CN109802527A - 一种过温保护电路及电机控制器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种过温保护电路及电机控制器，该过温保护电路包括防干扰电路、比较控制电路以及处理电路，防干扰电路用于防止智能功率模块过流时输出的电压触发过温保护，提供第一预设电压，比较第一预设电压和智能功率模块的输出电压，输出第一比较电压给处理电路；比较控制电路用于提供第二预设电压，比较第二预设电压和智能功率模块的输出电压，输出第二比较电压给处理电路，处理电路用于根据第一比较电压和第二比较电压，输出相应的信号给微控制单元，以使得微控制单元在判断到智能功率模块处于过温状态时控制智能功率模块处于非工作状态。通过上述方式，本申请能够监测智能功率模块是否过温，提高安全性，有效防止过流对过温保护电路的干扰。

Description

一种过温保护电路及电机控制器

技术领域

本申请涉及电子技术领域，具体涉及一种过温保护电路及电机控制器。

背景技术

智能功率模块(IPM，Intelligent Power Module)不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且内部还集成有过流以及过温等故障检测电路，并可将反馈信号发送到处理器。

本申请的发明人在长期研发中发现，如图1所示，传统监测智能功率模块的内部温度的方法为通过外部上拉电阻R1，当智能功率模块温度改变时，热敏电阻R2的电阻值也相应地发生变化，通过外部上拉电阻R1分压后送给微控制单元(MCU，Microcontroller Unit)的模数转换模块(ADC，Analog-to-Digital Converter)，通过模数转换模块采集的电压值间接地获得智能功率模块内部温度。但是由于智能功率模块侧为高电压，微控制单元侧为低电压，高电压参考端和低电压参考端直接相连又带来***的可靠性问题，如果采用隔离器件，采用的线性隔离器件又增加额外的成本和***复杂度。

发明内容

本申请主要解决的问题是提供一种过温保护电路及电机控制器，能够监测智能功率模块是否过温，提高安全性，且能够有效防止过流对过温保护电路的干扰。

为解决上述技术问题，本申请采用的技术方案是提供一种过温保护电路，该过温保护电路包括：防干扰电路、比较控制电路以及处理电路，防干扰电路用于防止智能功率模块过流时输出的电压触发过温保护，提供第一预设电压，并比较第一预设电压和智能功率模块的输出电压，输出第一比较电压给处理电路，其中，第一预设电压大于智能功率模块在过流时的输出电压；比较控制电路用于提供第二预设电压，并比较第二预设电压和智能功率模块的输出电压，输出第二比较电压给处理电路，处理电路分别与防干扰电路以及比较控制电路连接，用于根据第一比较电压和第二比较电压，输出相应的信号给微控制单元，以使得微控制单元获取到智能功率模块的输出电压对应的状态，并在判断到智能功率模块处于过温状态时控制智能功率模块处于非工作状态，其中，第二预设电压为智能功率模块所允许温度的上限对应的电压值，第一预设电压小于第二预设电压。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一技术方案是提供一种电机控制器，该电机控制器包括：智能功率模块、微控制单元以及过温保护电路，微控制单元用于输出脉冲宽度调制信号，以控制智能功率模块驱动电机，智能功率模块用于检测自身温度，并将温度值转换成对应的电压值发送至过温保护电路，过温保护电路用于对智能功率模块输出的电压值进行处理，并将处理结果发送至微控制单元，以使得微控制单元在判断到智能功率模块处于过温状态后，停止输出脉冲宽度调制信号，以使得电机处于停机状态；其中，过温保护电路为上述的过温保护电路。

通过上述方案，本申请的有益效果是：利用防干扰电路和比较控制电路分别提供第一预设电压和第二预设电压，并分别比较智能功率模块的输出电压与第一预设电压以及第二预设电压的大小，输出第一比较电压和第二比较电压给处理电路，以使得处理电路根据第一输出电压和第二输出电压，输出相应的信号至微控制单元，使得微控制单元能够获取智能功率模块是否过温，以便于微控制单元及时采取动作，提高安全性，防止智能功率模块的内部温度过高烧毁电路，且能够有效防止过流对过温保护电路的干扰。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是现有技术中检测智能功率模块的内部温度的结构示意图；

图2是本申请提供的过温保护电路一实施例的结构示意图；

图3是本申请提供的过温保护电路另一实施例的结构示意图；

图4是本申请提供的电机控制器一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在一些具体运用中，限制电流要设置的比较小，而在启动上电时会有瞬间大电流，而智能功率模块内部集成了过流处理电路，当智能功率模块检测到过流时，它自身会通过内部处理把电流限制到设定值，以防止电流超过限制值，所以过流无需外部处理电路干预，而过温条件需要，但过流条件又会干扰对过温条件的判断，因而本申请提出了防止过流干扰的过温保护电路。

