一種直流無刷電機缺相判斷電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種直流無刷電機缺相判斷電路，所述電路包括：三相逆變橋，所述三相逆變橋的三相輸出端與直流無刷電機相連；三相驅動電路，用于向所述三相逆變橋輸出驅動信號，所述三相驅動電路包括自舉電路，所述自舉電路包括與所述三相上臂驅動單元中與每相上臂單元對應的自舉單元，所述自舉單元與每相上臂單元并聯(lián)連接；直流電源，分別與三相逆變橋和三相驅動電路相連接，所述三相驅動電路與所述三相逆變橋相連接；負母線端采樣電阻RS，用于對負母線端電流進行采樣，和用于判斷是否缺相的缺相判斷模塊。無需增加硬件成本，同時也可以在直流無刷電機運行之前，準確的判斷是否缺相，避免直流無刷電機產(chǎn)生大電流。
【專利說明】
一種直流無刷電機缺相判斷電路
技術領域
[0001] 本實用新型涉及直流無刷電機技術領域，尤其涉及一種直流無刷電機缺相判斷電 路。
【背景技術】
[0002] 直流無刷電機在啟動或工作過程中，電源缺相會導致電機動力性能下降或者電機 不轉，甚至會產(chǎn)生電機短路電流過大而燒毀電機的情況。所以需要對直流無刷電機是否缺 相進行判斷。
[0003] 在現(xiàn)有技術中，主要采用以下兩種方式實現(xiàn)對直流無刷電機是否缺相進行判斷。 一種是通過在直流無刷電機的三相線中增加電流互感器，通過電流互感器確定直流無刷電 機是否缺相；另一種則是在直流無刷電機啟動時通過先輸出一段時間的恒定電流，然后再 將采集來的數(shù)據(jù)進行計算得出各相的電流值，最后通過判斷各相電流值與恒定電流值的大 小來判斷電機是否缺相。上述兩種方式雖然能夠實現(xiàn)對直流無刷電機是否缺相進行判斷， 但第一種方式需要增加電流互感器，額外增加了產(chǎn)品的成本;而第二種方式則需要在直流 無刷電機通電運轉后才能實現(xiàn)判斷，可能會在判斷前產(chǎn)生電機抖動和噪聲異常等情況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本實用新型實施例提供一種直流無刷電機缺相判斷電路，以實現(xiàn)在無 需增加硬件的情況下，在電機運行之前能夠對直流無刷電機是否缺相進行判斷的目的。
[0005] 本實用新型實施例提供了一種直流無刷電機缺相判斷電路，包括：
[0006] 三相逆變橋，所述三相逆變橋的三相輸出端與直流無刷電機相連，所述三相逆變 橋包括:三相上臂單元和三相下臂單元，所述三相上臂單元包括三個每相上臂單元，所述三 相下臂單元包括三個每相下臂單元，所述每相上臂單元與其對應的每相下臂單元串聯(lián)連 接；
[0007] 三相驅動電路，用于向所述三相逆變橋輸出驅動信號，所述三相驅動電路包括自 舉電路，所述自舉電路包括與所述三相上臂驅動單元中與每相上臂單元對應的自舉單元， 所述自舉單元與每相上臂單元并聯(lián)連接；
[0008] 直流電源，用于為所述三相逆變橋和三相驅動電路供電；
[0009] 負母線端采樣電阻RS，用于對負母線端電流進行采樣；
[0010] 所述直流電源分別與三相逆變橋、三相驅動電路相連接，所述三相驅動電路與所 述三相逆變橋相連接，所述負母線端電阻RS與所述三相逆變橋的三相下臂單元相連接。
[0011] 缺相判斷模塊，用于根據(jù)功率管、采樣電阻、自舉二極管和自舉電容的參數(shù)計算所 述功率管導通瞬間負母線端采樣電阻RS的理論電流值，并根據(jù)功率管導通瞬間負母線端采 樣電阻RS的理論電流值計算所述自舉電容充電過程中多個預設時刻負母線端采樣電阻RS 的理論電流值;并將多個預設時刻負母線端采樣電阻RS的理論電流值與負母線端采樣電阻 RS的實際電流值進行比較，并根據(jù)比較結果判斷直流無刷電機是否缺相。
