一種汽車變頻器的相電流平衡保護電路及保護方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種汽車變頻器的相電流平衡保護電路及保護方法，該保護電路包括用于采集變頻器負載三相電流的電流互感器，還包括信號調(diào)理電路、加法器、正向參考基準生成電路、負向參考基準生成電路、正向閾值比較電路、負向閾值比較電路和與門電路。本發(fā)明還提供一種汽車變頻器的相電流平衡保護方法。本發(fā)明在汽車變頻器的負載工作時，通過電流互感器采集A、B、C三相電流信號，并對其進行疊加，再對疊加生成的電壓進行比較，當相電流不平衡或發(fā)生故障時，其偏差電壓與正常電壓進行比較后，輸出保護信號，用來直接關(guān)斷變頻器的硬件輸出，相對于其它由軟件判斷并執(zhí)行輸出的電路，具有可靠性高，抗干擾能力強，輸出速度快等優(yōu)點。
【專利說明】一種汽車變頻器的相電流平衡保護電路及保護方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電動汽車動力控制及檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是一種汽車變頻器的相電流平衡保護電路及保護方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]現(xiàn)在電動汽車的三大關(guān)鍵技術(shù)包括電機、電池和電控技術(shù)，其中電控技術(shù)包括整車控制和電機控制技術(shù)。汽車變頻器是實現(xiàn)電動汽車電機控制的核心零部件之一，其工作的可靠性直接關(guān)系到整車的整體性能與車輛的操控性和安全性等。為了保證變頻器的性能和可靠性，滿足快速實時控制和保護的要求，變頻器的軟硬件在設(shè)計過程中需要具備限流保護、過流和過壓保護、對地短路保護以及過載保護等功能。
[0004]常規(guī)變頻器由于成本及體積限制等因素，一般根據(jù)采集的變頻器外接負載的電流信號，由軟件判斷電流是否存在過流、缺相、相電流不平衡等異常，若存在異常，軟件再輸出保護信號關(guān)斷變頻器的輸出或停止相應的軟件輸出。采用軟件對變頻器的相電流進行判斷需要經(jīng)過電流信號采樣、處理器運算得到判斷結(jié)果、處理器輸出控制信號、執(zhí)行器動作等階段，抗干擾能力較弱，控制信號輸出速度較慢，在要求高的場合及環(huán)境中容易出現(xiàn)保護不及時的問題，可靠性較低。
[0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種汽車變頻器的相電流平衡保護電路及保護方法，當變頻器外接負載的電流異常時，能夠及時關(guān)斷變頻器的輸出，有效保護變頻器，使其正常工作。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種汽車變頻器的相電流平衡保護電路，包括用于采集變頻器負載三相電流的電流互感器，還包括信號調(diào)理電路、加法器、正向參考基準生成電路、負向參考基準生成電路、正向閾值比較電路、負向閾值比較電路和與門電路；
所述電流互感器的輸出端通過信號調(diào)理電路與加法器的輸入端連接，所述加法器的輸出端與正向閾值比較電路的反相輸入端和負向閾值比較電路的同相輸入端連接，所述正向閾值比較電路的同相輸入端與正向參考基準生成電路的輸出端連接，所述負向閾值比較電路的反相輸入端與負向參考基準生成電路的輸出端連接；
所述正向閾值比較電路的輸出端和負向閾值比較電路的輸出端連接與門電路的輸入端，所述與門電路的輸出端與變頻器的硬件保護電路連接。
[0008]所述的汽車變頻器的相電流平衡保護電路，所述電流互感器包括A相電流互感器、B相電流互感器和C相電流互感器，所述信號調(diào)理電路包括A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路和C相信號調(diào)理電路； 所述A相電流互感器的輸出端通過A相信號調(diào)理電路與加法器的輸入端連接，所述B相電流互感器的輸出端通過B相信號調(diào)理電路與加法器的輸入端連接，所述C相電流互感器的輸出端通過C相信號調(diào)理電路與加法器的輸入端連接。
