CN109193569A - 一种ipm保护装置、电机及其ipm保护方法 - Google Patents

一种ipm保护装置、电机及其ipm保护方法 Download PDF

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戴彪
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Abstract

本发明公开了一种IPM保护装置、电机及其IPM保护方法，该装置包括：电流采样电路、第一过流保护电路、第二过流保护电路和控制器；其中，所述电流采样电路，用于采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，并在其自身正常的情况下输出第一输出信号、或在其自身异常的情况下输出第二输出信号；所述第一过流保护电路，用于在所述控制器的控制下根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护；所述第二过流保护电路，用于在所述控制器的控制下根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。本发明的方案，可以解决电流采样电路中运放芯片失效后IPM内部功率器件被烧毁存在保护可靠性差的问题，达到提升保护可靠性的效果。

Description

一种IPM保护装置、电机及其IPM保护方法
技术领域
本发明属于电机保护技术领域，具体涉及一种IPM保护装置、电机及其IPM保护方法，尤其涉及一种IPM电流采样运放失效的保护电路(即电机三相电流采样运放失效的保护电路)、具有该电路的电机、以及该电机的IPM电流采样运放失效的保护方法。
背景技术
智能功率模块(Intelligent Power Module，简称IPM)驱动的电机，其三相电流通过电阻采样，并经信号放大实现检测。若电流采样电路的运放芯片失效，则MCU无法获取电机三相电流实时值，判断电机电流过低，开启电机正常驱动逻辑，持续增大PWM的占空比，导致电机实际电流不断增大，使IPM内部功率器件烧毁。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述缺陷，提供一种IPM保护装置、电机及其IPM保护方法，以解决现有技术中电流采样电路中运放芯片失效后IPM内部功率器件被烧毁存在保护可靠性差的问题，达到提升保护可靠性的效果。
本发明提供一种IPM保护装置，包括：电流采样电路、第一过流保护电路、第二过流保护电路和控制器；其中，所述电流采样电路，用于采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，并在其自身正常的情况下输出第一输出信号、或在其自身异常的情况下输出第二输出信号；所述第一过流保护电路，用于在所述控制器的控制下根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护；所述第二过流保护电路，用于在所述控制器的控制下根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，所述控制器，还用于在待保护IPM所驱动的电机开启前，确定所述电流采样电路的IPM电流采样信号是否正常；以及，若所述IPM电流采样信号正常，则开启所述电机的正常驱动逻辑，以控制所述电机正常运行，并在所述第一输出信号过流时通过所述第一过流保护电路实现对待保护IPM的过流保护；若所述IPM电流采样信号异常，则关闭所述电机的正常驱动逻辑，以通过所述第二过流保护电路实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，所述电流采样电路，包括：电机三相电流采样电阻、第一运算放大器、反馈电阻和第一下拉电阻；其中，所述电机三相电流采样电阻，设置在待保护IPM的三相电流采集端与所述第一运算放大器的同相输入端之间；所述反馈电阻，设置在所述第一运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端之间；所述第一下拉电阻，设置在所述第一运算放大器的输出端与所述控制器的第一采样端口之间；所述第一运算放大器，用于在其同相输入端接收到的所述第一输出信号与其反相端提供的第一基准信号的差值大于第一设定值的情况下输出高电平信号，反之输出低电平信号。
可选地，所述第一过流保护电路，包括：采样信号采集电阻和第二运算放大器；其中，所述采样信号采集电阻，设置在所述电流采样电路的输出端与所述第二运算放大器的同相输入端之间；所述第二运算放大器，用于在其同相输入端采集到的所述第一输出信号大于其反相输入端提供的第二基准信号的情况下进行翻转，输出由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号至待保护IPM的过流保护端；所述控制器，还用于根据由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号，关闭所述电机的正常驱动逻辑以实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，所述第二过流保护电路，包括：积分电路和三极管驱动电路；其中，所述积分电路，设置在所述电流采样电路的输出端与所述三极管驱动电路的输入端之间，用于在所述电流采样电路输出的第二输出信号为低电平信号时输出积分后的低电平信号，反之输出积分后的高电平信号；所述三极管驱动电路，设置在所述积分电路的输出端与所述控制器的第二采样端口之间，用于在所述积分电路输出低电平信号的情况下，输出低电平信号；所述控制器，还用于在所述三极管驱动电路输出低电平信号的情况下，关闭所述电机的正常驱动逻辑以实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，所述积分电路，包括：第一电阻、第二电阻、第三运算放大器和电容；其中，所述第一电阻，设置在所述电流采样电路的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端之间；所述第二电阻，设置在所述第三运算放大器的同相输入端；所述电容，设置在所述第三运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端之间。
