CN102288318A - 一种电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路 - Google Patents

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滕波
肖伟
张正兴
薛山
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Abstract

一种电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路。该电路包括对电机的定子温度检测、控制器的功率模块温度检测、功率模块散热器温度检测及功率模块PCB板温度检测。该电路使用金属热电阻作为传感器对各个温度信号进行检测，经A/D转换后送给控制器的DSP或者MCU。本发明采用的检测处理电路针对传输阻抗带来的误差进行传输补偿，能有效消除引线长度导致的测量误差，使得温度测量结果精度更高，更接近于实际温度值。

Description

一种电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路
技术领域
本发明属于电机和其控制器设计领域，具体涉及一种纯电动车用永磁同步电机温度和控制器温度的检测电路。
背景技术
目前纯电动车是研究和开发的热门领域，而永磁同步电机在电动车上的应用日趋广泛。为了保证电机和控制器系统正常工作，必须对永磁同步电机的定子温度以及控制器的功率模块、散热器、PCB板进行检测，因此采用金属热电阻作为传感器来检测温度。对于使用金属热电阻作为温度传感器，传感器的引线长度对金属热电阻的阻值影响较大，使得检测的温度值存在误差。本发明对引线传输进行补偿，以消除测量误差，使得测量结果更精确。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中金属热电阻温度传感器的引线长度造成温度测量误差的问题，提供一种电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路，使得电机及控制器系统的温度检测结果更精确，从而保证电机系统的稳定运行。
本发明具体采用以下技术方案：
一种电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路，包括4路金属热电阻传感器、激励电流源电路、模拟传输补偿电路、放大及滤波电路和数字信号处理器，其特征在于：
所述4路金属热电阻传感器分别为永磁同步电机定子温度传感器、控制器系统功率模块散热器温度传感器、控制器系统功率模块的PCB板温度传感器和控制器系统的功率模块温度传感器，该4路金属热电阻传感器分别设置在永磁同步电机定子、所述控制器系统的功率模块散热器、所述控制器系统功率模块的PCB板以及控制器系统的功率模块部位；
所述激励电流源电路用于产生4路恒定的电流源，分别流经所述4路金属热电阻传感器以及各路传感器引线后得到4路相应的电压信号；
所述4路电压信号分别输入至模拟传输补偿电路，通过所述模拟传输补偿电路消除各路金属传感器的引线带来的电压误差后，再输入至所述放大及滤波电路；
经所述放大及滤波电路的放大和滤波处理后得到电压幅值符合数字信号处理器输入要求电压信号，最后根据输入至所述数字信号处理器的电压信号分别计算永磁同步电机定子、所述控制器系统的功率模块散热器、所述控制器系统功率模块的PCB板以及控制器系统的功率的温度值。
本发明提供的对电机和控制器系统的温度采集主要是使用金属热电阻传感器。对于使用金属热电阻作为温度传感器，由于金属热电阻的引线长度对其阻值影响较大，例如：从电机的温度传感器到控制器的引线一般较长，造成引线的阻值较大（即是引线电阻的传输电压值不能被忽略），使得检测电路送给DSP/MCU的传感器的电压信号值存在误差，最后DSP/MCU根据测量电压值计算出的温度值也存在误差。因此，为了测量结果更准确必须进行引线传输补偿。
检测电路的工作原理是，将传感器的三根引线看作等效的三个电阻RW1、RW2、RW3，并且三个电阻阻值相等。检测电路首先通过恒流源环节输出一个恒流源，恒流源经过热电阻传感器和三个引线电阻后分别得到的电阻的电压值送给传输补偿环节电路，经过传输补偿环节处理后的输出电压值VOUT就等于传感器电阻的电压值即是消除了引线电阻产生的电压误差。最后将VOUT送给二阶低通滤波电路，处理后的电压信号值送给DSP/MCU，经过计算后就得到相应的温度值。
本发明提供的温度检测电路包括对永磁同步电机温度的检测电路和对控制器的温度检测电路。其中对永磁同步电机的温度检测主要是针对电机定子温度，对控制器的温度检测则包括对功率模块、散热器和PCB的温度检测。同现有的发明检测电路相比，本发明使得对电机和控制器系统的温度检测更加全面，整个系统运行更加可靠，安全。
附图说明
图1是温度检测电路组成原理图；
图2是金属热电阻传感器温度检测电路图；
图3是金属热电阻传感器检测电路激励电流源部分电路图；
图4是金属热电阻传感器检测电路模拟传输补偿部分电路图；
图5金属热电阻传感器检测电路放大、滤波部分电路图。
具体实施方式
下面结合本发明附图做详细说明。
如图1所示，本发明提供了一种电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路，包括对功率模块温度、电机定子温度、功率模块散热板温度及功率模块PCB板温度信号的检测。工作原理是：激励电流源电路产生4路恒定的电流源，分别经过4路金属热电阻传感器后得到4个相应的电压信号，该电压信号与实际温度成线性关系。将4路电压信号送给模拟传输补偿电路以消除因传感器的引线长度带来的电压误差后，再送给放大及滤波电路进行处理得到电压幅值符合DSP/MCU输入要求电压信号。最后将电压信号送给DSP或MCU进行处理计算就得到检测的温度值。
图2是金属热电阻传感器温度检测电路图，可将其等效看作图3所示的激励电流源电路、图4所示的模拟传输补偿电路和图5的放大及滤波电路。本发明温度检测电路的工作过程是：给定的参考电压输入信号VREF 经过第一放大器A1后，输出电压V1O被送给第一电阻R1，得到恒定的输出电流源IREF，另一方面V1O经过电阻R1（压降）后的电压被送给第二放大器A2（主要用作输入输出电压跟随），输出电压V2O通过电阻R3、R4反馈回输入端。IREF经过金属热电阻传感器（包括引线）后得到的电压信号被送至第三放大器A3经过处理（去掉引线电阻带来的电压误差）后，送给第四放大器A4,经过放大、滤波后被送给DSP/MCU。
