电机端部电压采集电路及其应用的制作方法

本发明涉及一种电机，特别是一种电机端部电压采集电路，属于电子技术领域。

背景技术：

轮缘电机在运行时，需要实时检测电机的端部三相电压，以供控制器内部电机模型计算需要，常规电机三相端部电压一般采用电压霍尔传感器进行检测。但是电压霍尔传感器体积较大、在应用中至少需要三个，成本较高，且采样电阻前端需要根据霍尔采样输入电流选择电阻，电阻功耗较高，发热严重，对可靠性会产生影响。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于提供一种电机端部电压采集电路，从而克服现有技术的不足。

为了达到前述发明目的，本发明采用了以下方案：

本发明实施例提供了一种电机端部电压采集电路，其包括第一一阶低通滤波模块、分压网络模块、第二一阶低通滤波模块和隔离运算放大器；所述第一一阶低通滤波模块的输入端连接于电机端部，并用于滤除第一高频分量；所述分压网络模块用于对所述第一一阶低通滤波模块输出的信号进行分压；所述第二一阶低通滤波模块的输入端连接于分压网络模块的输出端，并用于滤除第二高频分量；所述隔离运算放大器用于隔离输入输出信号，并且所述隔离运算放大器的输入正端与第二一阶低通滤波模块的输出端连接，输入负端与第一一阶低通滤波模块、第二一阶低通滤波模块及电机驱动器正负直流母线的负端连接。

在一些实施方式中，所述电机端部电压采集电路包括与电机端部连接的n个第一电阻网络模块，n为大于或等于1的整数，每一第一电阻网络模块包括并联设置的至少两个第一电阻，并且每一第一电阻网络模块与至少一第一电容并联形成一第一一阶低通滤波模块；所述n个第一电阻网络模块串联后再与至少一第二电阻串联形成第二电阻网络模块，所述第二电阻网络模块与至少一第三电阻并联形成分压网络模块；所述分压网络模块经至少一第二一阶低通滤波模块与隔离运算放大器连接，并由所述隔离运算放大器输出差分电压，其中所述第二一阶低通滤波模块包括并联设置的至少一第四电阻和至少一第二电容。

进一步的，所述第二一阶低通滤波模块与隔离运算放大器的输入正端连接，所述第一电容及第二电容还均与电机驱动器正负直流母线的负端连接，所述驱动器正负直流母线的负端与隔离运算放大器的输入负端连接。

在一些实施方式中，所述电机端部电压采集电路包括n个第一一阶低通滤波模块、分压网络模块、至少一第二一阶低通滤波模块和隔离运算放大器，n为大于或等于1的整数；

所述第一一阶低通滤波模块的输入端与电机端部连接，用于滤除第一高频分量，并且所述第一一阶低通滤波模块包括并联设置的第一电阻网络模块与第一电容，所述第一电阻网络模块包括并联设置的至少两个第一电阻；

所述分压网络模块的输出端与第二一阶低通滤波模块的输入端连接，并且所述分压网络模块包括并联设置的第二电阻网络模块与第三电阻，所述第二电阻网络模块包括n个所述第一电阻网络模块和第二电阻，所述n个第一电阻网络模块串联后再与第二电阻串联；

所述第二一阶低通滤波模块用于滤除第二高频分量，并且包括并联设置的至少一第四电阻和至少一第二电容；

所述隔离运算放大器用于隔离输入输出信号，并且所述隔离运算放大器的输入正端与第二一阶低通滤波模块的输出端连接，所述第一电容及第二电容还均与电机驱动器正负直流母线的负端连接，所述驱动器正负直流母线的负端与隔离运算放大器的输入负端连接。

进一步的，n大于或等于2。

本发明实施例还提供了一种电机端部电压采集单元，用于采集p相电机的端部电压，p大于或等于1；所述电机端部电压采集单元包括p个所述的电机端部电压采集电路，其中每一电机端部电压采集电路分别与所述电机的一个端部连接。

