一种缺相检测电路、驱动装置和电动工具的制作方法

1.本实用新型涉及电机控制技术领域，特别涉及一种缺相检测电路、驱动装置和电动工具。


背景技术：

2.目前，常采用变频驱动器对bldc电机驱动，如图1所示，驱动器包括三相电路，分别为第一相电路11、第二相电路12和第三相电路12，每相电路包括串联连接的上半桥和下半桥，通过调整每相电路中的开关管的驱动信号的占空比，可以改变电机200的电流大小。根据电机运行原理，bldc电机200的三相电路中的电流应该满足ia+ib+ic＝0，此时称为相电流平衡。而当任何一个或多个开关管损坏、或者三路电机线接触不良或断开，会导致三相电流不平衡，即ia+ib+ic≠0。
3.现有流行的缺相检测方案，是通过软件算法来检测三相电流是否平衡，比如连续检测三相电流并取平均值，如果平均值小于一个设定的电流值，就认为缺相并给出报警码。然而，这种利用软件检测的方式，准确度较低、耗时长、且依赖mcu的计算能力。


技术实现要素：

4.本实用新型实施例的目的是提供一种缺相检测电路、驱动装置和电动工具，通过采用硬件电路可识别是否缺相，无需利用软件进行检测，提高检测准确性且减小检测时间。
5.为解决上述技术问题，本实用新型实施方式采用的一个技术方案是：提供一种缺相检测电路，所述缺相检测电路包括：
6.第一电压获取单元，所述第一电压获取单元用于连接第一相电路，用于将所述第一相电路的电流信号转换成第一电压信号；
7.第二电压获取单元，所述第二电压获取单元用于连接第二相电路，用于将所述第二相电路的电流信号转换成第二电压信号；
8.第三电压获取单元，所述第三电压获取单元用于连接第三相电路，用于将所述第三相电路的电流信号转换成第三电压信号；
9.电压跟随单元，所述电压跟随单元的第一端分别连接所述第一电压获取单元、第二电压获取单元和第三电压获取单元，所述电压跟随单元的第一端还用于连接偏置电压，所述电压跟随单元用于对所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第三电压信号和所述偏置电压进行叠加后得到叠加电压，并在所述电压跟随单元的第二端输出所述叠加电压；
10.比较单元，所述比较单元的第一端连接所述电压跟随单元的第二端，所述比较单元用于在所述叠加电压处于第一电压范围内时输出第一电平信号，所述叠加电压不处于所述第一电压范围内时输出第二电平信号。
11.在一些实施例中，所述比较单元包括第一比较模块和第二比较模块；
12.所述第一比较模块的第一输入端和所述第二比较模块的第一输入端均连接所述
电压跟随单元的第二端，所述第一比较模块的第二输入端用于连接第一基准电压，所述第二比较模块的第二输入端用于连接第二基准电压，所述第一比较模块的输出端与所述第二比较模块的输出端连接至第一节点。
13.在一些实施例中，所述第一比较模块包括第一比较器；
14.所述第一比较器的正极输入端连接所述第一基准电压，所述第一比较器的负极输入端连接所述电压跟随单元的第二端，所述第一比较器的输出端连接所述第一节点，所述第一比较模块的第一输入端为负极输入端，所述第一比较模块的第二输入端为正极输入端。
15.在一些实施例中，所述第二比较模块包括第二比较器；
16.所述第二比较器的正极输入端连接所述电压跟随单元的第二端，所述第二比较器的负极输入端连接第二基准电压，所述第二比较器的输出端连接所述第一节点，所述第二比较模块的第一输入端为正极输入端，所述第二比较模块的第二输入端为负极输入端。
17.在一些实施例中，所述第一电压获取单元包括第一采样电阻，所述第二电压获取单元包括第二采样电阻，所述第三电压获取单元包括第三采样电阻；
18.所述第一采样电阻连接所述第一相电路，所述第二采样电阻连接所述第二相电路，所述第三采样电阻连接所述第三相电路，所述第一采样电阻、所述第三采样电阻和所述第三采样电阻还分别连接所述电压跟随单元的第一端。
19.在一些实施例中，所述电压跟随单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和运算放大器；所述第一电阻的第一端连接所述第一电压获取单元，所述第二电阻的第一端连接所述第二电压获取单元，所述第三电阻的第一端连接所述第三电压获取单元，所述运算放大器的同相输入端分别连接所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端和所述偏置电压，所述运算放大器的输出端分别连接所述运算放大器的反相输入端和所述比较单元的第一端。