可选地，所述三极管驱动电路，包括：限流电阻、三极管和第二下拉电阻；其中，所述限流电阻，设置在所述积分电路的输出端与所述三极管的基极之间；所述三极管，包括：PNP型三极管；所述第二下拉电阻，设置在所述三极管的发射极；所述三极管的发射极连接至所述控制器的第二采样端口；所述三极管的集电极，接设定的直流电源。
与上述装置相匹配，本发明再一方面提供一种电机，包括：以上所述的IPM保护装置。
与上述电机相匹配，本发明再一方面提供一种电机的IPM保护方法，包括：通过电流采样电路，采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，并在其自身正常的情况下输出第一输出信号、或在其自身异常的情况下输出第二输出信号；通过第一过流保护电路，根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护；通过第二过流保护电路，根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，还包括：在待保护IPM所驱动的电机开启前，确定所述电流采样电路的IPM电流采样信号是否正常；以及，若所述IPM电流采样信号正常，则开启所述电机的正常驱动逻辑，以控制所述电机正常运行，并在所述第一输出信号过流时通过所述第一过流保护电路实现对待保护IPM的过流保护；若所述IPM电流采样信号异常，则关闭所述电机的正常驱动逻辑，以通过所述第二过流保护电路实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，通过所述电流采样电路，采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，包括：通过第一运算放大器，在其同相输入端接收到的所述第一输出信号与其反相端提供的第一基准信号的差值大于第一设定值的情况下输出高电平信号，反之输出低电平信号。
可选地，通过所述第一过流保护电路，根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护，包括：通过第二运算放大器，在其同相输入端采集到的所述第一输出信号大于其反相输入端提供的第二基准信号的情况下进行翻转，输出由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号至待保护IPM的过流保护端；根据由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号，关闭所述电机的正常驱动逻辑以实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，通过所述第二过流保护电路，根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护，包括：通过积分电路，在所述电流采样电路输出的第二输出信号为低电平信号时输出积分后的低电平信号，反之输出积分后的高电平信号；通过三极管驱动电路，在所述积分电路输出低电平信号的情况下，输出低电平信号；在所述三极管驱动电路输出低电平信号的情况下，关闭所述电机的正常驱动逻辑以实现对待保护IPM的过流保护。
本发明的方案，通过由积分电路与三极管驱动电路构成电机三相电流采样运放失效的保护电路，解决电流采样电路中运放芯片失效后IPM内部功率器件被烧毁的问题，保证了正常运行，也保证了采样电路失效时的保护安全性，可靠性高，还有利于延长IPM的使用寿命。
进一步，本发明的方案，通过由积分电路与三极管驱动电路构成电机三相电流采样运放失效的保护电路，在电流采样电路失效后，采样电路的输出信号经积分电路作用后驱动三极管T导通，MCU识别过流保护信号将关闭电机驱动逻辑，锁定***，可解决电流采样电路失效后IPM模块内部功率器件被烧毁的问题，提升保护可靠性。
进一步，本发明的方案，通过由积分电路与三极管驱动电路构成的保护电路，电机开启前检测IPM电流采样信号的异常与否；IPM电流采样电路异常时，将关闭电机驱动逻辑，判定故障，***锁定，进而保护IPM内部功率器件不被损坏，保护可靠性高、安全性好。
由此，本发明的方案，通过在传统电机三相电流采样电路的基础上增加积分电路与三极管驱动电路，形成电机三相电流采样运放失效的保护电路，解决现有技术中电流采样电路中运放芯片失效后IPM内部功率器件被烧毁存在保护可靠性差的问题，从而，克服现有技术中保护可靠性差、安全性差和使用寿命短的缺陷，实现保护可靠性好、安全性好和使用寿命长的有益效果。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明的IPM保护装置的一实施例的结构示意图；
图2为传统电机三相电流采样电路的结构示意图；
图3为本发明的IPM保护装置的一实施例的结构示意图，具体为一种电流采样运放失效的保护电路的一实施例的结构示意图；
图4为本发明的电机的IPM保护方法的一实施例的流程示意图；
图5为本发明的方法中根据电流采样电路的IPM电流采样信号是否正常确定电机的正常驱动逻辑的开启或关闭的一实施例的流程示意图；
图6为本发明的方法中通过所述第一过流保护电路20根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护的一实施例的流程示意图；
图7为本发明的方法中通过所述第二过流保护电路根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护的一实施例的流程示意图。