参阅图2，图2是本申请提供的过温保护电路一实施例的结构示意图，该过温保护电路包括：防干扰电路21、比较控制电路22以及处理电路23。

防干扰电路21用于防止智能功率模块24过流时输出的电压触发过温保护，提供第一预设电压，并比较第一预设电压和智能功率模块24的输出电压，输出第一比较电压给处理电路23，第一预设电压对应于智能功率模块24在过流时的输出电压，在一个具体的实施例中，第一预设电压可以略大于智能功率模块24在过流时的输出电压。

防干扰电路21产生第一预设电压，并将智能功率模块24的输出电压与第一预设电压进行比较；当智能功率模块24的输出电压大于第一预设电压时，防干扰电路21输出高电平，第一比较电压为高电平，防干扰电路21将此第一比较电压传输至处理电路23；当智能功率模块24的输出电压小于第一预设电压时，防干扰电路21输出低电平，第一比较电压为低电平，防干扰电路21将此第一比较电压传输至处理电路23。

比较控制电路22用于提供第二预设电压，并比较第二预设电压和智能功率模块24的输出电压，输出第二比较电压给处理电路23。

处理电路分别与防干扰电路21以及比较控制电路22连接，用于根据第一比较电压和第二比较电压，输出相应的信号给微控制单元25，以使得微控制单元25获取到智能功率模块24的输出电压对应的状态，第二预设电压为智能功率模块24的所允许温度的上限对应的电压值，第一预设电压小于第二预设电压，在一个具体的实施例中，第二预设电压可以为智能功率模块24允许的最大温度对应的电压。

比较控制电路22产生第二预设电压，将智能功率模块24的输出电压与第二预设电压进行比较；当智能功率模块24的输出电压大于第二预设电压时，比较控制电路22输出低电平，第二比较电压为低电平，比较控制电路22将此第二比较电压传输至给处理电路23；当智能功率模块24的输出电压小于第二预设电压时，比较控制电路22输出高电平，第二比较电压为高电平，比较控制电路22将此第二比较电压传输至给处理电路23。

比较控制电路22的输出为两个状态：低电平和高电平，当仅有比较控制电路22存在时，比较控制电路22将输出电压传输至微控制单元25，此时当智能功率模块24过流时可能会触发过温保护机制，影响电路的有效性。

例如，当智能功率模块24过温时，输出低电平，低电平促使比较控制电路22输出高电平，而当电路在启动时，可能会存在电流突然增大的状况，瞬间电流很大，致使智能功率模块24输出电压为0，此时仅利用比较控制电路22将会输出高电平，使得智能功率模块24停止工作，干扰智能功率模块24工作。

当加入防干扰电路21时，处理电路23可以根据第一比较电压和第二比较电压来判断是否过温；例如，当过温时，第一比较电压为高电平，第二比较电压为高电平，处理电路23输出高电平，触发过温保护机制，而过流时，第一比较电压为低电平，第二比较电压为高电平，处理电路23输出低电平，不会触发过温保护机制。

可以理解地，智能功率模块24和微控制单元25之间设置有隔离电路26，用于隔离智能功率模块24和微控制单元25，微控制单元25可以通过隔离电路26来控制智能功率模块24的工作状态，使得智能功率模块24处于过温状态时，停止工作。

本实施例通过防干扰电路21和比较控制电路22分别提供第一预设电压和第二预设电压，并分别比较智能功率模块24的输出电压与第一预设电压以及第二预设电压，输出第一比较电压和第二比较电压给处理电路23，以使得处理电路23根据第一比较电压和第二比较电压，输出相应的信号至微控制单元25，使得微控制单元25能够获取智能功率模块24的状态，提高安全性，防止智能功率模块24的内部温度过高烧毁电路，且能够有效防止过流对过温保护电路的干扰。

参阅图3，图3是本申请提供的过温保护电路另一实施例的结构示意图，该过温保护电路包括：第一调压电路31、第一比较电路32、第二调压电路33、第二比较电路34以及处理电路35。

智能功率模块36集成两种功能，一种是集成热敏电阻(图中未示出)，以用于监测温度，另一种是集成过流保护(图中未示出)，当有过流条件时，智能功率模块36内的开关管(图中未示出)会闭合，此时智能功率模块36的电压输出端VFO(Fault output/Temperaturemonitor，故障输出/温度监控器)输出低电平，因而为了防止过流条件触发过温保护机制，设置两个预设电压。