[0012] 進一步的，所述自舉單元包括：串聯(lián)的自舉二極管、自舉電容和至少一個采樣電 阻。
[0013] 進一步的，所述自舉電路中每個自舉單元中采用相同的采樣電阻。
[0014]更進一步的，所述三相驅動電路，用于在進行缺相判斷時導通三相下臂單元中任 意一個每相下臂單元中的功率管。
[0015] 本實用新型實施例提供的直流無刷電機缺相判斷電路，利用三相驅動電路中自舉 單元中自舉電容充電過程中充電電流的變化，從而識別電機是否相位異常。無需增加硬件 成本，同時也可以在直流無刷電機運行之前，準確的判斷是否缺相，避免直流無刷電機產(chǎn)生 大電流。
【附圖說明】
[0016] 通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的 其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：
[0017] 圖1是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路的結構示意圖；
[0018] 圖2是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路中的三相逆變橋與 自舉電路的連接示意圖；
[0019] 圖3是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路在功率管Q4導通時 第一自舉單元充電路徑示意圖；
[0020] 圖4是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路在功率管Q4導通時 第二自舉單元充電路徑示意圖；
[0021] 圖5是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路在功率管Q4導通時 第一自舉單元充電路徑示意圖；
[0022] 圖6是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路中負母線端采樣電 阻RS的電流隨時間變化示意圖。
[0023] 實用新型圖中的附圖標記所分別指代的技術特征為：
[0024] 1、三相上臂單元;2、三相下臂單元;3、每相上臂單元；
[0025] 4、每相下臂單元5、自舉單元;6、三相驅動電路。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明?？梢岳斫獾氖?，此處 所描述的具體實施例僅僅用于解釋本實用新型，而非對本實用新型的限定。另外還需要說 明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實用新型相關的部分而非全部內(nèi)容。
[0027] 實施例一
[0028]圖1是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路的結構示意圖，圖2 是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路中的三相逆變橋與自舉電路的 連接示意圖。參見圖1和圖2，所述直流無刷電機缺相判斷電路包括:三相逆變橋，所述三相 逆變橋的三相輸出端與直流無刷電機M相連，所述三相逆變橋包括:三相上臂單元1和三相 下臂單元2,所述三相上臂單元1包括三個每相上臂單元3,所述三相下臂單元2包括三個每 相下臂單元4,所述每相上臂單元3與其對應的每相下臂單元4串聯(lián)連接；