进一步的，所述p相电机包括三相电机。

本发明实施例还提供了一种电机端部电压采集方法，其包括：

在电机端部连接所述的电机端部电压采集电路；

以n个第一一阶低通滤波模块依次滤除电机端部输出信号中的第一高频分量；

以分压网络模块对所述n个第一一阶低通滤波模块输出的信号进行分压；

以第二一阶低通滤波模块滤除分压网络模块所输出信号中的第二高频分量；

以隔离运算放大器接收第二一阶低通滤波模块所输出的信号，并输出差分电压。

本发明实施例还提供了一种电机控制系统，包括电机控制模块以及所述的电机端部电压采集电路，所述电机端部电压采集电路与电机控制模块连接。

较之现有技术，本发明提供的电机端部电压采集电路以隔离运算放大器（如下简称隔离运放）和电阻、电容等实现了端部电压的隔离采集，可以采用较少的器件、较低的电阻功耗实现对电机端部电压的采集，不仅降低了硬件的成本，减小了电路的体积，还实现了强弱电的隔离，利于提高电路的可靠性。

附图说明

图1是本发明实施例中一种单路电机端部的电压检测电路；

图2是本发明实施例中另一种单路电机端部的电压检测电路；

图3是本发明实施例中电机端部的三相电压检测电路。

具体实施方式

本发明实施例的一个方面提供了一种采用对电机端部电压进行低通滤波，并进行电阻分压，通过隔离运放将分压后的信号以差分形式输出的电路，实现对电机端部电压的采集。

进一步的，本发明一实施例中的一种单路电机端部的电压检测电路请参阅图1，其中，u为电机端部，um-为驱动器正负直流母线的负端；电阻r1、r3并联，并与电容c1构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量1；电阻r2、r4并联，并与电容c2构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量2；r1、r3并联后形成的电阻网络与r2、r4并联后形成的电阻网络再串联，并与电阻r5再串联，r1、r3、r2、r4、r5构成的电阻网络与电阻r7并联，形成分压网络；如上所述的分压网络输出信号通过电阻r6与电容c3形成的一阶低通滤波电路，此低通滤波电路用于滤除高频分量3；其中u1为隔离运放，用于隔离输入输出信号，u1的原边供电为vdd1，um-为原边公共点位，vdd2为副边供电电压，gnd2为副边公共点位，out1，out2为u1输出的差分电压，用于内部控制；如上所述电路，其中c1、c2、c3、r7的公共端为um-，电阻r6与电容c3形成的一阶低通滤波电路的输出与u1的输入的正端相连，um-与u1的输入负端相连。上述电路可用于检测u相端部电压。

当然，图1所示电路结构仅仅是本发明所提供电机端部电压采集电路的一个具体应用形式之一，其还可以依据实际应用的需求而相应调整，包括但不限于增加或减少电路元件以及调整各电路元件的分布位置等等。

例如，在本发明的一些实施例中，一种单路电机端部的电压检测电路可扩展为如图2所示的结构，其中u为电机端部，um-为驱动器正负直流母线的负端；电阻r1、r3并联（可以定义这些电阻为第一电阻），并与电容c1构成一阶低通滤波（可以定义其为第一一阶低通滤波模块），用于滤除高频分量1；电阻r2、r4并联，并与电容c2构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量2；……..；电阻rn-1、rn并联（n>1），并与电容cm（m≥1）（可以定义这些电容为第一电容）构成一阶低通滤波（也可定义为第一一阶低通滤波模块），用于滤除高频分量m；r1、r3并联后形成的电阻网络与r2、r4并联后形成的电阻网络串联，在与rn-1、rn并联后形成的电阻网络（可以定义这些电阻网络为第一电阻网络模块）串联，并与rn+1、……..、rn+j（j>1）（可以定义这些电阻为第二电阻）构成的串联电阻网络串联（由此形成电阻网络可以定义其第二电阻网络模块）；电阻rn+j+1与电阻rn+j+2与……..电阻rn+j+k（k>1）形成串联电阻网络（可以定义其中的电阻为第三电阻），并与上述的第二电阻网络模块并联，构成分压电路（定义为分压网络模块）；如上所述的分压网络输出信号通过电阻rn+j+k+1（可以定义其为第四电阻）与电容cm+1（可以定义这些电容为第二电容）形成的一阶低通滤波电路（可以定义为第二一阶低通滤波模块）串联，此低通滤波电路用于滤除高频分量m+1；其中u1为隔离运放，用于隔离输入输出信号，u1的原边供电为vdd1，um-为原边公共点位，vdd2为副边供电电压，gnd2为副边公共点位，out1，out2为u1输出的差分电压，用于内部控制；如上所述电路，其中c1、c2、……..、cm+1、rn+j+k的公共端为um-，电阻rn+j+k+1与电容cm+1形成的一阶低通滤波电路的输出与u1的输入的正端相连，um-与u1的输入负端相连。上述电路也可用于检测u相端部电压。