结合附图，本发明实施例中附图标记如下：
10-电流采样电路；20-第一过流保护电路；30-第二过流保护电路；40-控制器(如MCU)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
根据本发明的实施例，提供了一种IPM保护装置。参见图1所示本发明的装置的一实施例的结构示意图。该IPM保护装置可以包括：电流采样电路10、第一过流保护电路20(如传统电机三相电流采样电路10)、第二过流保护电路30(如由积分电路和三极管驱动电路构成的电流采样运放失效的保护电路)和控制器40(如待保护IPM的控制器40，可以选用MCU等)。
具体地，所述电流采样电路10，可以用于在其自身正常的情况下采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，并在其自身正常的情况下输出第一输出信号(如运放A1正常时的输出信号U0)、或在其自身异常的情况下输出第二输出信号(如运放A1异常时的输出信号U0)。
可选地，所述电流采样电路10，可以包括：电机三相电流采样电阻(如电阻R1、R2)、第一运算放大器(如运放A1)、反馈电阻(如电阻R4)和第一下拉电阻(如电阻R5)。
具体地，所述电机三相电流采样电阻，设置在待保护IPM的三相电流采集端与所述第一运算放大器的同相输入端之间，可以用于采集待保护IPM所驱动电机的三相电流。
具体地，所述反馈电阻，设置在所述第一运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端之间，可以用于提供所述第一运算放大器的反相端的基准信号。
具体地，所述第一下拉电阻，设置在所述第一运算放大器的输出端与所述控制器40的第一采样端口之间。
具体地，所述第一运算放大器，可以用于在其同相输入端接收到的所述第一输出信号与其反相端提供的第一基准信号(如由电阻R3、R4确定的第一基准信号)的差值大于第一设定值的情况下输出高电平信号，反之输出低电平信号。
例如：如图2或图3所示，电阻R1、R2为电机三相电流采样电阻，电阻R4为反馈电阻；运放A1为比较器，其作用是将同相输入端的电流采样信号与反相端的信号做差，差值大于0则输出高电平，反之输出低电平；电阻R5为芯片MCU采样端口的下拉电阻。
由此，通过电机三相电流采样电阻、第一运算放大器、反馈电阻和第一下拉电阻构成电流采样电路，结构简单、且采集的可靠性和精准性均可以得到保证。
具体地，所述第一过流保护电路20，设置在所述电流采样电路10的输出端与待保护IPM的过流保护端(即OC端)之间，可以用于在所述控制器40的控制下根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护。例如：通过所述第一过流保护电路20，可以在所述电流采样电路10能够正常采集得到所述三相电流的情况下，根据采集得到的所述三相电流即第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，所述第一过流保护电路20，可以包括：采样信号采集电阻(如电阻R6、R7)和第二运算放大器(如运放A2)。
具体地，所述采样信号采集电阻，设置在所述电流采样电路10的输出端与所述第二运算放大器的同相输入端之间，可以用于采集所述电流采样电路10输出的第一输出信号。
具体地，所述第二运算放大器，可以用于在其同相输入端采集到的所述第一输出信号大于其反相输入端提供的与待保护IPM的设定保护电流对应的第二基准信号(如VF)的情况下进行翻转，输出由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号至待保护IPM的过流保护端(即OC端)。
具体地，所述控制器40，还可以用于在所述第二运算放大器输出由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号的情况下，根据由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号，关闭所述电机的正常驱动逻辑(如预先设定的正常驱动逻辑)以实现对待保护IPM的过流保护。
例如：如图2或图3所示，电阻R6、R7为采样电阻，采集运放A1输出的信号是否大于电压VF；运放A2的作用同运放A1，VF为某一基准值，其值在不同电路中大小也不同。电机三相电流采样电路，其三相电流经采样电阻采样，并经运放信号放大实现检测。当电机电流过大，采样电阻R7分压大于偏置电压VF，运放A2翻转，其输出信号OC由低电平变为高电平，MCU识别硬件过流保护高电平信号OC将关闭电机驱动逻辑，锁定***，保护IPM内部功率器件不被烧毁。
由此，通过采样信号采集电阻和第二运算放大器构成第一过流保护电路，可以在电流采样电路正常的情况下可靠实现对待保护IPM的过流保护，且结构简单、安全性好。
具体地，所述第二过流保护电路30，设置在所述电流采样电路10的输出端与控制器40(如待保护IPM的控制器40)之间，可以用于在所述控制器40的控制下根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。例如：通过所述第二过流保护电路30，在所述电流采样电路10失效而不能正常采集得到所述三相电流的情况下，根据此种情况下所述电流采样电路10输出的第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。
例如：如图3所示，电机三相电流采样运放失效的保护电路，由积分电路与三极管驱动电路构成。电流采样电路失效后，运放A1输出信号经积分电路作用后驱动三极管T导通，MCU识别过流保护信号将关闭电机驱动逻辑，锁定***，可解决电流采样电路失效后IPM模块内部功率器件被烧毁的问题。
