CN102045015A

CN102045015A - 一种开关磁阻电机相绕组电流的采样电路和采样方法

Info

Publication number: CN102045015A
Application number: CN2011100001265A
Authority: CN
Inventors: 徐申; 孙大鹰; 何文文; 钟锐; 孙伟锋; 陆生礼; 时龙兴
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Nantong Shengyang Electric Co., Ltd.; Southeast University
Priority date: 2011-01-04
Filing date: 2011-01-04
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2031-01-04
Also published as: CN102045015B

Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机绕组电流的采样电路和采样方法，该电路串联于开关磁阻电机的相绕组上，包括电流采样电路、滤波电路和处理器，电流采样电路还包括采样电阻，在开关磁阻电机的励磁和续流工作模式下，采样电阻将相绕组电流转换成电压信号经滤波电路处理传递到处理器进行分析，在回流工作模式下，采样电阻无电流通过，开关磁阻电机完成换相，进入下一相绕组电流的采样处理步骤。本发明提供的开关磁阻电机相绕组电流的采样电路结构简单，价格低廉，实用性强，灵敏度高，几乎不受环境温度变化影响，将相绕组电流实时、无损地转化成电压信号从而实现绕组相电流的实时采样。

Description

一种开关磁阻电机相绕组电流的采样电路和采样方法

技术领域

本发明公开了一种电机控制的电路和方法，具体地说是一种开关磁阻电机相绕组电流的采样电路和采样方法。

背景技术

开关磁阻电机结构简单坚固，工作可靠，效率高，由其构成的开关磁阻电机驱动系统与传统交直流调速系统相比，具有许多优点，如：起动转矩大，低速性能好，无感应电动机在起动时所出现的冲击电流现象；调速范围宽，控制灵活，可方便实现四象限运行，具有较强的再生制动能力，在宽广的转速和功率范围内都具有高效率，有利于节能降耗；可工作于极高转速；可缺相运行，容错能力强等。目前，开关磁阻电机在军事和民用工业上的应用已取得一些效果，但还存在一些问题有待进一步研究解决，主要有转子位置检测、控制方法的实现技术等。

开关磁阻电机的调速控制系统需要准确的相绕组电流采样。因为该电机存在励磁、续流和回流等多种工作模式，其电流方向在不同模式下会经由不同器件流向不同目标元件，因此传统的绕组电流的检测通常都是利用电流传感器串联在电机相绕组回路上实现的，以检测不同模式下的相电流。目前使用最广泛的电流传感器是霍尔传感器。而霍尔元件由半导体材料制成，对温度的变化较为敏感，其输入电阻、输出电阻、乘积灵敏度均会受到温度变化的影响，从而给测量带来较大的误差。此外，霍尔传感器存在相位偏差的问题，系统的频响特性差，无法完整地将所检测电路中的电流高频分量反映到小信号一侧，这将影响系统后期处理算法的运行结果。而且霍尔传感器本身价格昂贵，再加上外围温度和相位补偿电路，导致相电流采样电路的成本极高，也极大提高了整个系统的成本。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种结构简单，成本低廉的开关磁阻电机相绕组电流的采样电路，解决使用霍尔传感器存在的相位差、温度特性及频响特性差等问题；本发明另一个目的是提供一种开关磁阻电机相绕组电流的采样方法，实现对开关磁阻电机相绕组电流进行准确、实时的测量。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供的开关磁阻电机绕组电流的采样电路串联于开关磁阻电机的相绕组上，所述的开关磁阻电机绕组电流的采样电路包括电流采样电路、滤波电路和处理器，电流采样电路包括采样电阻，采样电阻将相绕组电流转换成电压信号，滤波电路连接于电流采样电路并将电流采样电路生成的电压信号进行处理后传到处理器，处理器接收滤波电路传递的电压信号进行分析。所述采样电阻是低温度系数采样电阻。

其中，所述采样电阻是低温度系数电阻，是锰铜电阻或康铜电阻的一种。

所述电流采样电路还包括第一MOS管、第二MOS管、第一二极管和第二二极管，第一MOS管的漏极连接电源正极，第一MOS管的源极通过相绕组连接第二MOS管的漏极，第二MOS管的源极通过采样电阻连接到电源负极，第一二极管的阴极连接电源正极，第一二极管的阳极连接第二MOS管的漏极，第二二极管的阴极连接第一MOS管的源极，第二二极管的阳极连接电源负极，第二MOS管的源极连接到滤波电路。所述滤波电路包括电感、零欧电阻、第三二极管和第四二极管，电感的一端与电流采样电路连接，电感的另一端通过零欧电阻连接到处理器第三二极管的阴极接到内部供电电压正极，第三二极管的阳极接到处理器，第四二极管的阴极接到处理器，第四二极管的阳极接到内部供电电压负极。所述处理器为32位单片机，单片机内集成了12位ADC，ADC与滤波电路连接。

