电机过载保护装置和方法、电机系统与流程

本发明涉及电机控制领域，特别涉及一种电机过载保护装置和方法、电机系统。

背景技术：

在当前使用的IPM(Intelligent Power Module，智能功率模块)中，有些自身含有过流保护电路或者过流检测电路，从而当电机三相电流超过IPM承受值时，IPM内部逆变桥的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金氧半场效晶体管)会自动关断。同时，IPM会输出一个故障信号FO给到主控芯片，主控芯片接收到故障信号后，关断相应的PWM信号，以实现过流保护。而对于不具有自身保护功能的IPM，实现过载或过流保护功能则较为困难。

此外，对于自身含有过流保护电路的IPM，由于限定电流值由IPM自身决定，因此无法根据实际负载调节，同时这些IPM过流保护点往往设定过高，当用户给小功率电机匹配大负载时，容易造成电机绕组温升过高而不易发现，长时间运行会损坏控制器。

因此，如何使自身不含有过流保护功能的IPM根据实际负载实现过载保护，是亟待解决的一个问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种电机过载保护装置和方法、电机系统，通过根据电机输入功率所对应的电压值与参考电压的大小关系为电机提供具有相应占空比的脉宽调制信号，从而使不具备过流保护功能的功率模块实现了过载保护。

根据本发明的一个方面，提供一种电机过载保护装置，包括采样模块、第一比较模块和脉宽调制模块，其中：

采样模块，用于采集与电机输入功率对应的电压值作为采样电压；

第一比较模块，用于比较采样电压与参考电压的大小，在采样电压等于参考电压的情况下，向脉宽调制模块发送过载控制指令；

脉宽调制模块，用于根据过载控制指令，向电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率保持恒定。

在一个实施例中，第一比较模块还用于在采样电压小于参考电压的情况下，向脉宽调制模块发送工作指令；

脉宽调制模块还用于根据工作指令，向电机提供占空比随调速电压的变化而变化的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率随脉宽调制信号占空比的变化而变化。

在一个实施例中，第一比较模块还用于比较调速电压与参考电压的大小，在调速电压小于参考电压的情况下，执行判断采样电压与参考电压的大小的操作。

在一个实施例中，第一比较模块还用于在调速电压不小于参考电压的情况下，向脉宽调制模块发送过载控制指令。

在一个实施例中，采样模块将采集的电机母线电流进行转换，以得到采样电压。

在一个实施例中，上述装置还包括分压电路，其中分压电路的电压输出端为第一比较模块提供参考电压。

在一个实施例中，上述装置还包括第二比较模块，其中：

第二比较模块，用于比较采样电压与过流保护门限值的大小，在采样电压大于过流保护门限值的情况下，向脉宽调制模块发送关断指令，以便脉宽调制模块停止为电机提供脉宽调制信号。

在一个实施例中，第二比较模块包括比较单元、充电单元和电压检测单元，其中：

比较单元，用于比较采样电压与保护触发门限值的大小，在采样电压大于保护触发门限值的情况下，向充电单元发送充电指令，其中保护触发门限值小于过流保护门限值；

充电单元，用于根据充电指令，向指定的电容进行充电；

电压检测单元，用于检测电容两端的电压，在电容两端的电压大于过流保护门限值的情况下，向脉宽调制模块发送关断指令，以便脉宽调制模块停止为电机提供脉宽调制信号。

在一个实施例中，电容的一端与充电单元连接，电容的另一端接地。

根据本发明的另一方面，提供一种电机系统，包括电机，以及如上述任一实施例涉及的电机过载保护装置。

根据本发明的又一方面，提供一种电机过载保护方法，包括：

采集与电机输入功率对应的电压值作为采样电压；

在采样电压等于参考电压的情况下，向电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率保持恒定。

在一个实施例中，在采样电压小于参考电压的情况下，向电机提供占空比随调速电压的变化而变化的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率随脉宽调制信号占空比的变化而变化。

在一个实施例中，在采集与电机输入功率相关联的采样电压后，还包括：

判断调速电压与参考电压的大小；

若调速电压小于参考电压，则执行在采样电压等于参考电压的情况下向电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号的步骤。

在一个实施例中，在调速电压不小于参考电压的情况下，向电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号。

在一个实施例中，采集与电机输入功率对应的电压值作为采样电压包括：

将采集的电机母线电流进行转换，以得到采样电压。

在一个实施例中，在采样电压大于过流保护门限值的情况下，停止为电机提供脉宽调制信号。

在一个实施例中，在采样电压大于过流保护门限值的情况下，停止为电机提供脉宽调制信号包括：

在采样电压大于保护触发门限值的情况下，向指定的电容进行充电，其中保护触发门限值小于过流保护门限值；

在电容两端的电压大于过流保护门限值的情况下，停止为电机提供脉宽调制信号。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明电机过载保护装置一个实施例的示意图。

