專利名稱：變頻調(diào)速電動機的過電流保護電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電動機保護電路，具體地說涉及變頻調(diào)速電動機過電流保護 電路。
背景技術(shù)：
在電動機運行中，由于堵轉(zhuǎn)等原因可能引起電動機電流過大，嚴重時會 損壞電動機，因此需要對電動機進行過電流保護。在變頻調(diào)速電動機中，由 于變頻電動機設(shè)備的控制電路需要使用大功率晶體管驅(qū)動電動機工作，如果 電動機工作中出現(xiàn)過高的電流容易損壞驅(qū)動電路。此外，在使用直流變頻電 動機的場合，長時間電流過大可能造成電動機退磁。因此，在采用變頻電動 機的場合，對過電流保護有更高的要求。
現(xiàn)有技術(shù)下，采用集成電路比較器進行變頻調(diào)速電動機的過電流保護。 具體是使用取樣電阻取樣電動機驅(qū)動電路的母線電流，獲得取樣電壓，將該 取樣電壓與設(shè)定的比較電壓比較。正常情況下，取樣電壓小于比較電壓；當 電動機母線電流過大時，取樣電壓大于比較電壓，比較器輸出發(fā)生變化，該 變化的信號輸出到電動機控制單元，控制單元據(jù)此采取保護措施。
上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點在于，比較器輸出端獲得的檢測信號是即時信號， 而控制單元讀取該檢測信號時具有采樣周期。對于電動機電流瞬間過大的情 況，該檢測信號有可能在控制單元尚未接收到該信號之前即已消失，致使過 電流狀況得不到及時處理。在某些情況下，可能造成電動機驅(qū)動電流頻繁過 大卻始終無法檢測到的情況。例如過電流周期性出現(xiàn)，并且過電流周期與控 制單元的采樣周期重合或稱整數(shù)比例時，控制單元可能會始終無法檢測到過 電流情況，這很可能會對電動機或者其驅(qū)動電路造成損壞。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述缺陷，本發(fā)明解決的技術(shù)問題在于，使過電流檢測電路的輸出信號能夠反映整個采樣周期內(nèi)的過電流情況，從而使控制單元的采樣周期不 影響對電動才幾過電流狀況的^T測。
本發(fā)明的電動機過電流保護電路，包括
控制單元，用于接收過電流檢測信號，并根據(jù)檢測結(jié)果控制電動機； 第一比較器單元，實現(xiàn)對第一比較電壓、取樣電壓的比較，并將比較結(jié)
果作為過電流檢測信號輸出；
第一比較電壓獲得單元，用于獲得第一比較電壓，該第一比較電壓輸出
到第一比較器單元的比較電壓輸入端；
取樣電壓獲得單元，用于取得電動機驅(qū)動電流的大小，并轉(zhuǎn)化為取樣電
壓；該取樣電壓輸入到第 一比較器單元的取樣電壓輸入端；
輸入單元，用于接收過電流檢測信號，并將其輸出到所述控制單元； 還包括第二比較器單元、第二比較電壓獲得單元、積分單元； 所述第二比較器單元，實現(xiàn)對所述積分單元輸出電壓與所述第二比較電
壓獲得單元的第二比較電壓V2的比較；并將比較結(jié)果作為過電流檢測信號
輸出；
所述第二比較電壓獲得單元，用于獲得第二比較電壓V2,并輸出到第二 比較器的比較電壓輸入端；
所述積分單元，用于獲得經(jīng)積分的電壓信號Vj，并將該電壓輸入到第二 比較器的積分信號輸入端；該積分單元的充放電受所述第一比較器輸出信號 的控制，當?shù)谝槐容^器輸出高電平時，對該積分單元充電，經(jīng)過時間Tl獲 得高電平的積分電壓Vj，且電壓Vj〉電壓V2;當?shù)谝槐容^單元輸出低電平時， 對該積分單元放電，經(jīng)過時間T2，使該積分單元的積分電壓Vj〈電壓V2。
