一种过流保护电路、装置及电机驱动器的制作方法

本实用新型涉及电机控制领域，具体而言，涉及一种过流保护电路、装置及电机驱动器。

背景技术：

伺服驱动器和伺服电机如今已经成为智能制造的必备品。电力电子器件是伺服驱动器的重要组成部分，利用电力电子技术和电力电子器件来控制电动机拖动生产机械的运行。电力电子元件常用的半导体元件，如场效应管(metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管,以下简称mosfet)、绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，以下简称igbt)是关键元件，尽管体积小可以提供大功率输出，但是也容易因为使用不当导致损坏。

过电流是引起mosfet、igbt损坏的主要原因，短路和过载都会引起过电流，半导体器件会因为超出器件规格的电流，而导致永久性的损坏。而实际应用中，桥臂短路、输出相线短路、或者控制器失控是时有发生的，都可能引起器件短时间内电流急剧增加流而烧坏。为了保护mosfet、igbt是这些关键半导体元件，传统的功率电路主回路保护措施，如保险丝、断路器等已经不适用，必须快速且可控的方式才能可靠的保护好这些关键元件。然而相关技术中，对电机驱动器过电流的保护往往通过控制器的配合，导致响应速度一般；而在忽略控制器直接利用硬件进行过电流保护时，又难以实现灵活可靠的控制。因此，需要在快速检测并响应过电流进行保护的同时，还能进行灵活可靠的控制才能适应各种场合的要求。

技术实现要素：

本实用新型提供的过流保护电路，主要解决的技术问题是现有的过流保护技术不能在快速响应的同时提供灵活可靠的控制。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例提供一种过流保护电路，所述过流保护电路应用于电机驱动器，

所述电机驱动器包括控制器、功率驱动电路和功率主回路；

所述过流保护电路包括过流检测电路以及保护执行电路；

所述过流检测电路连接所述功率主回路以进行电流采样，并对采样结果进行过流检测得到检测结果信号；所述过流检测电路与所述保护执行电路和所述控制器连接，向所述保护执行电路以及所述控制器发送所述检测结果信号；

所述保护执行电路与所述功率驱动电路连接，并根据所述检测结果信号判断所述是否使能功率驱动电路；当所述检测结果信号表示过流信号时，则不使能所述功率驱动电路。

可选的，所述过流检测电路包括采样子电路以及检测子电路；

所述功率主回路为三相全桥电路，所述采样子电路包括三组采样电阻，以及由三组第一电阻构成的电阻网络；

所述三组采样电阻分别连接在所述三相全桥电路的三个下桥臂与地之间；

所述三组第一电阻的一端分别与所述采样电阻非接地的一端连接，另一端互相连接并与所述检测子电路连接。

可选的，所述检测子电路包括比较器；

所述比较器的第一输入端与所述采样子电路连接以接收电压信号，所述比较器的第二输入端接收参考信号，所述比较器的输出端与所述保护执行电路连接，以根据所述电压信号和所述参考信号的比较结果向所述保护执行电路输出检测结果信号。

可选的，所述保护执行电路包括三极管；

所述三极管的输入端与所述过流检测电路连接，所述三极管的输出端与所述功率驱动电路连接以提供第一使能信号。

可选的，所述保护执行电路还与所述控制器连接，

所述三极管的输入端通过第二电阻与所述控制器的使能信号端口连接；

所述三极管的输入端通过第一二极管与所述过流检测电路连接以接收所述检测结果信号。

可选的，所述三极管的输入端还通过第二二极管与所述控制器的复位信号端口连接。

可选的，所述保护执行电路还包括第三电阻；

所述第三电阻连接在所述三极管的输出端与地之间。

可选的，所述三极管的输入端为基极，输出端为发射极，集电极与电源连接。

另一方面，本实用新型还提供一种过流保护装置，所述过流保护装置包括如上所述的过流保护电路。

另一方面，本实用新型还提供一种电机驱动器，所述电机驱动器包括控制器、功率驱动电路、功率主回路以及如上所述的过流保护电路，所述功率主回路与电机连接，向所述电机提供功率输出。