[0029] 三相驅動電路6,用于向所述三相逆變橋輸出驅動信號，所述三相驅動電路6包括 自舉電路，所述自舉電路包括與所述三相上臂驅動單元1中與每相上臂單元3對應的自舉單 元5，所述自舉單元5與每相上臂單元3并聯(lián)連接;直流電源，分別與三相逆變橋和三相驅動 電路6相連接，所述三相驅動電路6與所述三相逆變橋相連接，所述直流電源用于為所述三 相逆變橋和三相驅動電路6供電；負母線端采樣電阻RS，與所述三相逆變橋的三相下臂單元 2相連接，用于對負母線端電流進行采樣。
[0030] 缺相判斷模塊，用于根據(jù)所述功率管、采樣電阻、自舉二極管和自舉電容的參數(shù)計 算所述功率管導通瞬間負母線端采樣電阻RS的理論電流值，并根據(jù)功率管導通瞬間負母線 端采樣電阻RS的理論電流值計算所述自舉電容充電過程中多個預設時刻負母線端采樣電 阻RS的理論電流值;并將多個預設時刻負母線端采樣電阻RS的理論電流值與負母線端采樣 電阻RS的實際電流值進行比較，并根據(jù)比較結果判斷直流無刷電機是否缺相。
[0031] 一般來說，三相逆變橋的三相輸出端與直流無刷電機M相連，通過三相逆變橋按照 一定的規(guī)律來控制六個功率管的導通與截止，就可以把直流電逆變成三相交流電實現(xiàn)對直 流無刷電機M的運行控制。其中，三相逆變橋包括:三相上臂單元1和三相下臂單元2。其中， 三相上臂單元1包括三個每相上臂單元3,所述三相下臂單元2包括三個每相下臂單元4,所 述每相上臂單元3與其對應的每相下臂單元4串聯(lián)連接;每相上臂單元3和每項下臂單元4都 包括有功率管。三相驅動電路6與三相逆變橋連接，用于向所述三相逆變橋輸出驅動信號， 示例性的，三相驅動電路6驅動三相逆變橋中的功率管，用于控制功率管的通斷。三相驅動 電路6還包括自舉電路，自舉電路包括與所述三相上臂驅動單元1中與每相上臂單元3對應 的自舉單元5,所述自舉單元5與每相上臂單元3并聯(lián)連接。通過設置自舉電路，能夠使每相 上臂單元的電壓處于一個穩(wěn)定的范圍內(nèi)，避免由于電壓的變化而使得三相逆變橋不能正常 工作。具體的，在本實施例中，所述自舉單元5包括：自舉二極管、自舉電容和至少一個采樣 電阻，其中，自舉電容用于存儲電荷，自舉二極管防止電流倒灌，所述采樣電阻能夠獲取自 舉單元的電流。
[0032]直流電源分別與三相逆變橋和三相驅動電路6相連接，可以為所述三相逆變橋和 三相驅動電路6供電。負母線端采樣電阻RS與所述三相逆變橋的三相下臂單元2相連接，用 于對負母線端電流進行采樣。
[0033] 在直流無刷電機缺相判斷電路中，在自舉單元5中自舉電容進行充電時，每個自舉 單元5會有相應的電流，每個自舉單元5支流的電流匯聚生成負母線端電流，即每個自舉單 元5的電流之和與負母線端采樣電阻RS所采集的電流相同，如果電機M與三相逆變橋連接缺 相，那么缺相的每相上臂單元3所對應的自舉單元5也將無法充電，該自舉單元5不會有相應 的電流，負母線端采樣電阻RS所采集的電流會比正常的采樣電流要小，利用這個特性，可以 確定該直流無刷電機是否缺相。
[0034] 缺相判斷模塊可以通過軟件或者硬件方式實現(xiàn)，在本實施例中，缺相判斷模塊采 用硬件方式實現(xiàn)?？梢园ǘ鄠€執(zhí)行相應功能的電路、處理芯片和集成電路。示例性的，采 用比例運算電路或者運算芯片計算功率管導通瞬間負母線端采樣電阻RS的理論電流值和 多個預設時刻負母線端采樣電阻RS的理論電流值。通過比較電路實現(xiàn)比較多個預設時刻負 母線端采樣電阻RS的理論電流值與負母線端采樣電阻RS的實際電流值的功能。