20.在一些实施例中，所述缺相检测电路还包括滤波单元；所述滤波单元连接在所述电压跟随单元的第二端和所述比较单元的第一端之间。
21.在一些实施例中，所述滤波单元包括滤波电阻和滤波电容；所述滤波电阻的第一端连接所述电压跟随单元的第二端，所述滤波电阻的第二端分别连接所述比较单元的第一端和所述滤波电容的第一端，所述滤波电容的第二端接地。
22.第二方面，本实用新型实施例提供一种驱动装置，该驱动装置包括第一相电路、第二相电路、第三相电路、以及如第一方面任意一项所述的缺相检测电路；所述缺相检测电路分别连接所述第一相电路、所述第二相电路和所述第三相电路。
23.第三方面，本实用新型实施例提供一种电动工具，该电动工具包括bldc电机、以及如第二方面所述的驱动装置；所述驱动装置连接所述bldc电机。
24.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型提供一种缺相检测电路、驱动装置和电动工具，包括：第一电压获取单元，所述第一电压获取单元用于连接第一相电路，用于将所述第一相电路的电流信号转换成第一电压信号；第二电压获取单元，所述第二电压获取单元用于连接第二相电路，用于将所述第二相电路的电流信号转换成第二电压信号；第三电压获取单元，所述第三电压获取单元用于连接第三相电路，用于将所述第三相电路的电流信号转换成第三电压信号；电压跟随单元，所述电压
跟随单元的第一端分别连接所述第一电压获取单元、第二电压获取单元和第三电压获取单元，所述电压跟随单元的第一端还用于连接偏置电压，所述电压跟随单元用于对所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第三电压信号和所述偏置电压进行叠加后得到叠加电压，并在所述电压跟随单元的第二端输出所述叠加电压；比较单元，所述比较单元的第一端连接所述电压跟随单元的第二端，所述比较单元用于在所述叠加电压处于第一电压范围内时输出第一电平信号，所述叠加电压不处于所述第一电压范围内时输出第二电平信号。可见，该电路无需依赖软件即可实现缺相检测，提高检测准确性且减小检测时间。
附图说明
25.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
26.图1是现有技术中提供的一种bldc电机的驱动电路结构示意图；
27.图2是本实用新型实施例提供的一种缺相检测电路的结构框图；
28.图3是本实用新型实施例提供的一种缺相检测电路的电路结构示意图。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
30.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
31.需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
32.第一方面，本实用新型实施例提供一种缺相检测电路，请参阅图2，缺相检测电路包括：第一电压获取单元21、第二电压获取单元22、第三电压获取单元23、电压跟随单元30和比较单元40。
33.第一电压获取单元21用于连接第一相电路11，第一电压获取单元21用于将第一相电路11的电流信号转换成第一电压信号；第二电压获取单元22用于连接第二相电路12，第二电压获取单元22用于将第二相电路12的电流信号转换成第二电压信号；第三电压获取单元23用于连接第三相电路13，第三电压获取单元23用于将第三相电路13的电流信号转换成第三电压信号；电压跟随单元30的第一端分别连接第一电压获取单元21、第二电压获取单元22和第三电压获取单元23，电压跟随单元30的第一端还用于连接偏置电压v1，电压跟随
单元30用于对第一电压信号、第二电压信号、第三电压信号和偏置电压v1进行叠加，得到叠加电压v2，并在电压跟随单元30的第二端输出叠加电压v2。比较单元40的第一端连接电压跟随单元30的第二端，比较单元40用于在叠加电压v2处于第一电压范围内输出第一电平信号，叠加电压v2不处于第一电压范围内输出第二电平信号。
34.在该缺相检测电路中，第一相电路11、第二相电路12和第三相电路13一起驱动电机时，电流分别流经第一电压获取单元21、第二电压获取单元22和第三电压获取单元23，第一电压获取单元21、第二电压获取单元22和第三电压获取单元23分别得到对应的第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号；接着，第一电压信号、第二电压信号、第三电压信号和偏置电压v1在电压跟随单元30的第一端进行叠加后，通过电压跟随单元30的第二端输出叠加电压v2至比较单元40。可以理解的，当第一相电路11、第二相电路12和第三相电路13的电流平衡时，其三项电流的和相加为零(即i