第一调压电路31用于提供第一预设电压给第一比较电路32；第一比较电路32分别与第一调压电路31、微控制单元37以及处理电路35连接，用于比较第一预设电压和智能功率模块36的输出电压。当第一预设电压大于智能功率模块36的输出电压时，输出低电平给处理电路35；当第一预设电压小于智能功率模块36的输出电压时，输出高电平给处理电路35。

进一步地，第一调压电路31包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1的一端与第一电源VCC连接，该第一电源VCC的输出电压可以为5V，第一电阻R1的另一端分别与第二电阻R2的一端以及第一比较电路32的输入端连接，第二电阻R2的另一端接地。

第一比较电路34为第一比较器A1，第一比较器A1的同相输入端与智能功率模块36的电压输出端VFO连接，第一比较器A1的反相输入端与第一电阻R1的另一端连接，第一比较器A1的输出端与处理电路35连接。

第二调压电路33用于提供第二预设电压给第二比较电路34，第二比较电路34分别与第二调压电路33、微控制单元37以及处理电路35连接，用于比较第二预设电压和智能功率模块36的输出电压。当第二预设电压大于智能功率模块36的输出电压时，输出高电平给微控制单元37；当第二预设电压小于智能功率模块36的输出电压时，输出低电平给微控制单元37。

进一步地，第二调压电路33包括第三电阻R3和第四电阻R4，第三电阻R3的一端与第一电源VCC连接，第三电阻R3的另一端分别与第四电阻R4的一端以及第二比较电路34的输入端连接，第四电阻R4的另一端接地。

第二比较电路34为第二比较器A2，第二比较器A2的反相输入端与智能功率模块36的电压输出端连接，第二比较器A2的同相输入端与第三电阻R3的另一端连接，第二比较器A2的输出端与第一比较器A1的输出端连接。

请继续参阅图2，处理电路35还包括电容C和光耦合器351，过温保护电路还包括上拉电阻38以及下拉电阻39。

电容C的一端与第一比较器A1的输出端连接，电容C的另一端接地；光耦合器351分别与第一比较器A1以及微控制单元37连接，用于隔离智能功率模块36与微控制单元37；光耦合器351以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号具有良好的隔离作用，输出信号对输入信号无影响，抗干扰能力强。

光耦合器351的第一管脚与第一比较器A1的输出端连接，光耦合器351的第二管脚接地，光耦合器351的第三管脚与微控制单元37的输入端连接，光耦合器351的第四管脚连接第二电源VDD，该第二电源VDD的输出电压可以为3.3V。

由于具有开漏输出结构的比较器的同相输入端的电压大于反相输入端的电压时，比较器是不会输出高电平的，而是相当于悬空状态的导线，只有增加上拉电阻才会输出高电平，因而在第一比较器A1的输出端设置一上拉电阻38。

第一比较器A1和第二比较器A2的输出端采用开漏结构，上拉电阻38分别与第一比较器A1的输出端以及光耦合器351连接，用于控制第一比较器A1和第二比较器A2开漏线与，所以其中任何一个比较器输出为低电平状态时，线与的结果就是低电平，只有两个比较器的输出都为高电平时，线与的结果才为高电平；在一具体的实施例中，该上拉电阻38包括第五电阻R5。

下拉电阻39分别与光耦合器351的输出端以及微控制单元37的输出端连接；在一具体的实施例中，该下拉电阻39包括第六电阻R6。

当智能功率模块36的内部温度大于所允许温度时，智能功率模块36的输出电压小于第二预设电压，第一比较器A1输出高电平，第二比较器A2输出高电平，光耦合器351的第一端为高电平，光耦合器351的输出电压为高电平，以使得微控制单元37根据接收到的高电平得到智能功率模块36处于过温状态。

当智能功率模块36的内部温度小于所允许温度时，智能功率模块36的输出电压大于第二预设电压，第一比较器A1输出高电平，第二比较器A2输出低电平，光耦合器351的第一端为低电平，光耦合器351的输出电压为低电平，以使得微控制单元37根据接收到的低电平得到智能功率模块36处于正常温度状态，即正常温度状态。

在一具体的实施例中，假设智能功率模块36所允许温度为100°以下，第一预设电压为0.5V，第二预设电压为3V；当智能功率模块36的内部温度超过100°时，由于智能功率模块36内的热敏电阻为负温度系数热敏电阻，智能功率模块36的电压输出端VFO的电压小于3V，第一比较器A1输出高电平，第二比较器A2输出高电平，由于比较器具有开漏线与的特性，因而光耦合器351的输入为高电平，光耦合器351输出高电平，微控制单元37可以根据接收到的电压值判断智能功率模块36是否处于过温状态，通过隔离电路30来控制智能功率模块36停止工作。

