一種快響應過流短路保護電路的制作方法

本實用新型涉及電機驅動控制器的電流保護電路，特別涉及一種快響應過流短路保護電路。

背景技術：

目前市場上低速電動車大多采用一個控制器集中完成整個系統的控制，具備基本的調速功能，前進后退功能，欠壓保護、過壓保護、過溫保護、過流保護、短路等保護功能，并通過合適的軟件處理，具備霍爾自修復、電子剎車等輔助性功能。同時，配有速度、電能、溫度、故障指示等儀表顯示人機接口。

圖1是控制系統的框圖結構，其由電池、功率驅動電路、功率模塊、電機、控制電路組成。功率模塊由6個功率MOSFET管子組成，對應圖中的M1～M6，功率模塊為電機提供合適的功率輸出；功率驅動電路接收來自微控制器的PWM輸出信號，產生適合于功率MOSFET的半橋電路驅動信號；控制電路主要以微控制器為核心，接收各種傳感器送來的電機位置信號（霍爾信號）、電流、電壓、溫度、速度、方向等信號，經過控制算法處理后產生實時變化的PWM控制信號，同時，輸出相應的指示信號到儀表顯示。

實際運行中，功率模塊易于損壞。需要在系統中加過流保護電路和短路保護電路。而對于功率開關的保護，傳統方案一般用采樣電流輸出到微控制器，然后再有微控制器電路處理后給出保護信號，利用這個保護信號關閉驅動電路，從而保護功率模塊。

傳統方式存在一些不足：功率模塊發出的采樣信號要經過微處理器，處理后輸出信號關閉驅動電路，這種方式存在著較大信號延時。而功率模塊中組件發生過流或短路損壞的過程時間非常短，往往保護信號在延時時間段內，控制器還來不及做出有效的保護，從而引起功率開關過流損壞或老化加速。另外，傳統的保護采用監測相線電流或母線電流，發現過流時再行觸發保護，也有一定滯后。而且，當過流或短路直通發生時，控制器處理后關閉并鎖存驅動電路，往往關閉鎖存后信號不能自動恢復，使得整個功率模塊停止工作。

技術實現要素：

本實用新型目的是：提供一種獨立于微處理器的硬件保護電路結構，快響應過流短路保護，當觸發保護條件時，保護信號能立即關閉功率開關，保證功率開關中電流不至于過大，當信號恢復正常時，能自動解鎖并驅動功率開關，恢復正常運行。

本實用新型的技術方案是：

一種快響應過流短路保護電路，用于保護三相電機的功率模塊，所述功率模塊為6個功率管組成的三相橋式電路，為三相電機提供三條相線的功率輸出，所述過流短路保護電路包括過流檢測電路、短路檢測電路和保護電路；所述過流檢測電路由兩路組成，分別完成兩路相線電流檢測，短路檢測電路由三路組成，分別完成三路相線短路檢測；五路檢測電路產生的輸出信號由統一的保護電路進行邏輯處理和防干擾鎖存處理，生成最終的功率模塊保護信號。

優選的，所述的過流檢測電路，包括感應相線電流的線性霍爾元件，霍爾元件輸出依次連接π型RC濾波電路、電壓跟隨器、RC濾波電路和比較器，比較器輸出過流檢測信號。

優選的，所述的短路檢測電路，包括與相線連接的分壓檢測電路，和與該相線對應的功率橋下管柵極連接的反相器，所述分壓檢測電路輸出依次連接π型RC濾波電路和比較器，所述比較器和反相器的輸出端通過一或門邏輯器件輸出對應相線的短路檢測信號。

優選的，所述保護電路包括5個共陽極的二極管和一個RS觸發器，各二極管陰極分別與五路檢測電路產生的輸出信號連接，陽極連接RS觸發器的輸入端和上拉電阻，RS觸發器產生功率模塊保護信號。

