功率器件過溫保護電路的製作方法
2023-10-04 12:28:04
專利名稱：功率器件過溫保護電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流電動工具的過溫保護電路，尤其是一種直流電動工具上功率器件的過溫保護電路。
背景技術：
通常情況下，大部分直流工具都具有調速功能，且工作電流較大。對於直流工具內的控制器件一般為功率器件，如IGBT、MOSFET等。在大電流調速時必然導致功率器件迅速發熱，工作溫度的迅速上升使得功率器件很快過熱失效。目前為了防止功率器件過熱，一般採用在功率器件外安裝測溫元件進行實時測溫的方式進行溫度監控。由於熱量在物體間的傳遞是一個緩慢的過程，這個因素導致在現實應用中所採集溫度滯後於功率器件的實際工作溫度。體現在功率器件的溫度控制上，具有以下幾個情況1)功率器件真正的發熱體是其內核，內核的熱量傳遞到功率器件外圍，熱量的傳遞存在時間滯後現象。2)測溫元件只有在元件整體溫度均達到被測溫度時，其特徵電阻才能真正與被測溫度相吻合。而測溫元件整體達到某一個溫度存在時間滯後現象。3)當使用帶封裝的測溫元件安裝於功率器件封裝體或散熱片上時，由於功率器件或測溫元件的封裝材料導熱能力比較低，所測溫度存在時間滯後現象。4)當測溫元件與功率器件兩者的封裝外形不匹配時，兩者安裝間隙間存在空氣， 空氣的導熱能力低，所測溫度存在很明顯的時間滯後現象。必需在兩者安裝間隙間填補導熱材料的方式來改善兩者間的導熱能力，但測溫度的時間滯後現象仍然存在。且在兩者安裝間隙間填補導熱材料的操作存在一定的不確定性，批量生產時測溫元件與功率器件兩者的導熱能力不一致，提高了溫度補償的難度。5)根據功率器件的內部結構，其散熱片的溫度與內核溫度比較接近。當測溫元件安裝於功率器件的散熱片上時，由於功率器件的散熱片一般都帶有電氣網絡，所以必須將測溫元件與功率器件的散熱片間進行電氣隔離，這樣也降低了測溫元件與功率器件間的導熱能力。使得所測溫度滯後於功率器件的實際工作溫度。以上幾個現象，使得外部測溫不能實時跟蹤到功率器件內核溫度的變化，監控實時性不足，往往做不到及時關閉功率器件，造成功率器件過熱失效。
發明內容
為了克服現有技術中的不足和缺陷，本發明提供了一種改進這些問題的直流電動工具上功率器件的過溫保護電路，及使用這種電路的電動工具。為達到以上目的，本發明揭示的技術適用於直流電動工具，包含與電池包電連接、 並檢測電路中電流的電流檢測電路，與直流電動工具的電機電連接、包含控制電路通斷的功率器件的功率器件控制電路，根據電流檢測電路檢測到的電路電流值來控制對馬達的供電的運算控制電路。當電機不處於調速狀態時，該直流電動工具過熱保護電路中允許通過的電流不超過預設的第一電流值；當電機處於調速狀態時，該直流電動工具過熱保護電路中在預設時間內允許通過的電流不超過預設的第二電流值，其中第二電流值小於第一電流值。該直流電動工具過熱保護電路，結合MCU的軟體控制對功率器件工作時是否會出現過熱現象進行預判，從而快速關斷功率器件，有效降低了功率器件過熱失效的風險。且本發明中只用到已有的電流採集電路，沒有增加額外的硬體成本。同時該直流電動工具過熱保護電路結合原有的外部測溫方式的過溫保護和過電流保護等等措施，更加有效的保護了功率器件，提高了機器的工作壽命。
下面結合附圖對本發明作進一步說明。圖1是本發明的直流電動工具過熱保護電路的電路模塊圖。圖2是本發明的直流電動工具過熱保護電路的電路圖。圖3是本發明的直流電動工具過熱保護電路的流程圖。
具體實施方案下面結合附圖及具體實施例對本發明詳細說明。直流電動工具，在通常工作情況下，包含安裝在機殼內的馬達，開關，以及含有多節可充電電池的電池包。電池包為電動工具提供動力。該直流電動工具具有調速功能，通過調整功率器件開通和關閉的PWM佔空比，可以在直流電機線圈中得到不同的平均電流，從而實現調速功能。功率器件可以為IGBT、 MOSFET、SCR等，此處優選的為MOSFET。MOSFET的發熱功率即為其損耗，主要是由導通損耗和開關損耗組成，而開關損耗由MOSTET的開通損耗和關斷損耗組成。(1)導通損耗
權利要求
1.一種直流電動工具過熱保護電路，包含一與電池包電連接、並檢測電路中電流的電流檢測電路，一與直流電動工具的電機電連接、包含控制電路通斷的功率器件的功率器件控制電路，一根據電流檢測電路檢測到的電路電流值來控制對馬達的供電的運算控制電路，其中當電機不處於調速狀態時，該直流電動工具過熱保護電路中允許通過的電流不超過預設的第一電流值，其特徵在於，當電機處於調速狀態時，該直流電動工具過熱保護電路中允許通過的電流不超過預設的第二電流值，其中第二電流值小於第一電流值。
2.如權利要求1所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該直流電動工具過熱保護電路還包含一用於檢測功率器件溫度的溫度檢測電路，當功率器件的溫度超過預設值，停止對馬達供電。
3.如權利要求2所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該溫度檢測電路還用於檢測電池包溫度，當電池包的溫度超過預設值，停止對馬達供電。
4.如權利要求1所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，當電路中的電流超過預設的第三電流值，停止對馬達供電，其中第三電流值大於第一電流值。