11
+i
12
+i
13
＝0)。从而，可将三项电流信号分别转换成第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号，那么，三项电压的叠加后仍为零。这样，电压跟随单元30输出的叠加电压v2应处于第一电压范围，此时，比较单元40输出第一电平信号。而当第一相电路11、第二相电路12和第三相电路13的相电流不平衡时，即缺相时，第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号的瞬时叠加分量不为0，这样，电压跟随单元30输出的叠加电压v2不处于第一电压范围，此时，比较单元40输出第二电平信号。
35.可见，在该缺相检测电路中，可通过比较单元40输出的电平信号确定是否缺相，并且该电路无需利用软件进行检测，提高检测准确性且减小检测时间。
36.在其中一些实施例中，请参阅图3，比较单元40包括第一比较模块41和第二比较模块42。第一比较模块41的第一输入端和第二比较模块42的第一输入端均连接电压跟随单元30的第二端，第一比较模块41的第二输入端用于连接第一基准电压v3，第二比较模块42的第二输入端用于连接第二基准电压v4，第一比较模块41的输出端与第二比较模块42的输出端连接至第一节点a，第一基准电压v3大于第二基准电压v4。
37.在本实施例中，偏置电压v1为vcc/2，第一基准电压v3为vcc/2+δv，第二基准电压v4为vcc/2-δv,第一电压范围的电压值为大于第二基准电压v4而小于第一基准电压v3的电压值，不处于第一电压范围的电压值为大于第一基准电压v3的电压值或小于第二基准电压v4的电压值。当叠加电压v2的电压范围处于第一电压范围时，即vcc/2-δv《v2《vcc/2+δv时，第一比较模块41和第二比较模块42均输出低电平信号；当叠加电压v2的电压范围不处于第一电压范围时，即v2《vcc/2-δv,或v2》vcc/2+δv时，第一比较模块41和第二比较模块42均输出高电平信号。第一电平信号为低电平信号，第二电平信号为高电平信号。
38.可见，通过上述设置方式，可让叠加电压v2处于不同电压范围时，第一节点a输出不同的电平信号。
39.具体的，在其中一些实施例中，请参阅图3，第一比较模块41包括第一比较器u2。第一比较器u2的正极输入端连接第一基准电压v3，第一比较器u2的负极输入端连接电压跟随单元30的第二端，第一比较器u2的输出端连接第一节点a。当叠加电压v2大于第一基准电压v3时，第一比较器u2输出低电平信号，当叠加电压v2小于第一基准电压v3时，第一比较器u2输出高电平信号。
40.在其中一些实施例中，请参阅图3，第二比较模块42包括第二比较器u3。第二比较器u3的正极输入端连接电压跟随单元30的第二端，第二比较器u3的负极输入端连接第二基
准电压v4，第二比较器u3的输出端连接第一节点a。当叠加电压v2大于第二基准电压v4时，第二比较器u3输出高电平信号，当叠加电压v2小于第二基准电压v4时，第二比较器u3输出低电平信号。
41.在其中一些实施例中，请参阅图3，第一电压获取单元21包括第一采样电阻r11，第二电压获取单元22包括第二采样电阻r12，第三电压获取单元23包括第三采样电阻r13。第一采样电阻r11连接第一相电路11，第二采样电阻r12连接第二相电路12，第三采样电阻r13连接第三相电路13，第一采样电阻r11、第三采样电阻r13和第三采样电阻r13的第一端还分别连接电压跟随单元30的第一端。具体的，第一采样电阻r11连接在第一相电路11和地gnd之间，第二采样电阻r12连接在第二相电路12和地gnd之间，第三采样电阻r13连接在第三相电路13和地gnd之间。通过设置第一采样电阻r11、第二采样电阻r12和第三采样电阻r13，可将电流分别转换为第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号。
42.在其中一些实施例中，请继续参阅图3，电压跟随单元30包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3和运算放大器u1，第一电阻r1的第一端连接第一电压获取单元21，第二电阻r2的第一端连接第二电压获取单元22，第三电阻r3的第一端连接第三电压获取单元23，运算放大器u1的同相输入端分别连接第一电阻r1的第二端、第二电阻r2的第二端、第三电阻r3的第二端和偏置电压v1，运算放大器u1的输出端分别连接运算放大器u1的反相输入端和比较单元的第一端。具体的，第一电阻r1、第二电阻r2和第三电阻r3的阻值相等，此时，运算放大器u1的输出的叠加电压v2，其中，v11为第一电压信号，v12为第二电压信号，v13为第三电压信号。可见，在本实施例中，可对三电压信号和偏置电压进行叠加后输出。