当智能功率模块36的内部温度低于100°时，智能功率模块36的电压输出端VFO的电压大于3V，第一比较器A1输出高电平，第二比较器A2输出低电平，因而光耦合器351输出低电平。

当智能功率模块36过流时，智能功率模块36的电压输出端VFO的电压为0V，第一比较器A1输出低电平，第二比较器A2输出高电平，因而光耦合器351输出低电平。

当智能功率模块36过温时，过温保护电路才输出高电平，其它不管是过流还是温度处于正常范围，过温保护电路均输出低电平，而如果只用一个比较器，则无法避免过流条件造成的干扰；由于过流时过温保护电路输出低电平，因而光耦合器351将低电平发送给微控制单元37，防止过流时使得过温保护电路输出高电平，避免了过流条件造成的干扰。

本实施例通过利用两个比较器和普通光耦合器351即可简易地监测智能功率模块36是否过温，设置两个预设电压，以便于防止过流时触发过温保护机制，仅仅在过温时触发过温保护机制，实现实时监测智能功率模块36是否过温。

参阅图4，图4是本申请提供的电机控制器一实施例的结构示意图，该电机控制器包括：智能功率模块41、微控制单元42以及过温保护电路43。

微控制单元42用于输出脉冲宽度调制信号，以控制智能功率模块42驱动电机44，该电机44可以为直流无刷电机，智能功率模块41用于检测自身温度，并将温度值转换成对应的电压值发送至过温保护电路43，过温保护电路43用于对智能功率模块41输出的电压值进行处理，并将处理结果发送至微控制单元42，以使得微控制单元42在判断到智能功率模块41处于过温状态后，停止输出脉冲宽度调制信号，以使得电机44处于停机状态，防止温度过高对电路器件的损伤；其中，过温保护电路43为上述实施例中的过温保护电路。

可以理解地，智能功率模块41和微控制单元42之间设置有隔离电路46，微控制单元42可以通过隔离电路46来控制智能功率模块41的工作状态，使得智能功率模块41处于过温状态时，处于停机状态。

继续参阅图4，该电机控制器还包括过流检测电路45，过流检测电路45分别与智能功率模块41以及微控制单元42连接，用于检测智能功率模块41的电流是否大于预设电流，并将检测结果发送至微控制单元42。

过流检测电路45包括互相连接的比较电路451和光耦合器452，在一具体的实施例中，比较电路451为比较器，其同相输入端与智能功率模块41的输出端连接，反相输入端接收预设电压；当智能功率模块41过流时，比较器的同相输入端的电压小于反相输入端的电压，光耦合器452输出低电平；当智能功率模块41的温度处于正常范围内时，智能功率模块41输出高电平，比较器的同相输入端的电压大于反相输入端的电压，光耦合器452输出高电平。

因而可以根据过温保护电路43和过流检测电路45的输出结果来判断智能功率模块41的状态；当过温保护电路43输出高电平时，智能功率模块41处于过温状态，若过流检测电路45输出低电平，则智能功率模块41还处于过流状态；当过温保护电路43输出低电平时，若过流检测电路45输出低电平，则智能功率模块41还处于过流状态，温度正常，若过流检测电路45输出高电平，则智能功率模块41的温度处于正常范围以内或者电流处于正常范围以内。

利用过温保护电路43和过流检测电路45来检测智能功率模块41的工作状态，在智能功率模块41处于异常状态时，微控制单元42及时作出响应，停止输出脉冲宽度调制信号，使得电机44处于停机状态，防止电路器件的损伤。

以上仅为本申请的实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种过温保护电路，其特征在于，包括：

防干扰电路，用于防止智能功率模块过流时输出的电压触发过温保护，提供第一预设电压，并比较所述第一预设电压和所述智能功率模块的输出电压，输出第一比较电压给处理电路，其中，所述第一预设电压大于所述智能功率模块在过流时的输出电压；

比较控制电路，用于提供第二预设电压，并比较所述第二预设电压和所述智能功率模块的输出电压，输出第二比较电压给所述处理电路；

处理电路，分别与所述防干扰电路以及所述比较控制电路连接，用于根据所述第一比较电压和所述第二比较电压，输出相应的信号给微控制单元，以使得所述微控制单元获取到所述智能功率模块的输出电压对应的状态，并在判断到所述智能功率模块处于过温状态时控制所述智能功率模块处于非工作状态；