图2为本发明电机过载保护装置另一实施例的示意图。

图3为本发明电机过载保护装置又一实施例的示意图。

图4为本发明电机过载保护装置又一实施例的示意图。

图5为本发明电机系统一个实施例的示意图。

图6为本发明电机保护电路一个实施例的示意图。

图7为本发明电机过载保护方法一个实施例的示意图。

图8为本发明电机过载保护方法另一实施例的示意图。

图9为本发明电机过载保护方法又一实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明电机过载保护装置一个实施例的示意图。如图1所示，该装置包括采样模块11、第一比较模块12和脉宽调制模块13。其中：

采样模块11用于采集与电机输入功率对应的电压值作为采样电压。

可选地，采样模块11将采集的电机母线电流进行转换，以得到采样电压。

第一比较模块12用于比较采样电压与参考电压的大小，在采样电压等于参考电压的情况下，向脉宽调制模块13发送过载控制指令。脉宽调制模块13用于根据过载控制指令，向电机提供具有固定占空比的脉宽调制(Pulse Width Modulation，简称：PWM)信号，以便使电机的转速和输入功率保持恒定。

可选地，第一比较模块12还用于在采样电压小于参考电压的情况下，向脉宽调制模块13发送工作指令。脉宽调制模块13还用于根据工作指令，向电机提供占空比随调速电压的变化而变化的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率随脉宽调制信号占空比的变化而变化。

在上述实施例中，在采样电压小于参考电压的情况下，向电机提供空比随调速电压VSP的变化而变化的脉宽调制信号，从而使电机的转速和输入功率也随调速电压VSP的增大而增大。相应地，采样电压也会随之增大。当采样电压与参考电压相同时，脉宽调制信号的占空比不再发生变化，从而将电机的转速和输入功率限制在一个特定值上，这样就有效防止了电机过载运行。

可选地，在比较采样电压与参考电压大小的同时，还进一步考虑调速电压VSP与参考电压之间的关系。其中：

第一比较模块12还用于比较调速电压VSP与参考电压的大小，在调速电压VSP小于参考电压的情况下，执行判断采样电压与参考电压的大小的操作。而在调速电压VSP不小于参考电压的情况下，第一比较模块12向脉宽调制模块13发送过载控制指令，以便脉宽调制模块13向电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号，从而使电机的转速和输入功率保持恒定。

也就是说，在调速电压VSP小于参考电压的情况下，可进一步比较采样电压与参考电压之间的大小关系，并根据比较结果为电机提供具有相应占空比特性的脉宽调制信号。而在调速电压VSP大于或等于参考电压的情况下，无需再考虑采样电压与参考电压之间的大小关系，直接为电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号。由此可进一步防止电机的过载运行。

图2为本发明电机过载保护装置另一实施例的示意图。如图2所示，除采样模块21、第一比较模块22和脉宽调制模块23外，还包括第二比较模块24。其中：

第二比较模块24用于比较采样电压与过流保护门限值的大小，在采样电压大于过流保护门限值的情况下，向脉宽调制模块23发送关断指令，以便脉宽调制模块23停止为电机提供脉宽调制信号。

在这种情况下，由于采样电压大于过流保护门限值，因此停止为电机提供脉宽调制信号，从而电机也就停止转动，也就有效实现了过流保护。

图3为本发明电机过载保护装置又一实施例的示意图。如图3所示，在该实施例中，第二比较模块24进一步包括比较单元31、充电单元32和电压检测单元33。其中：

比较单元31用于比较采样电压与保护触发门限值的大小，在采样电压大于保护触发门限值的情况下，向充电单元发送充电指令，其中保护触发门限值小于过流保护门限值。

充电单元32用于根据充电指令，向指定的电容进行充电。

可选地，电容的一端与充电单元32连接，电容的另一端接地。

电压检测单元33用于检测电容两端的电压，在电容两端的电压大于过流保护门限值的情况下，向脉宽调制模块23发送关断指令，以便脉宽调制模块停止为电机提供脉宽调制信号。

在图2所示实施例中，在采样电压大于过流保护门限值时就停止为电机提供PWM信号。在采样电压存在波动的情况下，这种方式可能会导致电机频繁出现停机的情况。

为了避免这一情况的发生，在图3所示的实施例中，通过比较采样电压与保护触发门限值的大小，在采样电压大于保护触发门限值的情况下，向指定的电容进行充电。其中保护触发门限值小于过流保护门限值，例如保护触发门限值为1.5V，过流保护门限值为2.5V。

若采样电压持续大于保护触发门限值，则会持续向该电容供电。通过检测电容两端的电压，在电容两端的电压大于过流保护门限值的情况下，停止为电机提供脉宽调制信号。

也就是说，在这种情况下，若采样电压超过预定的电压值，并不会马上停止为电机提供脉宽调制信号，而是延迟一端时间，在该时间内为相应电容充电。若电容两侧电压大于过流保护门限值，则停止为电机提供脉宽调制信号。由此可在实现过流保护的同时，避免电机频繁停机。

