一种功率器件保护电路的制作方法

本技术涉及伺服驱动保护，尤其涉及一种功率器件保护电路。

背景技术：

1、在现有技术中，如图1所述，为三相或单相伺服(变频器)驱动器整个框图，其主要作用将交流整流成直流，然后将直流逆变成电机需要的交流控制电动机。由于整个驱动器使用了大量的半导体器件，如整流桥模块，igbt(mos)等，驱动器需要长期稳定工作，则必须保证各种器件工作在其安全工作条件，超出条件需要报警或停止工作，待异常条件消除后才能重新工作，如果保护失效或者超工作条件延迟，则将导致器件出现不可恢复失效。在一些要求比较高的场合，当异常时或超工作条件时，比如安装了驱动器的电动车(电动叉车)-要求驱动器小体积，自然散热，等在爬上坡时遇到坎或者坑里面-这个时候最严重情况相当于堵转，需要驱动器不报警，且能连续输出其范围内力矩和速度，或者可以多次连续尝试输出其最大扭矩和速度，此时需要精确的保护电路确保驱动器可靠。

2、为了解决上述问题，现有技术中采取如图2中增加驱动缓冲功能的伺服驱动器，a为mcu部分，负责采集电流以及根据状态输出驱动脉冲到b驱动缓冲单元经过处理后，驱动功率逆变单元c，同时驱动电动机d，这样可以在驱动缓冲单元的作用下使得输出电流更加平缓，从而加强了驱动器可靠性。

3、然而，图2的整体技术方案能保护绝大多数现场，但是在部分场合可能会错误报警或导致功率器件损坏，因为cpu控制单元采样了输出电流，过流信号。一般过流信号为纯硬件信号，举例功率器件标称电流为80a，过流一般在160a，按照功率器件的特性，160a以上只能持续的时间为1us～10us。在堵转时，输出电流可能震荡超出过流设置值，则会报警过流，如果没有超出这个值，同时持续的时间比较长，则可能导致器件故障(一般低速cpu，计算电流是根据载波来的，比如载波8k—pwm电流的采样计算时间是125us，这样远大于10us，可能导致调整错误或导致器件失效)。

4、基于此，现有技术中的驱动器对于功率器件，如igbt管的保护不够而容易使功率器件产生故障，进而器件时效

技术实现思路

1、有鉴于此，有必要提供一种功率器件保护电路，解决现有技术中在电动机堵转时因输出电流超过预设值或电流采样时间过长而导致功率器件容易因电流过大而发生故障的技术问题。

2、为了解决上述问题，本实用新型提供了一种功率器件保护电路，包括：

3、所述mcu电路，用于产生电机驱动信号；

4、所述驱动缓冲电路，与所述mcu电路电连接，用于根据过流保护信号对所述电机驱动信号进行驱动控制，还用于将电机驱动信号进行缓冲处理；

5、功率逆变电路，与所述驱动缓冲电路电连接，用于将缓冲处理后的电机驱动信号进行逆变处理，并根据限流保护信号对所述逆变处理后的电机驱动信号进行限流保护处理；

6、过流保护电路，与所述mcu电路和驱动缓冲电路电连接，用于根据过流采样信号生成所述过流保护信号；

7、电流采样电路，与所述功率逆变电路和过流保护电路电连接，用于对所述功率逆变电路和所述过流保护电路进行电流采样，并根据采样结果生成限流采样信号和所述过流采样信号；

8、da输出电路，与所述mcu电路、所述过流保护电路和电流采样电路电连接，用于将所述电机驱动信号进行数模转换输出；

9、限流保护电路，与所述电流采样电路和da输出电路电连接，用于根据数模转换后的电机驱动信号和所述限流采样信号生成所述限流保护信号。

10、优选的，所述驱动缓冲电路包括信号驱动芯片ul1、缓冲芯片u1、电容c1、电阻r1以及二极管d1；

11、所述信号驱动芯片ul1的a3-a8引脚接入电机驱动信号，a1-a2引脚接地，引脚接入所述过流保护信号，接入所述电容c1第一端、所述电阻r1第一端与所述二极管d1负极的公共端，所述电容c1第二端接入3.3v电压，所述电阻r1第二端和所述二极管d1正极均接地；