图3是金属热电阻传感器检测电路激励电流源部分电路图。如果取R1 = R2 = R3 = R4 =R5，并设第一放大器A1的同向输入端电压为V1I, 根据放大器的虚断、虚短原则，对第二放大器A2，因其同向输入端电压V2I+等于反向输入端电压V2I-且由于负反馈电压跟随作用，使得输出电压V2O=V2I+= V2I-。且根据电流回路关系有：(V2O－V1I+)/R3+ (VREF－V1I+)R4=0,即有：V2O + VREF =2V1I+。对第一放大器，其反向输入端电压V1I-等于同向端输入电压V1I+，且有（V1O－V1I-）R2= V1I-/R5,即有V1O= 2V1I-=2 V1I+.。则恒流源IREF =( V1O－V2I+) / R1=（2 V1I+.－V2I+）/R1=（2 V1I+.－V2O）/R1= VREF/R1。
图4是金属热电阻传感器检测电路模拟传输补偿部分电路图。所述金属热电阻的一端连接第一引线和第二引线的一端，金属热电阻的另一端连接第三引线，第一引线的另一端连接恒定的输出电流IREF；第一引线的另一端还通过第五电阻R5连接至第三放大器A3的反相输入端，第二引线的另一端连接至第三放大器A3的同相输入端，所述第三放大器A3的反相输入端和输出端之间连接第六电路R6，其中RW1、RW2、RW3是传感器第一引线、第二引线和第三引线的等效电阻，其电压降分别为VRW1、VRW2、VRW3，可认为 RW1 =  RW2 =  RW3。RRTD是金属热电阻的阻值，其电压降为VRTD 。如取R5 = R6 ，对第三路放大器A3,则可得到其输出电压VOUT = ( VRW3 + VRTD ) (1 + R6/R5 ) - ( VRW3 + VRTD + VRW1 ) ( R6/R5 )。对于理想放大器A3,可认为流经电阻RW2的电流忽略不计，则VRW1= RW1 ×IREF= RW3×IREF= VRW3。
则VOUT =2 VRW3 +2 VRTD- VRW3 - VRTD - VRW1= VRTD，即第三放大器输入电压VOUT 等于金属热电阻上的电压VRTD，这就消除了引线电阻带来的电压误差。  
图5是金属热电阻传感器检测电路放大、滤波部分电路图。该电路实际是一个二阶低通滤波电路，由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成。若取R11=R10=R,C1=C2=C, 则二阶低通滤波电路的增益Gain = 1+ R11/R10=2。经过前级模拟传输环节后的输入电压VIN= IREF × RRTD，则经过二阶低通滤波后输出的电压Vout= VIN ×Gain=2 VIN，通过二阶低通滤波器后输出电压得到了提高。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本申请发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路，包括4路金属热电阻传感器、激励电流源电路、模拟传输补偿电路、放大及滤波电路和数字信号处理器，其特征在于：
所述4路金属热电阻传感器分别为永磁同步电机定子温度传感器、控制器系统功率模块散热器温度传感器、控制器系统功率模块的PCB板温度传感器和控制器系统的功率模块温度传感器，该4路金属热电阻传感器分别设置在永磁同步电机定子、所述控制器系统的功率模块散热器、所述控制器系统功率模块的PCB板以及控制器系统的功率模块部位；
所述激励电流源电路用于产生4路恒定的电流源，分别流经所述4路金属热电阻传感器以及各路传感器引线后得到4路相应的电压信号；
所述4路电压信号分别输入至模拟传输补偿电路，通过所述模拟传输补偿电路消除各路金属传感器的引线带来的电压误差后，再输入至所述放大及滤波电路； 
经所述放大及滤波电路的放大和滤波处理后得到电压幅值符合数字信号处理器输入要求电压信号，最后根据输入至所述数字信号处理器的电压信号分别计算永磁同步电机定子、所述控制器系统的功率模块散热器、所述控制器系统功率模块的PCB板以及控制器系统的功率的温度值。
2.根据权利要求1所述的电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路，其特征在于：
所述激励电流源电路包括第一放大器（A1）、第二放大器（A2），给定参考电压输入信号VREF经过第一放大器（A1）后的输出电压V1O再接第一电阻（R1），得到恒定的输出电流IREF；
所述输出电压V1O经过第一电阻（R1）后的电压输入至第二放大器（A2），第二放大器（A2）的输出电压V2O通过第三电阻（R3）反馈至所述第一放大器（A1）的输入端。
3.根据权利要求1所述的电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路，其特征在于：
所述模拟传输补偿电路优选包括第三放大器（A3），所述金属热电阻的一端连接第一引线和第二引线的一端，金属热电阻的另一端连接第三引线，第一引线的另一端连接恒定的输出电流IREF；第一引线的另一端还通过第五电阻（R5）连接至第三放大器（A3）的反相输入端，第二引线的另一端连接至第三放大器（A3）的同相输入端，所诉第三放大器（A3）的反相输入端和输出端之间连接第六电路（R6），所述第三放大器（A3）输出端和第三引线另一端之间的电压为消除金属传感器引线带来的电压误差后的输出电压VOUT。
4.根据权利要求1所述的电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路，其特征在于：
所述放大及滤波电路优选为一个二阶低通滤波电路，由两节RC滤波电路和同相比例放大电路组成。
5.根据权利要求1所述的电动车用永磁同步电机和控制器系统的温度检测电路，其特征在于：
所述数字信号处理器可以为DSP或其他微控制器单元。
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