CN106711954B - 一种快响应过流短路保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快响应过流短路保护电路，用于保护三相电机的功率模块，包括过流检测电路、短路检测电路和保护电路；所述过流检测电路由两路组成，分别完成两路相线电流检测，短路检测电路由三路组成，分别完成三路相线短路检测；五路检测电路产生的输出信号由统一的保护电路进行逻辑处理和防干扰锁存处理，生成最终的功率模块保护信号。本发明提出的快响应过流短路保护电路，具有自动恢复功能，其响应速度快，稳定性高，抗干扰强，能用于电机驱动控制器中功率模块的保护。本发明的过流信号或短路故障信号均与保护锁定机构相连接，任一信号均会触发保护，关闭功率模块的驱动信号，在过流或短路时保护模块不受损。

Description

一种快响应过流短路保护电路
技术领域
本发明涉及电机驱动控制器的电流保护电路，特别涉及一种快响应过流短路保护电路。
背景技术
目前市场上低速电动车大多采用一个控制器集中完成整个***的控制，具备基本的调速功能，前进后退功能，欠压保护、过压保护、过温保护、过流保护、短路等保护功能，并通过合适的软件处理，具备霍尔自修复、电子刹车等辅助性功能。同时，配有速度、电能、温度、故障指示等仪表显示人机接口。
图1是控制***的框图结构，其由电池、功率驱动电路、功率模块、电机、控制电路组成。功率模块由6个功率MOSFET管子组成，对应图中的M1～M6，功率模块为电机提供合适的功率输出；功率驱动电路接收来自微控制器的PWM输出信号，产生适合于功率MOSFET的半桥电路驱动信号；控制电路主要以微控制器为核心，接收各种传感器送来的电机位置信号（霍尔信号）、电流、电压、温度、速度、方向等信号，经过控制算法处理后产生实时变化的PWM控制信号，同时，输出相应的指示信号到仪表显示。
实际运行中，功率模块易于损坏。需要在***中加过流保护电路和短路保护电路。而对于功率开关的保护，传统方案一般用采样电流输出到微控制器，然后再有微控制器电路处理后给出保护信号，利用这个保护信号关闭驱动电路，从而保护功率模块。
传统方式存在一些不足：功率模块发出的采样信号要经过微处理器，处理后输出信号关闭驱动电路，这种方式存在着较大信号延时。而功率模块中组件发生过流或短路损坏的过程时间非常短，往往保护信号在延时时间段内，控制器还来不及做出有效的保护，从而引起功率开关过流损坏或老化加速。另外，传统的保护采用监测相线电流或母线电流，发现过流时再行触发保护，也有一定滞后。而且，当过流或短路直通发生时，控制器处理后关闭并锁存驱动电路，往往关闭锁存后信号不能自动恢复，使得整个功率模块停止工作。
发明内容
本发明目的是：提供一种独立于微处理器的硬件保护电路结构，快响应过流短路保护，当触发保护条件时，保护信号能立即关闭功率开关，保证功率开关中电流不至于过大，当信号恢复正常时，能自动解锁并驱动功率开关，恢复正常运行。
本发明的技术方案是：
一种快响应过流短路保护电路，用于保护三相电机的功率模块，所述功率模块为6个功率管组成的三相桥式电路，为三相电机提供三条相线的功率输出，所述过流短路保护电路包括过流检测电路、短路检测电路和保护电路；所述过流检测电路由两路组成，分别完成两路相线电流检测，短路检测电路由三路组成，分别完成三路相线短路检测；五路检测电路产生的输出信号由统一的保护电路进行逻辑处理和防干扰锁存处理，生成最终的功率模块保护信号。
优选的，所述的过流检测电路，包括感应相线电流的线性霍尔元件，霍尔元件输出依次连接π型RC滤波电路、电压跟随器、RC滤波电路和比较器，比较器输出过流检测信号。
优选的，所述的短路检测电路，包括与相线连接的分压检测电路，和与该相线对应的功率桥下管栅极连接的反相器，所述分压检测电路输出依次连接π型RC滤波电路和比较器，所述比较器和反相器的输出端通过一或门逻辑器件输出对应相线的短路检测信号。
优选的，所述保护电路包括5个共阳极的二极管和一个RS触发器，各二极管阴极分别与五路检测电路产生的输出信号连接，阳极连接RS触发器的输入端和上拉电阻，RS触发器产生功率模块保护信号。
本发明的优点是：
1．本发明提出的快响应过流短路保护电路，具有自动恢复功能，其响应速度快，稳定性高，抗干扰强，能用于电机驱动控制器中功率模块的保护；
2. 本发明的短路检测电路不同于传统的电流检测方式，而采用相线电压检测，利用相线电压和下管栅极的逻辑关系，出现短路故障或死区条件不满足时就立即产生故障信号，响应速度更快；