[0035] 下面結合直流無刷電機缺相判斷電路的工作過程對本實施例作進一步的說明，在 直流無刷電機啟動時刻，先導通缺相判斷電路中三相逆變橋的三相下臂單元3中任意一個 功率管，以實現(xiàn)對所有自舉單元5中自舉電容Cl、C2和C3的充電。在本實施例中，導通功率管 Q4。圖3是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路在功率管Q4導通時第一 自舉單元充電路徑示意圖，由圖3可以看出，第一自舉單元中自舉電容Cl的充電路徑由直流 電源Vcc開始，通過第一自舉單元自舉二極管、采樣電阻Rl和自舉電容，并通過導通的三相 逆變橋的三相下臂單元中的功率管Q4,最后通過負母線端采樣電阻RS，最后終止于節(jié)點端。 由此可以得出，在直流無刷電機上電瞬間第一自舉單元支流電流為= Ii=(VCC-Vd1-Viw)M, 所述VCC為直流電源電壓，所述Vd 1為第一自舉單元中自舉二極管的導通壓降，所述Vq4為所 述功率管的導通壓降，所述心為第一自舉單元中采樣電阻的阻值。
[0036]圖4是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路在功率管Q4導通時 第二自舉單元充電路徑示意圖，由圖4可以看出，第二自舉單元中自舉電容C2的充電路徑由 直流電源Vcc開始，通過第二自舉單元自舉二極管、采樣電阻R2和自舉電容C2,并通過所述 第二自舉單元對應每項驅動上臂所連接的定子相繞組電阻，并通過與導通的三相逆變橋的 三相下臂單元中的功率管Q4連接的定子相繞組電阻，再通過三相逆變橋的三相下臂單元中 的功率管Q4,最后通過負母線端采樣電阻RS，最后終止于節(jié)點端。則第二自舉單元之路的充 電電流值計算公式為：
[0037] I2=(VCC-VD2-VQ4)/(R 2+2R)，VCC為直流電源電壓，所述Vd2為第二自舉單元中自舉 二極管的導通壓降，所述VQ4為所述功率管的導通壓降，所述R2為第二自舉單元中采樣電阻 的阻值，所述電阻R為定子相繞組電阻。
[0038]圖5是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路在功率管Q4導通時 第三自舉單元充電路徑示意圖，由圖5可以看出，第三自舉單元中自舉電容C3的充電路徑與 第二自舉單元中自舉電容C2相近似，由直流電源Vcc開始，通過第三自舉單元自舉二極管、 采樣電阻R3和自舉電容C3,并通過所述第三自舉單元對應每項驅動上臂所連接的定子相繞 組電阻，并通過與導通的三相逆變橋的三相下臂單元中的功率管Q4連接的定子相繞組電 阻，再通過通的三相逆變橋的三相下臂單元中的功率管Q4,最后通過負母線端采樣電阻RS， 最后終止于節(jié)點端。則第二自舉單元支路的充電電流值計算公式為：
[0039] I3=(VCC-VD3-Vq4)/(R3+2R)，VCC為直流電源電壓，所述為Vd 3第三自舉單元中自舉 二極管的導通壓降，所述VQ4為所述功率管的導通壓降，所述R3為第二自舉單元中采樣電阻 的阻值，所述電阻R為定子相繞組電阻。
[0040]其中，VCC可以預先設置，其它各參數(shù)可從器件規(guī)格書或電機規(guī)格書中獲取。
[0041]上述計算公式以導通三相下臂單元中的功率管Q4為例，在本實施例中，也可以導 通另外兩個功率管Q6和Q2中的任意一個，其計算過程與上述導通功率管Q4相同，在此不予 展開說明。
[0042] 在本實施例中，采樣電阻R1、R2和R3可以選用同樣的電阻，自舉二極管D1、D2和D3 也可選用同樣的二極管，自舉電容C1、C2和C3可選用同樣的電容，方便計算。
[0043] 根據(jù)IRS=IdIdI3,能夠得出直流無刷電機上電時刻負母線端采樣電阻RS的電流 理論值。