12、所述缓冲芯片u1的1y引脚和2y引脚分别接入所述信号驱动芯片ul1的y4引脚和y3引脚，1a引脚和2a引脚分别接入dc+端和dc-端，1oe引脚和2oe引脚接入所述限流保护信号，vcc引脚接入3.3v电压，gnd引脚接地。

13、优选的，所述功率逆变电路包括6个igbt管；所述电流采样电路包括过流采样电路，且所述过流采样电路包括运算放大器op1c和耦合电感l；

14、处于上方的3个igbt管的集电极均接入所述dc+端，处于下方的3个igbt管的发射极均接入所述dc-端，且所述处于上方的3个igbt管的发射极与所述处于下方的3个igbt管的集电极的3个公共端输出三相电流给所述电动机；

15、所述耦合电感l用于耦合所述三相电流，并生成过流耦合电流；

16、所述运算放大器op1c用于放大所述过流耦合电流得到所述过流采样信号。

17、优选的，过流保护电路包括电压比较器cp1c、cp1d，三极管q1，电阻r4、r5、r6、r7、r9、r10、r12、r13、r15，电容c2、c3、c4、c6；

18、所述电阻r9的一端接入所述过流采样信号，另一端接入所述电压比较器cp1d的负极输入端，所述电容c3的一端接入所述电压比较器cp1d的负极输入端，另一端接地；

19、所述电阻r13的一端接入3.3v电压，另一端接入所述电压比较器cp1d的正极输入端，所述电阻r12与所述电容c6并联连接且第一公共端接入所述电压比较器cp1d的正极输入端，第二公共端接地；

20、所述电阻r4的一端接入3.3v电压，另一端接入所述电压比较器cp1c的负极输入端，所述电阻r5与所述电容c2并联连接且第一公共端接入所述电压比较器cp1c的负极输入端，第二公共端接地；

21、所述电压比较器cp1c的正极输入端与所述电压比较器cp1d的负极输入端连接；所述电压比较器cp1c的输出端与所述电压比较器cp1d的输出端连接，所述电压比较器cp1c与所述电压比较器cp1d的输出公共端连接所述电阻r15的一端，所述电阻r15的另一端与所述电容c7一端连接以及所述mcu电路连接，所述电容c7另一端接地；

22、所述电压比较器cp1c与所述电压比较器cp1d的输出公共端接入所述电阻r6的一端，所述r6的另一端与所述电阻r7和电容c4的公共端连接，所述电容的另一端接地，所述电阻r7的另一端与所述电阻r2和所述三极管q1基极的公共端连接，所述电阻r2的另一端与所述三极管q1的发射极均接入3.3v电压，所述三极管q1的集电极与所述电阻r10的一端连接且所述三极管q1的集电极与所述信号驱动芯片ul1的g1引脚连接并输出所述过流保护信号，所述电阻r10的另一端接地。

23、优选的，所述da输出电路包括多路复用芯片u2，运算放大器op1a、op1b，电阻r16、r17、r20、r23、r24、r28，电容c10、c11；

24、所述多路复用芯片u2的nc端、no端和in端与所述mcu电路连接，g端接地，v+端接入3.3v电压，com端与电阻r16一端连接；

25、所述电阻r16另一端与所述电阻r17和电容c10的公共端连接，所述电容c10的另一端接地，所述电阻r17的另一端与所述电容c11的一端均接入所述运算放大器op1a的正极输入端，所述电容c11的另一端接地；

26、所述电阻r20与所述电阻r23的公共端接入所述运算放大器op1a的负极输入端，所述电阻r23的另一端接地，所述电阻r20的另一端接入所述运算放大器op1a的输出端，所述电阻r24的一端也接入所述运算放大器op1a的输出端；

27、所述电阻r24的另一端与所述电阻r28的一端均接入所述运算放大器op1b的正极输入端，所述电阻r28的另一端接地，所述运算放大器op1b的负极输入端接地，所述运算放大器op1b的输出端输出数模转换的驱动电机信号。