有益效果：

本实用新型提供的过流保护电路通过过流检测电路直接对电机驱动器的功率主回路进行采样以及检测，保护执行电路对电机驱动器的功率驱动电路输出使能信号以控制功率的输出，其中，过流检测电路将检测结果发送给保护执行电路以及控制器，使得保护执行电路能够第一时间获取到过流检测结果并进行响应，也能够配合控制器软件进行处理后实现可靠的控制，达到了软硬件结合保护的效果。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的一种过流保护电路的结构图；

图2为本实用新型实施例一提供的一种过流检测电路的电路图；

图3为本实用新型实施例一提供的另一种过流检测电路的电路图；

图4为本实用新型实施例二提供的一种过流保护电路的电路图；

图5为本实用新型实施例二提供的一种过流保护电路的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型实施例作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一：

为了使电机驱动器的过流保护迅速且可控，本实用新型实施例一提供一种过流保护电路。

请参见图1，图1为本实用新型实施例一提供的过流保护电路的结构图；

本实施例的过流保护电路应用于电机驱动器，电机驱动器中包括控制器1、功率驱动电路2以及功率主回路3。其中，功率主回路3与电机连接，用来给电机负载提供功率输出。功率驱动电路2位于控制器1和功率主回路3之间，其接收控制器1的控制信号对功率主回路3进行驱动，使得控制器1实现了对功率主回路3的控制。该控制器1可以是mcu(microcontrollerunit；微控制单元)控制器，也可以是其他控制器，对此不做限制。

本实施例的过流保护电路包括过流检测电路4以及保护执行电路5。

其中，过流检测电路4与功率主回路3连接，过流检测电路4对功率主回路3进行电流采样，并对采样结果进行过流检测后发出检测结果信号。可以理解的是，该检测结果信号能够表明当前的采样结果是否高于过设定的阈值。过流检测电路4与保护执行电路5和控制器1连接，以将检测结果信号发送至保护执行电流以及控制器1中。

保护执行电路5，其在接收到检测结果信号后，能够根据检测结果信号判断功率驱动电路是否使能，若检测结果信号表示过流信号时，则功率驱动电路不使能，也就是说，功率驱动电路不能够进行工作。可以理解的是，当所述检测结果信号表示当前没有过流，且满足其他使能条件时，功率驱动电路可以使能。在一些实施方式中，可以通过使能信号的方式控制功率驱动电路是否使能。本实施例中的保护执行电路5控制着功率驱动电路2的第一使能信号的输入，从而能够控制是否使能功率驱动电路2，达到了控制电机是否工作的目的。可以理解的是，对于检测结果信号而言，其可以通过高低电平表示是否过流，例如可以设定过流时输出高电平，在未过流时输出低电平，此时高电平即表示过流信号；或是过流时输出低电平，未过流时输出高电平，此时低电平即表示过流信号。

本实施例的过流检测电路4在得到检测结果后，将检测结果信号发送保护执行电路5，使得功率主回路3在发生过电流时，保护执行电路5能够独立于控制器1直接进行响应，迅速执行保护。不仅如此，本实施例中，控制器1也能够获得检测结果信号，使得控制器1能够在后续过程中进行进一步的决策和控制。