[0009]所述的汽車變頻器的相電流平衡保護電路，還包括一階濾波器，所述加法器通過一階濾波器與正向閾值比較電路和負向閾值比較電路連接。
[0010]所述的汽車變頻器的相電流平衡保護電路，所述正向參考基準生成電路包括電源和電壓基準芯片，所述電源的輸出端通過電壓基準芯片與正向閾值比較電路的同相輸入端連接。
[0011]所述的汽車變頻器的相電流平衡保護電路，所述負向參考基準生成電路包括電源、電壓基準芯片和反相放大器，所述電源的輸出端通過電壓基準芯片與反相放大器的輸入端連接，所述反相放大器的輸出端與負向閾值比較電路的反相輸入端連接。
[0012]一種汽車變頻器的相電流平衡保護方法，包括以下順序的步驟:
(1)采用電流互感器對變頻器負載的三相電流進行采樣，產(chǎn)生三個隨負載電流變化的交流電壓信號；
(2)所述三個交流電壓信號經(jīng)信號調(diào)理電路進行信號調(diào)理后，輸入到加法器進行電壓置加；
(3)由加法器生成的疊加電壓分別輸入到正向閾值比較電路的反相輸入端和負向閾值比較電路的同相輸入端；
(4)當疊加電壓大于正向參考基準電壓時，正向閾值比較電路輸出保護信號，當疊加電壓小于負向參考基準電壓時，負向閾值比較電路輸出保護信號；
(5)正向閾值比較電路或負向閾值比較電路輸出的保護信號經(jīng)與門電路，輸出一個控制信號，所述控制信號傳輸至變頻器的硬件保護電路，關(guān)斷變頻器的輸出。
[0013]所述的汽車變頻器的相電流平衡保護方法，步驟(3)中，由加法器生成的疊加電壓經(jīng)一階濾波器進行濾波，除去其中的高頻及脈動成分，變成直流電壓分量，所述直流電壓分量分別輸入到正向閾值比較電路的反相輸入端和負向閾值比較電路的同相輸入端。
[0014]本發(fā)明在汽車變頻器的負載(三相交流電機)工作時，通過高精度電流互感器采集A、B、C三相電流信號，并對其進行疊加，再對疊加生成的電壓進行比較，當相電流不平衡或發(fā)生故障時，其偏差電壓與正常電壓進行比較后，輸出一個保護信號，用來直接關(guān)斷變頻器的硬件輸出，相對于其它由軟件判斷并執(zhí)行輸出的電路，具有可靠性高，抗干擾能力強，輸出速度快等優(yōu)點。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是正向參考基準生成電路不意圖；
圖3是負向參考基準生成電路示意圖。
[0016]
【具體實施方式】
[0017]如圖1所示，一種汽車變頻器的相電流平衡保護電路，包括A相電流互感器1、B相電流互感器2、C相電流互感器3、A相信號調(diào)理電路4、B相信號調(diào)理電路5、C相信號調(diào)理電路6、加法器7、一階濾波器8、正向參考基準生成電路9、負向參考基準生成電路10、正向閾值比較電路11、負向閾值比較電路12和與門電路13。正向閾值比較電路11和負向閾值比較電路12均為具有兩個電壓輸入的電壓比較器電路。
[0018]A相電流互感器1、B相電流互感器2和C相電流互感器3分別用于采集變頻器負載的A、B、C三相電流。A相電流互感器I的輸出端與A相信號調(diào)理電路4的輸入端連接，A相信號調(diào)理電路4的輸出端與加法器7的輸入端連接；B相電流互感器2的輸出端與B相信號調(diào)理電路5的輸入端連接，B相信號調(diào)理電路5的輸出端與加法器7的輸入端連接；C相電流互感器3的輸出端與C相信號調(diào)理電路6的輸入端連接，C相信號調(diào)理電路6的輸出端與加法器7的輸入端連接。
[0019]加法器7的輸出端與一階濾波器8的輸入端連接，一階濾波器8的輸出端分別與正向閾值比較電路11的反相輸入端和負向閾值比較電路12的同相輸入端連接。正向閾值比較電路11的同相輸入端與正向參考基準生成電路9的輸出端連接，負向閾值比較電路12的反相輸入端與負向參考基準生成電路10的輸出端連接。正向閾值比較電路11的輸出端和負向閾值比較電路12的輸出端連接與門電路13的輸入端，與門電路13的輸出端與與后級變頻器的硬件保護電路連接。