其中，所述第二预设电压为所述智能功率模块的所允许温度的上限对应的电压值，所述第一预设电压小于所述第二预设电压。

2.根据权利要求1所述的过温保护电路，其特征在于，

所述防干扰电路包括第一调压电路和第一比较电路，所述第一调压电路用于提供所述第一预设电压给所述第一比较电路；所述第一比较电路分别与所述第一调压电路、所述微控制单元以及所述处理电路连接，用于比较所述第二预设电压和所述智能功率模块的输出电压，当所述第二预设电压大于所述智能功率模块的输出电压时，输出低电平给所述处理电路，当所述第二预设电压小于所述智能功率模块的输出电压时，输出高电平给所述处理电路；所述比较控制电路包括第二调压电路和第二比较电路，所述第二调压电路用于提供所述第二预设电压给所述第二比较电路，所述第二比较电路分别与所述第二调压电路、所述微控制单元以及所述处理电路连接，用于比较所述第一预设电压和所述智能功率模块的输出电压，当所述第一预设电压大于所述智能功率模块的输出电压时，输出所述高电平给所述处理电路，当所述第一预设电压小于所述智能功率模块的输出电压时，输出所述低电平给所述处理电路。

3.根据权利要求2所述的过温保护电路，其特征在于，

所述第一调压电路包括第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端与第一电源连接，所述第一电阻的另一端分别与所述第二电阻的一端以及所述第一比较电路的输入端连接，所述第二电阻的另一端接地；所述第二调压电路包括第三电阻和第四电阻，所述第三电阻的一端与所述第一电源连接，所述第三电阻的另一端分别与所述第四电阻的一端以及所述第二比较电路的输入端连接，所述第四电阻的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的过温保护电路，其特征在于，

所述第一比较电路为第一比较器，所述第一比较器的同相输入端与所述智能功率模块的电压输出端连接，所述第一比较器的反相输入端与所述第一电阻的另一端连接，所述第一比较器的输出端与所述处理电路连接；所述第二比较电路为第二比较器，所述第二比较器的反相输入端与所述智能功率模块的电压输出端连接，所述第二比较器的同相输入端与所述第三电阻的另一端连接，所述第二比较器的输出端与所述第一比较器的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的过温保护电路，其特征在于，

所述处理电路包括电容和光耦合器，所述电容的一端与所述第一比较器的输出端连接，所述电容的另一端与接地，所述光耦合器分别与所述第一比较器以及所述微控制单元连接，用于隔离所述智能功率模块与所述微控制单元。

6.根据权利要求5所述的过温保护电路，其特征在于，

所述光耦合器的第一管脚与所述第一比较器的输出端连接，所述光耦合器的第二管脚接地，所述光耦合器的第三管脚与所述微控制单元的输入端连接，所述光耦合器的第四管脚连接第二电源。

7.根据权利要求5所述的过温保护电路，其特征在于，

所述过温保护电路还包括上拉电阻，所述上拉电阻分别与所述第一比较器和所述第二比较器的输出端以及所述光耦合器连接，所述第一比较器和所述第二比较器的输出端采用开漏结构。

8.根据权利要求5所述的过温保护电路，其特征在于，

所述过温保护电路还包括下拉电阻，所述下拉电阻分别与所述光耦合器的输出端以及所述微控制单元的输入端连接。

9.根据权利要求5所述的过温保护电路，其特征在于，

当所述智能功率模块的内部温度大于所述所允许温度时，所述智能功率模块的输出电压小于所述第二预设电压，所述第一比较器输出高电平，所述第二比较器输出高电平，所述光耦合器的输出电压为高电平，以使得所述微控制单元根据接收到的所述高电平得到所述智能功率模块处于所述过温状态；

当所述智能功率模块的内部温度小于所述所允许温度时，所述智能功率模块的输出电压大于所述第二预设电压，所述第二比较器输出低电平，所述光耦合器的输出电压为低电平，以使得所述微控制单元根据接收到的所述低电平得到所述智能功率模块处于正常温度状态。

10.一种电机控制器，其特征在于，包括：智能功率模块、微控制单元以及过温保护电路，所述微控制单元用于输出脉冲宽度调制信号，以控制所述智能功率模块驱动电机，所述智能功率模块用于检测自身温度，并将温度值转换成对应的电压值发送至所述过温保护电路，所述过温保护电路用于对所述智能功率模块输出的电压值进行处理，并将处理结果发送至所述微控制单元，以使得所述微控制单元在判断到所述智能功率模块处于过温状态后，停止输出所述脉冲宽度调制信号，以使得所述电机处于停机状态；其中，所述过温保护电路为权利要求1-9中任一项所述的过温保护电路。