请参见图2，图2为本实施例提供的过流检测电路4的电路图。下面结合图2对本实用新型作进一步的说明。

在一些实施方式中，电机驱动器的功率主回路3为三相全桥电路，三相全桥电路可由mosfet或者igbt组成。过流检测电路4包括采样子电路41和检测子电路42。采样子电路41用于对功率主回路3的电流进行采样，采样子电路41包括三组采样电阻a1，三组采样电阻a1分别连接在三相全桥电路的三个下桥臂与地之间，也就是说一端与三相全桥电路的三个下桥臂连接，另一端接地，这样使得三个相位的电流都能够被检测到。如图2所示，三相全桥电路中，通常将六臂中与地线连接的三臂称为下桥臂。而本实施例中，通过由三组第一电阻a2构成的电阻网络，将采样电阻a1采样的电流转化为电压信号并进行合并，这三组第一电阻a2的一端分别与采样电阻a1非接地的一端连接，也就是说这三组第一电阻a2同样分别与三相全桥电路的三个下桥臂直接连接，但三组第一电阻a2的另一端相互连接，将三路电压信号合为了一路电压信号，这一路电压信号即是本实施例中采样子电路41所得到的采样结果。并且，这三组第一电阻a2的另一端还与检测子电路42连接，将合并后的电压信号发送至检测子电路42中。在另一些实施方式中，还可以采用二极管代替第一电阻a2进行电压的合成，以及，如图3，还可以选择在接地母线上串联采样电阻a11，以采样得到母线上的电压。应当说明的是，由于二极管两端的压降会因为二极管本身的特性存在差异，且受到温度影响，本实施例中采用如图2所示的三组第一电阻a2形成的电阻网络的实施方式对于小信号检测的精度会更高；并且相较于如图3中在接地母线上串联采样电阻a11的实施方式而言，本实施例中的电阻网络更利于提高效率。

在一些实施方式中，还可以将三组采样电阻a1采样到的信号再输出给系统中的其他控制环节，为系统多个功能提供电流检测结果，简化电路。例如还可以将这三路检测的电流作为控制系统电流反馈信号，参与电流环的控制。

在一些实施方式中，检测子电路42包括比较器b1。将比较器b1的第一输入端421与采样子电路41连接，接收采样子电路41发送的采样结果，比较器b1的第二输入端422接入了参考信号，比较器b1通过比较参考信号与采样结果的电压值，输出检测结果信号。应当说明的是，比较器b1的参考信号在工作中一般是固定的，参考信号的电压大小可以进行设定以适应不同规格电机或电机驱动器的过流检测。当比较器b1接收的采样结果电压值大于设定的参考信号的电压值，则说明当前已经过流，比较器b1也会根据比较的结果输出对应的检测结果信号。在其他实施方式中，检测子电路42还可以利用集成芯片或着其他电路方式实现。

在一些实施方式中，比较器b1输出端423连接退耦电容c1，退耦电容c1的另一端接地，退耦电容c1对比较器b1的输出进行滤波，保证电路的稳定性。

需要说明的是，如图2中，比较器b1的输出端还接有上拉电阻a3，比较器b1通常采用集电极开路进行输出，因此一般在比较器b1的输出端设置上拉电阻a3。比较器b1的输出端423的输出信号发送至保护执行电路5和控制器1中，供保护执行电路5进行响应，以及供控制器1进行处理。

在一些实施方式中，保护执行电路5包括三极管。三极管的输入端与过流检测电路4连接，接收过流检测电路4的检测结果信号，三极管的输出端与功率驱动电路2连接。本实施例中，三极管的输出信号即是第一使能信号。因而，由于三极管的特性，根据输入端接收到的检测结果信号的电平，向功率驱动电路2输出第一使能信号。应当理解的是，本实施例中，当三极管接收到的检测结果信号表示过流信号时，则说明当前发生了过流，其输出的第一使能信号会控制功率驱动电路2停止工作；而在检测结果信号为正常时，第一使能信号为有效电平，即可以使能功率驱动电路2，使得功率驱动电路2可以正常工作。可以理解的是，三极管可以采用npn型三极管或pnp型三极管，三极管中哪一极作为输入端或输出端也并非固定，具体哪一极作为输入端或输出端，可根据具体的电路设置。

