一种三相电流采样和过电流保护电路的制作方法

本发明涉及新能源汽车电机，特别涉及一种三相电流采样和过电流保护电路。

背景技术：

新能源汽车电机采用扭矩控制策略，需要控制器硬件采样三相电流值形成控制闭环反馈，同时为防止突发过电流情况发生，硬件会设置过电流保护，瞬间保护igbt驱动模块；现阶段应用比较成熟的方案：使用三个霍尔电流传感器分别采样三相电流值，设置三相电流处理电路，达到电流采样以及过电流保护功能，如附图1所示。

专利文献1（公开号：cn204012661u）公开了一种电机驱动保护电路，该电机驱动保护电路通过ipm驱动模块自身内部的硬件自检功能的硬件故障输出端的输出和ipm驱动模块的输出电流，控制电机的驱动情况，当ipm驱动模块硬件自检结果认为出现故障或输出电流出现异常时，直接控制电平转换模块停止工作，使ipm驱动模块不工作，进而切断电机，起到电机驱动保护的作用。

现有的技术方案缺点：1、电机控制器需要对三相输出进行电流采样，通常需要使用三个电流传感器，每一相的电流都需要采样，成本较高，安装繁琐。2、使用软件方法计算出第三相的电流值，并判断是否过电流。但软件计算的方式延时较长，在过电流情况发生时容易导致igbt模块损坏。

技术实现要素：

本发明目的是：提供一种三相电流采样和过电流保护电路，只需要使用两个电流传感器，根据基尔霍夫电流定律，计算出第三相电流的大小，并连接到过电流比较电路实现过电流保护功能，降低了整体的硬件成本，在响应时间上更快。

本发明的技术方案是：

一种三相电流采样和过电流保护电路，包括两个电流传感器、电流采样输入电路、第三相电流计算电路和过电流比较电路；所述两个电流传感器分别对电机控制器三相中两相进行电流采样，通过电流采样输入电路连接第三相电流计算电路的输入端，第三相电流计算电路输出连接过电流比较电路的输入端，过电流比较电路的输出端判断电机的第三相是否过电流。

优选的，所述电流采样电路包括两个运算放大器u1a、u1c，分别对两个电流传感器的采样输入信号实现电压跟随和隔离功能。

优选的，所述第三相电流计算电路包括两个运算放大器u1d、u1b，其中u1d构成电压跟随电路，向u1b提供稳定电压，u1b构成一个相电流计算电路，电流采样电路的两路输出分别连接相电流计算电路的输入端，是计算出第三相电机电流的大小并产生一个恒定的电压源。

优选的，所述过电流比较电路包括比较器u2a和u2b，将第三相电流计算电路的输出电压分别与两个参考点的电压比较，实现过电流比较的功能。

优选的，所述运算放大器u1a、u1c、u1d、u1b属于一个集成运算放大器u1；所述比较器u2a和u2b属于一颗集成芯片u2。

本发明的优点是：

1、在电机控制器内使用本发明电路可减少使用一个霍尔电流传感，降低电机控制器的整体成本。本发明电路只需要一个集成运放芯片，该芯片内部集成了4个运算放大器，根据电机两相的电流采样值计算出第三相电流值，电路简洁，节省成本。

2、本专利使用硬件电路搭建电机控制器过电流的保护功能，过电流时响应速度比软件控制的方法更快，能更好的保护igbt模块。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为现有技术电流采样以及过电流保护的原理框图；

图2为本发明三相电流采样和过电流保护电路的原理框图；

图3为本发明三相电流采样和过电流保护电路的工作流程图；

图4为本发明三相电流采样和过电流保护电路的具体实施原理图。

具体实施方式

如图2所示，本发明公开了一种三相电流采样和过电流保护电路。在电机控制器内部只需要使用两个电流传感器，对电机控制器三相中两相进行电流采样，再通过硬件电路计算出电机控制器第三相的电流值。将该值送至过电流比较电路，通过硬件方式实现过电流保护功能。

所述的一种电流采样和过电流保护电路包括：电流采样输入电路、第三相电流计算电路、过电流比较电路，如图3所示；电流采样电路包括两个运算放大器，用于输入信号的采样与隔离，并对输入信号滤波；第三相电流计算电路包括两个运算放大器及电阻器件，其作用是计算出第三相电机电流的大小并产生一个恒定的电压源；过电流判断电路包含两个比较器和电阻电容器件，将第三相的电流值与过电流点比较，判断电机的第三相是否过电流。

图4为本发明三相电流采样和过电流保护电路的一种实施原理图。

所述电流采样输入电路包括运算放大器u1a、u1c。其中u1为一个集成运算放大器，内部集成了4个运算放大器。u1a的4脚接到电源vcc，11脚接到第一参考地，u1a的3脚连接到u相电流传感器的输出端，u1a的1脚接到r3电阻的一端和u1a的2脚。u1a读取u相电流传感器的电流采样值，并实现电压跟随和隔离功能，保证电路后级的处理对前级无影响。

u1c的10脚接到w相电流传感器的输出端，u1c的10脚接到r5电阻的一端和u1c的9脚。u1c读取w相电流传感器的电流采样值，并实现电压跟随和隔离功能，保证电路后级的处理对前级无影响。

所述第三相电流计算电路包括运算放大器u1b、u1d，电阻r1、r3、r5、r6、r7、r10、r12、r14。其中r10一端接到r12的一端，另一端接到电源vcc，r12的另一端与r14的一端连接，r14的另一端与第一参考地连接；r10、r12、r14构成一个分压电路，在r10与r12的交点处构成一个恒定的电压。

u1d的12脚接到r10与r12的交点，u1d的14脚与u1d的13脚连接，u1d构成了一个电压跟随电路，实现后级电压跟随前级，保证电路后级的处理对前级无影响。

r3一端接到u1a的1脚，一端接到u1b的6脚；r5一端接到u1c的8脚，一端接到u1b的6脚；r6的一端接到u1d的14脚,一端接到u1b的5脚;r7的一端接到第一参考地,另一端接到u1b的5脚；r1的一端接到u1b的6脚,一端接到u1b的7脚；电阻r1、r3、r5、r6、r7和u1b构成相电流计算电路，可通过该电路计算出第三相的电流。

所述过电流比较电路包括比较器u2a和u2b，电阻r2、r8、r9、r13、r4、r11，电容c3、c1。u2为一颗集成芯片，内部包括两个比较器。r2一端接到电源vcc，另一端接到r8的一端，r8的另一端接到电阻r9的一端，r9的另一端接到r13的一端，r13的另一端接到第一参考地。电容c2与r2电阻并联，电容r3与r13并联。电阻r2、r8、r9、r13和电容c2、c3构成电压参考电路，形成两个电压参考点。

u2a的1脚接到过电流判断输出点i_over；u2a的2脚接到u2b的5脚，u2a的2脚还连接到r4的一端和r11的一端；u2a的3脚接到r2和r8的连接点处；u2a的8脚接到电源vcc，也连接到电容c1的一端，电容c1的另一端接到第一参考地。

u2b的5脚与r4和r11的交点连接；u2b的6脚连接到r9和r13的交点；u2b的7脚连接到过电流判断输出点i_over。r11的另一端接到第一参考地，r4的另一端接到u1b的7脚。电阻r4、r11，电容c1和比较器u2a、u2b构成电压比较电路，将u1b的7脚输出的电压与两个参考点的电压比较，实现过电流比较的功能。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。