CN202840493U - 电机、控制器及其功率驱动模块的过热保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种电机、控制器及其功率驱动模块的过热保护电路，该过热保护电路包括串联连接的第一电阻及第二电阻，第一电阻的第一端连接至直流电源，第二电阻的第二端接地，第一电阻与第二电阻的连接端连接至开关器件的控制端，第一电阻与第二电阻中的一个为热敏电阻，其中，开关器件的第一输出端向控制模块输出电平信号，开关器件的第二输出端接地。控制器包括控制模块、功率驱动模块等，功率驱动模块设有上述的过热保护电路。电机设有定子及转子，并设有上述的控制器。本实用新型能够避免功率驱动模块过热，且过热保护电路结构简单，信号处理时间短，有利于电机安全运行。

Description

电机、控制器及其功率驱动模块的过热保护电路

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其是涉及一种电机控制器、功率驱动模块的过热保护电路以及具有这种控制器的电机。 

背景技术

无刷直流电机因其具备连续调速的优点，越来越受到人们的青睐，已经广泛应用在各种电器设备中。无刷直流电机具有定子以及可相对于定子旋转的转子，并且设有一个用于控制电机工作的控制器，控制器的结构框图如图1所示。 

控制器具有控制模块11，控制模块11通常是单片机、DSP等能够编程并且对外输出控制信号的器件，其接收外部输入的控制信号。控制模块11根据接收的控制信号生成脉冲调制信号，即PWM信号，并将生成的PWM信号输出至功率驱动模块12。 

功率驱动模块12可以是集成的智能功率模块或者是由分立元件构成的功率模块，不管是智能功率模块还是由分立元件构成的功率模块，均具有多个可控的功率管，如晶闸管或IGBT等，功率管在PWM信号的控制下通断，并向电机M输出驱动信号，驱动电机工作，并由转子带动转子轴旋转，向外输出动力。 

控制器还具有一个位置检测模块13，如光电编码器、磁电编码器等，用于检测转子的转动速度，并将检测的信号传输至控制模块11，控制模块11根据位置检测模块13输出的信号判断电机M的转速，并控制输出的PWM波形。 

由于功率驱动模块12的功率管为大功率器件，因其流经的电流较大，且开关频率较高，工作时发热量较大，长时间工作将引起元件过热而导致元件烧坏的情况，影响电机的安全运行。为了保护电机及控制器的元件，通常在功率驱动模块内设置过热保护电路。 

参见图2，现有的功率驱动模块过热保护电路具有串联连接的电阻R1、R2，电阻R1的一端连接至直流电源VCC，电阻R2的一端接地，且电阻R1或R2中的一个为热敏电阻。例如，电阻R2为负温度系数的热敏电阻，即电阻R2的阻值随温度的升高而减小。电阻R2设置在功率驱动模块12内或者设置在功率驱动模块12近旁，只要能够检测到功率驱动模块12的温度即可。 

过热保护电路还具有一个PNP型三极管Q1，三极管Q1的基极b1连接在电阻R1与电阻R2的连接端上，发射极e1连接至直流电源VCC，集电极c1通过电阻R3连接至电压比较器U1的正向输入端。电容C1与电阻R1并联，而电阻R3与电阻R4串联，用于对集电极c1输出的电压进行分压。 

电压比较器U1的正向输入端接收输入的电压信号，反向输入端连接恒压源E，接收基准电压，输出端向控制模块11输出电平信号。在正向输入端输入的电压高于恒压源E的电压时，电压比较器U1输出高电平信号，在正向输入端输入的电压低于恒压源E的电压时，电压比较器U1输出低电平信号。 

在电机启动初期，功率驱动模块12的温度较低，电阻R2的阻值较大，基极b1与发射极e1之间的压降较小，三极管Q1截止，电压比较器U1的正向输入端输入的电压较低，因此其输出低电平信号。当功率驱动模块12温度过高时，电阻R2的阻值减小，基极b1与发射极e1之间的压降增大至0.7伏以上，三极管Q1导通，电压比较器U1的正向输入端输入的电压较高，其输出高电平信号。控制模块11根据电压比较器U1输出的电平信号判断功率驱动模块12是否过热，若判断过热，则停止向功率驱动模块12输出PWM信号。 

