CN102749494B - 一种电动车电机驱动控制器余电检测电路和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及余电检测技术，特别是涉及一种电动车电机驱动控制器余电检测电路和方法，该电路包括电压传感器，调理电路、MCU和提示装置，电压传感器与调理电路连接，调理电路与MCU连接，MCU连接有提示装置，通过电压传感器的电气隔离方式采集电容器两端的电压，并采用MCU对采集到的信号快速的进行处理和逻辑判断，并以电气隔离的方式输出提示信号表示电容的余电是否在安全范围以内；本发明可以有效准确可靠地检测电容器中残留的高压余电，拓宽了适用的余电电压检测范围，抗干扰能力较高，结构简单、实用性高，有效降低其对人身及车辆的危害性。
Description
技术领域
本发明涉及余电检测技术，特别是涉及一种电动车电机驱动控制器余电检测电路和方法。
背景技术
当前，电动车产业正在蓬勃发展，电动车以其绿色环保的优势成为汽车产业未来的发展方向，然而，目前仍有诸多技术瓶颈制约着电动车的产业化和商业化发展，其中电驱动系统是制约电动车发展的突出因素之一，电驱动系统的安全、稳定、高效运行是影响电动车整体性能最关键的因素。在电驱动系统主电路中并联电容器可以有效保障电驱动系统的安全、稳定、高效运行，但由于电驱动系统工作原理的需要，在工作过程中电容器必须储存有高电压、大电荷才能发挥有效的作用，而这些电荷有可能在电动车停止工作时仍然存在而严重危及到维修人员的人身安全，因此，对电驱动系统中所并联的电容器进行剩余电量的检测是非常必要的。
经过分析，传统的余电检测方法是在电容器两端串联数十千欧姆到数百千欧姆阻值的电阻和发光二级管，当电容器残留有余电时，电容器中的电量驱动发光二级管发光，警示操作人员，而为了增强直观性和方便性，诸如发光二级管类的提示装置大多数都安装在控制器外壳上，这样就将电容器两端的强电直接引到了控制器表面，严重危及了人身与车辆安全，并且这种传统检测方式的稳定性较差，无法准确检测到电容器中所残留的余电，而经过检索，目前还没有对电动车电机驱动控制器的电容器的余电进行安全准确检测的方式。
发明内容
本发明旨在提供一种电动车电机驱动控制器余电检测电路和方法，采用了电气隔离的方式采集电容器两端的电压，并采用MCU（微处理单元）对采集到的信号快速的进行处理和逻辑判断，并以电气隔离的方式输出提示信号表示电容的余电是否在安全范围以内，可以有效准确可靠地检测电容器中残留的高压余电，有效降低其对人身及车辆的危害性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种电动车电机驱动控制器余电检测电路，其特征在于包括：
电压传感器，连接于电动车电机驱动控制器的主电路电容器的两端之间，用于采集电容器两端的电压，并将采集到的电压信号进行线性变换为电流信号，输出电流信号；
调理电路，与电压传感器连接，用于将电压传感器输出的电流信号进行线性变换和偏置处理并转换成可供MCU可采集处理的电压信号；
MCU，与调理电路连接，用于采集调理电路输出的电压信号，并对采集到的电压信号进行滤波处理和逻辑判断，输出控制信号；
提示装置，安装于电动车电机驱动控制器的外壳上，与MCU连接，用于接收MCU输出的控制信号，并对信号进行解析，输出提示信号。
所述电压传感器包括输入电阻、初级线圈和次级线圈，输入电阻连接在初级线圈上，传感器输入电压加在输入电阻和初级线圈两端产生输入电流，次级线圈中感应出输出电流，输入电流值和输出电流值之间成线性关系，输入电流和输出电流之间电气隔离。
所述调理电路包括线性变换电路和偏置电路，线性变换电路与电压传感器的次级线圈相连组成次级回路，线性变换电路将次级线圈中的输出电流信号转化为电压信号，并进行合适比例的调整，次级回路输出电压再经过偏置电路处理后变换为MCU可采集处理的低压信号；或者将偏置电路与电压传感器的次级线圈相连组成次级回路，偏置电路将次级线圈中的输出电流信号转化为电压信号，并进行合适的偏置调整，次级回路输出电压再经过线性变换电路线性调整处理后变换为MCU可采集处理的低压信号，即调理电路输出电压为线性变换电路产生的电压与偏置电路产生的偏置电压之和。调理电路输出电压与次级线圈输出电流的关系由调理电路的结构形式和阻抗特性决定。
所述MCU包括一阶低通滤波器和逻辑判断模块，一阶低通滤波器对调理电路的输出电压进行滤波处理，然后通过逻辑判断模块对滤波后的电压值进行比较判断，MCU根据判断结构输出高电平或低电平。
所述提示装置的工作状态由MCU输出的电平状态决定：当MCU输出为低电平时，提示装置警示灯工作，以警示操作人员电容器的余电处于危险状态；当MCU输出为高电平时，提示装置警示灯不工作，以提示操作人员电容器的余电处于安全状态。