针对实际需求，可以将多个前述的电压检测电路组合使用。例如，当有p个电路组合时（p≥1），可以采集p相电机的端部电压。

以三相电机为例，配合其使用的一种三相电压检测电路可以参阅图3所示。其中，u为电机端部，um-为驱动器正负直流母线的负端；电阻r1、r3并联，并与电容c1构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量1；电阻r2、r4并联，并与电容c2构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量2；r1、r3并联后形成的电阻网络与r2、r4并联后形成的电阻网络再串联，并与电阻r5再串联，r1、r3、r2、r4、r5构成的电阻网络与电阻r7并联，形成分压网络；如上所述的分压网络输出信号通过电阻r6与电容c3形成的一阶低通滤波电路，此低通滤波电路用于滤除高频分量3；其中u1为隔离运放，用于隔离输入输出信号，u1的原边供电为vdd1，um-为原边公共点位，vdd2为副边供电电压，gnd2为副边公共点位，out1，out2为u1输出的差分电压，用于内部控制；如上所述电路，其中c1、c2、c3、r7的公共端为um-，电阻r6与电容c3形成的一阶低通滤波电路的输出与u1的输入的正端相连，um-与u1的输入负端相连。上述电路可用于检测u相端部电压。

其中，v为电机端部，um-为驱动器正负直流母线的负端；电阻r1’、r3’并联，并与电容c1’构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量1’；电阻r2’、r4’并联，并与电容c2’构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量2’；r1’、r3’并联后形成的电阻网络与r2’、r4’并联后形成的电阻网络再串联，并与电阻r5’再串联，r1’、r3’、r2’、r4’、r5’构成的电阻网络与电阻r7’并联，形成分压网络；如上所述的分压网络输出信号通过电阻r6’与电容c3’形成的一阶低通滤波电路，此低通滤波电路用于滤除高频分量3’；其中u2为隔离运放，用于隔离输入输出信号，u2的原边供电为vdd1，um-为原边公共点位，vdd2为副边供电电压，gnd2为副边公共点位，out1’，out2’为u1输出的差分电压，用于内部控制；如上所述电路，其中c1’、c2’、c3’、r7’的公共端为um-，电阻r6’与电容c3’形成的一阶低通滤波电路的输出与u2的输入的正端相连，um-与u2的输入负端相连。上述电路可用于检测v相端部电压。

其中，w为电机端部，um-为驱动器正负直流母线的负端；电阻r1’’、r3’’并联，并与电容c1’’构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量1’’；电阻r2’’、r4’’并联，并与电容c2’’构成一阶低通滤波，用于滤除高频分量2’’；r1’’、r3’’并联后形成的电阻网络与r2’’、r4’’并联后形成的电阻网络再串联，并与电阻r5’’再串联，r1’’、r3’’、r2’’、r4’’、r5’’构成的电阻网络与电阻r7’’并联，形成分压网络；如上所述的分压网络输出信号通过电阻r6’’与电容c3’’形成的一阶低通滤波电路，此低通滤波电路用于滤除高频分量3’’；其中u3为隔离运放，用于隔离输入输出信号，u3的原边供电为vdd1，um-为原边公共点位，vdd2为副边供电电压，gnd2为副边公共点位，out1’’，out2’’为u3输出的差分电压，用于内部控制；如上所述电路，其中c1’’、c2’’、c3’’、r7’’的公共端为um-，电阻r6’’与电容c3’’形成的一阶低通滤波电路的输出与u3的输入的正端相连，um-与u3的输入负端相连。上述电路可用于检测w相端部电压。

本发明实施例的另一个方面还提供了一种电机控制系统，包括电机控制模块以及所述的电机端部电压采集电路，所述电机端部电压采集电路与电机控制模块连接。

本发明前述实施例提供的电机端部电压采集电路采用隔离运放和电阻、电容实现了端部电压的隔离采集，可以采用较少的器件、较低的电阻功耗实现对电机端部电压的采集，降低了硬件的成本，减小了电路的体积，并实现了强弱电的隔离，能有效提高电路可靠性。

应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。