一种用于开关磁阻电机的过载保护电路的制作方法

本实用新型涉及一种过载保护电路，特别涉及一种用于开关磁阻电机的过载保护电路。

背景技术：

开关磁阻电机在运行过程中有时会发生过载现象，当电机发生过载时其相电流往往会超过其额定电流，从而使电机绕组的发热量增加，绕组温升随之迅速上升，如果电机发生长时间过载运行则可能会使绕组温度上升到极高的数值，严重时甚至会烧毁电机绕组，造成无法挽回的损失，所以针对开关磁阻电机设置过载保护是至关重要的。然而目前对于开关磁阻电机在运行过程中发生的过载现象还缺乏有效的保护措施，给开关磁阻电机的安全运行留下了隐患。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种结构简单、性能可靠的用于开关磁阻电机的过载保护电路。

本实用新型解决上述问题的技术方案是：一种用于开关磁阻电机的过载保护电路，包括

电流检测电路，电流检测电路的输出端与信号处理电路相连，用于实时检测开关磁阻电机的相电流并输出与该相电流成线性关系的信号电压给信号处理电路；

第Ⅰ基准电压产生电路，第Ⅰ基准电压产生电路的输出端与信号处理电路相连，用于产生第Ⅰ基准电压，所述第Ⅰ基准电压与电流检测电路输出的对应于开关磁阻电机额定相电流时的信号电压相等；

信号处理电路，信号处理电路的输出端与过载保护信号形成电路相连，信号处理电路接收电流检测电路输出的信号电压并与第Ⅰ基准电压产生电路产生的第Ⅰ基准电压进行比较，若电流检测电路输出的信号电压大于第Ⅰ基准电压，则输出两者的偏差电压信号并传输给过载保护信号形成电路，否则无信号输出；

过载保护信号形成电路，过载保护信号形成电路的输出端与过载保护控制电路相连，过载保护信号形成电路接收信号处理电路输出的偏差电压信号，输出一个增长率与该偏差电压信号幅度相关的随时间线性增长的过载保护电压信号，并将该信号传输至过载保护控制电路；

第Ⅱ基准电压产生电路，第Ⅱ基准电压产生电路的输出端与过载保护控制电路相连，用于产生第Ⅱ基准电压，所述第Ⅱ基准电压由开关磁阻电机发生过载时其绕组允许达到的额定温升确定；

过载保护控制电路，过载保护控制电路接收过载保护信号形成电路输出的过载保护电压信号，并与第Ⅱ基准电压产生电路产生的第Ⅱ基准电压比较，若过载保护电压信号大于第Ⅱ基准电压，则执行相应的过载保护动作。

上述用于开关磁阻电机的过载保护电路，所述电流检测电路包括电流传感器、第一运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容和第二电容，电流传感器的GND脚接地，电流传感器的VCC脚与正电源+VCC相连，第二电容跨接在电流传感器的VCC脚和GND脚之间，电流传感器的DATA脚与第一电阻的一端、第三电阻的一端相连，第三电阻的另一端接地；第一电阻的另一端与第一运算放大器的同相输入端相连，第一运算放大器的反相输入端经第六电阻后接地，第七电阻跨接在第一运算放大器的反相输入端与输出端之间，第一运算放大器的输出端与第二电阻一端相连，第二电阻另一端与信号处理电路相连，第一电容跨接在第一运算放大器的正电源端与地之间。

上述用于开关磁阻电机的过载保护电路，所述第Ⅰ基准电压产生电路包括第四运算放大器、第三稳压二极管、第九电容、第十电阻、第十一电阻、第十七电阻和第十九电阻，第三稳压二极管的正极接地，第三稳压二极管的负极与第四运算放大器的同相输入端相连，第十电阻跨接在第四运算放大器的同相输入端与正电源端之间；第四运算放大器的反相输入端经第十九电阻后接地，第四运算放大器的输出端经第十一电阻后与信号处理电路相连，第十七电阻一端与第四运算放大器的反相输入端相连，第十七电阻另一端接在第十一电阻与信号处理电路之间，第九电容并接在第十七电阻两端。