由此，通过电流采样电路采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，通过第一过流保护电路在电流采样电路正常的情况下根据该三相电路实现对待保护IPM的过流保护，并通过第二过流保护电路在电流采样电路异常的情况下根据该电流采样电路的输出信号实现对待保护IPM的过流保护，实现了对待保护IPM的双重过流保护，大大提升了过流保护的可靠性和安全性。
可选地，所述第二过流保护电路30，可以包括：积分电路和三极管驱动电路。
具体地，所述积分电路，设置在所述电流采样电路10的输出端与所述三极管驱动电路的输入端之间，可以用于在所述电流采样电路10异常的情况下检测所述电流采样电路10输出的第二输出信号，在所述电流采样电路10输出的第二输出信号为低电平信号时输出积分后的低电平信号，反之输出积分后的高电平信号。
例如：图3所示的例子，相比于原有电机三相电流采样电路(如图2所示的例子)其具有双重过流保护的功能；若比较器A1损坏，其输出信号被下拉电阻R5持续拉为低电平，运放A2输出信号OC持续为低电平，原有电流采样电路失效，电机电流持续增大而击穿IPM模块，此时积分电路作为一种检测电路，防止电机电流过大而击穿IPM模块。
例如：图3所示为电流采样运放失效的保护电路的基本结构，电机启动前通过采集电流采样电路中运放A1输出信号U0，经由积分电路与三极管放大电路构成的过流保护电路，实现电流采样电路失效的功能保护。其中，采样电路输出信号U0经积分电路作用：
上电瞬间即t1＝0时刻，电容上的电压信号U0(t1)＝0，因此积分电路的输出信号U1为：
其中，U1为积分电路的输出信号，C为积分电路的负反馈电容，R8为运放A3的反相端的输入电阻，U0为运放A1的输出信号，其作用是用来判断是否驱动三极管T导通。
更可选地，所述积分电路，可以包括：第一电阻(如电阻R8)、第二电阻(如电阻R11)、第三运算放大器(如运放A3)和电容(如电容C)。
其中，所述第一电阻，设置在所述电流采样电路10的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端之间。所述第二电阻，设置在所述第三运算放大器的同相输入端，如设置在所述第三运算放大器的同相输入端与地之间。所述电容，设置在所述第三运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端之间。
例如：如图3所示，运放A3为比较器，其作用参照运放A1、A2；运放A3与电阻R8、R11和电容C组成模拟积分电路，当输入信号为低电平时，积分电路输出U1为低电平，反之为高电平。
由此，通过第一电阻、第二电阻、第三运算放大器和电容构成积分电路，结构简单、且可靠性高。
具体地，所述三极管驱动电路，设置在所述积分电路的输出端与所述控制器40的第二采样端口之间，可以用于在所述积分电路输出低电平信号的情况下，输出低电平信号。
例如：采样电路(如电流采样电路10)正常工作时，运放A1输出信号U0，其幅值与偏置电压VF一致，经积分电路作用输出高电平信号U1，其相位与U0相反。由于三极管放大电路选用PNP型三极管，其工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置、集电结反向偏置，因此U1将驱动三极管导通，此时三极管放大电路输出信号U2由低电平上拉为高电平，MCU识别U2为高电平将忽略保护信号不动作。
例如：采样电路(如电流采样电路10)失效时，运放A1输出信号持续为低电平U0，由于积分电路本质是一个求和电路，因此U0经积分电路作用后仍为低电平，其输出信号U1无法驱动三极管导通，三极管放大电路输出信号U2经下拉电阻R10作用由高电平突变为低电平，MCU识别硬件过流保护信号U2，关闭电机正常驱动逻辑，锁定***，保护IPM内部功率器件不被烧毁，同时通过手操器或液晶屏将故障代码显示出来。
更可选地，所述三极管驱动电路，可以包括：限流电阻(如电阻R9)、三极管(如三极管T)和第二下拉电阻(如电阻R10)。
其中，所述限流电阻，设置在所述积分电路的输出端与所述三极管的基极之间。所述三极管，可以包括：PNP型三极管。所述第二下拉电阻，设置在所述三极管的发射极，如设置在所述三极管的发射极与地之间。所述三极管的发射极连接至所述控制器40的第二采样端口，所述控制器40的控制信号输出端连接至待保护IPM的控制信号输入端。所述三极管的集电极，接设定的直流电源(如Vcc)。
例如：如图3所示，电阻R9为三极管T的限流电阻，电阻R10为下拉电阻。
由此，通过限流电阻、三极管和第二下拉电阻构成三极管驱动电路，结构简单、且对待保护IPM进行驱动和保护的可靠性高、安全性好。
具体地，所述控制器40，还可以用于在所述三极管驱动电路输出低电平信号的情况下，关闭所述电机的正常驱动逻辑(如预先设定的正常驱动逻辑)以实现对待保护IPM的过流保护。
具体使用过程中，所述三极管驱动电路，还可以用于在所述积分电路输出高电平信号的情况下，导通并输出高电平信号。所述控制器40，还可以用于在所述三极管驱动电路输出高电平信号的情况下控制所述电机按正常驱动逻辑正常运行。
由此，通过积分电路和三极管驱动电路构成第二过流保护电路，可以在电流采样电路异常的情况下可靠实现对待保护IPM的过流保护，大大提升了过流保护的可靠性和安全性，延长了待保护IPM的使用寿命，节省了维护成本。
在一个可选实施方式中，所述控制器40，还可以用于在待保护IPM所驱动的电机开启前，确定所述电流采样电路10的IPM电流采样信号是否正常；以及，若所述IPM电流采样信号正常，则开启所述电机的正常驱动逻辑(如预先设定的正常驱动逻辑)，以控制所述电机正常运行，并在所述第一输出信号过流(如超过待保护IPM的设定保护电流)时通过所述第一过流保护电路20实现对待保护IPM的过流保护；或者，若所述IPM电流采样信号异常，则关闭所述电机的正常驱动逻辑(如预先设定的正常驱动逻辑)，以通过所述第二过流保护电路30实现对待保护IPM的过流保护。