本實用新型的優點是：

1．本實用新型提出的快響應過流短路保護電路，具有自動恢復功能，其響應速度快，穩定性高，抗干擾強，能用于電機驅動控制器中功率模塊的保護；

2. 本實用新型的短路檢測電路不同于傳統的電流檢測方式，而采用相線電壓檢測，利用相線電壓和下管柵極的邏輯關系，出現短路故障或死區條件不滿足時就立即產生故障信號，響應速度更快；

3. 本實用新型的過流信號或短路故障信號均與保護鎖定機構相連接，任一信號均會觸發保護，關閉功率模塊的驅動信號，在過流或短路時保護模塊不受損。

附圖說明

下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述：

圖1為現有技術中一種電動車用電機控制器系統結構框圖；

圖2為實施例中的過流檢測電路原理圖；

圖3為實施例中的短路檢測電路原理圖；

圖4為實施例中的保護電路原理圖。

具體實施方式

下面結合具體附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。

本實用新型提供的快響應過流短路保護電路，包括過流檢測電路、短路檢測電路和保護電路；所述過流檢測電路由兩路組成，分別完成兩路相線電流檢測，短路檢測電路由三路組成，分別完成三路相線短路檢測；五路檢測電路產生的輸出信號由統一的保護電路進行邏輯處理和防干擾鎖存處理，生成最終的功率模塊保護信號。

如圖2所示，本實用新型采用線性霍爾元件采集相線電流，圖2中的U_hall以及V_hall分別為電機三相線圈中U相和V相的電流對應的霍爾感應電壓，分別經過電阻R19，電容C7、C8以及電阻R23，電容C10、C11濾波后，再連接到電壓跟隨連接形式的運放U6A，U6B。輸出端的R20、C9，R24、C12為阻容濾波。經過運放調理緩沖后的信號和相線電流有著線性比例關系，它們連接到電壓比較器U4C和U4D的反相輸入端，通過與比較器與預設的過流限定值比較，如果測得的電流值過大，則使得相應的過流指示信號U_I,V_I設為低電平。預設的過流限定值通過電阻R21和R22分壓設定。

如圖3所示，短路檢測與常用的電流檢測不同，本實用新型采用了檢測相線電壓的方式，檢測交流電機的三條相線，下面介紹U相的情況，另外兩相采用同樣的電路形式。檢測電路首先檢測U相電壓U_voltage,其通過R2、R4電阻分壓采集相電壓信號，這里針對不同應用情況下的相線電壓可設定不同的分壓比，分壓后的信號經電阻R3，電容C1、C2濾波后與R5、R6分壓電路設定的基準值做比較，以此判斷相線電壓是不是屬于高壓，如是高壓，說明功率模塊對應相的半橋電路的上管是打開的。此時，比較器U1A輸出低電平。同時，U_Gate_L信號表示對應U相半橋電路下管的柵極驅動信號，其通過一個施密特反相器U3A濾除柵極信號的微小變動后與U1A的輸出值一起作為或門U2A的輸入，最終通過或門輸出U相的短路直通故障信號。判斷故障的準則是：當相線電壓大于預設值時，表明對應相的功率半橋上管是打開的，此時對應的下管若同時打開，則會產生電源到功率地的直通通路，引起短路。短路檢測電路有效防止了功率半橋的上下管直通情況。電路中穩壓管D1用于防止相線電壓有過沖毛刺時保護比較器U1A，R1是弱上拉電阻，保證正常運行時短路檢測電路不動作。

如圖4所示，5個共陽極的二極管D4、D5、D6、D7、D8對三相的短路故障信號 、 、 和過流信號U_I、V_I進行“與”的邏輯運算，完成過流和短路信號的統一處理，只要有一個故障出現，就觸發由與非門U7A、U7B組成的RS鎖存器，產生功率模塊柵極的關閉信號，保護功率模塊。

上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的人能夠了解本實用新型的內容并據以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡根據本實用新型主要技術方案的精神實質所做的修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之內。