所述开关磁阻电机相绕组电流的采样电路可以应用到三相12/8电机或四相8/6的开关磁阻电机上。

一种开关磁阻电机相绕组电流的采样电路的采样方法，在开关磁阻电机的相绕组上设置有开关磁阻电机绕组电流的采样电路，通过开关磁阻电机绕组电流的采样电路中的第一MOS管和第二MOS管控制开关磁阻电机的工作模式。当第一MOS管、第二MOS管均导通时，开关磁阻电机处于励磁工作模式，采样电阻两端的励磁电压信号传递到滤波电路，经过电感，零欧电阻，输送到处理器的ADC，实现对绕组电流的电阻采样。当第一MOS管截止，第二MOS管导通时，开关磁阻电机处于续流工作模式，采样电阻两端的续流电压信号传递到滤波电路，经过电感，零欧电阻，输送到处理器的ADC，实现对绕组电流的电阻采样。当第一MOS管，第二MOS管同时截止时，电机处于回流工作模式，绕组中的电流回流给直流电源馈电，没有电流从零欧电阻中流过，处理器不能获取相应的电流信号。此时开关磁阻电机已经完成换相，进入下一相绕组电流的采样处理步骤。

其中，滤波电路对电压信号的处理包括：滤除高频信号，改善元器件的寄生参数，限定电压信号以保护处理器。

有益效果：本发明提供的开关磁阻电机相绕组电流的采样电路结构简单，价格低廉，实用性强，灵敏度高，几乎不受环境温度变化影响，将相绕组电流实时、无损地转化成电压信号从而实现绕组相电流的实时采样。

附图说明

图1是本发明的电路原理图；

图2是本发明实施例1励磁工作模式下的工作原理图；

图3是本发明实施例2续流工作模式下的工作原理图；

图4是本发明实施例3回流工作模式下的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的开关磁阻电机绕组电流的采样电路串联于一个三相开关磁阻电机12/8的A相绕组11上，该电路分为电流采样电路1、滤波电路2和处理器3。

电流采样电路1包括第一MOS管M1、第二MOS管M2、采样电阻12、第一二极管D1和第二二极管D2，其中，第一MOS管和第二MOS管型号为AOT470，采样电阻12采用温度系数低的锰铜电阻或康铜电阻；整个电路采用48V低压直流电源向电路供电。第一MOS管M1的漏极连接电源正极，第一MOS管M1的源极通过相绕组11连接第二MOS管M2的漏极，第二MOS管M2的源极通过采样电阻12连接到电源负极，第一二极管D1的阴极连接电源正极，第一二极管D1的阳极连接第二MOS管M2的漏极，第二二极管D2的阴极连接第一MOS管M1的源极，第二二极管D2的阳极连接电源负极，第二MOS管M2的源极连接到滤波电路2。滤波电路2包括电感L1、零欧电阻22、第三二极管D3和第四二极管D4，电感L1的一端与电流采样电路1连接，电感L1的另一端通过零欧电阻22连接到处理器3，第三二极管D3的阴极接到内部供电电压正极，第三二极管D3的阳极接到处理器3，第四二极管D4的阴极接到处理器3，第四二极管D4的阳极接到内部供电电压负极。处理器3为32位单片机，单片机内集成了12位ADC，ADC与滤波电路2连接。

所述开关磁阻电机相绕组电流的采样电路串接在三相12/8或四相8/6开关磁阻电机的相绕组上，通过开关磁阻电机绕组电流的采样电路中的第一MOS管和第二MOS管控制开关磁阻电机的工作模式；当开关磁阻电机相绕组导通励磁时，在开关磁阻电机的励磁和续流工作模式下，相绕组电流通过串联在相绕组上的采样电阻12分别生成励磁电压信号和续流电压信号，生成的励磁电压信号和续流电压信号经滤波电路2处理后传递到处理器3进行分析；在开关磁阻电机的回流工作模式下，开关磁阻电机完成换相，进入下一相绕组电流的采样处理步骤。滤波电路2对电压信号的处理包括：滤除高频信号，改善元器件的寄生参数，限定电压信号以保护处理器3。

实施例1：在图1所示电路结构的基础上，如图2所示，当第一MOS管M1、第二MOS管M2均导通时，开关磁阻电机处于励磁工作模式，此时外部提供的48V直流驱动电源，第一MOS管M1，电机A相绕组11，第二MOS管M2，锰铜电阻12构成一个电流回路。锰铜电阻12两端的励磁电压信号，从第二MOS管M2的源极与锰铜电阻的连接点如图中箭头所示方向传递到滤波电路2，经过电感L1，零欧电阻22，输送到处理器3的ADC，实现对绕组电流的电阻采样。其中滤波回路2中的电感L1可以有效滤除高频信号，而零欧电阻22在高频信号下，其寄生感性参数也可以改善系统电磁兼容特性，同时第三二极管D3和第四二极管D4可将输送到处理器3的电压信号限定在一定范围内，以防止超过内部供电电压后造成处理器3中ADC31的损坏。