43.在其中一些实施例中，请参阅图3，缺相检测电路还包括滤波单元50。滤波单元50连接在电压跟随单元30的第二端和比较单元40的第一端之间。通过设置滤波单元50，可对电压跟随单元30输出的叠加电压v2进行滤波，提高缺相检测电路的抗干扰性。
44.具体的，在其中一些实施例中，请继续参阅图3，滤波单元50包括滤波电阻r和滤波电容c。滤波电阻r的第一端连接电压跟随单元30的第二端，滤波电阻r的第二端分别连接比较单元40的第一端和滤波电容c的第一端，滤波电容c的第二端接地gnd。具体的，滤波电阻r的第二端分别连接第一比较器u2的负极输入端和第二比较器u3的正极输入端。在本实施例中，通过设置滤波电阻r和滤波电容c，可对叠加电压v2进行滤波，并将滤波后的叠加电压v2输出至比较单元40。
45.下面结合图3所示的实施例详细传输本实用新型提供的缺相检测电路的工作流程。其中，偏置电压v1为vcc/2，第一基准电压v3为vcc/2+
△
v，第二基准电压v4为vcc/2
‑△
v，
△
v的值可根据实际需要进行设置，在此不做限定。
46.在该缺相检测电路中，第一相电路11、第二相电路12和第三相电路13一起驱动电机时，电流分别流经第一采样电阻r11、第二采样电阻r12和第三采样电阻r13，在第一采样电阻r11、第二采样电阻r12和第三采样电阻r13的第一端上的电压分别为第一电压信号v11、第二电压信号v12和第三电压信号v13；接着，第一电压信号v11、第二电压信号v12和第三电压信号v13和偏置电压v1经电压跟随单元30叠加后，电压跟随单元30输出叠加电压v2，并经滤波单元50滤波后输出至比较单元40。
47.当第一相电路11、第二相电路12和第三相电路13的相电流平衡时，第一电压信号v11、第二电压信号v12和第三电压信号v13的瞬时叠加分量为0，这样，电压跟随单元30输出
的叠加电压v2应处于第一电压范围，即大于第二基准电压v4、且小于第三基准电压v3，此时，第一节点a输出低电平信号。
48.而当第一相电路11、第二相电路12和第三相电路13的相电流不平衡时，即缺相时，第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号的瞬时叠加分量不为0，这样，电压跟随单元30输出的叠加电压v2不处于第一电压范围，此时，第一节点a输出高电平信号。
49.可见，在该缺相检测电路中，可通过比较单元40输出的电平信号确定是否缺相，如当输出低电平信号时则表明电路平衡，当输出高电平时则表明此时电路处于缺相状态。从而，该电路无需利用软件进行检测，纯硬件电路可实现缺相检测，提高检测可靠性和检测准确性、且减小检测时间。
50.第二方面，本实用新型实施例提供一种驱动装置，该驱动装置包括第一相电路、第二相电路、第三相电路、以及如第一方面任意一项所述的缺相检测电路。缺相检测电路分别连接第一相电路、第二相电路和第三相电路。在本实施例中，缺相检测电路具有与如第一方面任意一项所述的缺相检测电路相同的结构与功能，在此不再赘述。该驱动装置可用于驱动bldc电机。关于驱动装置中的第一相电路、第二相电路、第三相电路中的开关管类型、器件可根据现有技术进行设置，在此不做限定。
51.第三方面，本实用新型一种电动工具，该电动工具包括bldc电机、以及第二方面所述的驱动装置。驱动装置连接bldc电机。在本实施例中，驱动装置具有与如第二方面所述的驱动装置相同的结构与功能，在此不再赘述。
52.需要说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