例如：由积分电路与三极管驱动电路构成的保护电路，电机开启前检测IPM电流采样信号的异常与否。IPM电流采样电路正常工作时，可开启正常电机驱动逻辑，IPM电流采样电路异常时，将关闭电机驱动逻辑，判定故障，***锁定，进而保护IPM内部功率器件不被损坏。
由此，通过待保护IPM的控制器根据电流采样电路的IPM电流采样信号是否正常控制电机的正常驱动逻辑的开启或关闭，保证了电机的正常运行，也实现了电机过流情况下的可靠保护，控制方式简便，且可靠性和安全性均可以得到保证。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过由积分电路与三极管驱动电路构成电机三相电流采样运放失效的保护电路，解决电流采样电路10中运放芯片失效后IPM内部功率器件被烧毁的问题，保证了正常运行，也保证了采样电路失效时的保护安全性，可靠性高，还有利于延长IPM的使用寿命。
根据本发明的实施例，还提供了对应于IPM保护装置的一种电机。该电机可以包括：以上所述的IPM保护装置。
在一个可选实施方式中，如图2所示的电机三相电流采样电路。若运放A1失效，电机启动前MCU无法检测电流采样信号的异常与否，将继续保持电机正常驱动逻辑，持续增大PWM的占空比。当电机实际电流超过IPM模块保护电流时，运放A1输出信号经下拉电阻R5作用保持低电平不变，无法驱动运放A2翻转，硬件过流保护功能失效，导致IPM内部功率器件被烧毁。基于此，本发明的方案设计一种电机三相电流采样运放失效的保护电路，解决电流采样电路中运放芯片失效后IPM内部功率器件被烧毁的问题。
在一个可选例子中，如图3所示，本发明的方案，设计一种电机三相电流采样运放失效的保护电路，由积分电路与三极管驱动电路构成。电流采样电路失效后，运放A1输出信号经积分电路作用后驱动三极管T导通，MCU识别过流保护信号将关闭电机驱动逻辑，锁定***，可解决电流采样电路失效后IPM模块内部功率器件被烧毁的问题。
可选地，本发明的方案，设计一种由积分电路与三极管驱动电路构成的保护电路，电机开启前检测IPM电流采样信号的异常与否。IPM电流采样电路正常工作时，可开启正常电机驱动逻辑，IPM电流采样电路异常时，将关闭电机驱动逻辑，判定故障，***锁定，进而保护IPM内部功率器件不被损坏。
例如：该操作是由积分电路与三极管驱动电路构成的保护电路来执行的，电流采样运放失效，一直输出低电平信号，此时由积分电路与三极管驱动电路构成的保护电路将动作，从而保护IPM模块因电流持续增大而烧毁。若电流采样运放芯片失效，即电流采样信号异常，此时，电流采样电路输出的信号是低电平，若芯片正常，其输出的信号是高电平，因此，可通过电流采样运放输出的电平情况来判断异常与否。
在一个可选具体实施方式中，可以结合图2和图3所示的例子，对本发明的方案的具体实现过程进行示例性说明。
图2中，电阻R1、R2为电机三相电流采样电阻，电阻R4为反馈电阻；运放A1为比较器，其作用是将同相输入端的电流采样信号与反相端的信号做差，差值大于0则输出高电平，反之输出低电平；电阻R5为芯片MCU采样端口的下拉电阻，电阻R6、R7为采样电阻，采集运放A1输出的信号是否大于电压VF；运放A2的作用同运放A1，VF为某一基准值，其值在不同电路中大小也不同。
图2为电机三相电流采样电路，其三相电流经采样电阻采样，并经运放信号放大实现检测。当电机电流过大，采样电阻R7分压大于偏置电压VF，运放A2翻转，其输出信号OC由低电平变为高电平，MCU识别硬件过流保护高电平信号OC将关闭电机驱动逻辑，锁定***，保护IPM内部功率器件不被烧毁。若采样电路运放芯片A1损坏，其输出信号经下拉电阻R5作用保持低电平不变，其输出信号无法驱动运放A2翻转，MCU无法识别硬件过流保护高电平信号OC，进而开启电机正常驱动逻辑，导致IPM内部功率器件被烧毁。
在一个可选具体例子中，图3中，运放A3为比较器，其作用参照运放A1、A2；运放A3与电阻R8、R11和电容C组成模拟积分电路，当输入信号为低电平时，积分电路输出U1为低电平，反之为高电平；电阻R9为三极管T的限流电阻，电阻R10为下拉电阻。
图3所示的例子，相比于原有电机三相电流采样电路(如图2所示的例子)其具有双重过流保护的功能；若比较器A1损坏，其输出信号被下拉电阻R5持续拉为低电平，运放A2输出信号OC持续为低电平，原有电流采样电路失效，电机电流持续增大而击穿IPM模块，此时积分电路作为一种检测电路，防止电机电流过大而击穿IPM模块。
过流保护电路实施方案：图3所示为电流采样运放失效的保护电路的基本结构，电机启动前通过采集电流采样电路中运放A1输出信号U0，经由积分电路与三极管放大电路构成的过流保护电路，实现电流采样电路失效的功能保护。其中，采样电路输出信号U0经积分电路作用：
上电瞬间即t1＝0时刻，电容上的电压信号U0(t1)＝0，因此积分电路的输出信号U1为：
其中，U1为积分电路的输出信号，C为积分电路的负反馈电容，R8为运放A3的反相端的输入电阻，U0为运放A1的输出信号，其作用是用来判断是否驱动三极管T导通。
可选地，采样电路正常工作时，运放A1输出信号U0，其幅值与偏置电压VF一致，经积分电路作用输出高电平信号U1，其相位与U0相反。由于三极管放大电路选用PNP型三极管，其工作在放大状态的外部条件是发射结正向偏置、集电结反向偏置，因此U1将驱动三极管导通，此时三极管放大电路输出信号U2由低电平上拉为高电平，MCU识别U2为高电平将忽略保护信号不动作。
其中，MCU识别U2为高电平将忽略保护信号不动作的操作，可以是通过软件实现的，程序中会设置该判断，若U2为高电平则不动作，若为低电平则动作进行保护。
可选地，采样电路失效时，运放A1输出信号持续为低电平U0，由于积分电路本质是一个求和电路，因此U0经积分电路作用后仍为低电平，其输出信号U1无法驱动三极管导通，三极管放大电路输出信号U2经下拉电阻R10作用由高电平突变为低电平，MCU识别硬件过流保护信号U2，关闭电机正常驱动逻辑，锁定***，保护IPM内部功率器件不被烧毁，同时通过手操器或液晶屏将故障代码显示出来。