和上述电路对应的电动车电机驱动控制器余电检测方法，其特征在于：首先对电动车电机驱动控制器的主电路电容器的两端的电压进行采集，将采集到的电压信号进行线性变化成输入电流信号，将该输入电流信号隔离变换成输出电流信号，然后对输出电流信号进行线性变换和偏置处理得到低压信号，该低压信号依次经过滤波处理和逻辑判断，最后根据判断结果输出警示信号。
所述采集是通过电压传感器来进行采集的，将电压传感器并联在电动车电机驱动控制器主电路上的电容器两端，电容器两端的电压UIN通过输入电阻RIN和电压传感器的初级线圈后形成初级回路，产生输入电流信号IIN=UIN/RIN，电压传感器将初级回路中的输入电流信号IIN进行线性隔离变换，形成次级线圈的输出电流信号IO，IO=k1UIN，其中k1为电容器两端的电压UIN与次级线圈的输出电流信号IO的线性比例，k1由输入电阻RIN的电阻值和初级线圈、次级线圈的变比决定。
所述对输出电流信号进行线性变换和偏置处理是指将输出电流信号IO流经包括电压传感器的次级线圈和调理电阻R1的次级回路，产生电压U1=IOR1，电压U1再经过缩放和偏置处理后变换为低压信号，即调理电路输出电压为电阻R1产生的电压经缩放后与偏置电路产生的偏置电压之和。调理电路输出电压与次级线圈输出电流的关系由调理电路的结构形式和阻抗特性决定。
所述对低压信号进行滤波处理是采用MCU的一阶低通滤波器实现，其中所述一阶低通滤波器的滤波时间常数需根据实际输入信号的情况进行调整。在确定低通滤波器滤波时间常数时，可以对实际的输入信号进行傅里叶变换，根据输入信号中含有的谐波成分选择适合的滤波时间常数实现滤波环节。
所述逻辑判断是设置一个电压的设定值V0，然后将滤波处理后的电压信号值V1与设定值V0进行比较，比较的原则是：
若V1≥V0，则表示电容器两端电压大于人身及设备安全电压设定值，即电容器中的余电超出了规定的安全范围，输出低电平；
若V1＜V0，则表示电容器两端电压小于人身及设备安全电压设定值，及电容器中的余电在规定的安全范围以内，输出高电平。
当根据逻辑判断得到电容器中的余电超出了规定的安全范围，输出低电平时，则会输出警示信号，通过提示装置实现的。
本发明的有益效果是：
1. 在安全性方面，提高了控制器对维护人员的警示作用；在采集和输出的过程中均采用了电气隔离，有效提高了电驱动系统电气危险的监测能力；
2. 在传统方法的基础上，拓宽了适用的余电电压检测范围，通过调整初级回路中的输入电阻和电压传感器初次级线圈的变比可有效调节余电电压的检测范围；
3. 采集信号传输的载体选用电流信号，输出信号采用低电平有效的方式，有效提高了电动车强电磁干扰环境下的信号质量，提高了抗干扰能力；
4. 对MCU采集到的电压信号进行了滤波处理，提高了信号采集的真实度和精确度；
5. 采用了简单的电路形式和少量的电子器件，仅占用MCU两个I/O（输入输出）端口，结构简单，实用性高；
6. 将不可见的电容器余电直接转化为可见的警示灯形式，极大方便了操作人员的观察，较为直观。
附图说明
图1是本发明的检测电路示意图
图2是本发明的提示装置电路示意图
图3是本发明的逻辑判断流程图
图4是本发明的逻辑判断结果图
具体实施方式
实施例1
如图1所示，并联在主电路上的电容器两端电压UIN的变化范围为0~600VDC，施加在输入电阻RIN=300kΩ后，在电压传感器的初级回路产生的电流IIN为0~2mA，电压传感器初次级线圈变比为2.5，即k1=2.5，次级线圈中的输出电流IO变化范围为0~5mA，次级线圈中的输出电流IO流经次级回路中的调理电阻R1=500Ω，产生的电压U1为0~2.5V，调理电路将电压U1经过偏置调节后转换为MCU可采集的合适的范围0.3V~2.8V，即偏置电路的偏置电压U3=0.3V。
如图2所示，MCU与提示装置之间的信号传输采用隔离的方式，提示装置的供电也采用与MCU供电隔离的电源，从而实现提示装置与MCU的完全电气隔离。
如图3所示，MCU采集到电压信号U2后进行滤波和数据运算，并将滤波处理后的信号值V1与设定值V0=0.45进行比较。
如图4所示，逻辑判断结果为：
若V1≥V0，即当UIN≥U00时（设定值U0对应的电容器两端电压）时，则MCU输出低电平，警告输出；
若V1＜V0，即当UIN＜U00时，则MCU输出高电平，不输出警告。
对于提示装置的工作状态为：
当UIN≥U00（设定值V0对应的电容器两端电压）时，提示装置低有效；警示灯发光，提示操作人员余电状态处于危险状态；
当UIN＜U00时，提示装置高电平关断，警示灯熄灭，提示操作人员电容器中的余电在规定的安全范围以内。
实施例2