然而，过热保护模块需要设置恒压源E以及电压比较器U1，结构复杂，生产成本较高。此外，电信号需要经过电阻R1、R2的分压以及电阻R3、R4的分压，信号处理过于繁琐，影响信号处理的时间。 

而现有另一种过热保护电路直接从电阻R1、R2之间获取电压信号，但该电压信号为模拟信号，控制模块11接收该模拟信号后，需要将模拟信号转换成数字信号。这样，过热保护电路占用控制模块11一个模数转换模块，并且控制模块11将模拟信号转换成数字信号需要较长的时间，影响控制模块11的信号处理速度，导致过热保护不能及时响应，影响电机的工作。 

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种结构简单且信号处理时间较短的功率驱动模块过热保护电路。 

本实用新型的另一目的是提供一种有效避免功率驱动模块过热的电机控制器。 

本实用新型的再一目的是提供一种有效避免因元件过热而运行不安全的电机。 

为实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供的功率驱动模块过热保护电路包括串联连接的第一电阻及第二电阻，第一电阻的第一端连接至直流电源，第二电阻的第二端接地，第一电阻与第二电阻的连接端连接至开关器件的控制端，第一电阻与第二电阻中的一个为热敏电阻，其中，开关器件的第一输出端向控制模块输出电平信号，开关器件的第二输出端接地。 

由上述方案可见，由于第一电阻与第二电阻分压，且第一电阻与第二电阻中的一个为热敏电阻，因此在功率驱动模块温度过高时，开关器件输入端接收的电压信号不相同，开关器件分别为导通状态或截止状态，这样，开关器件输出的信号为高电平信号或低电平信号，控制模块能够根据开关器件输出的信号判断功率驱动模块是否过热。 

由于过热保护电路不需要设置恒压源以及电压比较器，结构简单，生产成本较低，且电信号仅需要经过简单分压处理后即可输入到开关器件，电信号处理时间较短，有利于控制模块及时进行过热保护操作。 

一个优选的方案是，第二电阻为热敏电阻，且热敏电阻为正温度系数或负温度系数热敏电阻，开关器件为NPN型或PNP型三极管。 

由此可见，在功率驱动模块温度过高时，第二电阻的阻值会增大或减小，此时开关器件的状态会改变，从导通变为截止或者从截至变为导通，输出的电平信号发生改变，控制模块可以根据接收的高电平信号或低电平信号判断功率驱动模块温度过高。 

进一步的方案是，开关器件的控制端与开关器件的第二端之间连接有电容。

为实现本实用新型的另一目的，本实用新型提供的电机控制器具有控制模块以及接收控制模块输出信号的功率驱动模块，功率驱动模块具有过热保护电路，其包括串联连接的第一电阻及第二电阻，第一电阻的第一端连接至直流电源，第二电阻的第二端接地，第一电阻与第二电阻的连接端连接至开关器件的控制端，第一电阻与第二电阻中的一个为热敏电阻，其中，开关器件的第一输出端向控制模块输出电平信号，开关器件的第二输出端接地。 

由上述方案可见，由于过热保护电路通过第一电阻与第二电阻分压并向开关器件输出其导通或截止的控制信号，第一电阻与第二电阻中一个为热敏电阻，其阻值能够随功率驱动模块的温度变化而变化，开关器件在功率驱动模块温度过高或正常时输出不同的信号，确保控制模块能够正确判断功率驱动模块温度是否过高。且过热保护电路结构简单，生产成本较低，信号处理时间较短，有利于控制模块快速响应。 

为实现本实用新型的再一目的，本实用新型提供的电机具有定子以及转子，并设有控制器，控制器具有控制模块以及接收控制模块输出信号的功率驱动模块，功率驱动模块具有过热保护电路，其包括串联连接的第一电阻及第二电阻，第一电阻的第一端连接至直流电源，第二电阻的第二端接地，第一电阻与第二电阻的连接端连接至开关器件的控制端，第一电阻与第二电阻中的一个为热敏电阻，其中，开关器件的第一输出端向控制模块输出电平信号，开关器件的第二输出端接地。 

由上述方案可见，过热保护电路通过热敏电阻在不同温度下的阻值变化来改变开关器件的通断，从而由开关器件输出高电平信号或低电平信号，控制模块根据接收的电平信号判断功率驱动模块是否过热，进而对功率驱动模块进行有效的保护。 