上述用于开关磁阻电机的过载保护电路，所述信号处理电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、第一模拟开关、第二模拟开关、第一整流二极管、第二整流二极管、第四整流二极管、第五整流二极管、第三电容、第四电容、第五电容、第四电阻、第五电阻、第八电阻、第九电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十八电阻、第二十电阻；所述第二运算放大器的反相输入端经第十三电阻后与第十一电阻的另一端相连，第二运算放大器的同相输入端经第九电阻后与第二电阻的另一端相连；第五电阻跨接在第二运算放大器的同相输入端与输出端之间，第三电容并接在第五电阻两端，第二运算放大器的输出端经第十二电阻后分别与第十四电阻的一端、第一模拟开关的栅极、第二模拟开关的栅极相连，第十四电阻的另一端接负电源-VCC；所述第一模拟开关的漏极与第二电阻的另一端相连；所述第二模拟开关的漏极与第十七电阻的另一端相连；所述第一模拟开关的源极分别与第四电阻的一端、第一整流二极管的正极、第二整流二极管的负极、第三运算放大器的同相输入端相连，第一整流二极管的负极与第四整流二极管的正极相连，第二整流二极管的正极与第五整流二极管的负极相连；所述第四电阻的另一端接地，第四电容并接在第四电阻两端；所述第二模拟开关的源极经第十八电阻后分别与第四整流二极管的负极、第五整流二极管的正极、第三运算放大器的反相输入端、第二十电阻的一端相连，第二十电阻的另一端接地，第十五电阻跨接在第二模拟开关的源极与地之间，第五电容并接在第十五电阻的两端，第十六电阻跨接在第三运算放大器的反相输入端与输出端之间，第三运算放大器的输出端与第八电阻的一端相连，第八电阻的另一端与过载保护信号形成电路相连。

上述用于开关磁阻电机的过载保护电路，所述第一模拟开关和第二模拟开关均采用n沟道JFET。

上述用于开关磁阻电机的过载保护电路，所述过载保护信号形成电路包括第五运算放大器、第七电容、第二十一电阻、第二十二电阻、第二十四电阻、第二十七电阻、第二十八电阻、第二十九电阻、第三十二电阻、第三十六电阻和第一可变电阻器；所述第五运算放大器的反相输入端经第二十一电阻后接地，第五运算放大器的同相输入端经第二十八电阻、第二十七电阻后与第八电阻另一端相连，第二十二电阻跨接在第五运算放大器的反相输入端与输出端之间，第二十九电阻的一端与第五运算放大器的同相输入端相连，第二十九电阻的另一端经第二十四电阻后接至第五运算放大器的输出端；所述第七电容的正极、第三十二电阻的一端、第三十六电阻的一端、第一可变电阻器的一端连接在一起并连接过载保护控制电路；第三十二电阻的另一端接在第二十九电阻与第二十四电阻之间，第七电容的负极、第三十六电阻的另一端、第一可变电阻器的调整端连接在一起并接地。

上述用于开关磁阻电机的过载保护电路，所述第Ⅱ基准电压产生电路包括第六运算放大器、第一三极管、第二三极管、第六稳压二极管、第六电容、第二十三电阻、第二十六电阻和第三十电阻；所述第六运算放大器的同相输入端接地，第六运算放大器的反相输入端与第二十六电阻的一端、第六稳压二极管的正极相连，第二十六电阻的另一端接地，第六运算放大器的输出端经第二十三电阻后与第一三极管的基极相连；第三十电阻的一端与第六运算放大器的正电源端相连，第三十电阻的另一端与第六电容的正极、第一三极管的集电极相连，第六电容的负极与第一三极管的基极相连，第一三极管的发射极与第二三极管的基极相连，第二三极管的集电极与第一三极管的集电极相连，第二三极管的发射极与第六稳压二极管的负极、过载保护控制电路相连。

上述用于开关磁阻电机的过载保护电路，所述过载保护控制电路包括第七运算放大器、第一开关二极管、第三三极管、第八电容、锁存器、第二十五电阻、第三十一电阻、第三十三电阻、第三十四电阻、第三十五电阻、第三十八电阻、第三十九电阻和第四十电阻；所述第七运算放大器的同相输入端经第三十三电阻后接至第二三极管的发射极，第七运算放大器的反相输入端经第三十五电阻后接至第七电容的正极，第二十五电阻跨接在第七运算放大器的同相输入端与输出端之间；第七运算放大器的输出端经第三十四电阻后分别与第三十一电阻的一端、第一开关二极管的第三脚、第八电容一端、第四十电阻的一端相连；第三十一电阻的另一端接正电源+VDD；所述第一开关二极管的第一脚和第二脚分别与地和正电源+VDD相连，第八电容的另一端接地；第四十电阻的另一端与第三十九电阻的一端、第三三极管的基极相连；第三十九电阻的另一端与第三三极管的发射极相连并接地；第三三极管的集电极与第三十八电阻的一端、锁存器的第一引脚和锁存器的第十九引脚相连；第三十八电阻的另一端和正电源+VDD相连；所述锁存器的GND端口和VCC端口分别接地和正电源+VDD。

