一种直流无刷电机母线电流准确测量电路的制作方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种电机内部的检测电路，尤其涉及一种直流无刷电机母线电流准确 测量电路。
【背景技术】
[0002] 直流无刷电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。电动 机的定子绕组多做成三相对称星形接法。电动机的转子上粘有已充磁的永磁体，为了检测 电动机转子的极性，在电动机内装有位置传感器。驱动器由功率电子器件和集成电路等构 成，其功能是：接受电动机的启动、停止、制动信号，以控制电动机的启动、停止和制动；接 受位置传感器信号和正反转信号，用来控制逆变桥各功率管的通断，产生连续转矩；接受速 度指令和速度反馈信号，用来控制和调整转速。直流无刷电机的已经广泛的应用到了工业 工控、自动化以及航空航天，医疗等诸多的领域当中。在医疗行业使用以直流无刷电机为本 体的涡轮供气，不仅可以大幅度缩小气源的体积，节省能源，降低成本，还可以对涡轮进行 准确可靠的控制，从而获得稳定的气流与压力。
[0003] 直流无刷电机通过控制三相全桥驱动电路的导通或者关断实现换相。导通和关断 都发生在上半桥的情况，称为上半桥换相；导通和关断都发生在下半桥的情况，称为下半桥 换相。这两种换相方式下，由于电机绕组中反电动势的存在，都会在续流二极管和绕组中产 生一个较大的电流。这个电流直接影响了换相过程中电磁转矩的波动。以往对电机母线电 流的检测中，都是使用了一个采样电阻，通过采样电阻上面的电压得到电机电流V s/Rs，忽略 了 PCB布线中，地线电压\对Vs的影响，造成采用电流比换的控制策略上的偏差。如果地线 上流过的电流比较大，那么V g的大小就不容忽略，此时采样电阻上的电压降就是（Vs-Vg)。 因此，就需要对经过采样电阻上的母线电流进行准确的测量。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出直流无刷电机母线电流准确测量电路，目的在于解决现有 技术中无法对电流进行准确测量的缺陷。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0006] 一种直流无刷电机母线电流准确测量电路，包括：测量采样电阻上电压的差分电 路、输出电压可调的直流偏置电路；
[0007] 所述的差分电路包括第一反相运放、第二反相运放、第一负反馈电路和第二负反 馈电路；
[0008] 所述的第一负反馈电路的两端分别与所述第一反相运放的输出端和所述第一反 相运放的反相输入端连接；所述第二反馈电路的两端分别与所述第二反相运放的输出端和 第二反相运放的反相输入端连接；所述第一反相运放的输出端和第二反相运放的反相输入 端连接；
[0009] 采样电阻两端分别于第一反相运放的正相输入端和第二反相运放的正相输入端 连接；
[0010] 所述的输出电压可调的直流偏置电路包括第三反相运放，电压基准源以及第三负 反馈电路；
[0011] 所述第三负反馈电路的两端分别与所述第三反相运放的输出端和第三反相运放 的反相输入端连接；所述第三运放的正相输入端分别与所述第二反相运放的输出端和电压 基准源的输出端连接。
[0012] 进一步的，所述的差分电路中还包括第一电阻，且第一电阻的一端与差分电路的 第一反相运放的反向输入端连接，所述第一电阻的另一端接地。
[0013] 进一步的，所述的差分电路中还包括第二电阻、第三电阻和第四电阻，且差分电路 中的第一负反馈电路中串联第二电阻；差分电路中的第二负反馈电路包括串联的第三电阻 和第四电阻。
[0014] 而且，所述第一电阻与第四电阻的数值相同；第二电阻和第三电阻的数值相同。
[0015] 进一步的，所述直流偏置电路中还包括第五电阻和第六电阻，且直流偏置电路中 的第三反相运放的反相输入端与第五电阻一端连接，第五电阻的另一端接地；所述直流偏 置电路中的第三负反馈电路串联第六电阻。
[0016] 进一步的，所述直流偏置电路中还包括第七电阻，且差分电路中的第二反相运放 的输出端与第七电阻的一端连接，第七电阻的另一端与所述直流偏置电路中的第三反相运 放的正向输入端连接。
[0017] 进一步的，所述电压基准源包括电压适配器，且该电压适配器的输入端连接电压 源，输出端与第三反相运放的正向输入端连接。
