一种电机控制器高压隔离采样电路的制作方法

本实用新型涉及电机控制
技术领域：
，具体涉及一种电机控制器高压隔离采样电路。
背景技术：
：在电动汽车中，动力电池电压往往都属于高压大电流部分，电机控制器作为车辆驱动部分的核心部件，需要可靠稳定的高压采样电路，来实现电机控制器的驱动。现有技术中，为了避免高压干扰，大多数设计者会将高压信号采样电路和电源电路进行隔离，因此信号隔离器件有多种：如隔离光耦、隔离变压器、隔离运放等等。而电源的隔离一般都用DC-DC隔离电源，将IGBT驱动电源进行转换隔离。现有高压采样电路技术，如图1所示：电路由图中的1-1部分和1-2部分组成，1-1部分为电机控制器驱动拓扑框图(由电池、电机、IGBT和GateDriver组成)，1-2部分为高压采样电路(包括电源转换电路、电阻分压电路、RC滤波电路、光耦隔离采样电路和信号放大电路组成)。其中GateDriver的电源与隔离电源的MEV1S1505DC电源模块的输入相连，MEV1S1505DC电源将输入电源15V转换成5V，给光耦的初级供电，高压信号经过R1、R2分压之后，通过RC滤波(39Ω和10nF)到光耦的输入端，衰减后的高压信号经过光耦ACPL-C87AT/BT耦合到运算放大器的输入端，经过放大之后输出。隔离电源利用的是IGBT驱动电源，因此未对高压地进行完全隔离，在电机高速运行时，可能会干扰线性光耦性能，导致高压采样不稳定；其次，由于IGBT开关管的特性，采样电路与线性光耦元件的故障率，会影响到IGBT驱动电路部分。综上所述，急需一种结构精简且能实现高低压之间的完全隔离的电路系统以解决现有技术中存在的问题。技术实现要素：本实用新型目的在于提供一种结构精简且能实现高低压之间的完全隔离的电机控制器高压隔离采样电路，具体技术方案如下：一种电机控制器高压隔离采样电路，包括信号输入滤波电路、电阻分压电路、电源隔离电路、光耦隔离采样电路、差分放大电路以及钳位电路，所述信号输入滤波电路、电阻分压电路、光耦隔离采样电路、差分放大电路以及钳位电路依次串联，所述电源隔离电路与所述光耦隔离采样电路连接；所述电源隔离电路为将VCCA电源与5V_VCC1隔离且用于给所述光耦隔离采样电路提供电源的电路，其包括电容C3、电容C4、隔离电源U1、电容C5以及电容C6，所述电容C5和所述电容C6均与所述隔离电源U1的输入端并联，所述电容C3和所述电容C4均与所述隔离电源U1的输出端并联；所述光耦隔离采样电路为将所述电阻分压电路滤波之后的高压信号通过光耦隔离输出给所述差分放大电路中差分放大器的输入端的电路，其包括光耦U2、电容C2、电容C7以及电容C8；所述电容C2为所述光耦U2的去耦电容，其与所述光耦U2的初级电源并联；所述电容C7和所述电容C8并联后形成的电容为所述光耦U2的电源去耦电容，所述电容C7和所述电容C8并联后形成的电容与所述光耦U2的电源供电端并联。以上技术方案中优选的，所述信号输入滤波电路包括总正的高压信号输入端子、总负的高压信号输入端子、滤波器L1以及滤波器L2，所述总正的高压信号输入端子与滤波器L1的第一端串联，所述滤波器L1的第二端与所述电阻分压电路连接；总负的高压信号输入端子与滤波器L2的第一端串联，所述滤波器L2的第二端与地GND1连接。以上技术方案中优选的，所述电阻分压电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及电容C1，所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3并联形成电阻RA，所述电阻R4、电阻R5以及电阻R6并联形成电阻RB，所述电阻RA一端连接所述滤波器L1的第二端，另一端与所述电阻RB串联；电阻RB、电阻R7和电阻R8依次串联，所述电阻R9和电容C1串联后与所述电阻R8并联；所述电阻R9和所述电容C1之间的连接线路以及所述电阻R8和所述电容C1之间的连接线路均与所述光耦隔离采样电路连接；电阻R8和电容C1之间的连接线路还与地GND1连接。以上技术方案中优选的，所述差分放大电路为将光耦输出的信号进行放大、抑制噪声后输出给所述钳位电路，其包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C9、电容C10、运算放大器U3A以及电容C11，所述电阻R10分别与所述光耦U2和所述运算放大器U3A的第2脚串联；所述电容C10与所述电阻R13并联，所述运算放大器U3A的第2脚和第1脚并联；所述电阻R11与所述光耦U2串联，且其与所述电阻R12、电容C9、运算放大器U3A的第3脚同时并联；所述电容C11与所述运算放大器U3A的第8脚并联。