優(yōu)選地，所述第一比較器單元、第二比較器單元為具有開路輸出的比較
器
優(yōu)選地，所述第一比較電壓獲得單元，包括串聯(lián)于電源正極與電源地之 間的電阻R1、電阻R2，并從兩電阻的中間結(jié)點獲得所述第一比較電壓。
優(yōu)選地，所述取樣電壓獲得單元，包括取樣電阻RIO,分壓電阻R3、分 壓電阻R4;所述取樣電阻RIO串聯(lián)于電動機驅(qū)動電流線，其中一端接電源 地，另一端獲得的電壓經(jīng)過串聯(lián)的電阻R3、電阻R4連接到電源地；所述電阻R3、電阻R4的中間節(jié)點電壓作為取樣電壓。優(yōu)選地，所述第二比較電壓獲得單元，包括串連在電源正極與電源地之間的電阻R6、電阻R7;兩電阻的中間節(jié)點電壓作為第二比壽交電壓V2。優(yōu)選地，所述積分單元，包括電阻R5、電阻R8、電容Cl;所述電阻 R5與電容C1串連在電源正極與電源地之間，其中電阻R5—端連接電源正 極，另一端連接電容Cl,電容Cl未與電阻R5連接的一端接電源地；電阻 R5與電容C1的中間節(jié)點電壓作為積分電壓；該中間節(jié)點同時與第一比較器 單元的輸出端連接；電阻R8 —端連接電源正極，另一端連接第一比較器單 元的輸出端。集中上述優(yōu)選方案，獲得如下具體的電路所述第一比較器單元、第二 比較器單元為具有開路輸出的比較器；所述第一比較電壓獲得單元，包括串 聯(lián)于電源正極與電源地之間的電阻Rl、電阻R2，從兩電阻的中間結(jié)點獲得 所述第一比較電壓輸出；所述取樣電壓獲得單元，包括取樣電阻RIO，分壓 電阻R3 、分壓電阻R4;所述取樣電阻Rl0串聯(lián)于電動機驅(qū)動電流線，其中 一端接電源地，另一端電壓經(jīng)過串聯(lián)的電阻R3、電阻R4連接到電源地；所 述電阻R3、電阻R4的中間節(jié)點電壓作為取樣電壓輸出到第一比較器反相端； 所述第二比較電壓獲得單元，包括串連在電源正極與電源地之間的電阻R6、電阻R7;兩電阻的中間節(jié)點的電壓作為第二比較電壓輸出到第二比較器的反 相輸入端；所述積分單元，包括電阻R5、電阻R8、電容C1;所述電阻R5 與電容C1串連在電源正極與電源地之間，其中電阻R5 —端連接電源正極， 另一端連接電容Cl,電容C1未與電阻R5連接的一端接電源地；電阻R5與 電容Cl的中間節(jié)點電壓作為積分電壓；該中間節(jié)點同時與第一比較器單元 的輸出端連接；電阻R8 —端連接電源正極，另一端連接第一比較器單元的 輸出端。優(yōu)選地，所述時間T2遠小于時間Tl。優(yōu)選地，所述第一比較器單元的比較電壓輸入端為比較器單元的同相輸 入端；所述第一比較器單元的取樣電壓輸入端為比較器單元的反相輸入端； 所述第二比較器的比較電壓輸入端為比較器單元的反相輸入端；所述第二比 較器的積分信號輸入端為比較器單元的同相輸入端。優(yōu)選地，所述輸入電路采用上拉式輸入方式或者下拉式輸入方式。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案解決瞬間過電流難以被檢測的 情況，避免對電動機以及電動機驅(qū)動電路造成損壞。具體而言，本發(fā)明提供 的技術(shù)方案將過電流檢測電路的輸出信號由即時信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉e分信號，保證 控制單元采樣時獲得到的過電流檢測信號能夠反映整個采樣周期內(nèi)的電動機 過電流情況，使電動機的過電流情況能夠完全反映到控制單元，并據(jù)此采取 相應4普施。本發(fā)明的優(yōu)選實施例利用了現(xiàn)有技術(shù)中閑置的比較器，因此同時具有成 本低的優(yōu)點。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)的變頻調(diào)速電動機的過電流保護電路；圖2是本發(fā)明實施例提供的變頻調(diào)速電動機的過電流保護電路。