相对于电机三相电流采样电路而言，可解决电流采样电路失效导致模块烧毁的问题。
由于本实施例的电机所实现的处理及功能基本相应于前述图1至图3所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本发明的技术方案，通过由积分电路与三极管驱动电路构成电机三相电流采样运放失效的保护电路，在电流采样电路10失效后，采样电路的输出信号经积分电路作用后驱动三极管T导通，MCU识别过流保护信号将关闭电机驱动逻辑，锁定***，可解决电流采样电路10失效后IPM模块内部功率器件被烧毁的问题，提升保护可靠性。
根据本发明的实施例，还提供了对应于电机的一种电机的IPM保护方法，如图4所示本发明的方法的一实施例的流程示意图。该电机的IPM保护方法可以包括：步骤S110至步骤S130。
在步骤S110处，通过电流采样电路10，在其自身正常的情况下采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，并在其自身正常的情况下输出第一输出信号(如运放A1正常时的输出信号U0)、或在其自身异常的情况下输出第二输出信号(如运放A1异常时的输出信号U0)。
可选地，步骤S110中通过所述电流采样电路10，采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，主要可以包括：通过第一运算放大器，在其同相输入端接收到的所述第一输出信号与其反相端提供的第一基准信号(如由电阻R3、R4确定的第一基准信号)的差值大于第一设定值的情况下输出高电平信号，反之输出低电平信号。
例如：如图2或图3所示，电阻R1、R2为电机三相电流采样电阻，电阻R4为反馈电阻；运放A1为比较器，其作用是将同相输入端的电流采样信号与反相端的信号做差，差值大于0则输出高电平，反之输出低电平；电阻R5为芯片MCU采样端口的下拉电阻。
由此，通过电机三相电流采样电阻、第一运算放大器、反馈电阻和第一下拉电阻构成电流采样电路，结构简单、且采集的可靠性和精准性均可以得到保证。
在步骤S120处，通过设置在所述电流采样电路10的输出端与待保护IPM的过流保护端(即OC端)之间的第一过流保护电路20，在待保护IPM的控制器40的控制下根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护。例如：通过所述第一过流保护电路20，可以在所述电流采样电路10能够正常采集得到所述三相电流的情况下，根据采集得到的所述三相电流即第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护。
可选地，可以结合图6所示本发明的方法中通过所述第一过流保护电路20根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护的一实施例流程示意图，进一步说明步骤S120中通过所述第一过流保护电路20根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护的具体过程，可以包括：步骤S310和步骤S320。
步骤S310，通过第二运算放大器，在其同相输入端采集到的所述第一输出信号大于其反相输入端提供的与待保护IPM的设定保护电流对应的第二基准信号(如VF)的情况下进行翻转，输出由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号至待保护IPM的过流保护端(即OC端)。
步骤S320，通过待保护IPM的控制器40，还在所述第二运算放大器输出由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号的情况下，根据由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号，关闭所述电机的正常驱动逻辑(如预先设定的正常驱动逻辑)以实现对待保护IPM的过流保护。
例如：如图2或图3所示，电阻R6、R7为采样电阻，采集运放A1输出的信号是否大于电压VF；运放A2的作用同运放A1，VF为某一基准值，其值在不同电路中大小也不同。电机三相电流采样电路，其三相电流经采样电阻采样，并经运放信号放大实现检测。当电机电流过大，采样电阻R7分压大于偏置电压VF，运放A2翻转，其输出信号OC由低电平变为高电平，MCU识别硬件过流保护高电平信号OC将关闭电机驱动逻辑，锁定***，保护IPM内部功率器件不被烧毁。
由此，通过采样信号采集电阻和第二运算放大器构成第一过流保护电路，可以在电流采样电路正常的情况下可靠实现对待保护IPM的过流保护，且结构简单、安全性好。
在步骤S130处，通过设置在所述电流采样电路10的输出端与控制器40(如待保护IPM的控制器40)之间的第二过流保护电路30，在待保护IPM的控制器40的控制下根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。例如：通过所述第二过流保护电路30，在所述电流采样电路10失效而不能正常采集得到所述三相电流的情况下，根据此种情况下所述电流采样电路10输出的第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。
例如：如图3所示，电机三相电流采样运放失效的保护电路，由积分电路与三极管驱动电路构成。电流采样电路失效后，运放A1输出信号经积分电路作用后驱动三极管T导通，MCU识别过流保护信号将关闭电机驱动逻辑，锁定***，可解决电流采样电路失效后IPM模块内部功率器件被烧毁的问题。
