参考基准生成电路10的输出端连接。正向阈值比较电路11的输出端和负向阈值比较电路12的输出端连接与门电路13的输入端，与门电路13的输出端与与后级变频器的硬件保护电路连接。

图2所示为正向参考基准电压的生成电路，电源电压VCC经过限流电阻R1限流，再经过电压基准芯片Q1进行稳压，便得到一个稳压源，稳压源输出正电压VO至正向阈值比较电路11的同相输入端。

图3所示为负向参考基准电压的生成电路，电源电压VCC经过限流电阻R1限流，再经过电压基准芯片Q1进行稳压，得到一个稳压源，由于电压基准芯片Q1不能产生负电压，所以将稳压源与反相放大器连接，将稳压源输出的正电压经过反相放大器进行1:1放大后，产生负电压VO，输出至负向阈值比较电路12的反相输入端；反相放大器由电阻R2、R3、R4、R5、电容C2、C3及比较器U1组成。这种方式利用了放大器的反相放大原理，直接将输入的正电压进行比例放大，由于输入的正电压是经过稳压的，所以输出的负电压也是很稳定的。

本发明的工作原理：

汽车变频器的负载三相交流电机在工作时，它的A、B、C三相电流经高精度的电流互感器采样后，在电流互感器的副边产生三个随负载电流变化的电压信号；该三个电压信号经信号调理电路进行信号调理后，变成大小适中的电压信号，再输入到加法器进行电压叠加。在正常情况下，当A、B、C三相负载电流平衡且大小相等时，输入到加法器的三个电压信号是频率相同、相位相差120度的正弦信号，其瞬时叠加分量为0，当A、B、C三相负载电流不平衡或缺相时，输入到加法器的三个电压信号的叠加电压表现为正电压或负电压状态。由加法器生成的叠加电压经一阶滤波器进行滤波，除去其中的高频及脉动成分，变成直流电压分量，该直流电压分量分别输入到正向阈值比较电路的反相输入端和负向阈值比较电路的同相输入端。当一阶滤波器输出的电压为正电压且该正电压大于正向参考基准电压时，正向阀值比较电路输出保护信号（低电平），当一阶滤波器输出的电压为负电压且该负电压小于负向参考基准电压时，负向阀值比较电路输出保护信号（低电平），正向阈值比较电路或负向阈值比较电路输出的保护信号经与门电路，输出一个控制信号（低电平），该控制信号传输至变频器的硬件保护电路，关断变频器的输出，防止故障的进一步扩大。

例如，设定正向参考基准电压为0.3、负向参考基准电压为-0.3：

当一阶滤波器输出的电压为0.2或-0.2时，对正向阈值比较电路来说，同相输入端的输入（0.3）大于反相输入端的输入（0.2或-0.2），故正向阈值比较电路输出为高电平；对负向阈值比较电路来说，同相输入端的输入（0.2或-0.2）大于反相输入端的输入（-0.3），故负向阈值比较电路输出也为高电平；从而与门电路输出为高电平，经过后续硬件保护电路的反相器后，输出为低电平，无法切断后续的硬件保护电路。

当一阶滤波器输出的电压为0.6时，对正向阈值比较电路来说，同相输入端的输入（0.3）小于反相输入端的输入（0.6），故正向阈值比较电路输出为低电平；对负向阈值比较电路来说，同相输入端的输入（0.6）大于反相输入端的输入（-0.3），故负向阈值比较电路输出为高电平；从而与门电路输出为低电平，经过后续硬件保护电路的反相器后，输出为高电平，切断后续的硬件保护电路，关断变频器的输出。

当一阶滤波器输出的电压为-0.6时，对正向阈值比较电路来说，同相输入端的输入（0.3）大于反相输入端的输入（-0.6），故正向阈值比较电路输出为高电平；对负向阈值比较电路来说，同相输入端的输入（-0.6）小于反相输入端的输入（-0.3），故负向阈值比较电路输出为低电平；从而与门电路输出为低电平，经过后续硬件保护电路的反相器后，输出为高电平，切断后续的硬件保护电路，关断变频器的输出。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种汽车变频器的相电流平衡保护电路，包括用于采集变频器负载三相电流的电流互感器，其特征在于：还包括信号调理电路、加法器、正向参考基准生成电路、负向参考基准生成电路、正向阈值比较电路、负向阈值比较电路和与门电路；

所述电流互感器的输出端通过信号调理电路与加法器的输入端连接，所述加法器的输出端与正向阈值比较电路的反相输入端和负向阈值比较电路的同相输入端连接，所述正向阈值比较电路的同相输入端与正向参考基准生成电路的输出端连接，所述负向阈值比较电路的反相输入端与负向参考基准生成电路的输出端连接；

所述正向阈值比较电路的输出端和负向阈值比较电路的输出端连接与门电路的输入端，所述与门电路的输出端与变频器的硬件保护电路连接。

2.根据权利要求1所述的汽车变频器的相电流平衡保护电路，其特征在于：所述电流互感器包括A相电流互感器、B相电流互感器和C相电流互感器，所述信号调理电路包括A相信号调理电路、B相信号调理电路和C相信号调理电路；

所述A相电流互感器的输出端通过A相信号调理电路与加法器的输入端连接，所述B相电流互感器的输出端通过B相信号调理电路与加法器的输入端连接，所述C相电流互感器的输出端通过C相信号调理电路与加法器的输入端连接。

3.根据权利要求1所述的汽车变频器的相电流平衡保护电路，其特征在于：还包括一阶滤波器，所述加法器通过一阶滤波器与正向阈值比较电路和负向阈值比较电路连接。

4.根据权利要求1所述的汽车变频器的相电流平衡保护电路，其特征在于：所述正向参考基准生成电路包括电源和电压基准芯片，所述电源的输出端通过电压基准芯片与正向阈值比较电路的同相输入端连接。

5.根据权利要求1所述的汽车变频器的相电流平衡保护电路，其特征在于：所述负向参考基准生成电路包括电源、电压基准芯片和反相放大器，所述电源的输出端通过电压基准芯片与反相放大器的输入端连接，所述反相放大器的输出端与负向阈值比较电路的反相输入端连接。

6.一种汽车变频器的相电流平衡保护方法，其特征在于，包括以下顺序的步骤：

（1）采用电流互感器对变频器负载的三相电流进行采样，产生三个随负载电流变化的交流电压信号；

（2）所述三个交流电压信号经信号调理电路进行信号调理后，输入到加法器进行电压叠加；

（3）由加法器生成的叠加电压分别输入到正向阈值比较电路的反相输入端和负向阈值比较电路的同相输入端；

（4）当叠加电压大于正向参考基准电压时，正向阈值比较电路输出保护信号，当叠加电压小于负向参考基准电压时，负向阈值比较电路输出保护信号；

（5）正向阈值比较电路或负向阈值比较电路输出的保护信号经与门电路，输出一个控制信号，所述控制信号传输至变频器的硬件保护电路，关断变频器的输出。

7.根据权利要求6所述的汽车变频器的相电流平衡保护方法，其特征在于，步骤（3）中，由加法器生成的叠加电压经一阶滤波器进行滤波，除去其中的高频及脉动成分，变成直流电压分量，所述直流电压分量分别输入到正向阈值比较电路的反相输入端和负向阈值比较电路的同相输入端。

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