具體實施方式
圖1示出現(xiàn)有技術(shù)的變頻調(diào)速電動機的過電流保護電路。該過電流保護 電路具體應用于120度直流無刷變頻控制電動機中。如圖所示，該過電流保護電路包括集成電路IC、電阻R1、電阻R2、電 阻R3、電阻R4、電阻RIO、電阻R8、電容C2。該電路的控制單元(圖未 示)可以是單片機或其它類型的控制器件。圖中待測電流I為電動機驅(qū)動電流，該電流引自變頻調(diào)速電動機的驅(qū)動 電源母線。圖中該4全測電^各的電源正+及為+5V電源。圖中集成電路IC為具有兩個開路輸出的比較器的集成電路，該過電流保 護電路使用其中的第一比較器組成第一比較器單元。該集成電路IC的電源端 Vcc (端子8 )連接+5V電源，并經(jīng)過電容C2連接到地，該電容C2的作用 是過濾+5V電源的高頻干擾。該集成電路IC的接地端GND (端子4)連接 電源地。該集成電路的第一比較器與外部電路連接(見后述)，其第二比較器 空置。圖中電阻Rl,電阻R2組成第一比較電壓獲得單元。電阻R1、電阻R2 為i殳定電阻，兩電阻串4關(guān)于+5V電源與電源地之間，通過選耳又電阻R1、電阻 R2的不同阻值，可以在兩電阻的中間節(jié)點上獲得合適的電壓，該電壓作為第 一比較電壓提供給第一比較器正相輸入端IN+ (集成電路IC端子3 )。圖中電阻RIO、電阻R3、電阻R4組成取樣電壓獲得單元。其中電阻RIO 為取樣電阻，該取樣電阻RIO串聯(lián)在驅(qū)動電流母線上，驅(qū)動電流I通過該電 阻流向電源地，電阻R10接收驅(qū)動電流進入的一端與電源地之間獲得檢測電 壓。該檢測電壓通過相串聯(lián)的電阻R3，電阻R4連接到電源地，并在電阻R3， 電阻R4的中間節(jié)點形成取樣電壓。該取樣電壓輸出到第一比較器反相輸入 端IN一 (集成電路IC端子2)。圖中電阻R8組成輸入單元。電阻R8為上拉電阻，串聯(lián)在電源+5V與第 一比較器輸出端0UT1 (集成電路IC端子1 )之間，其與比較器輸出端0UT1 的共同節(jié)點連接控制單元的輸入/輸出(I/O)端，比較器輸出端0UT1的輸 出信號(高電平或低電平)通過此節(jié)點輸出到控制單元。該輸入單元的輸入 方式為上拉式輸入方式，同樣也可以采用下拉式輸入方式。比較器的正相輸入端IN+和比較器的反相輸入端IN—比較，可以獲得不 同的輸出。若IN+〉IN—,則OUTl輸出高電平，說明取樣電壓較第一比較電 壓低，也就是電動機驅(qū)動電流在正常范圍內(nèi)。該高電平輸出到控制電路I/O 端，控制單元控制電動機正常工作。若IN+〈N—，則0UT1輸出低電平，說 明取樣電壓較第一比較電壓高，也就是電動機驅(qū)動電流超過正常范圍，控制 單元控制電動機停止工作，進入保護狀態(tài)。該電路的缺點在于由于該過電流保護電路中，過電流的判斷取決于控 制單元取樣時的比較器輸出電壓0UT1，而該輸出電壓0UT1是一個即時信 號，只與取樣時輸入端的第一比較電壓與取樣電壓的值有關(guān)，因此，控制單 元獲得的輸出電壓0UT1只反映控制單元采樣時的驅(qū)動電路的過電流狀況， 無法反映驅(qū)動電路的整個采樣周期中的過電流狀況。這就造成間歇性的過電 流狀況無法被檢測或者長時間無法被檢測。由于周期性過電流情況發(fā)生的可 能性很大(例如機械裝置上某一點阻力大就會造成電動機周期性電流過大), 因此此種檢測方式對電路的保護極不周全，有改進的必要。本發(fā)明提出一種可以解決上述問題的過電流保護電路。