附图说明

图1是现有电机控制器的电原理框图。 

图2是现有功率驱动模块的过热保护电路的电原理图。 

图3是本实用新型功率驱动模块的过热保护电路实施例的电原理图。 

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。 

具体实施方式

本实施例的电机具有一个壳体，在壳体内安装有定子以及转子，在电机上还设有用于控制电机工作的控制器，控制器具有控制模块、功率驱动模块以及位置检测模块，控制模块为单片机或DSP等具有编程功能的器件，功率驱动模块具有多个功率管，在控制模块输出的PWM信号控制下导通或截止，位置检测模块用于检测转子的转速，并将检测的信号反馈至控制模块。为了避免功率驱动模块的功率管长时间工作发热而影响自身以及其他器件的工作，功率驱动模块内设置过热保护电路，该电路的电原理图如图3所示。 

过热保护电路具有串联连接的电阻R5、R6，电阻R5与R6中的一个为热敏电阻。本实施例中，电阻R6为负温度系数的热敏电阻，即电阻R6的阻值随温度的升高而下降。并且，电阻R5的一端连接至直流电源VCC，电阻R6的一端接地。本实施例中，直流电源VCC为5伏或15伏的直流电源。 

电阻R6可以是功率驱动模块所使用的集成芯片中的内置热敏电阻，也可以是独立于芯片外的热敏电阻，此时R6需要设置在集成芯片近旁，并且能够检测到功率驱动模块的温度。 

过热保护电路还设有一个作为开关器件的三极管Q2，三极管Q2为NPN型三极管，基极b2作为控制端，连接至电阻R5与电阻R6的连接端，集电极c2作为第一输出端，通过电阻R7连接至直流电源VCC，发射极e2为第二输出端，其接地。并且，集电极c2向控制模块输出电平信号。在基极b2与发射极e2之间的压降大于三极管Q2的导通电压时，三极管Q2导通，基极b2发射极e2之间的压降小于三极管Q2的导通电压时，三极管Q2截止。电阻R6与电容C2并联连接，因此，电容C2也是连接在三极管Q2的基极b2与发射极e2之间，用于过滤输入到三极管Q2基极b2的电信号中的交流分量。 

在电机初始工作时，功率驱动模块的温度较低，电阻R6的温度也较低，因此其阻值较大，两端压降也较高，三极管Q2处于导通状态。由于三极管Q2的发射极e2接地，因此集电极c2输出的电压仅为三极管Q2的导通电压，即0.7伏，控制模块接收该信号后判断为低电平信号。 

随着电机的工作，功率驱动模块的温度上升，电阻R6的温度也随之上升，阻值随之下降，其两端的压降也随之下降。当基极b2上的压降低于三极管Q2的导通电压时，三极管Q2截止，此时集电极c2输出的电压值较高，接近于直流电源VCC的电压，控制模块接收该信号后判断为高电平信号。 

这样，控制模块根据接收的电平信号可以判断功率驱动模块的温度是否过高，当控制模块接收的信号为低电平信号时，判断功率驱动模块温度正常，不进行过热保护操作，在判断接收的信号为高电平信号时，判断功率驱动模块温度过高，执行保护操作，如停止向功率驱动模块输出PWM信号等。 

当然，控制模块内可以设置一个等待时间，在接收到的电平信号为高电平信号时，在等待时间内停止向功率驱动模块输出PWM信号，待等待时间过去以后，再次检测过热保护电路输出的电平信号，若电平信号仍是高电平信号，表示功率驱动模块的温度仍然过高，再次等待一定时间。若检测的电平信号为低电平信号，表示功率驱动模块温度正常，可以继续向功率驱动模块输出PWM信号。 

可见，由于过热保护电路不需要设置恒压源以及电压比较器，结构简单，生产成本得以降低。并且，过热保护电路向控制模块输出的是数字信号而不是模拟信号，控制模块接收信号后不需要进行模数转换，信号处理时间较短，有利于控制模块在短时间内进行过热保护操作，避免功率驱动模块内的元件损坏。 

