无电流传感器车用直流有刷电机保护装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种无电流传感器车用直流有刷电机保护装置及方法，该装置的电流采集电路的两个输入端分别连接电机H桥控制电路中场效应管开关T1的漏极和源极，电流采集电路的输出连接隔离放大电路的输入，隔离放大电路的输出连接电机控制与保护电路的输入，电机控制与保护电路的输出连接到场效应管开关T1的栅极。本发明专利技术采集场效应管开关两端电压进行放大处理计算电流做电机保护模型，反馈温度模型计算场效应管开关结温及使用标定数据判断工艺差别来修正电流，可以有效地保护短路状态下的AMT系统，提高了AMT的性能和稳定性，电路简单、响应速度快，可靠性强，既能快速保护电机，又能避免避免在突发情况下系统出现有危害的错误响应。

DC brush motor protection device and method without current sensor for vehicle

The invention relates to a current sensorless DC motor vehicle protection device and method, two input current acquisition circuit of the device is respectively connected with the motor control circuit of H bridge FET switch T1 the drain and source, the output current acquisition circuit is connected with an isolation amplifier circuit input isolation amplifier the output of the circuit is connected with a motor control circuit input and gate protection, motor control and protection circuit output is connected to FET switch T1. The present invention collects the FET switch voltage amplifying current calculation model of the motor protection switch, calculation of junction temperature and using the calibration data to correct the current judgment process difference field effect feedback temperature model, can effectively protect the short circuit of AMT system under AMT, improve the performance and stability, simple circuit, response speed fast, reliable, fast and can protect the motor, can avoid the emergency system against error response.

【技术实现步骤摘要】
无电流传感器车用直流有刷电机保护装置及方法
本专利技术涉及一种无电流传感器车用的直流有刷电机保护装置及方法，特别适用于轿车及微车AMT变速器电机驱动的控制系统，
技术介绍
目前控制系统电机的安全保护措施主要有:(1)硬件电路具有电流传感器，采集电机的输出电流；(2)根据控制的输出指令及目标的控制情况计算电机的输出电流。以上二种方式都存在着一定的优缺点，第一种方式采集信息较准确，但增加硬件成本、增加生产工艺难度及增加失效风险；第二种方法成本低，但对于电流的计算不准确，无法实时准确的计算出电流值。中国专利公报公开了《一种直流有刷电机的保护电路》(申请号：201180002051.2；公开日：2013.05.15)、《直流有刷电机的过流保护电路》(申请号：201120192484.6；公开日：2012.01.04)、《直流有刷电机的过流保护装置》(申请号：200810162280.0；公开日：2009.04.22)、《一种基于电流跟踪的直流有刷电机堵转保护装置及方法》(申请号：201410422807.4公开日：2014.12.24)。这些电路及方法都是对电机本体的保护，没有提出对控制器的电路及线束进行保护。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种无电流传感器车用直流有刷电机保护装置及方法，该装置电路结构简单、响应速度快，可靠性强、可实现对电机电流的监测，根据对电流及温度的限制从而保护电机及整个机构系统。