基于速度指令電壓的過熱保護回路及過熱保護方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種空調用無刷直流電機過熱保護回路及其過熱保護方法。
【背景技術】
[0002]目前空調用無刷直流電機的過熱保護方案大體分為兩種。一種通過將過熱保護作用于復位回路的保護方式。復位回路一般都會設置一個電壓回差，以防止誤動作。因為電機內部溫度不可能突變，所以這個電壓回差導致電機在一定條件下出現轉速忽快忽慢，甚至出現時停時轉。另一種通過將過熱保護作用于限流保護回路。這種方式使用PTC熱敏電阻，由于該元件的溫度阻抗特性，導致過熱保護動作范圍較大。并且這種方式一定程度上會限制集成芯片的電流能力。
[0003]中國專利申請號201120140698.9，公開了一種帶溫度保護的直流無刷電機控制器，，包括電機智能功率芯片(ICl)，電機智能功率芯片(ICl)設置有速度信號輸入端口(Vsp)，其特征在于:它還包括溫度探測電路和比較電路，溫度探測電路檢測電機智能功率芯片(ICl)的溫度信號并輸入比較電路，比較電路的信號輸出端連接電機智能功率芯片(ICl)設置的速度信號輸入端口(Vsp)。當電機智能功率芯片(ICl)的工作溫度過高時，馬上拉低速度信號輸入端口(Vsp)的電壓值，使電機停止運轉，達到保護的目的，提高可靠性。
[0004]中國專利申請號201280001952.4，公開了一種具有溫度自動調節功能的無刷電機，包括電機智能功率芯片(IC3)、溫度探測電路和減法電路，電機智能功率芯片設置有速度信號輸入端口(Vsp)，溫度探測電路檢測電機智能功率芯片的溫度信號并轉換成電壓信號(Ul)輸入到減法電路的一個輸入端，外部系統控制信號(Vout)轉換成電壓信號(U2)輸入到減法電路的另一個輸入端，減法電路的輸出端(Vsp_in)連接電機智能功率芯片設置的速度信號輸入端口。當電機溫度升高到一定程度，溫敏電阻(NTC)的阻值急劇減少，從而使速度信號輸入端口的輸入電壓降低，電機轉速會自動降低，但不停機，電機轉速降低，發熱就降低，電機溫度自動下降，因此使電機可靠性提高，滿足了客戶高溫不停機的要求。
[0005]上述專利都是采用了一個比較器作為調節速度指令電壓Vsp的關鍵器件，其價格好，電路復雜，不實用；而且該專利在過熱保護啟動時，將Vsp電壓直接拉到IV以下，使電機停轉，當過熱保護把Vsp強行降低后，因為電機停轉，空調接收不到FG反饋，會不斷提高Vsp電壓，當過熱保護解除時，因為空調給電機輸入Vsp太高，會使電機智能功率模塊在啟動過程中燒毀；另外，上述專利將NTC型溫度傳感器放置在智能功率芯片表面，其在實際應用中較難操作，而且測出的數據也不是很準確。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種基于速度指令電壓的過熱保護回路，該方案具有可控制性高，穩定可靠，保護集成功率芯片不受熱沖擊破壞的優點。
[0007]基于速度指令電壓的過熱保護回路，該回路處于外圍速度指令電壓Vsp與芯片速度信號輸入電壓Vsp之間；該回路包括一個鉗流二極管Dl、一個RC濾波電路,一個NPN三極管Q1、一個緩壓電阻R3、一個熱敏電阻NTC、一個分壓電阻R2 ;其中，RC濾波電路包括一個濾波電阻Rl和一個濾波電容Cl ;外圍速度指令電壓Vsp與芯片速度信號輸入電壓Vsp之間形成一個主回路；鉗流二極管Dl —端連接在該主回路上，另一個與電源Vcc連通；濾波電阻Rl串接在主回路上，濾波電容Cl 一端連接在主回路上，另一端接地；NPN三級管Ql的C極連接在主回路上，E極連接緩壓電阻R3，B極分別連接熱敏電阻NTC和分壓電阻R2 ;上述熱敏電阻NTC同時連接VDD，分壓電阻R2同時接地。
[0008]所述濾波電阻Rl為0.9-1.3ΚΩ，濾波電容Cl為0.01-0.03uF。
[0009]所述濾波電阻Rl為1.2ΚΩ，濾波電容Cl為0.02uF。
[0010]所述熱敏電阻NTC的B值為4000-4100K。
[0011]所述熱敏電阻NTC的B值為4100K。
[0012]所述R2 為 30-35K Ω。
[0013]所述R2 為 32ΚΩ。
[0014]所述NTC型溫度傳感器的安裝位置位于芯片與基板焊接的對面位置后者芯片的側面位置。
[0015]基于速度指令電壓的過熱保護方法，其利用上述基于速度指令電壓的過熱保護回路，將NTC型溫度傳感器的安裝位置位于芯片與基板焊接的對面位置后者芯片的側面位置，通過實時監測集成功率芯片的溫度，在NTC型溫度傳感器上產生相應的分壓；通過以上的分壓驅動NPN三極管的基極，控制三極管的開通程度；當集成功率芯片溫度過高時，三極管完全打開，將速度指令電壓Vsp拉低，限制集成芯片溫度繼續上升。
[0016]本發明的有益效果是:
本發明涉及的過熱保護設計回路直接與速度指令電壓Vsp相連，所以過熱保護動作可以直接對速度指令電壓Vsp產生影響，通過限制或者降低速度指令電壓Vsp來控制集成功率芯片的溫度保持在設計目標之內，當溫度沒有達到過熱保護動作點時，該回路對速度指令電壓Vsp的影響很小,基本可以忽略。
[0017]本發明涉及的過熱保護設計回路最關鍵的元件是NTC型溫度傳感器，該元件放置位置應該是電機集成功率芯片與基板焊接的對面位置，并且在集成功率芯片高壓側下方。這個位置監測到的溫度雖然不能代表集成功率芯片內部的結溫，但是基本接近集成功率芯片外部能夠監測到的最高溫度。通過NTC型溫度傳感器實時監測集成功率芯片的溫度，NTC型溫度傳感器上產生相應的分壓將發生變化，由于NTC的溫度電阻特性線性度比較好，所以對于集成功率芯片的溫度監測精度也會高很多。不會因為溫度的細微變化，使電阻上分壓產生較大變化。
[0018]本發明涉及的過熱保護設計回路采用NTC型溫度傳感器進行分壓，直接控制速度指令電壓Vsp，可控制性高，穩定可靠，保護集成功率芯片不受熱沖擊破壞，所得電壓驅動NPN三極管的基極，控制三極管的開通程度。
[0019]當集成功率芯片溫度超過設計目標值時，NPN三極管導通，將速度指令電壓Vsp拉低，從而減小PWM的占空比，降低輸出功率；當集成功率芯片的溫度低于設計目標值，NPN三極管導通程度下降，使速度指令電壓Vsp拉高，增大PWM的占空比，提高輸出功率；經過多次自動調節，進入平衡狀態。因為采用NTC型溫度傳感器，這種方式的設計在溫度達到溫度后的轉速波動小，不會出現忽停忽轉的情況，如圖2所示。
[0020]該保護電路與【背景技術】中的專利提到的過熱保護相比，其采用NPN三極管作為調節速度指令電壓Vsp的關鍵器件，其簡單方便、成本低、適合產業化；在過熱保護時，采用降低度指令電壓Vsp，從而降低轉速，減少發熱；將NTC型溫度傳感器的安裝位置位于芯片與基板焊接的對面位置后者芯片的側面位置并用導熱膠覆蓋，這樣就能