圖2為本發(fā)明實施例的電路圖。該電路在上述現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上改進獲得， 以下僅對改進部分進行說明，圖中的標號也與現(xiàn)有技術(shù)電路盡可能相同。與 現(xiàn)有技術(shù)相比，該實施例增加第二比較器單元、積分單元、第二比較電壓獲 得單元。圖中在現(xiàn)有技術(shù)的電路中閑置的第二比較器組成第二比較器單元，用于 比較積分單元輸出的積分電壓與第二比較電壓獲得單元輸出的第二比較電 壓，并將比較結(jié)果作為過電流檢測信號輸出到輸入單元，再由輸入單元提供 給控制單元。圖中電阻R8、電阻R5、電容C1組成積分單元。該積分單元以電容C1 作為積分元件，以第一比較器單元的輸出控制電容Cl的充放電。具體連接 方式是集成電路IC的第一比較器輸出端0UT1 (端子l)連接到該集成電 路第二比較器的正相輸入端IN+ (端子5 );電阻R8連接在電源正極與第一 比較器輸出端OUT 1之間；電阻R5與電容C1串聯(lián)于電源正極與電源地之間， 并且電阻R5 —端連接電源+5V,電容C1一端連接電源地，電阻R5、電容 Cl的中間節(jié)點連接第二比較器正相輸入端。圖中電阻R6、電阻R7組成第二比較電壓獲得單元。所述電阻R6、電阻 R7串聯(lián)在電源+5V與電源地之間，在兩電阻的中間節(jié)點上獲得第二比較電壓 V2,該第二比較電壓V2提供給第二比較器反相輸入端IN—(集成電路IC端 子6)。通過改變電阻R6、電阻R7的阻值，可以獲得所需的電壓值作為第二 比專交電壓V2。圖中電阻R9組成輸入單元，電阻R9的作用相當于現(xiàn)有技術(shù)電路的電阻 R8。電阻R9串聯(lián)在電源+5V與所述第二比較器輸出端OUT2 (集成電路IC 端子7)之間，其與第二比較器輸出端OUT2的共同節(jié)點連接控制單元的輸 入/輸出(I/O)端，比較器輸出端OUT2的輸出信號(高電平或低電平)通 過此節(jié)點輸出到控制單元。以下說明本電路的工作過程。當電動機驅(qū)動電流處于正常范圍時，所述第一比較器的輸出端OUT1輸 出高電平，此時，通過電阻R5、電阻R8向電容C1充電，使電容C1兩端電壓Vj升高，該電壓Vj作為積分電壓，輸入到第二比較器同相輸入端IN+, 其電壓值最終高于第二比較器反向輸入端IN—的第二比較電壓V2，因此，第 二比較器輸出端OUT2輸出高電平。該高電平輸出到控制電路I/O端，控制 單元控制電動才幾正常工作。當電動機驅(qū)動電流超出正常范圍時，所述第一比較器的輸出端OUTl輸 出低電平，該低電平相當于電源地。此時，該低電平使電容Cl放電，電容 Cl積累的高電壓被釋放，使電壓Vj (也就是第二比較器同相端電壓)低于 第二比較器反向輸入端IN一的第二比較電壓V2,因此，第二比較器輸出端 OUT2輸出低電平，說明電動機驅(qū)動電流超過正常范圍，控制單元接收到該 低電平信號后，控制電動機停止工作，進入保護狀態(tài)。由于電容C1放電時， 是直接通過低電平放電，該低電平相當于電源地，因此放電過程很快，時間 較短。相反，電容Cl充電時，通過電阻充電，因此充電過程時間較慢，時間較長。因此，驅(qū)動電流過大時，第一比較器輸出端0UT1的低電平使電容 Cl的兩端的積分電壓Vj立刻降低。即使驅(qū)動電流恢復正常，電容C1恢復 其電位仍需要較長時間，在此電位恢復之前，第二比較器輸出端始終輸出低電平。因此在選擇適當參數(shù)的情況下，可以保證在控制單元的整個采樣周期內(nèi)出現(xiàn)的過電流狀況都反映到控制單元，而不論控制單元在何時采樣。