以上技术方案中优选的，所述电阻R10的阻值与所述电阻R11的阻值相等，所述电阻R12的阻值和所述电阻R13的阻值相等。以上技术方案中优选的，所述钳位电路包括电阻R14、电容C12、二极管D1以及输出端μC_ADC，所述电阻R14与所述运算放大器U3A串联，且其与所述电容C12并联；所述电阻R14和所述电容C12形成的并联电路与所述二极管D1并联后通过输出端μC_ADC输出。应用本实用新型的技术方案，具有以下有益效果：(1)采用电源隔离电路，对光耦隔离采样电路的供电电源进行隔离，为线性光耦初级提供电源，从而实现高低压之间的完全隔离，高压采用稳定，采样精度高。(2)电阻分压电路的作用是：高压信号通过电阻分压之后在电阻R8上产生所需要的电压信号，通过电阻R9和电容C1组成RC滤波电路，输出给光耦隔离采样电路的光耦输入端，即通过电阻分压而对高压信号进行衰减。(3)电路中的信号输入滤波电路、电阻R9和电容C1所组成RC滤波电路、电容C5和电容C6所组成的隔离电源U1的输入滤波电容、电容C3和电容C4所组成的隔离电源U1的输出滤波电容、电阻R14与电容C12所组成得RC滤波电路均起到滤出电路中的干扰信号的作用，提高采样精度。(4)差分放大电路的作用是：将光耦输出的信号进行放大，抑制噪声，并输出给钳位电路，即放大差模信号，抑制共模信号。(5)各部分电路精简，且能实现相应的功能，实用性强。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：图1为现有技术中高压采样电路结构图；图2是实施例1中电机控制器高压隔离采样电路的整体结构示意图；图3是图2的电路结构示意图；其中，1、信号输入滤波电路，1.1、滤波器L1，1.2、滤波器L2；2、电阻分压电路，2.1、电阻R1，2.2、电阻R2，2.3、电阻R3，2.4、电阻R4，2.5、电阻R5，2.6、电阻R6，2.7、电阻R7，2.8、电阻R8，2.9、电阻R9，2.10、电容C1；3、电源隔离电路，3.1、电容C3，3.2、电容C4，3.3、隔离电源U1，3.4、电容C5，3.5、电容C6；4、光耦隔离采样电路，4.1光耦U2，4.2、电容C2，4.3、电容C7，4.4、电容C8；5、差分放大电路，5.1、电阻R10，5.2、电阻R11，5.3、电阻R12，5.4、电阻R13，5.5、电容C9，5.6、电容C10，5.7、运算放大器U3A，5.8、电容C11；6、钳位电路，6.1、电阻R14，6.2、电容C12，6.3、二极管D1，6.4、输出端μC_ADC。具体实施方式以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。实施例1：参见图2和图3，一种电机控制器高压隔离采样电路，各部件的标号如下：1、信号输入滤波电路，1.1、滤波器L1，1.2、滤波器L2，2、电阻分压电路，2.1、电阻R1，2.2、电阻R2，2.3、电阻R3，2.4、电阻R4，2.5、电阻R5，2.6、电阻R6，2.7、电阻R7，2.8、电阻R8，2.9、电阻R9，2.10、电容C1，3、电源隔离电路，3.1、电容C3，3.2、电容C4，3.3、隔离电源U1，3.4、电容C5，3.5、电容C6，4、光耦隔离采样电路，4.1光耦U2，4.2、电容C2，4.3、电容C7，4.4、电容C8，5、差分放大电路，5.1、电阻R10，5.2、电阻R11，5.3、电阻R12，5.4、电阻R13，5.5、电容C9，5.6、电容C10，5.7、运算放大器U3A，5.8、电容C11，6、钳位电路，6.1、电阻R14，6.2、电容C12，6.3、二极管D1，6.4、输出端μC_ADC。图3中a1和a1位置连接，a2和a2位置连接。本实施例采用电路的具体结构是：包括信号输入滤波电路、电阻分压电路、电源隔离电路、光耦隔离采样电路、差分放大电路以及钳位电路，所述信号输入滤波电路、电阻分压电路、光耦隔离采样电路、差分放大电路以及钳位电路依次串联，所述电源隔离电路与所述光耦隔离采样电路连接。其中：所述信号输入滤波电路1包括总正的高压信号输入端子、总负的高压信号输入端子、滤波器L1以及滤波器L2，所述总正的高压信号输入端子与滤波器L1的第一端串联，所述滤波器L1的第二端与所述电阻分压电路连接；总负的高压信号输入端子与滤波器L2的第一端串联，所述滤波器L2的第二端与地GND1连接。