实施例2：在图1所示电路结构的基础上，如图3所示，当第一MOS管M1截止，第二MOS管M2导通时，开关磁阻电机处于续流工作模式，此时A相绕组11，第二二极管D2，锰铜电阻12，第二MOS管M2构成一个电流回路。锰铜电阻12两端的续流电压信号，从第二MOS管M2的源极与锰铜电阻的连接点如图中箭头所示方向传递到滤波电路2，经过电感L1，零欧电阻22，输送到处理器3的ADC31，实现对绕组电流的电阻采样。其中滤波回路2中电感L1及零欧电阻22、第三二极管D3和第四二极管D4仍然起到和实施例1励磁工作模式下同样的功能。

实施例3：在图1所示电路结构的基础上，如图3所示，当第一MOS管M1，第二MOS管M2同时截止时，电机处于回流工作模式，此时第一二极管D1，A相绕组11，第二二极管D2和外部48V直流电源形成回路，此时绕组中的电流回流给直流电源馈电，没有电流从零欧电阻22中流过，处理器3不能获取相应的电流信号。但是，由于此时的电机已经完成从A相到B相的换相，即已经切换到对B相电流采样电路中进行B相电流信号的采样、处理和分析，此时系统后期处理算法也已经不再需要A相电流信号的值，因此能完全满足电机正常工作时的电流采样需要。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种开关磁阻电机绕组电流的采样电路，串联于开关磁阻电机的相绕组（11）上，其特征在于：所述的开关磁阻电机绕组电流的采样电路包括电流采样电路（1）、滤波电路（2）和处理器（3），电流采样电路（1）包括采样电阻（12），采样电阻（12）将相绕组电流转换成电压信号，滤波电路（2）连接于电流采样电路（1）并将电流采样电路（1）生成的电压信号进行处理后传到处理器（3），处理器（3）接收滤波电路（2）传递的电压信号进行分析。

2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机绕组电流的采样电路，其特征在于：所述采样电阻（12）是低温度系数电阻。

3.根据权利要求2所述的开关磁阻电机绕组电流的采样电路，其特征在于：所述低温度系数电阻是锰铜电阻或康铜电阻的一种。

4.根据权利要求1所述的开关磁阻电机绕组电流的采样电路，其特征在于：所述电流采样电路（1）还包括第一MOS管（M1）、第二MOS管（M2）、第一二极管（D1）和第二二极管（D2），第一MOS管（M1）的漏极连接电源正极，第一MOS管（M1）的源极通过相绕组（11）连接第二MOS管（M2）的漏极，第二MOS管（M2）的源极通过采样电阻（12）连接到电源负极，第一二极管（D1）的阴极连接电源正极，第一二极管（D1）的阳极连接第二MOS管（M2）的漏极，第二二极管（D2）的阴极连接第一MOS管（M1）的源极，第二二极管（D2）的阳极连接电源负极，第二MOS管（M2）的源极连接到滤波电路（2）。

5.根据权利要求1所述的开关磁阻电机绕组电流的采样电路，其特征在于：所述滤波电路（2）包括电感（L1）、零欧电阻（22）、第三二极管（D3）和第四二极管（D4），电感（L1）的一端与电流采样电路（1）连接，电感（L1）的另一端通过零欧电阻（22）连接到处理器（3），第三二极管（D3）的阴极接到内部供电电压正极，第三二极管（D3）的阳极接到处理器（3），第四二极管（D4）的阴极接到处理器（3），第四二极管（D4）的阳极接到内部供电电压负极。

6.根据权利要求1所述的开关磁阻电机绕组电流的采样电路，其特征在于：所述处理器（3）为32位单片机，单片机内集成了12位ADC，ADC与滤波电路（2）连接。

7.一种根据权利要求1所述的开关磁阻电机相绕组电流的采样电路的采样方法，其特征在于：在开关磁阻电机的相绕组（11）上设置有开关磁阻电机绕组电流的采样电路，通过开关磁阻电机绕组电流的采样电路中的第一MOS管（M1）和第二MOS管（M2）控制开关磁阻电机的工作模式；当开关磁阻电机相绕组（11）导通励磁时，在开关磁阻电机的励磁和续流工作模式下，相绕组电流通过串联在相绕组（11）上的采样电阻（12）分别生成励磁电压信号和续流电压信号，生成的励磁电压信号和续流电压信号经滤波电路（2）处理后传递到处理器（3）进行分析；在开关磁阻电机的回流工作模式下，开关磁阻电机完成换相，进入下一相绕组电流的采样和处理步骤。

8.根据权利要求7所述的开关磁阻电机相绕组电流的采样电路的采样方法，其特征在于：所述滤波电路（2）对电压信号的处理包括：滤除高频信号，改善元器件的寄生参数，限定电压信号以保护处理器（3）。