3. 本发明的过流信号或短路故障信号均与保护锁定机构相连接，任一信号均会触发保护，关闭功率模块的驱动信号，在过流或短路时保护模块不受损。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为现有技术中一种电动车用电机控制器***结构框图；
图2为实施例中的过流检测电路原理图；
图3为实施例中的短路检测电路原理图；
图4为实施例中的保护电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供的快响应过流短路保护电路，包括过流检测电路、短路检测电路和保护电路；所述过流检测电路由两路组成，分别完成两路相线电流检测，短路检测电路由三路组成，分别完成三路相线短路检测；五路检测电路产生的输出信号由统一的保护电路进行逻辑处理和防干扰锁存处理，生成最终的功率模块保护信号。
如图2所示，本发明采用线性霍尔元件采集相线电流，图2中的U_hall以及V_hall分别为电机三相线圈中U相和V相的电流对应的霍尔感应电压，分别经过电阻R19，电容C7、C8以及电阻R23，电容C10、C11滤波后，再连接到电压跟随连接形式的运放U6A，U6B。输出端的R20、C9，R24、C12为阻容滤波。经过运放调理缓冲后的信号和相线电流有着线性比例关系，它们连接到电压比较器U4C和U4D的反相输入端，通过与比较器与预设的过流限定值比较，如果测得的电流值过大，则使得相应的过流指示信号U_I,V_I设为低电平。预设的过流限定值通过电阻R21和R22分压设定。
如图3所示，短路检测与常用的电流检测不同，本发明采用了检测相线电压的方式，检测交流电机的三条相线，下面介绍U相的情况，另外两相采用同样的电路形式。检测电路首先检测U相电压U_voltage,其通过R2、R4电阻分压采集相电压信号，这里针对不同应用情况下的相线电压可设定不同的分压比，分压后的信号经电阻R3，电容C1、C2滤波后与R5、R6分压电路设定的基准值做比较，以此判断相线电压是不是属于高压，如是高压，说明功率模块对应相的半桥电路的上管是打开的。此时，比较器U1A输出低电平。同时，U_Gate_L信号表示对应U相半桥电路下管的栅极驱动信号，其通过一个施密特反相器U3A滤除栅极信号的微小变动后与U1A的输出值一起作为或门U2A的输入，最终通过或门输出U相的短路直通故障信号。判断故障的准则是：当相线电压大于预设值时，表明对应相的功率半桥上管是打开的，此时对应的下管若同时打开，则会产生电源到功率地的直通通路，引起短路。短路检测电路有效防止了功率半桥的上下管直通情况。电路中稳压管D1用于防止相线电压有过冲毛刺时保护比较器U1A，R1是弱上拉电阻，保证正常运行时短路检测电路不动作。
如图4所示，5个共阳极的二极管D4、D5、D6、D7、D8对三相的短路故障信号 、、和过流信号U_I、V_I进行“与”的逻辑运算，完成过流和短路信号的统一处理，只要有一个故障出现，就触发由与非门U7A、U7B组成的RS锁存器，产生功率模块栅极的关闭信号，保护功率模块。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种快响应过流短路保护电路，用于保护三相电机的功率模块，所述功率模块为6个功率管组成的三相桥式电路，为三相电机提供三条相线的功率输出，其特征在于：
所述过流短路保护电路包括过流检测电路、短路检测电路和保护电路；
所述过流检测电路由两路组成，分别完成两路相线电流检测，短路检测电路由三路组成，分别完成三路相线短路检测；五路检测电路产生的输出信号由统一的保护电路进行逻辑处理和防干扰锁存处理，生成最终的功率模块保护信号；
所述的短路检测电路，包括与相线连接的分压检测电路，和与该相线对应的功率桥下管栅极连接的反相器，所述分压检测电路输出依次连接π型RC滤波电路和比较器，所述比较器和反相器的输出端通过一或门逻辑器件输出对应相线的短路检测信号。
2.根据权利要求1所述的快响应过流短路保护电路，其特征在于：所述的过流检测电路，包括感应相线电流的线性霍尔元件，霍尔元件输出依次连接π型RC滤波电路、电压跟随器、RC滤波电路和比较器，比较器输出过流检测信号。
3.根据权利要求1所述的快响应过流短路保护电路，其特征在于：所述保护电路包括5个共阳极的二极管和一个RS触发器，各二极管阴极分别与五路检测电路产生的输出信号连接，阳极连接RS触发器的输入端和上拉电阻，RS触发器产生功率模块保护信号。
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