53.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种缺相检测电路，其特征在于，所述缺相检测电路包括：第一电压获取单元，所述第一电压获取单元用于连接第一相电路，用于将所述第一相电路的电流信号转换成第一电压信号；第二电压获取单元，所述第二电压获取单元用于连接第二相电路，用于将所述第二相电路的电流信号转换成第二电压信号；第三电压获取单元，所述第三电压获取单元用于连接第三相电路，用于将所述第三相电路的电流信号转换成第三电压信号；电压跟随单元，所述电压跟随单元的第一端分别连接所述第一电压获取单元、第二电压获取单元和第三电压获取单元，所述电压跟随单元的第一端还用于连接偏置电压，所述电压跟随单元用于对所述第一电压信号、所述第二电压信号、所述第三电压信号和所述偏置电压进行叠加后得到叠加电压，并在所述电压跟随单元的第二端输出所述叠加电压；比较单元，所述比较单元的第一端连接所述电压跟随单元的第二端，所述比较单元用于在所述叠加电压处于第一电压范围内时输出第一电平信号，所述叠加电压不处于所述第一电压范围内时输出第二电平信号。2.根据权利要求1所述的缺相检测电路，其特征在于，所述比较单元包括第一比较模块和第二比较模块；所述第一比较模块的第一输入端和所述第二比较模块的第一输入端均连接所述电压跟随单元的第二端，所述第一比较模块的第二输入端用于连接第一基准电压，所述第二比较模块的第二输入端用于连接第二基准电压，所述第一比较模块的输出端与所述第二比较模块的输出端连接至第一节点。3.根据权利要求2所述的缺相检测电路，其特征在于，所述第一比较模块包括第一比较器；所述第一比较器的正极输入端连接所述第一基准电压，所述第一比较器的负极输入端连接所述电压跟随单元的第二端，所述第一比较器的输出端连接所述第一节点，所述第一比较模块的第一输入端为负极输入端，所述第一比较模块的第二输入端为正极输入端。4.根据权利要求3所述的缺相检测电路，其特征在于，所述第二比较模块包括第二比较器；所述第二比较器的正极输入端连接所述电压跟随单元的第二端，所述第二比较器的负极输入端连接第二基准电压，所述第二比较器的输出端连接所述第一节点，所述第二比较模块的第一输入端为正极输入端，所述第二比较模块的第二输入端为负极输入端。5.根据权利要求1-4任意一项所述的缺相检测电路，其特征在于，所述第一电压获取单元包括第一采样电阻，所述第二电压获取单元包括第二采样电阻，所述第三电压获取单元包括第三采样电阻；所述第一采样电阻连接所述第一相电路，所述第二采样电阻连接所述第二相电路，所述第三采样电阻连接所述第三相电路，所述第一采样电阻、所述第三采样电阻和所述第三采样电阻还分别连接所述电压跟随单元的第一端。6.根据权利要求1-4任意一项所述的缺相检测电路，其特征在于，所述电压跟随单元包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和运算放大器；所述第一电阻的第一端连接所述第一电压获取单元，所述第二电阻的第一端连接所述
第二电压获取单元，所述第三电阻的第一端连接所述第三电压获取单元，所述运算放大器的同相输入端分别连接所述第一电阻的第二端、所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第二端和所述偏置电压，所述运算放大器的输出端分别连接所述运算放大器的反相输入端和所述比较单元的第一端。7.根据权利要求1-4任意一项所述的缺相检测电路，其特征在于，所述缺相检测电路还包括滤波单元；所述滤波单元连接在所述电压跟随单元的第二端和所述比较单元的第一端之间。8.根据权利要求7所述的缺相检测电路，其特征在于，所述滤波单元包括滤波电阻和滤波电容；所述滤波电阻的第一端连接所述电压跟随单元的第二端，所述滤波电阻的第二端分别连接所述比较单元的第一端和所述滤波电容的第一端，所述滤波电容的第二端接地。9.一种驱动装置，其特征在于，包括第一相电路、第二相电路、第三相电路、以及如权利要求1-8任意一项所述的缺相检测电路；所述缺相检测电路分别连接所述第一相电路、所述第二相电路和所述第三相电路。10.一种电动工具，其特征在于，包括bldc电机、以及如权利要求9所述的驱动装置；所述驱动装置连接所述bldc电机。

技术总结
本实用新型提供一种缺相检测电路、驱动装置和电动工具，包括第一电压获取单元、第二电压获取单元、第三电压获取单元、电压跟随单元和比较单元；第一电压获取单元、第二电压获取单元和第三电压获取单元分别用于连接第一相电路、第二相电路和第三相电路，电压跟随单元的第一端分别连接第一电压获取单元、第二电压获取单元、第三电压获取单元和偏置电压，比较单元的第一端连接电压跟随单元的第二端，在该电路中，在缺相时，第一电压信号、第二电压信号和第三电压信号的瞬时叠加量不为0，电压跟随单元输出的叠加电压不处于第一电压范围内，比较单元输出第二电平信号。可见，该电路无需依赖软件实现缺相检测，提高检测准确性及减小检测时间。测时间。测时间。


技术研发人员：王鹏 吴爽
受保护的技术使用者：深圳和而泰智能控制股份有限公司
技术研发日：2022.12.29
技术公布日：2023/7/27