上述用于开关磁阻电机的过载保护电路，所述锁存器采用型号为74ACT244的双使能端锁存器。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的电流检测电路实时检测开关磁阻电机的相电流并输出与该相电流成线性关系的信号电压给信号处理电路，信号处理电路接收该电压信号并与第Ⅰ基准电压产生电路产生的第Ⅰ基准电压进行比较，若该信号电压大于第Ⅰ基准电压，则输出两者的偏差信号电压，否则无信号输出；信号处理电路输出的偏差电压信号传输至过载保护信号形成电路，由过载保护信号形成电路对偏差电压信号进行处理后，输出一个增长率与该偏差电压信号幅度相关的随时间线性增长的过载保护电压信号至过载保护控制电路，过载保护控制电路接收该过载保护电压信号并与第Ⅱ基准电压产生电路产生的第Ⅱ基准电压进行比较，当该过载保护信号电压大于第Ⅱ基准电压时，则输出相应的过载保护控制信号给开关磁阻电机控制器，从而实施相应的过载保护，具有结构简单、性能可靠的优点。

附图说明

图1为本实用新型的结构框图。

图2为图1的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型包括电流检测电路1、第Ⅰ基准电压产生电路2、信号处理电路3、过载保护信号形成电路4、第Ⅱ基准电压产生电路5和过载保护控制电路6，电流检测电路1的输出端与信号处理电路3相连，第Ⅰ基准电压产生电路2的输出端与信号处理电路3相连，信号处理电路3的输出端与过载保护信号形成电路4相连，过载保护信号形成电路4的输出端与过载保护控制电路6相连，第Ⅱ基准电压产生电路5的输出端与过载保护控制电路6相连。

如图2所示，电流检测电路1用于实时检测开关磁阻电机的相电流并输出与该相电流成线性关系的信号电压给信号处理电路3；所述电流检测电路1包括电流传感器S1、第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1和第二电容C2，电流传感器S1的GND脚接地，电流传感器S1的VCC脚与正电源+VCC相连，第二电容C2跨接在电流传感器S1的VCC脚和GND脚之间，电流传感器S1的DATA脚与第一电阻R1的一端、第三电阻R3的一端相连，第三电阻R3的另一端接地；第一电阻R1的另一端与第一运算放大器U1的同相输入端相连，第一运算放大器U1的反相输入端经第六电阻R6后接地，第七电阻R7跨接在第一运算放大器U1的反相输入端与输出端之间，第一运算放大器U1的输出端与第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端与信号处理电路3相连，第一电容C1跨接在第一运算放大器U1的正电源端与地之间。

第Ⅰ基准电压产生电路2用于产生第Ⅰ基准电压，所述第Ⅰ基准电压与电流检测电路1输出的对应于开关磁阻电机额定相电流时的信号电压相等；所述第Ⅰ基准电压产生电路2包括第四运算放大器U4、第三稳压二极管D3、第九电容C9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十七电阻R17和第十九电阻R19，第三稳压二极管D3的正极接地，第三稳压二极管D3的负极与第四运算放大器U4的同相输入端相连，第十电阻R10跨接在第四运算放大器U4的同相输入端与正电源端之间；第四运算放大器U4的反相输入端经第十九电阻R19后接地，第四运算放大器U4的输出端经第十一电阻R11后与信号处理电路3相连，第十七电阻R17的一端与第四运算放大器U4的反相输入端相连，第十七电阻R17的另一端接在第十一电阻R11与信号处理电路3之间，第九电容C9并接在第十七电阻R17两端。