28、优选的，限流保护电路包括cpu输出信号调理电路和所述限流比较保护电路；

29、所述cpu输出信号调理电路包括运算放大器op2a、op2b，电阻r18、r19、r21、r25、r26、r27、r30、r31、r33，电容c9、c12、c13、c14；

30、所述电阻r18和所述电容c9的第一公共端接入基准电压1.65v，所述电阻r18和所述电容c9的第二公共端接入所述运算放大器op2a的正极输入端，所述电阻r19也接入所述运算放大器op2a的正极输入端；所述电阻r25的一端接入所述运算放大器op1b的输出端，所述电阻r25的另一端接入所述运算放大器op2a的负极输入端，所述电阻r21和所述电容c12的第一公共端接入所述运算放大器op2a的负极输入端，所述电阻r21和所述电容c12的第二公共端接入所述运算放大器op2a的输出端；

31、所述电阻r26的一端接入所述运算放大器op1b的输出端，所述电阻r26的另一端接入所述运算放大器op2b的正极输入端，所述电阻r27和所述电容c13的第一公共端接入所述运算放大器op2a的正极输入端，所述电阻r27和所述电容c13的第二公共端接入基准电压1.65v，所述电阻r30接入所述运算放大器op2b的正极输入端；所述电阻r33接入所述运算放大器op2b的负极输入端，所述电阻r31和所述电容c14的第一公共端接入所述运算放大器op2b的负极输入端，所述电阻r31和所述电容c14的第二公共端接入所述运算放大器op2b的输出端。

32、优选的，所述限流比较保护电路包括电压比较器cp1a、cp1b，电阻r3、r8、r11、r14、r22、r32，电容c15、c16；

33、所述电阻r22的一端接入所述运算放大器op2a的输出端，另一端接地，所述电阻r22的一端还接入所述电压比较器cp1a的正极输入端，所述电压比较器cp1a的负极输入端与所述电压比较器cp1d的负极输入端连接，还与所述电压比较器cp1b的正极输入端，所述电压比较器cp1a的输出端接入所述电阻r3和r8的公共端，所述电阻r3的另一端接入3.3v电压，所述电阻r8的另一端与所述缓冲芯片u1的1oe引脚连接，所述电容c16的一端也与所述缓冲芯片u1的1oe引脚连接，另一端接地；

34、所述电阻r32的一端接入所述运算放大器op2b的输出端，另一端接地，所述电阻r32的一端还接入所述电压比较器cp1b的负极输入端，所述电压比较器cp1a的输出端接入所述电阻r11和r14的公共端，所述电阻r11的另一端接入3.3v电压，所述电阻r14的另一端与所述缓冲芯片u1的2oe引脚连接，所述电容c15的一端也与所述，另一端接地。

35、优选的，所述电流采样电路还包括限流采样电路，所述限流采样电路包括二极管d2、d3；

36、所述二极管d2的负极接入所述缓冲芯片u1的2oe引脚，正极接入所述mcu电路；

37、所述二极管d3的负极接入所述缓冲芯片u1的1oe引脚，正极接入所述mcu电路。

38、优选的，还包括窄脉冲限制单元，所述窄脉冲限制单元的输入端与所述缓冲芯片u1的输出端连接，所述窄脉冲限制单元的输出端与所述功率逆变电路的输入端连接。

39、优选的，所述信号驱动芯片ul1的型号为sn74lvc541、缓冲芯片u1的型号为sn74lvc2g126，所述多路复用芯片u2的型号为ts5a3159。

40、本实用新型的有益效果：

41、本实用新型通过增加限流保护和过流保护能够减少了因电流过大导致的电机故障，实现了伺服器中功率器件的保护，提高了功率器件的使用寿命。

42、进一步的，通过对电机驱动信号进行电流信号的限流监督和过流监督，并通过预设限流值和预设过流值进行比对，从而及时控制驱动缓冲电路和功率逆变电路中断电流信号输出，从而及时使得电机停止，从而减少因电流震荡导致的功率器件(如igbt管/mos管/pim管)故障甚至损坏的问题发生。