[0044] 圖6是本實用新型實施例一提供的直流無刷電機缺相判斷電路中負母線端采樣電 阻RS的電流隨時間變化示意圖。由圖6可以看出，在電容充電過程中，電容的電流值處于不 斷的變化中。具體的，可以根據(jù)公式J = J 計算每個時刻對應的電流理論值。將計算 得到的負母線端采樣電阻RS采樣的電流理論值與負母線端采樣電阻RS所采樣的電流值進 行比較，如果采樣值均小于理論值，則可以判斷直流無刷電機缺相。具體的，可以通過上述 所計算的直流無刷電機上電時刻各個自舉單元支路的充電電流理論值I^I 2和I3根據(jù)公式 j =/ e_i分別計算每個時刻各個自舉單元支路的充電電流理論值，并將該時刻的各個 自舉單元支路的充電電流理論值相加，得到負母線端采樣電阻RS采樣的電流理論值。
[0045] 本實施例提供的直流無刷電機缺相判斷電路，利用三相驅動電路中自舉單元中自 舉電容充電過程中充電電流的變化，從而識別電機是否相位異常。無需增加硬件成本，同時 也可以在直流無刷電機運行之前，準確的判斷是否缺相，避免直流無刷電機產(chǎn)生大電流。
[0046] 注意，上述僅為本實用新型的較佳實施例及所運用技術原理。本領域技術人員會 理解，本實用新型不限于這里所述的特定實施例，對本領域技術人員來說能夠進行各種明 顯的變化、重新調整和替代而不會脫離本實用新型的保護范圍。因此，雖然通過以上實施例 對本實用新型進行了較為詳細的說明，但是本實用新型不僅僅限于以上實施例，在不脫離 本實用新型構思的情況下，還可以包括更多其他等效實施例，而本實用新型的范圍由所附 的權利要求范圍決定。
【主權項】
1. 一種直流無刷電機缺相判斷電路，其特征在于，包括： 三相逆變橋，所述三相逆變橋的三相輸出端與直流無刷電機M相連，所述三相逆變橋包 括:三相上臂單元（1)和三相下臂單元(2)，所述三相上臂單元包括三個每相上臂單元(3)， 所述三相下臂單元包括三個每相下臂單元(4)，所述每相上臂單元(3)與其對應的每相下臂 單元(4)串聯(lián)連接； 三相驅動電路(6)，用于向所述三相逆變橋輸出驅動信號，所述三相驅動電路包括自舉 電路，所述自舉電路包括與所述三相上臂驅動單元(1)中與每相上臂單元(3)對應的自舉單 元(5)，所述自舉單元(5)與每相上臂單元并聯(lián)連接； 直流電源，分別與三相逆變橋和三相驅動電路(6)相連接，所述三相驅動電路(6)與所 述三相逆變橋相連接，所述直流電源用于為所述三相逆變橋和三相驅動電路(6)供電； 負母線端采樣電阻RS，與所述三相逆變橋的三相下臂單元(2)相連接，用于對負母線端 電流進行米樣； 缺相判斷模塊，用于根據(jù)功率管、采樣電阻、自舉二極管和自舉電容的參數(shù)計算所述功 率管導通瞬間負母線端采樣電阻RS的理論電流值，并根據(jù)功率管導通瞬間負母線端采樣電 阻RS的理論電流值計算所述自舉電容充電過程中多個預設時刻負母線端采樣電阻RS的理 論電流值;并將多個預設時刻負母線端采樣電阻RS的理論電流值與負母線端采樣電阻RS的 實際電流值進行比較，并根據(jù)比較結果判斷直流無刷電機是否缺相。2. 根據(jù)權利要求1所述的缺相判斷電路，其特征在于，所述自舉單元(5)包括： 串聯(lián)的自舉二極管、自舉電容和至少一個采樣電阻。3. 根據(jù)權利要求2所述的缺相判斷電路，其特征在于，所述自舉電路中每個自舉單元 (5)中采用相同的采樣電阻。4. 根據(jù)權利要求1所述的電路，其特征在于，所述三相驅動電路，用于在進行缺相判斷 時導通三相下臂單元(2)中任意一個每相下臂單元(4)中的功率管。
【文檔編號】H02H7/09GK205544223SQ201620050418
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年1月19日
【發(fā)明人】郭偉林, 吳文賢, 李祖光, 孫家廣
【申請人】珠海格力節(jié)能環(huán)保制冷技術研究中心有限公司