信号处理电路3接收电流检测电路1输出的信号电压并与第Ⅰ基准电压产生电路2产生的第Ⅰ基准电压进行比较，若电流检测电路1输出的信号电压大于第Ⅰ基准电压，则输出两者的偏差电压信号并传输给过载保护信号形成电路4，否则无信号输出；所述信号处理电路3包括第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第一模拟开关J1、第二模拟开关J2、第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第四整流二极管D4、第五整流二极管D5、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第四电阻R4、第五电阻R5、第八电阻R8、第九电阻R9、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十八电阻R18、第二十电阻R20；所述第一模拟开关J1和第二模拟开关J2均采用n沟道JFET；所述第二运算放大器U2的反相输入端经第十三电阻R13后与第十一电阻的另一端相连，第二运算放大器U2的同相输入端经第九电阻R9后与第二电阻R2的另一端相连；第五电阻R5跨接在第二运算放大器U2的同相输入端与输出端之间，第三电容C3并接在第五电阻R5两端，第二运算放大器U2的输出端经第十二电阻R12后分别与第十四电阻R14的一端、第一模拟开关J1的栅极、第二模拟开关J2的栅极相连，第十四电阻R14的另一端接负电源-VCC；所述第一模拟开关J1的漏极与第二电阻R2的另一端相连；所述第二模拟开关J2的漏极与第十七电阻R17的另一端相连；所述第一模拟开关J1的源极分别与第四电阻R4的一端、第一整流二极管D1的正极、第二整流二极管D2的负极、第三运算放大器U3的同相输入端相连，第一整流二极管D1的负极与第四整流二极管D4的正极相连，第二整流二极管D2的正极与第五整流二极管D5的负极相连；所述第四电阻R4的另一端接地，第四电容C4并接在第四电阻R4两端；所述第二模拟开关J2的源极经第十八电阻R18后分别与第四整流二极管D4的负极、第五整流二极管D5的正极、第三运算放大器U3的反相输入端、第二十电阻R20的一端相连，第二十电阻R20的另一端接地，第十五电阻R15跨接在第二模拟开关J2的源极与地之间，第五电容C5并接在第十五电阻R15的两端，第十六电阻R16跨接在第三运算放大器U3的反相输入端与输出端之间，第三运算放大器U3的输出端与第八电阻R8的一端相连，第八电阻R8的另一端与过载保护信号形成电路4相连。

过载保护信号形成电路4接收信号处理电路3输出的偏差电压信号，输出一个增长率与该偏差电压信号幅度相关的随时间线性增长的过载保护电压信号，并将该过载保护电压信号传输至过载保护控制电路6；所述过载保护信号形成电路4包括第五运算放大器U5、第七电容C7、第二十一电阻R21、第二十二电阻R22、第二十四电阻R24、第二十七电阻R27、第二十八电阻R28、第二十九电阻R29、第三十二电阻R32、第三十六电阻R36和第一可变电阻器R37；所述第五运算放大器U5的反相输入端经第二十一电阻R21后接地，第五运算放大器U5的同相输入端经第二十八电阻R28、第二十七电阻R27后与第八电阻R8的另一端相连，第二十二电阻R22跨接在第五运算放大器U5的反相输入端与输出端之间，第二十九电阻R29的一端与第五运算放大器U5的同相输入端相连，第二十九电阻R29的另一端经第二十四电阻R24后接至第五运算放大器U5的输出端；所述第七电容C7的正极、第三十二电阻R32的一端、第三十六电阻R36的一端、第一可变电阻器R37的一端连接在一起并连接过载保护控制电路6；第三十二电阻R32的另一端接在第二十九电阻R29与第二十四电阻R24之间，第七电容C7的负极、第三十六电阻R36的另一端、第一可变电阻器R37的调整端连接在一起并接地。

第Ⅱ基准电压产生电路5用于产生第Ⅱ基准电压，所述第Ⅱ基准电压由开关磁阻电机发生过载时其绕组允许达到的额定温升确定；所述第Ⅱ基准电压产生电路5包括第六运算放大器U6、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第六稳压二极管D6、第六电容C6、第二十三电阻R23、第二十六电阻R26和第三十电阻R30；所述第六运算放大器U6的同相输入端接地，第六运算放大器U6的反相输入端与第二十六电阻R26的一端、第六稳压二极管D6的正极相连，第二十六电阻R26的另一端接地，第六运算放大器U6的输出端经第二十三电阻R23后与第一三极管Q1的基极相连；第三十电阻R30的一端与第六运算放大器U6的正电源端相连，第三十电阻R30的另一端与第六电容C6的正极、第一三极管Q1的集电极相连，第六电容C6的负极与第一三极管Q1的基极相连，第一三极管Q1的发射极与第二三极管Q2的基极相连，第二三极管Q2的集电极与第一三极管Q1的集电极相连，第二三极管Q2的发射极与第六稳压二极管D6的负极、过载保护控制电路6相连。