为了解决上述技术问题，本专利技术的无电流传感器车用直流有刷电机保护装置包括电流采集电路，隔离放大电路，电机控制与保护电路；所述电流采集电路的两个输入端分别连接电机H桥控制电路中场效应管开关T1的漏极和源极，电流采集电路的输出连接隔离放大电路的输入，隔离放大电路的输出连接电机控制与保护电路的输入，电机控制与保护电路的输出连接到场效应管开关T1的栅极。电流采集电路用于采集场效应管开关漏极与源极之间的电压，采集的电压经过隔离放大电路放大后输入到电机控制与保护电路；电机控制与保护电路对输入信号进行计算处理得到流经场效应管开关的电流并将其与电流限值表中当前占空比对应的反馈电流限值进行比对，根据比对结果确定电机驱动系统是否存在故障及故障类型，根据故障类型对电机采取保护措施。所述电流采集电路包括第一分压电阻R1和第二分压电阻R2；第一分压电阻R1连接在场效应管开关T1的源极与隔离放大电路的一个输入端之间，第二分压电阻R2连接在场效应管开关T1的漏极与隔离放大电路的另一个输入端之间；其作用是使采集的电压能够在隔离放大电路可接收的范围内。所述的电流采集电路还包括第一滤波电路RC1和第二滤波电路RC2；第一滤波电路RC1连接在第一分压电阻R1与隔离放大电路的一个输入端之间，第二滤波电路RC2连接在第二分压电阻R2与隔离放大电路的另一个输入端之间，用于对采集的电压进行平滑滤波。所述的隔离放大电路包括第一跟随器AMP1、第一差分放大比例电阻R7、第二跟随器AMP2、第二差分放大比例电阻R8、电压放大器AMP3；第一滤波电路RC1、第一跟随器AMP1、第一差分放大比例电阻R7依次连接，第二滤波电路RC2、第二跟随器AMP2、第二差分放大比例电阻R8依次连接；第一差分放大比例电阻R7、第二差分放大比例电阻R8的另一端分别连接到电压放大器AMP3的正端和负端。所述的隔离放大电路还包括第一分压电阻R9、第二分压电阻R10；第一分压电阻R9和第二分压电阻R10串接于参考直流电源与地之间，并且第一分压电阻R9与第二分压电阻R10的公共节点连接到电压放大器AMP3的正端；用于分压以提升整体电压，避免电阻出现因误差带来正端小于负端现象。所述隔离放大电路还包括连接于电压放大器AMP3输出端与电机控制与保护电路之间的限流电阻R12。所述电机控制与保护电路采用单片机，单片机的输出连接到场效应管开关T1的栅极。所述电机控制与保护电路还包括环境温度传感器，环境温度传感器贴合在场效应管开关T1上。所述电机控制与保护电路还可以由积分放大电路、参考电压电路和比较器构成；所述隔离放大电路的输出端连接到积分放大电路的输入，积分放大电路的输出连接到比较器的负端，参考电压电路的输出连接到比较器的正端；比较器的输出连接到场效应管开关的栅极。隔离放大电路输出的电压经积分放大电路累加计算后输入比较器的负端，当其值大于参考电压电路输出的比较阈值时，比较器输出低电平信号断开场效应管开关，从而停止电机工作，当其值小于参考电压电路输出的比较阈值时，比较器输出高电平信号接通场效应管开关，从而使电机工作。一种利用上述无电流传感器车用直流有刷电机保护装置实现电机保护的方法，包括下述步骤：步骤一：初始时，采用式(1)计算初始时刻场效应管开关T1的内阻R0；V0’/k＝I0×R0(1)式中V0’为电压放大器AMP3输出端电压初始值，k为电压放大器AMP3的放大倍数，I0为电压放大器AMP3输出端电流初始值；V0’为400mV～900mV，I0为200mA～400mA；步骤二：当电压放大器AMP3输出端电压达到设定值Vs时开始采样；Vs为400mV～900mV；实时采集电机两端压差和电流并计算电机温度，通过板温传感器、环境温度传感器实时采集电路板温度、场效应管开关T1的结温Tj_(i+1)；同时通过式(2)计算第i+1个时间片流经场效应管开关T1的电流Ii+1，i＝0，1，2……；Vi+1’-V0’/k＝(Ii+1-I0)×Ri(2)Vi+1’为第i+1个时间片采集的电压放大器AMP3输出端电压；Ri为通过第i个时间片电压放大器AMP3输出端电压和流经场效应管开关T1的电流计算出的场效应管开关T1内阻；步骤三：通过式(3)计算第i+1个时间片场效应管开关T1的结温Tj_(i+1)；Tj_(i+1)＝Tc_(i+1)+Ii+1×Ii+1×Ri×Rth(3)Tc_(i+1)是通过环境温度传感器采集的场效应管开关T1测定值；Rth为场效应管开关T1的热阻标定值；步骤四：通过式(4)计算第i个时间片场效应管开关T1的内阻修正值Ri’；Ri’＝k1×Tj_(i+1)+b1(4)其中k1和b1由场效应管开关T1的结温与电阻的对应图简化后的线性关系计算得到；步骤五：将第i个时间片场效应管开关T1的内阻修正值Ri’代入式(5)，得到第i+1个时间片流经场效应管开关T1的电流修正值Ii+1’；Tj_(i+1)＝Tc_(i+1)+Ii+1’×Ii+1’×Ri’×Rth(5)步骤六：将电流修正值Ii+1’与电流限值表中当前占空比对应的反馈电流限值进行比对，根据比对结果确定电机驱动系统是否存在故障及故障类型；其中电流限值表预先根据实验确定；一、当故障类型为线间短路、驱动线对电源短路、驱动线对地短路时，保持电机输出关闭直至系统下电；二、当故障类型为因电机长时间运行堵转产生过流时，保持电机输出关闭；占空比大于40％且堵转时间超过1秒时使电机进入关闭状态；占空比小于40％且