5.如權利要求1所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該直流電動工具過熱保護電路還包含一用於檢測電池包電壓的電壓檢測電路，當電池包電壓超過預設電壓值，停止對馬達供電。
6.如權利要求1所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，當電機處於調速狀態時，且電路中通過的電流大於第二預設電流值，則功率器件控制電流將電路中電流值對時間積分得到積分值，大於預設積分值則停止對馬達供電。
7.如權利要求1所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，當電機不處於調速狀態時，且電路中通過的電流大於第一預設電流值，則功率器件控制電流將電路中電流值對時間積分得到積分值，大於預設積分值則停止對馬達供電。
8.如權利要求1所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該直流電動工具過熱保護電路還包含一指示電路，對該直流電動工具的電路狀態進行指示。
9.如權利要求8所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該指示電路包含一 LED燈，電路正常工作時LED燈常亮作為照明，電路工作異常時LED燈閃爍。
10.如權利要求1所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該功率器件為 MOSFET。
11.一種直流電動工具，包含一包含多個電池單元的電池包，一與電池包連接、並由其供電驅動的直流電機，一與電池包電連接的直流電動工具過熱保護電路，其中該直流電動工具過熱保護電路包含一檢測該過熱保護電路中電流的電流檢測電路、一功率器件控制電路、一根據電流檢測電路檢測到的電路電流值來控制對馬達的供電的運算控制電路，其中當電機不處於調速狀態時，該過熱保護電路中允許通過的電流不超過預設的第一電流值，其特徵在於，當電機處於調速狀態時，電路中在預設時間內允許通過的電流不超過預設的第二電流值，其中第二電流值小於第一電流值。
12.如權利要求11所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該直流電動工具過熱保護電路還包含一用於檢測功率器件溫度的溫度檢測電路，當功率器件的溫度超過預設值，停止對馬達供電。
13.如權利要求12所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該溫度檢測電路還用於檢測電池包溫度，當電池包的溫度超過預設值，停止對馬達供電。
14.如權利要求11所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，當電路中的電流超過預設的第三電流值，停止對馬達供電，其中第三電流值大於第一電流值。
15.如權利要求11所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該直流電動工具過熱保護電路還包含一用於檢測電池包電壓的電壓檢測電路，當電池包電壓超過預設電壓值，停止對馬達供電。
16.如權利要求11所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，當電機處於調速狀態時，且電路中通過的電流大於第二預設電流值，則功率器件控制電流將電路中電流值對時間積分得到積分值，大於預設積分值則停止對馬達供電。
17.如權利要求11所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，當電機不處於調速狀態時，且電路中通過的電流大於第一預設電流值，則功率器件控制電流將電路中電流值對時間積分得到積分值，大於預設積分值則停止對馬達供電。
18.如權利要求11所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該直流電動工具過熱保護電路還包含一指示電路，對該直流電動工具的電路狀態進行指示。
19.如權利要求18所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該指示電路包含一 LED燈，電路正常工作時LED燈常亮作為照明，電路工作異常時LED燈閃爍。
20.如權利要求11所述的直流電動工具過熱保護電路，其特徵在於，該功率器件為 MOSFET。
全文摘要
一種直流電動工具過熱保護電路，以及包含這種保護電路的電動工具。直流電動工具過熱保護電路包含檢測電路中電流的電流檢測電路，功率器件控制電路，運算控制電路。當電機處於調速狀態時，過熱保護電路中不允許較長時間通過一個超過預設電流值的電流。對功率器件工作時是否會出現過熱現象進行預判，從而快速關斷功率器件，有效降低了功率器件過熱失效的風險。
文檔編號H02H5/04GK102412558SQ201010292359
公開日2012年4月11日 申請日期2010年9月26日 優先權日2010年9月26日
發明者楊德中, 石平波 申請人:南京德朔實業有限公司