由此，通过电流采样电路采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，通过第一过流保护电路在电流采样电路正常的情况下根据该三相电路实现对待保护IPM的过流保护，并通过第二过流保护电路在电流采样电路异常的情况下根据该电流采样电路的输出信号实现对待保护IPM的过流保护，实现了对待保护IPM的双重过流保护，大大提升了过流保护的可靠性和安全性。
可选地，可以结合图7所示本发明的方法中通过所述第二过流保护电路根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护的一实施例流程示意图，进一步说明通过所述第二过流保护电路根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护的具体过程，可以包括：步骤S410至步骤S430。
步骤S410，通过设置在所述电流采样电路10的输出端与所述三极管驱动电路的输入端之间的积分电路，在所述电流采样电路10异常的情况下检测所述电流采样电路10输出的第二输出信号，在所述电流采样电路10输出的第二输出信号为低电平信号时输出积分后的低电平信号，反之输出积分后的高电平信号。
步骤S420，通过设置在所述积分电路的输出端与所述控制器40的第二采样端口之间的三极管驱动电路，在所述积分电路输出低电平信号的情况下，输出低电平信号。
步骤S430，通过待保护IPM的控制器40，还在所述三极管驱动电路输出低电平信号的情况下，关闭所述电机的正常驱动逻辑(如预先设定的正常驱动逻辑)以实现对待保护IPM的过流保护。
具体使用过程中，还通过所述三极管驱动电路，在所述积分电路输出高电平信号的情况下，导通并输出高电平信号。还通过待保护IPM的控制器40，还在所述三极管驱动电路输出高电平信号的情况下控制所述电机按正常驱动逻辑正常运行。
由此，通过积分电路和三极管驱动电路构成第二过流保护电路，可以在电流采样电路异常的情况下可靠实现对待保护IPM的过流保护，大大提升了过流保护的可靠性和安全性，延长了待保护IPM的使用寿命，节省了维护成本。
在一个可选实施方式中，还可以包括：根据电流采样电路的IPM电流采样信号是否正常确定电机的正常驱动逻辑的开启或关闭的过程。
下面结合图5所示本发明的方法中根据电流采样电路的IPM电流采样信号是否正常确定电机的正常驱动逻辑的开启或关闭的一实施例流程示意图，进一步说明根据电流采样电路的IPM电流采样信号是否正常确定电机的正常驱动逻辑的开启或关闭的具体过程，可以包括：步骤S210至步骤S230。
步骤S210，通过待保护IPM的控制器40，还在待保护IPM所驱动的电机开启前，确定所述电流采样电路10的IPM电流采样信号是否正常。以及，
步骤S220，若所述IPM电流采样信号正常，则开启所述电机的正常驱动逻辑(如预先设定的正常驱动逻辑)，以控制所述电机正常运行，并在所述第一输出信号过流(如超过待保护IPM的设定保护电流)时通过所述第一过流保护电路20实现对待保护IPM的过流保护。
步骤S230，若所述IPM电流采样信号异常，则关闭所述电机的正常驱动逻辑(如预先设定的正常驱动逻辑)，以通过所述第二过流保护电路30实现对待保护IPM的过流保护。
例如：由积分电路与三极管驱动电路构成的保护电路，电机开启前检测IPM电流采样信号的异常与否。IPM电流采样电路正常工作时，可开启正常电机驱动逻辑，IPM电流采样电路异常时，将关闭电机驱动逻辑，判定故障，***锁定，进而保护IPM内部功率器件不被损坏。
由此，通过待保护IPM的控制器根据电流采样电路的IPM电流采样信号是否正常控制电机的正常驱动逻辑的开启或关闭，保证了电机的正常运行，也实现了电机过流情况下的可靠保护，控制方式简便，且可靠性和安全性均可以得到保证。
由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述电机的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过由积分电路与三极管驱动电路构成的保护电路，电机开启前检测IPM电流采样信号的异常与否；IPM电流采样电路异常时，将关闭电机驱动逻辑，判定故障，***锁定，进而保护IPM内部功率器件不被损坏，保护可靠性高、安全性好。
综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。
以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (13)

1.一种IPM保护装置，其特征在于，包括：电流采样电路(10)、第一过流保护电路(20)、第二过流保护电路(30)和控制器(40)；其中，
所述电流采样电路(10)，用于采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，并在其自身正常的情况下输出第一输出信号、或在其自身异常的情况下输出第二输出信号；
所述第一过流保护电路(20)，用于在所述控制器(40)的控制下根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护；
所述第二过流保护电路(30)，用于在所述控制器(40)的控制下根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器(40)，还用于在待保护IPM所驱动的电机开启前，确定所述电流采样电路(10)的IPM电流采样信号是否正常；以及，
若所述IPM电流采样信号正常，则开启所述电机的正常驱动逻辑，以控制所述电机正常运行，并在所述第一输出信号过流时通过所述第一过流保护电路(20)实现对待保护IPM的过流保护；
若所述IPM电流采样信号异常，则关闭所述电机的正常驱动逻辑，以通过所述第二过流保护电路(30)实现对待保护IPM的过流保护。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电流采样电路(10)，包括：电机三相电流采样电阻、第一运算放大器、反馈电阻和第一下拉电阻；其中，