堵转时间超过5秒时使电机进入关闭状态；关闭30秒后再重新测试；三、当电机温度、电路板温度、场效应管开关T1的结温Tj_(i+1)中任一项高于设定的限值时，降低驱动电流的占空比保持电机输出直至电机温度、电路板温度、场效应管开关T1的结温全部降低到安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无电流传感器车用直流有刷电机保护装置，其特征在于包括电流采集电路，隔离放大电路，电机控制与保护电路；所述电流采集电路的两个输入端分别连接电机H桥控制电路中场效应管开关(T1)的漏极和源极，电流采集电路的输出连接隔离放大电路的输入，隔离放大电路的输出连接电机控制与保护电路的输入，电机控制与保护电路的输出连接到场效应管开关(T1)的栅极。

【技术特征摘要】
1.一种无电流传感器车用直流有刷电机保护装置，其特征在于包括电流采集电路，隔离放大电路，电机控制与保护电路；所述电流采集电路的两个输入端分别连接电机H桥控制电路中场效应管开关(T1)的漏极和源极，电流采集电路的输出连接隔离放大电路的输入，隔离放大电路的输出连接电机控制与保护电路的输入，电机控制与保护电路的输出连接到场效应管开关(T1)的栅极。2.根据权利要求1所述的无电流传感器车用直流有刷电机保护装置，其特征在于所述电流采集电路包括第一分压电阻(R1)和第二分压电阻(R2)；第一分压电阻(R1)连接在场效应管开关(T1)的源极与隔离放大电路的一个输入端之间，第二分压电阻(R2)连接在场效应管开关(T1)的漏极与隔离放大电路的另一个输入端之间。3.根据权利要求2所述的无电流传感器车用直流有刷电机保护装置，其特征在于所述的电流采集电路还包括第一滤波电路(RC1)和第二滤波电路(RC2)；第一滤波电路(RC1)连接在第一分压电阻(R1)与隔离放大电路的一个输入端之间，第二滤波电路(RC2)连接在第二分压电阻(R2)与隔离放大电路的另一个输入端之间。4.根据权利要求1所述的无电流传感器车用直流有刷电机保护装置，其特征在于所述的隔离放大电路包括第一跟随器(AMP1)、第一差分放大比例电阻(R7)、第二跟随器(AMP2)、第二差分放大比例电阻(R8)、电压放大器(AMP3)；第一滤波电路(RC1)、第一跟随器(AMP1)、第一差分放大比例电阻(R7)依次连接，第二滤波电路(RC2)、第二跟随器(AMP2)、第二差分放大比例电阻(R8)依次连接；第一差分放大比例电阻(R7)、第二差分放大比例电阻(R8)的另一端分别连接到电压放大器(AMP3)的正端和负端。5.根据权利要求4所述的无电流传感器车用直流有刷电机保护装置，其特征在于所述的隔离放大电路还包括第一分压电阻(R9)、第二分压电阻(R10)；第一分压电阻(R9)和第二分压电阻(R10)串接于参考直流电源与地之间，并且第一分压电阻(R9)与第二分压电阻(R10)的公共节点连接到电压放大器(AMP3)的正端。6.根据权利要求5所述的无电流传感器车用直流有刷电机保护装置，其特征在于所述隔离放大电路还包括连接于电压放大器(AMP3)输出端与电机控制与保护电路之间的限流电阻(R12)。7.一种利用上述无电流传感器车用直流有刷电机保护装置实现电机保护的方法，其特征在于包括下述步骤：步骤一：初始时，采用式(1)计算初始时刻场效应管开关(T1)的内阻R0；V0’/k＝I0×R0(1)式中V0’为电压放大器(AMP3)输出端电压初始值，k为电压放大器(AMP3)的放大倍数，I0为电压放大器(AMP3)输出端电流初始值；V0’为400mV～900mV，I0为200mA～400mA；步骤二：当电压放大器(AMP3)输出端电压达到设定值Vs时开始采样；Vs为400mV～900mV；实时采集电机两端压差和电流并计算电机温度，通过板温传感器、环境温度传感器实时采集电路板温度、场效应管开关(T1)的结温Tj_(i+1)；同时通过式(2)计算第i+1个时间片流经场效应管开关(T1)的电流Ii+1，i＝0，1，2……；Vi+1’-V0’/k＝(Ii+1-I0)×Ri(2)Vi+1’为第i+1个时间片采集的电压放大器(AMP3)输出端电压；Ri为通过第i个时间片电压放大器(AMP3)输出端电压和流经场效应管开关(T1)的电流计算出的场效应管开关(T1)内阻；步骤三：通过式(3)计算第i+1个时间片场效应管开关(T1)的结温Tj_(i+1)；Tj_(i+1)＝Tc_(i+1)+Ii+1×Ii+1×Ri×Rth(3)Tc_(i+1)是通过环境温度传感器采集的场效应管开关(T1)测定值，环境温度传感器贴合在场效应管开关(T1)上；Rth为场效应管开关(T1)的热阻标定值；步骤四：通过式(4)计算第i个时间片场效应管开关(T1)的内阻修正值Ri’；Ri’＝k1×Tj_(i+1)+b1(4)其中k1和b1由场效应管开关(T1)的结温与电阻的对应图简化后的线性关...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑岩，田辉，庞学文，陈树星，赵彬，宁甲奎，马艳，
申请(专利权)人：中国第一汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22