該電路與現(xiàn)有技術(shù)的不同之處在于使過電流檢測從即時信號的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)榉e分信號的檢測，而該積分信號由于參數(shù)的合理設(shè)置，足以反映整個采 樣周期的過電流狀況，從而避免采樣周期造成的檢測盲區(qū)，完全、充分的實現(xiàn)對電動;〖幾的過電流保護。上述實施例僅僅說明了本發(fā)明的一種實施方式，實際上本發(fā)明還可以具有其它變化的形式。例如，比較器的正反相端的連接的電壓可以與本實施例的連接方式相反；取樣單元、積分單元可以采用其它形式。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1. 一種電動機過電流保護電路，包括控制單元，用于接收過電流檢測信號，并根據(jù)檢測結(jié)果控制電動機；第一比較器單元，實現(xiàn)對第一比較電壓、取樣電壓的比較，并將比較結(jié)果作為過電流檢測信號輸出；第一比較電壓獲得單元，用于獲得第一比較電壓，該第一比較電壓輸出到第一比較器單元的比較電壓輸入端；取樣電壓獲得單元，用于取得電動機驅(qū)動電流的大小，并轉(zhuǎn)化為取樣電壓；該取樣電壓輸入到第一比較器單元的取樣電壓輸入端；輸入單元，用于接收過電流檢測信號，并將其輸出到所述控制單元；其特征在于，還包括第二比較器單元、第二比較電壓獲得單元、積分單元；所述第二比較器單元，實現(xiàn)對所述積分單元輸出電壓與所述第二比較電壓獲得單元的第二比較電壓(V2)的比較；并將比較結(jié)果作為過電流檢測信號輸出；所述第二比較電壓獲得單元，用于獲得第二比較電壓(V2)，并輸出到第二比較器的比較電壓輸入端；所述積分單元，用于獲得經(jīng)積分的電壓信號(Vj)，并將該電壓輸入到第二比較器的積分信號輸入端；該積分單元的充放電受所述第一比較器輸出信號的控制，當?shù)谝槐容^器輸出高電平時，對該積分單元充電，經(jīng)過時間T1獲得高電平的積分電壓(Vj)，且電壓(Vj)＞電壓(V2)；當?shù)谝槐容^單元輸出低電平時，對該積分單元放電，經(jīng)過時間T2，使該積分單元的積分電壓(Vj)＜電壓(V2)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于，所述第一比較 器單元、第二比較器單元為具有開路輸出的比較器。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于，所述第一比較 電壓獲得單元，包括串聯(lián)于電源正極與電源地之間的電阻(Rl )、電阻(R2)， 并從兩電阻的中間結(jié)點獲得所迷第一比較電壓。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于，所述取樣電壓獲得單元，包括取樣電阻(RIO),分壓電阻(R3)、分壓電阻(R4);所述取 樣電阻(RIO)串聯(lián)于電動機驅(qū)動電流線，其中一端接電源地，另一端獲得的 電壓經(jīng)過串聯(lián)的電阻(R3 )、電阻(R4)連接到電源地；所述電阻(R3)、電 阻(R4)的中間節(jié)點電壓作為if又樣電壓。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于，所述第二比較 電壓獲得單元，包括串連在電源正極與電源地之間的電阻(R6)、電阻(R7); 兩電阻的中間節(jié)點電壓作為第二比較電壓(V2 )。