[发明专利]功率器件过温保护电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流电动工具的过温保护电路，尤其是一种直流电动工具上功率器件的过温保护电路。

背景技术

通常情况下，大部分直流工具都具有调速功能，且工作电流较大。对于直流工具内的控制器件一般为功率器件，如IGBT、MOSFET等。在大电流调速时必然导致功率器件迅速发热，工作温度的迅速上升使得功率器件很快过热失效。目前为了防止功率器件过热，一般采用在功率器件外安装测温元件进行实时测温的方式进行温度监控。

由于热量在物体间的传递是一个缓慢的过程，这个因素导致在现实应用中所采集温度滞后于功率器件的实际工作温度。体现在功率器件的温度控制上，具有以下几个情况：

1)功率器件真正的发热体是其内核，内核的热量传递到功率器件外围，热量的传递存在时间滞后现象。

2)测温元件只有在元件整体温度均达到被测温度时，其特征电阻才能真正与被测温度相吻合。而测温元件整体达到某一个温度存在时间滞后现象。

3)当使用带封装的测温元件安装于功率器件封装体或散热片上时，由于功率器件或测温元件的封装材料导热能力比较低，所测温度存在时间滞后现象。

4)当测温元件与功率器件两者的封装外形不匹配时，两者安装间隙间存在空气，空气的导热能力低，所测温度存在很明显的时间滞后现象。必需在两者安装间隙间填补导热材料的方式来改善两者间的导热能力，但测温度的时间滞后现象仍然存在。且在两者安装间隙间填补导热材料的操作存在一定的不确定性，批量生产时测温元件与功率器件两者的导热能力不一致，提高了温度补偿的难度。

5)根据功率器件的内部结构，其散热片的温度与内核温度比较接近。当测温元件安装于功率器件的散热片上时，由于功率器件的散热片一般都带有电气网络，所以必须将测温元件与功率器件的散热片间进行电气隔离，这样也降低了测温元件与功率器件间的导热能力。使得所测温度滞后于功率器件的实际工作温度。

以上几个现象，使得外部测温不能实时跟踪到功率器件内核温度的变化，监控实时性不足，往往做不到及时关闭功率器件，造成功率器件过热失效。

发明内容

为了克服现有技术中的不足和缺陷，本发明提供了一种改进这些问题的直流电动工具上功率器件的过温保护电路，及使用这种电路的电动工具。

为达到以上目的，本发明揭示的技术适用于直流电动工具，包含与电池包电连接、并检测电路中电流的电流检测电路，与直流电动工具的电机电连接、包含控制电路通断的功率器件的功率器件控制电路，根据电流检测电路检测到的电路电流值来控制对马达的供电的运算控制电路。当电机不处于调速状态时，该直流电动工具过热保护电路中允许通过的电流不超过预设的第一电流值；当电机处于调速状态时，该直流电动工具过热保护电路中在预设时间内允许通过的电流不超过预设的第二电流值，其中第二电流值小于第一电流值。

该直流电动工具过热保护电路，结合MCU的软件控制对功率器件工作时是否会出现过热现象进行预判，从而快速关断功率器件，有效降低了功率器件过热失效的风险。

且本发明中只用到已有的电流采集电路，没有增加额外的硬件成本。

同时该直流电动工具过热保护电路结合原有的外部测温方式的过温保护和过电流保护等等措施，更加有效的保护了功率器件，提高了机器的工作寿命。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明的直流电动工具过热保护电路的电路模块图。

图2是本发明的直流电动工具过热保护电路的电路图。

图3是本发明的直流电动工具过热保护电路的流程图。

具体实施方案

下面结合附图及具体实施例对本发明详细说明。

直流电动工具，在通常工作情况下，包含安装在机壳内的马达，开关，以及含有多节可充电电池的电池包。电池包为电动工具提供动力。

该直流电动工具具有调速功能，通过调整功率器件开通和关闭的PWM占空比，可以在直流电机线圈中得到不同的平均电流，从而实现调速功能。功率器件可以为IGBT、MOSFET、SCR等，此处优选的为MOSFET。

MOSFET的发热功率即为其损耗，主要是由导通损耗和开关损耗组成，而开关损耗由MOSTET的开通损耗和关断损耗组成。

(1)导通损耗：P_(conduct)＝I_pk²×R_DS(on)×D  ---------------公式1