上述实施例中，电阻R6为负温度系数的热敏电阻，且三极管Q2为NPN型三极管，实际应用时，还可以有其他的组合方式：将电阻R5设置成正温度系数或负温度系数的热敏电阻，电阻R6为阻值不变的电阻，三极管Q2为NPN型或PNP型三极管；或者，将电阻R6设置成正温度系数的热敏电阻，电阻R5为温度不变的电阻，三极管Q2使用NPN型或PNP型三极管；将电阻R6设置成负温度系数的热敏电阻，电阻R5为温度不变的电阻，三极管Q2使用PNP型三极管。在选定热敏电阻的位置、热敏电阻的类型以及开关器件类型以后，根据功率驱动模块的温度与开关器件输出的高低电平信号情况，确定是在三极管输出高电平时进行高温保护还是在输出低电平时进行高温保护。 

当然，上述实施例仅是本实用新型优选的实施方式，实际应用时还可以有更多的改变，例如，使用不设置与电阻R6并联的电容；或者，使用场效应管替代三极管作为开关器件，场效应管的栅极为控制端，而源极、漏极为输出端，这些改变并不会影响本实用新型的实施。 

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如开关器件类型的改变、热敏电阻类型的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。 

Claims (10)

1.电机控制器功率驱动模块的过热保护电路，包括

串联连接的第一电阻及第二电阻，所述第一电阻的第一端连接至直流电源，所述第二电阻的第二端接地，所述第一电阻与所述第二电阻的连接端连接至一开关器件的控制端，所述第一电阻与所述第二电阻中的一个为热敏电阻；

其特征在于：

所述开关器件的第一输出端向控制模块输出电平信号，所述开关器件的第二输出端接地。

2.根据权利要求1所述的电机控制器功率驱动模块的过热保护电路，其特征在于：

所述第一电阻为热敏电阻，且所述热敏电阻为正温度系数或负温度系数热敏电阻，所述开关器件为NPN型或PNP型三极管。

3.根据权利要求1所述的电机控制器功率驱动模块的过热保护电路，其特征在于：

所述第二电阻为热敏电阻，且所述热敏电阻为正温度系数或负温度系数热敏电阻，所述开关器件为NPN型或PNP型三极管。

4.根据权利要求1至3任一项所述的电机控制器功率驱动模块的过热保护电路，其特征在于：

所述开关器件的控制端与所述开关器件的第二输出端之间连接有电容。

5.电机控制器，包括

控制模块以及接收所述控制模块输出信号的功率驱动模块，所述功率驱动模块设有一个过热保护电路，所述过热保护电路具有串联连接的第一电阻及第二电阻，所述第一电阻的第一端连接至直流电源，所述第二电阻的第二端接地，所述第一电阻与所述第二电阻的连接端连接至一开关器件的控制端，所述第一电阻与所述第二电阻中的一个为热敏电阻；

其特征在于：

所述开关器件的第一输出端向所述控制模块输出电平信号，所述开关器件的第二输出端接地。

6.根据权利要求5所述的电机控制器，其特征在于：

所述第一电阻为热敏电阻，且所述热敏电阻为正温度系数或负温度系数热敏电阻，所述开关器件为NPN型或PNP型三极管。

7.根据权利要求5所述的电机控制器，其特征在于：

所述第二电阻为热敏电阻，且所述热敏电阻为正温度系数或负温度系数热敏电阻，所述开关器件为NPN型或PNP型三极管。

8.电机，包括

定子以及转子，并设有控制器，所述控制器具有

控制模块以及接收所述控制模块输出信号的功率驱动模块，所述功率驱动模块设有一个过热保护电路，所述过热保护电路具有串联连接的第一电阻及第二电阻，所述第一电阻的第一端连接至直流电源，所述第二电阻的第二端接地，所述第一电阻与所述第二电阻的连接端连接至一开关器件的控制端，所述第一电阻与所述第二电阻中的一个为热敏电阻；

其特征在于：

所述开关器件的第一输出端向所述控制模块输出电平信号，所述开关器件的第二输出端接地。

9.根据权利要求8所述的电机，其特征在于：

所述第一电阻为热敏电阻，且所述热敏电阻为正温度系数或负温度系数热敏电阻，所述开关器件为NPN型或PNP型三极管。

10.根据权利要求8所述的电机，其特征在于：

所述第二电阻为热敏电阻，且所述热敏电阻为正温度系数或负温度系数热敏电阻，所述开关器件为NPN型或PNP型三极管。

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