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于，所述積分單元， 包括電阻(R5)、電阻(R8)、電容(C1);所述電阻(R5 )與電容(Cl )串連在電 源正極與電源地之間，其中電阻(R5) —端連接電源正極，另一端連接電容(Cl),電容(Cl )未與電阻(R5 )連接的一端接電源地；電阻(R5)與電容 (Cl )的中間節(jié)點電壓作為積分電壓；該中間節(jié)點同時與第一比較器單元的輸出端連接；電阻(R8)—端連接電源正極，另一端連接第一比較器單元的輸出出端。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于， 所述第一比較器單元、第二比較器單元為具有開路輸出的比較器； 所述第一比較電壓獲得單元，包括串聯(lián)于電源正極與電源地之間的電阻(Rl)、電阻(R2)，從兩電阻的中間結(jié)點獲得所述第一比較電壓輸出；所述取樣電壓獲得單元，包括取樣電阻(RIO),分壓電阻(R3)、分壓電 阻(R4);所述取樣電阻(RIO)串聯(lián)于電動機驅(qū)動電流線，其中一端接電源 地，另一端電壓經(jīng)過串聯(lián)的電阻(R3)、電阻(R4)連接到電源地；所述電阻 (R3)、電阻(R4)的中間節(jié)點電壓作為取樣電壓輸出到第一比較器反相端；所述第二比較電壓獲得單元，包括串連在電源正極與電源地之間的電阻 (R6)、電阻(R7);兩電阻的中間節(jié)點的電壓作為第二比較電壓輸出到第二比 較器的反相輸入端；所述積分單元，包括電阻(R5)、電阻(R8)、電容(C1);所述電阻(R5)與 電容(Cl)串連在電源正極與電源地之間，其中電阻(R5) —端連接電源正 極，另一端連接電容(C1)，電容(Cl)未與電阻(R5)連接的一端接電源地; 電阻(R5)與電容(Cl)的中間節(jié)點電壓作為積分電壓；該中間節(jié)點同時與第一比較器單元的輸出端連接；電阻(R8)—端連接電源正極，另一端連接第一比較器單元的輸出端。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于，所述時間T2 遠小于時間Tl。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于，所述第一比較 器單元的比較電壓輸入端為比較器單元的同相輸入端；所述第一比較器單元的 取樣電壓輸入端為比較器單元的反相輸入端；所述第二比較器的比較電壓輸入 端為比較器單元的反相輸入端；所述第二比較器的積分信號輸入端為比較器單 元的同相輸入端。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的過電流檢測電路，其特征在于，所述輸入電路 采用上拉式輸入方式或者下拉式輸入方式。
全文摘要
本發(fā)明提供一種變頻調(diào)速電動機的過電流保護電路，包括控制單元、第一比較器單元、第一比較電壓獲得單元、取樣電壓獲得單元、輸入單元、第二比較器單元、第二比較電壓獲得單元、積分單元；所述積分單元的充放電受所述第一比較器輸出信號的控制，當?shù)谝槐容^器輸出高電平時，對積分單元充電，經(jīng)過時間T1獲得高電平的積分電壓(Vj)，且電壓(Vj)＞電壓(V2)；當?shù)谝槐容^器輸出低電平時，對積分單元放電，經(jīng)過時間T2，使該積分單元的積分電壓(Vj)＜電壓(V2)。該過電流保護電路能夠?qū)⑦^電流檢測從即時信號的檢測轉(zhuǎn)變?yōu)榉e分信號的檢測，使檢測結(jié)果足以反映整個控制器采樣周期內(nèi)的過電流情況，避免漏檢。
文檔編號H02H7/085GK101227078SQ20071000067
公開日2008年7月23日 申請日期2007年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月15日
發(fā)明者旬 朱, 莉 李, 王濱后, 范紀青 申請人:海爾集團公司;青島海爾股份有限公司