[0020]圖2所示為正向參考基準電壓的生成電路，電源電壓VCC經(jīng)過限流電阻Rl限流，再經(jīng)過電壓基準芯片Ql進行穩(wěn)壓，便得到一個穩(wěn)壓源，穩(wěn)壓源輸出正電壓VO至正向閾值比較電路11的同相輸入端。
[0021]圖3所示為負向參考基準電壓的生成電路，電源電壓VCC經(jīng)過限流電阻Rl限流，再經(jīng)過電壓基準芯片Ql進行穩(wěn)壓，得到一個穩(wěn)壓源，由于電壓基準芯片Ql不能產(chǎn)生負電壓，所以將穩(wěn)壓源與反相放大器連接，將穩(wěn)壓源輸出的正電壓經(jīng)過反相放大器進行1:1放大后，產(chǎn)生負電壓V0，輸出至負向閾值比較電路12的反相輸入端；反相放大器由電阻R2、R3、R4、R5、電容C2、C3及比較器Ul組成。這種方式利用了放大器的反相放大原理，直接將輸入的正電壓進行比例放大，由于輸入的正電壓是經(jīng)過穩(wěn)壓的，所以輸出的負電壓也是很穩(wěn)定的。
[0022]本發(fā)明的工作原理:
汽車變頻器的負載三相交流電機在工作時，它的A、B、C三相電流經(jīng)高精度的電流互感器采樣后，在電流互感器的副邊產(chǎn)生三個隨負載電流變化的電壓信號；該三個電壓信號經(jīng)信號調(diào)理電路進行信號調(diào)理后，變成大小適中的電壓信號，再輸入到加法器進行電壓疊加。在正常情況下，當A、B、C三相負載電流平衡且大小相等時，輸入到加法器的三個電壓信號是頻率相同、相位相差120度的正弦信號，其瞬時疊加分量為0，當A、B、C三相負載電流不平衡或缺相時，輸入到加法器的三個電壓信號的疊加電壓表現(xiàn)為正電壓或負電壓狀態(tài)。由加法器生成的疊加電壓經(jīng)一階濾波器進行濾波，除去其中的高頻及脈動成分，變成直流電壓分量，該直流電壓分量分別輸入到正向閾值比較電路的反相輸入端和負向閾值比較電路的同相輸入端。當一階濾波器輸出的電壓為正電壓且該正電壓大于正向參考基準電壓時，正向閥值比較電路輸出保護信號(低電平)，當一階濾波器輸出的電壓為負電壓且該負電壓小于負向參考基準電壓時，負向閥值比較電路輸出保護信號(低電平)，正向閾值比較電路或負向閾值比較電路輸出的保護信號經(jīng)與門電路，輸出一個控制信號(低電平)，該控制信號傳輸至變頻器的硬件保護電路，關(guān)斷變頻器的輸出，防止故障的進一步擴大。
[0023]例如，設(shè)定正向參考基準電壓為0.3、負向參考基準電壓為-0.3:
當一階濾波器輸出的電壓為0.2或-0.2時，對正向閾值比較電路來說，同相輸入端的輸入(0.3)大于反相輸入端的輸入(0.2或-0.2),故正向閾值比較電路輸出為高電平；對負向閾值比較電路來說，同相輸入端的輸入(0.2或-0.2)大于反相輸入端的輸入(-0.3),故負向閾值比較電路輸出也為高電平；從而與門電路輸出為高電平，經(jīng)過后續(xù)硬件保護電路的反相器后，輸出為低電平，無法切斷后續(xù)的硬件保護電路。
[0024]當一階濾波器輸出的電壓為0.6時，對正向閾值比較電路來說，同相輸入端的輸入(0.3)小于反相輸入端的輸入(0.6),故正向閾值比較電路輸出為低電平；對負向閾值比較電路來說，同相輸入端的輸入(0.6)大于反相輸入端的輸入(-0.3),故負向閾值比較電路輸出為高電平；從而與門電路輸出為低電平，經(jīng)過后續(xù)硬件保護電路的反相器后，輸出為高電平，切斷后續(xù)的硬件保護電路，關(guān)斷變頻器的輸出。
[0025]當一階濾波器輸出的電壓為-0.6時，對正向閾值比較電路來說，同相輸入端的輸入(0.3)大于反相輸入端的輸入(-0.6),故正向閾值比較電路輸出為高電平；對負向閾值比較電路來說，同相輸入端的輸入(-0.6)小于反相輸入端的輸入(-0.3),故負向閾值比較電路輸出為低電平；從而與門電路輸出為低電平，經(jīng)過后續(xù)硬件保護電路的反相器后，輸出為高電平，切斷后續(xù)的硬件保護電路，關(guān)斷變頻器的輸出。