[0018] 进一步的，所述直流偏置电路中还包括第八电阻，且第八电阻的一端与电压适配 器的输出端连接，第八电阻的另一端与直流偏置电路中第三反相运放的正向输入端连接。
[0019] 进一步的，所述第一反相运放和第二反相运放的供电电压为-5VA和+5VA ;所述第 三反相运放的供电电压为0VA和+5VA ;电路中电阻元器件数值都要在10k欧姆以上，且精 度选择1% ;电容选择为低ESR瓷介电容。
[0020] 本发明公开了直流无刷电机母线电流准确测量电路，包括准确测量采样电阻上的 电压的差分电路、输出电压可调的直流偏置电路。所述差分电路是由两个反相运放以及相 应的负反馈电路等组成；采样电阻两端的电压经过上述差分电路，得到的输出电压与基准 电压共同连接到直流偏置电路中反相运放的正向输入端，通过该直流偏置电路，可使得输 出电压保持在正电压的可调范围内，以达到为后续AD器件提供正电压的需求。
[0021] 本发明通过电路中合理的电阻，电容和运放参数选择，有效的抑制了电路中的共 模噪声，使用电压基准源作为直流偏置，获得了较高的数据稳定性，不易受到电源的干扰； 而且在一定程度上能够达到准确测量母线电流的目的。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图作进一步说明
[0023] 图1是本发明实施例中直流无刷电机母线电流准确测量电路的示意图；
[0024] 图2是图1所示实施例中测量采样电阻上电压的差分电路的示意图；
[0025] 图3是图1所示实施例中输出电压可调的直流偏置电路示意图。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图并通过【具体实施方式】来进一步说明本发明的技术方案。
[0027] 本发明实施例中，直流无刷电动机主要由永磁电动机本体、逆变器、控制器和转子 位置传感器组成。直流无刷电动机与普通交直流电机最明显的差异是直流无刷电动机不能 脱离控制器单独运行，系统控制器从电流和位置传感器上接受反馈信息，经过综合和计算 后给出系统控制信号，再通过功率变换器驱动直流无刷电动机。控制器的成功设计能够使 系统在满足特定负载特性的基础上，具有令人满意的稳态和动态性能。根据直流无刷电机 的运行方式，在需要根据母线电流检测直流无刷电机的运行情况时需要较为准确的母线电 流，以达到运行精准的目的；基于此，在本发明实施例给出了直流无刷电机母线电流的准确 测量电路。
[0028] 如图1所示，一种麻醉机的直流无刷电机母线电流准确测量电路，其包括：差分电 路101、输出电压可调的直流偏置电路102。
[0029] 如图2所示，即为测量所述采样电阻上电压的差分电路，其包括第一反相运放认、 第二反相运放U 2、第一负反馈电路和第二负反馈电路。
[0030] 所述差分电路中第一负反馈电路的两端分别与所述差分电路中第一反相运放认 的输出端1和所述差分电路中第一反相运放Ui的反相输入端2连接；所述差分电路中第二 负反馈电路的两端分别与所述差分电路中第二反相运放U 2的输出端6和第二反相运放U2 的反相输入端5连接；所述差分电路中第一反相运放的输出端1和差分电路中第二反相 运放U2的反相输入端5连接；且采样电阻R s两端分别与差分电路中第一反相运放的正 相输入端3和差分电路中第二反相运放U2的正相输入端4连接。
[0031] 所述差分电路中第一反相运放Ui的正相输入端与差分电路中第一电阻Ri -端连 接，第一电阻&另一端接地，所述差分电路中第一负反馈电路中串联第二电阻R2;所述差分 电路中第二负反馈电路包括串联的第三电阻私和第四电阻R 4;另外，第一电阻札和第四电 阻R4的阻值相同，第二电阻R2和第三电阻R 3的阻值相同，且差分电路中第一反相运放A和 差分电路中第二反相运放U2的供电电压为-5VA和+5VA。
[0032] 下面进一步分析采样电阻上电压的差分电路的工作过程：
[0033] 如图2所示：根据运放的"虚短虚断"的原理，B点的电压V2 = Vs，A点的电压％ = Vg ;流经电阻R2和电阻札的电流为L，流经电阻R3和电阻R4的电流为1 2，对A点应用基尔 霍夫电流定律（KCL)，则L = 12，也就是：
[0034] (Vg-Vs)/R2 = (Voutl-Vg