过载保护控制电路6接收过载保护信号形成电路4输出的过载保护电压信号，并与第Ⅱ基准电压产生电路5产生的第Ⅱ基准电压比较，若过载保护电压信号大于第Ⅱ基准电压，则执行相应的过载保护动作；所述过载保护控制电路6包括第七运算放大器U7、第一开关二极管D7、第三三极管Q3、第八电容C8、锁存器U8、第二十五电阻R25、第三十一电阻R31、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第三十五电阻R35、第三十八电阻R38、第三十九电阻R39和第四十电阻R40；所述锁存器U8采用型号为74ACT244的双使能端锁存器；所述第七运算放大器U7的同相输入端经第三十三电阻R33后接至第二三极管Q2的发射极，第七运算放大器U7的反相输入端经第三十五电阻R35后接至第七电容C7的正极，第二十五电阻R25跨接在第七运算放大器U7的同相输入端与输出端之间；第七运算放大器U7的输出端经第三十四电阻R34后分别与第三十一电阻R31的一端、第一开关二极管D7的第三脚、第八电容C8一端、第四十电阻R40的一端相连；第三十一电阻R31的另一端接正电源+VDD；所述第一开关二极管D7的第一脚和第二脚分别与地和正电源+VDD相连，第八电容C8的另一端接地；第四十电阻R40的另一端与第三十九电阻R39的一端、第三三极管Q3的基极相连；第三十九电阻R39的另一端与第三三极管Q3的发射极相连并接地；第三三极管Q3的集电极与第三十八电阻R38的一端、锁存器U8的第一引脚和锁存器U8的第十九引脚相连；第三十八电阻R38的另一端和正电源+VDD相连；所述锁存器U8的GND端口和VCC端口分别接地和正电源+VDD，锁存器U8的其它引脚接PWM传输信号。

本实用新型的工作原理如下：首先通过电流检测电路1中的电流传感器S1将所检测的开关磁阻电机相电流线性转换为对应的电压信号，再经过以第一运算放大器U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第六电阻R6及第七电阻R7组成的同相放大电路对该电压信号进行一定幅度的放大，然后分别传输给信号处理电路3中的第九电阻R9和第一模拟开关J1的漏极D；与此同时，通过第Ⅰ基准电压产生电路2输出的第Ⅰ基准电压分别传输给信号处理电路3中的第十三电阻R13和第二模拟开关J2的漏极D，其中第Ⅰ基准电压值与电流检测电路1输出的对应于开关磁阻电机额定相电流时的信号电压相等。信号处理电路3接收电流检测电路1输出的信号电压与第Ⅰ基准电压产生电路2输出的第Ⅰ基准电压并将两者进行比较，如果电流检测电路1输出的信号电压小于第Ⅰ基准电压，则第二运算放大器U2将输出幅值为-VCC的低电平信号，此时第一模拟开关J1和第二模拟开关J2均处于截止状态，信号处理电路3无信号输出。而如果电流检测电路1输出的信号电压大于第Ⅰ基准电压，则第二运算放大器U2将输出幅值为+VCC的高电平信号，此时第一模拟开关J1和第二模拟开关J2均处于导通状态，则电流检测电路1和第Ⅰ基准电压产生电路2输出的电压信号将分别通过第一模拟开关J1和第二模拟开关J2传输至后续的电压比较放大电路，获得两者的偏差放大信号并传输给过载保护信号形成电路4。

过载保护信号形成电路4接收信号处理电路3输出的偏差电压信号，先将该偏差电压按线性关系转换为相应的电流输出，并由该电流经第三十二电阻R32给第七电容C7充电，从而使第七电容C7两端的电压随时间线性增长，且其电压增长率与上述偏差电压值成比例关系，所述第七电容C7两端随时间线性增长的电压即为过载保护信号形成电路4输出的过载保护电压信号，该电压信号传输至过载保护控制电路6。在过载保护信号形成电路4中的第三十六电阻R36和第一可变电阻器R37构成并联旁路电路，用于给第七电容C7的残余电荷提供释放回路并可对第七电容C7的充电速度进行微调，即通过微调第七电容C7的充电速度可控制开关磁阻电机发生过载后的动作时间。

过载保护控制电路6接收过载保护信号形成电路4输出的过载保护电压信号和第Ⅱ基准电压产生电路5产生的第Ⅱ基准电压，并由过载保护控制电路6中的第七运算放大器U7将上述两电压信号进行比较。如果过载保护电压信号小于第Ⅱ基准电压值，则第七运算放大器U7的输出端将输出一个高电平信号，该高电平信号将使第三三极管Q3导通，从而使锁存器U8的第一和第十九使能端为低电平，此时锁存器U8为使能状态，控制器输出正常的PWM控制信号，即此时过载保护电路不动作。

如果过载保护电压信号线性增长到大于第Ⅱ基准电压，则第七运算放大器U7的输出端将输出一个低电平信号，该低电平信号将使第三三极管Q3截止，从而使锁存器U8的第一和第十九使能端为高电平，此时锁存器U8为禁止状态，因此由控制器输出的PWM控制信号将被封锁，即此时过载保护电路动作，开关磁阻电机控制器停止运行，从而保障开关磁阻电机的运行安全。