在一些实施方式中，可以选择三极管的基极作为输入端，发射极作为输出端，集电极与电源连接。

在一些实施方式中，保护执行电路5还与控制器1连接，接收控制器1的控制信号，三极管的输入端通过第二电阻与控制器1的使能信号端口连接，三极管的输入端通过第一二极管与过流检测电路4连接。在保护执行电路5的输入端部分引入控制器1的使能信号，使得保护执行电路5还能够被控制器1所管控，这增强了过流保护电路控制的可靠性。

可以理解的是，在此类实施方式中，由于三极管的输入端同时接收检测结果信号以及控制器1的使能信号。因此，只有当控制器1的使能信号的电平与没有过流时的检测结果信号的电平一致时，三极管才输出有效的第一使能信号以使得功率驱动电路2能够工作。即，控制器1的使能信号的电平与检测结果信号表示当前没有过流时的电平一致时，表示控制器1开启功率驱动电路2的使能，当控制器1的使能信号的电平与检测结果信号表示当前没有过流时的电平不一致时，则表示控制器1当前关闭对功率驱动电路2的使能。可以理解到，当控制器1关闭对功率驱动电路2的使能，或者当检测结果信号表示当前过流的情况下，功率驱动电路2都不会被使能，从而功率驱动电路2不能够进行工作。

在一些实施方式中，保护执行电路5还与控制器1的复位信号端口连接。三极管的输入端通过第二二极管连接到控制器1的复位信号端口。将控制器1复位信号传输给保护执行电路5中的三极管，当控制器1出现异常状态导致系统复位的情况下，也可以关断对功率驱动电路2的使能，即，使功率驱动电路2接收到的第一使能电平为无效电平。类似的，当控制器1复位信号端口输出的信号与检测结果信号表示当前没有过流时的电平一致时，表明当前控制器1没有进行复位，功率驱动电路2的可以被使能。

由此可以理解到，在具体实施过程中，当功率驱动电路2使能时，在三极管输入端的各输入信号的电平都是相同的，且与检测结果信号表示当前没有过流时的电平一致。

在一些实施方式中，保护执行电路5还包括第三电阻。第三电阻连接在所述三极管的输出端与地之间，根据的具体电路，该第三电阻能够对三极管的输出限流和/或起到下拉的效果。

在一些实施方式中，保护执行电路5还可以包括滤波电容，该滤波电容可以设置在三极管的输入端，通过滤波电容滤除输入的杂波，使得电路信号更为稳定。滤波电容一端连接三极管的输入端，另一端接地。

本实施例提供的过流保护电路，应用于电机驱动器，通过过流检测电路4对电机驱动器的功率主回路3进行采样以及过电流的检测，将检测结果信号发送给保护执行电路5以及控制器1，保护执行电路5能够根据检测结果信号判断是否使能功率驱动电路2，且在检测结果信号表示过流信号时不使能功率驱动电路2，电机驱动器的控制器1能够接收到检测结果信号，使得其能够根据其自身的控制功能实现后续的控制。由此，本实施例提供的过流保护电路实现了在过电流发生时既能够快速响应，对电路执行保护，也能够保证后续的灵活控制。

实施例二：

请参见图4，图4为一种较具体的过流保护电路的电路图。下面结合图4以及具体的过流保护控制流程，对本实施例的过流保护电路做进一步详细说明。

图4中，过流检测电路4与图2相同，在此不再赘述。图4中具体给出了保护执行电路5部分的一种电路实现方式，如图4所示；

三极管e1采用npn结构的三极管，在本实施例中，三极管e1的基极作为输入端，发射极作为输出端，集电极连接电源。三极管e1的基极通过第一二极管d1与比较器b1的输出端连接，其中，第一二极管d1的阳极与三极管e1的基极连接，其阴极与比较器b1的输出端连接。

同时，三极管e1还接收了控制器1的信号。具体的，三极管e1通过第二二极管d2与控制器1的复位信号端口连接。同样的，第二二极管d2的阳极也连接到三极管e1的基极，第二二极管d2的阴极则连接控制器1的复位信号端口。而控制器1的使能信号端口，则通过第二电阻a4与三极管e1的基极相连。