[0026]以上所述實施方式僅僅是對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行描述，并非對本發(fā)明的范圍進行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應落入本發(fā)明的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種汽車變頻器的相電流平衡保護電路，包括用于采集變頻器負載三相電流的電流互感器，其特征在于:還包括信號調(diào)理電路、加法器、正向參考基準生成電路、負向參考基準生成電路、正向閾值比較電路、負向閾值比較電路和與門電路； 所述電流互感器的輸出端通過信號調(diào)理電路與加法器的輸入端連接，所述加法器的輸出端與正向閾值比較電路的反相輸入端和負向閾值比較電路的同相輸入端連接，所述正向閾值比較電路的同相輸入端與正向參考基準生成電路的輸出端連接，所述負向閾值比較電路的反相輸入端與負向參考基準生成電路的輸出端連接； 所述正向閾值比較電路的輸出端和負向閾值比較電路的輸出端連接與門電路的輸入端，所述與門電路的輸出端與變頻器的硬件保護電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車變頻器的相電流平衡保護電路，其特征在于:所述電流互感器包括A相電流互感器、B相電流互感器和C相電流互感器，所述信號調(diào)理電路包括A相信號調(diào)理電路、B相信號調(diào)理電路和C相信號調(diào)理電路； 所述A相電流互感器的輸出端通過A相信號調(diào)理電路與加法器的輸入端連接，所述B相電流互感器的輸出端通過B相信號調(diào)理電路與加法器的輸入端連接，所述C相電流互感器的輸出端通過C相信號調(diào)理電路與加法器的輸入端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車變頻器的相電流平衡保護電路，其特征在于:還包括一階濾波器，所述加法器通過一階濾波器與正向閾值比較電路和負向閾值比較電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車變頻器的相電流平衡保護電路，其特征在于:所述正向參考基準生成電路包括電源和電壓基準芯片，所述電源的輸出端通過電壓基準芯片與正向閾值比較電路的同相輸入端連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的汽車變頻器的相電流平衡保護電路，其特征在于:所述負向參考基準生成電路包括電源、電壓基準芯片和反相放大器，所述電源的輸出端通過電壓基準芯片與反相放大器的輸入端連接，所述反相放大器的輸出端與負向閾值比較電路的反相輸入端連接。
6.一種汽車變頻器的相電流平衡保護方法，其特征在于，包括以下順序的步驟: (1)采用電流互感器對變頻器負載的三相電流進行采樣，產(chǎn)生三個隨負載電流變化的交流電壓信號； (2)所述三個交流電壓信號經(jīng)信號調(diào)理電路進行信號調(diào)理后，輸入到加法器進行電壓置加； (3)由加法器生成的疊加電壓分別輸入到正向閾值比較電路的反相輸入端和負向閾值比較電路的同相輸入端； (4)當疊加電壓大于正向參考基準電壓時，正向閾值比較電路輸出保護信號，當疊加電壓小于負向參考基準電壓時，負向閾值比較電路輸出保護信號； (5)正向閾值比較電路或負向閾值比較電路輸出的保護信號經(jīng)與門電路，輸出一個控制信號，所述控制信號傳輸至變頻器的硬件保護電路，關(guān)斷變頻器的輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的汽車變頻器的相電流平衡保護方法，其特征在于，步驟(3)中，由加法器生成的疊加電壓經(jīng)一階濾波器進行濾波，除去其中的高頻及脈動成分，變成直流電壓分量，所述直流電壓分量分別輸入到正向閾值比較電路的反相輸入端和負向閾值比較電路的同相輸入端。
【文檔編號】H02H7/122GK103560491SQ201310516226
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月29日
【發(fā)明者】吳成加, 尹劍, 上趙楓, 徐川, 胡洋, 華中蘭 申請人:安徽安凱汽車股份有限公司