所述电阻分压电路2包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9以及电容C1，所述电阻R1、电阻R2以及电阻R3并联形成电阻RA，所述电阻R4、电阻R5以及电阻R6并联形成电阻RB，所述电阻RA一端连接所述滤波器L1的第二端，另一端与所述电阻RB串联；电阻RB、电阻R7和电阻R8依次串联，所述电阻R9和电容C1串联后与所述电阻R8并联；所述电阻R9和所述电容C1之间的连接线路以及所述电阻R8和所述电容C1之间的连接线路均与所述光耦隔离采样电路连接；所述电阻R8和所述电容C1之间的连接线路还与地GND1连接。所述电源隔离电路3为将VCCA电源与5V_VCC1隔离且用于给所述光耦隔离采样电路提供电源的电路，其包括电容C3、电容C4、隔离电源U1、电容C5以及电容C6，所述电容C5和所述电容C6均与所述隔离电源U1的输入端并联，所述电容C3和所述电容C4均与所述隔离电源U1的输出端并联。电容C3的一端与5V_VCC1连接，另一端与地GND1连接；电容C6一端与VCCA连接，另一端与AGND连接。所述光耦隔离采样电路4为将所述电阻分压电路滤波之后的高压信号通过光耦隔离输出给所述差分放大电路中差分放大器的输入端的电路，其包括光耦U2、电容C2、电容C7以及电容C8；所述电容C2为所述光耦U2的去耦电容，其与所述光耦U2的初级电源并联；所述电容C7和所述电容C8并联后形成的电容为所述光耦U2的电源去耦电容，所述电容C7和所述电容C8并联后形成的电容与所述光耦U2的电源供电端并联。光耦U2的第五接口与AGND连接。所述差分放大电路5为将光耦输出的信号进行放大、抑制噪声后输出给所述钳位电路，其包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电容C9、电容C10、运算放大器U3A以及电容C11，所述电阻R10分别与所述光耦U2(具体是与光耦U2的OUT-连接)和所述运算放大器U3A的第2脚串联；所述电容C10与所述电阻R13并联，所述运算放大器U3A的第2脚和第1脚并联；所述电阻R11与所述光耦U2串联(具体是与光耦U2的OUT+连接)，且其与所述电阻R12、电容C9、运算放大器U3A的第3脚同时并联；所述电容C11与所述运算放大器U3A的第8脚并联。所述电阻R10的阻值与所述电阻R11的阻值相等，所述电阻R12的阻值和所述电阻R13的阻值相等。运算放大器U3A的第4脚以及电容C11一端均与AGND连接；运算放大器U3A的第8脚还与VCCA(电源)连接。所述钳位电路6包括电阻R14、电容C12、二极管D1以及输出端μC_ADC，所述电阻R14与所述电容C12并联；所述电阻R14与所述运算放大器U3A串联，且其与所述电容C12形成的并联电路与所述二极管D1并联后通过输出端μC_ADC输出。所述电容C12以及二极管D1均与AGND(模拟的公共地)连接。应用本实施例的采用电路，详情如下：高压通过电阻分压，得到一个适合线性光耦的允许电压范围，计算公式如下：1/RA＝1/R1+1/R2+1/R3，其中：RA电阻为R1、R2、R3并联的总电阻值；1/RB＝1/R4+1/R5+1/R6，其中：RB电阻为R4、R5、R6并联的总电阻值；U1＝VCC/(RA+RB+R7+R8)×R8，其中：U1为电阻分压后的电压值，VCC为输入的高压电压值；VO＝(Vi+-Vi-)×R13/R10，其中：R13＝R12，R10＝R11，VO为信号输出电压，Vi+、Vi-为光耦输出的电压。电路工作原理为：动力电池组电压经过滤波器L1和滤波器L2之后，通过电阻分压电路进行电阻分压得到U1值；经过由电阻R9和电容C1所组成RC滤波电路后进入线性光耦的初级，线性光耦器件为一比一隔离光耦；在差分放大电路中的差分运算放大器之后，可得到需要信号输出电压VO。将本实施例的技术方案与现有技术中几种常见的方法进行比较，详见表1：表1本实施例和现有技术中几种常规方法比较表案例/参数输入值范围隔离耐压精度稳定性成本隔离光耦(HCNR200)0V-600V5000V±0.05％一般一般隔离运放(AMC1200)0V-600V4000V±0.075％一般一般隔离变压器0V-600V依绕组与工艺决定±0.5％一般较低实施例10V-600V5000V±0.01％较高较高从表1中可以看出，在输入DC0V-600V范围内，精度为±0.01％，明显高于现有技术。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。当前第1页1 2 3