所述电机三相电流采样电阻，设置在待保护IPM的三相电流采集端与所述第一运算放大器的同相输入端之间；
所述反馈电阻，设置在所述第一运算放大器的输出端与所述第一运算放大器的反相输入端之间；
所述第一下拉电阻，设置在所述第一运算放大器的输出端与所述控制器(40)的第一采样端口之间；
所述第一运算放大器，用于在其同相输入端接收到的所述第一输出信号与其反相端提供的第一基准信号的差值大于第一设定值的情况下输出高电平信号，反之输出低电平信号。
4.根据权利要求1-3之一所述的装置，其特征在于，所述第一过流保护电路(20)，包括：采样信号采集电阻和第二运算放大器；其中，
所述采样信号采集电阻，设置在所述电流采样电路(10)的输出端与所述第二运算放大器的同相输入端之间；
所述第二运算放大器，用于在其同相输入端采集到的所述第一输出信号大于其反相输入端提供的第二基准信号的情况下进行翻转，输出由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号至待保护IPM的过流保护端；
所述控制器(40)，还用于根据由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号，关闭所述电机的正常驱动逻辑以实现对待保护IPM的过流保护。
5.根据权利要求1-4之一所述的装置，其特征在于，所述第二过流保护电路(30)，包括：积分电路和三极管驱动电路；其中，
所述积分电路，设置在所述电流采样电路(10)的输出端与所述三极管驱动电路的输入端之间，用于在所述电流采样电路(10)输出的第二输出信号为低电平信号时输出积分后的低电平信号，反之输出积分后的高电平信号；
所述三极管驱动电路，设置在所述积分电路的输出端与所述控制器(40)的第二采样端口之间，用于在所述积分电路输出低电平信号的情况下，输出低电平信号；
所述控制器(40)，还用于在所述三极管驱动电路输出低电平信号的情况下，关闭所述电机的正常驱动逻辑以实现对待保护IPM的过流保护。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述积分电路，包括：第一电阻、第二电阻、第三运算放大器和电容；其中，
所述第一电阻，设置在所述电流采样电路(10)的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端之间；
所述第二电阻，设置在所述第三运算放大器的同相输入端；
所述电容，设置在所述第三运算放大器的输出端与所述第三运算放大器的反相输入端之间。
7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述三极管驱动电路，包括：限流电阻、三极管和第二下拉电阻；其中，
所述限流电阻，设置在所述积分电路的输出端与所述三极管的基极之间；所述三极管，包括：PNP型三极管；
所述第二下拉电阻，设置在所述三极管的发射极；所述三极管的发射极连接至所述控制器(40)的第二采样端口；所述三极管的集电极，接设定的直流电源。
8.一种电机，其特征在于，包括：如权利要求1-7任一所述的IPM保护装置。
9.一种如权利要求8所述的IPM保护方法，其特征在于，包括：
通过电流采样电路(10)，采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，并在其自身正常的情况下输出第一输出信号、或在其自身异常的情况下输出第二输出信号；
通过第一过流保护电路(20)，根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护；
通过第二过流保护电路(30)，根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：
在待保护IPM所驱动的电机开启前，确定所述电流采样电路(10)的IPM电流采样信号是否正常；以及，
若所述IPM电流采样信号正常，则开启所述电机的正常驱动逻辑，以控制所述电机正常运行，并在所述第一输出信号过流时通过所述第一过流保护电路(20)实现对待保护IPM的过流保护；
若所述IPM电流采样信号异常，则关闭所述电机的正常驱动逻辑，以通过所述第二过流保护电路(30)实现对待保护IPM的过流保护。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，通过所述电流采样电路(10)，采集待保护IPM所驱动电机的三相电流，包括：
通过第一运算放大器，在其同相输入端接收到的所述第一输出信号与其反相端提供的第一基准信号的差值大于第一设定值的情况下输出高电平信号，反之输出低电平信号。
12.根据权利要求9-11之一所述的方法，其特征在于，通过所述第一过流保护电路(20)，根据所述第一输出信号实现对待保护IPM的过流保护，包括：
通过第二运算放大器，在其同相输入端采集到的所述第一输出信号大于其反相输入端提供的第二基准信号的情况下进行翻转，输出由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号至待保护IPM的过流保护端；
根据由低电平信号变为高电平信号的第一过流保护信号，关闭所述电机的正常驱动逻辑以实现对待保护IPM的过流保护。
13.根据权利要求9-12之一所述的方法，其特征在于，通过所述第二过流保护电路(30)，根据所述第二输出信号实现对待保护IPM的过流保护，包括：
通过积分电路，在所述电流采样电路(10)输出的第二输出信号为低电平信号时输出积分后的低电平信号，反之输出积分后的高电平信号；
通过三极管驱动电路，在所述积分电路输出低电平信号的情况下，输出低电平信号；
在所述三极管驱动电路输出低电平信号的情况下，关闭所述电机的正常驱动逻辑以实现对待保护IPM的过流保护。
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