在三极管e1的基极还连接有滤波电容c2，滤波电容c2一端直接连接到三极管e1的基极，另一端接地，用于对三极管e1的输入进行滤波。而在三极管e1发射极还接有第三电阻a5以使三极管e1工作更稳定，第三电阻a5一端直接连接到三极管e1的基极，另一端也接地。

在本实施例中，第一使能信号的有效电平为高电平，也就是说当第一使能信号为高电平时，功率驱动电路2处于使能状态，此时功率驱动电路2能够对功率主回路3进行驱动。在本实施例的保护执行电路5中，当三极管e1基极为高电平时，三极管e1的发射极输出的第一使能信号才为高电平。因而，在正常情况下，控制器1的使能信号端发出的使能信号、复位信号端发出的信号，以及过流检测信号均为高电平。

也就是说，在本实施例中，若过流检测信号为低电平，则表示当前出现了过流。同理，若控制器1的使能信号端发出的使能信号为低电平，则表示控制器1关闭对功率驱动电路2的使能；若控制器1的复位信号端发出的信号为低电平，则表示当前控制器1系统复位。在上述情况出现时，功率驱动电路2均不会得到有效电平的第一使能信号，从而不会被使能，也即不可以被启动以进行工作。

而当过流发生时，比较器b1第一输入端421接收到的电压信号高出了参考信号所预设的电压阈值，比较器b1输出端423输出的检测结果信号变为低电平，该检测结果信号发送给控制器1以及保护执行电路5。

此时，保护执行电路5的第二二极管d2的阴极被拉低，而控制器1的使能信号端在工作时保持高电平，因此第二二极管d2导通，使得三极管e1的基极被钳位为低电平，三极管e1的发射极输出的第一使能信号也变为低电平，过流驱动电路不被使能。此时，保护执行电路5完成了对于过流的迅速响应。

而当控制器1的想要停止电机时，控制器1发出的使能信号变为低电平，同样使得三极管e1的基极被钳位为低，从而停止了功率驱动电路2对功率主回路3的驱动。

类似的，当控制器1出现异常状态而导致系统复位，复位信号变为低电平，三极管e1的基极被钳位为低，从而停止功率驱动电路2的工作。

对于控制器1，其接收到了过流检测电路4第一时间发送来的检测结果信号，当发生过流之后，控制器1能够执行后续的响应，判断是否需要输出报警提示，或者控制器1关闭驱动直到系统重启。

请参见图5，图5为本实施例上述的过流检测电路4的结构图，与图1不同的是，保护执行电路5能够接收控制器1的部分信号，从而实现了更可靠的控制。

本实施例提供的过流保护电路，应用于电机驱动器，通过过流检测电路4对电机驱动器的功率主回路3进行采样以及过电流的检测，将检测结果信号发送给保护执行电路5以及控制器1，保护执行电路5能够根据检测结果信号发送第一使能信号以控制功率驱动电路2的使能与否，控制器1则能够根据其自身的控制功能实现后续的控制。同时，保护执行电路5还进一步的接收控制器1发送的使能信号和复位信号，使得控制器1也能通过保护执行电路5管控功率驱动电路2的工作状态，在快速响应的同时提供了灵活可靠的控制。

本实施例还提供一种过流保护装置，本实施例提供的过流保护装置包括上述实施例中的过流保护电路。

本实施例还提供一种电机驱动器，包括控制器、功率驱动电路、功率主回路，以及上述实施例中的过流保护电路。功率主回路与电机连接，向电机提供功率输出。该电机驱动器中的过流保护电路能够快速响应过流事件，且提供了灵活可靠的控制。

以上内容是结合具体的实施方式对本实用新型实施例所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。以上实施方式中，提及的连接关系，其可以是直接的连接，在某些情况下，也可能是间接的连接，例如连接中还通过了开关或继电器等装置。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。