图4为本发明电机过载保护装置又一实施例的示意图。与上述实施例相比，除采样模块41、第一比较模块42和脉宽调制模块43、第二比较模块44外，还包括分压电路45，其中分压电路45的电压输出端为第一比较模块提供参考电压。

例如，如图4所示，分压电路45中包括串联连接的电阻451和电阻452，其中电阻451的第一端接电源，电阻451的第二端与电阻452的第一端连接，电阻452的第二端接地。电阻451的第二端与电阻452的第一端作为分压电路的输出端。通过设置电阻451和电阻452的电阻值，可以灵活地设置参考电压值。

图5为本发明电机系统一个实施例的示意图。如图5所示，该系统可包括电机51和电机过载保护装置52，其中电机过载保护装置52可以为图1至图4中任一实施例涉及的电机过载保护装置，电机51可以为无刷直流电机。通过利用电机过载保护装置，可以有效地对电机进行过载保护和过流保护。

图6为本发明电机保护电路一个实施例的示意图。上述电机过载保护装置中的大部分模块均设置在MCU芯片中。其中，通过电阻R4和电阻R5，采集无刷直流电机的母线电流I_VDC到MCU芯片的I_IN引脚。MCU芯片接收到母线电流I_VDC后，通过采样模块将母线电流I_VDC放大并转换为电压值以作为电机输入功率所对应的采样电压，并将采样电压通过MCU芯片的I_FB引脚输出给芯片的IN引脚。电源+5V电压经过电阻R1和R2分压后得到参考电压值并输入到MCU芯片的IP引脚。IP引脚和IN引脚分别连接MCU芯片内部的第一比较模块，以便对调速电压VSP、采样电压和参考电压的大小进行比较。在调速电压VSP小于参考电压的情况下，若采样电压小于参考电压，则脉宽调制模块向电机提供占空比随调速电压VSP的变化而变化的脉宽调制信号，从而使得电机的转速和输入功率随调速电压VSP的增大而增大，相应通过母线电流I_VDC得到的采样电压也会增大。当采样电压与参考电压相同时，脉宽调制模块向电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号，从而电机的转速和输入功率就不再跟随VSP电压的变化而变化，而是被参考电压限定在一个特定值，这样就有效地防止了电机过载运行。

另一方面，MCU芯片中的第二比较模块将采样电压与内部设定值进行比较，当电压值大于内部设置值(例如，内部设置值为1.5V)时，通过OC_TMR引脚对外接电容C2进行充电。当电容C2两侧的电压大于过流保护门限(例如，过流保护门限为2.5V)时，MCU芯片就会关断脉宽调制模块，以停止为电机提供PWM信号，从而实现过流保护。

图7为本发明电机过载保护方法一个实施例的示意图。其中：

步骤701，采集与电机输入功率对应的电压值作为采样电压。

可选地，将采集的电机母线电流进行转换，以得到采样电压。

步骤702，在采样电压等于参考电压的情况下，向电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率保持恒定。

可选地，在采样电压小于参考电压的情况下，向电机提供占空比随调速电压的变化而变化的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率随脉宽调制信号占空比的变化而变化。

基于本发明上述实施例提供的电机过载保护方法，通过根据电机输入功率所对应的电压值与参考电压的大小关系为电机提供具有相应占空比的脉宽调制信号，从而使不具备过流保护功能的功率模块实现了过载保护。

图8为本发明电机过载保护方法另一实施例的示意图。在该实施例中，通过考虑调速电压、采样电压与参考电压这三者的关系以实现过载保护。其中：

步骤801，采集与电机输入功率对应的电压值作为采样电压。

步骤802，判断调速电压与参考电压的大小。若调速电压小于参考电压，则执行步骤803；否则执行步骤804。

步骤803，判断采样电压与参考电压的大小。若采样电压小于参考电压，则执行步骤804；否则执行步骤805。

步骤804，向电机提供占空比随调速电压的变化而变化的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率随脉宽调制信号占空比的变化而变化。之后不再执行本实施例的其它步骤。

步骤805，向电机提供具有固定占空比的脉宽调制信号，以便使电机的转速和输入功率保持恒定。

图9为本发明电机过载保护方法又一实施例的示意图。其中，在采样电压大于过流保护门限值的情况下，停止向电机提供PWM信号。其中：

步骤901，采集与电机输入功率对应的电压值作为采样电压。

步骤902，在采样电压大于过流保护门限值的情况下，停止为电机提供脉宽调制信号。

可选地，步骤902可具体为：

在采样电压大于保护触发门限值的情况下，向指定的电容进行充电，其中保护触发门限值小于过流保护门限值；在电容两端的电压大于过流保护门限值的情况下，停止为电机提供脉宽调制信号。

通过实施本发明，可以得到以下有益效果：

1、本发明可基于不具备过流保护功能的功率模块实现过载、过流保护。

2、本发明通过调整分压电路中的电阻阻值，可灵活设置过载保护的功率限制值。

3、本发明通过改变功率限制值，可以有效地防止因电机负载过重而发生损坏的情况出现。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。