如图1所示，并联在主电路上的电容器两端电压UIN的变化范围为0~1000V，施加在输入电阻RIN=100kΩ后，在电压传感器的初级回路产生的电流IIN为0~10mA，电压传感器初次级线圈变比为2，即k1=2，次级线圈中的输出电流IO变化范围为0~20mA，次级线圈中的输出电流IO流经次级回路中的调理电阻R1=100Ω，产生的电压U1为0~2V，偏置电路产生的为0.2V，即偏置电路输出电压范围为0.2~2.2V，偏置电路的输出电压经线性变换电路2倍放大后输出电压为MCU可采集的合适的范围0.4V~4.4V。
如图2所示，MCU与提示装置之间的信号传输采用隔离的方式，提示装置的供电也采用与MCU供电隔离的电源，从而实现提示装置与MCU的完全电气隔离。
如图3所示，MCU采集到电压信号U2后进行滤波和数据运算，并将滤波处理后的信号值V1与设定值V0=0.42进行比较。
如图4所示，逻辑判断结果为：
若V1≥V0，即当UIN≥U00时（设定值U0对应的电容器两端电压）时，则MCU输出低电平，警告输出；
若V1＜V0，即当UIN＜U00时，则MCU输出高电平，不输出警告。
对于提示装置的工作状态为：
当UIN≥U00（设定值V0对应的电容器两端电压）时，提示装置低有效；警示灯发光，提示操作人员余电状态处于危险状态；
当UIN＜U00时，提示装置高电平关断，警示灯熄灭，提示操作人员电容器中的余电在规定的安全范围以内。
Claims (6)
1.一种电动车电机驱动控制器余电检测电路，其特征在于包括：
电压传感器，连接于电动车电机驱动控制器的主电路电容器的两端之间，用于采集电容器两端的电压，并将采集到的电压信号进行线性变换为电流信号，输出电流信号；
调理电路，与电压传感器连接，用于将电压传感器输出的电流信号进行线性变换和偏置处理并转换成MCU可采集处理的电压信号；
MCU，与调理电路连接，用于采集调理电路输出的电压信号，并对采集到的电压信号进行滤波处理和逻辑判断，输出控制信号；
提示装置，安装于电动车电机驱动控制器的外壳上，与MCU连接，用于接收MCU输出的控制信号，并对信号进行解析，输出提示信号；
所述电压传感器包括输入电阻、初级线圈和次级线圈，输入电阻连接在初级线圈上，传感器输入电压加在输入电阻和初级线圈两端产生输入电流，次级线圈中感应出输出电流，输入电流值和输出电流值之间成线性关系，输入电流和输出电流之间电气隔离；
所述调理电路包括线性变换电路和偏置电路，线性变换电路与电压传感器的次级线圈相连组成次级回路，线性变换电路将次级线圈中的输出电流信号转化为电压信号，并进行合适比例的调整，次级回路输出电压再经过偏置电路处理后变换为MCU可采集处理的低压信号；或者将偏置电路与电压传感器的次级线圈相连组成次级回路，偏置电路将次级线圈中的输出电流信号转化为电压信号，并进行合适的偏置调整，次级回路输出电压再经过线性变换电路线性调整处理后变换为MCU可采集处理的低压信号，即调理电路输出电压为线性变换电路产生的电压与偏置电路产生的偏置电压之和；
所述MCU包括一阶低通滤波器和逻辑判断模块，一阶低通滤波器对调理电路的输出电压进行滤波处理，然后通过逻辑判断模块对滤波后的电压值进行比较判断，MCU根据判断结构输出高电平或低电平；
所述提示装置的工作状态由MCU输出的电平状态决定：当MCU输出为低电平时，提示装置警示灯工作；当MCU输出为高电平时，提示装置警示灯不工作。
2.适用于权利要求1所述电动车电机驱动控制器余电检测电路的检测方法，其特征在于：首先对电动车电机驱动控制器的主电路电容器的两端的电压进行采集，将采集到的电压信号进行线性变化成输入电流信号，将该输入电流信号隔离变换成输出电流信号，然后对输出电流信号进行线性变换和偏置处理后得到低压信号，该低压信号依次经过滤波处理和逻辑判断，最后根据判断结果输出警示信号。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于：所述采集是通过电压传感器来进行采集的，将电压传感器并联在电动车电机驱动控制器主电路上的电容器两端，电容器两端的电压UIN通过输入电阻RIN和电压传感器的初级线圈后形成初级回路，产生输入电流信号IIN=UIN/RIN，电压传感器将初级回路中的输入电流信号IIN进行线性隔离变换，形成次级线圈的输出电流信号IO，IO=k1UIN，其中k1为电容器两端的电压UIN与次级线圈的输出电流信号IO的线性比例，k1由输入电阻RIN的电阻值和初级线圈、次级线圈的变比决定。
4.根据权利要求3所述的检测方法，其特征在于：所述对输出电流信号进行线性变换和偏置处理是指将输出电流信号IO流经包括电压传感器的次级线圈和调理电阻R1的次级回路，产生电压U1=IOR1，电压U1再经过偏置处理后变换为低压信号，即调理电路输出电压为电阻R1产生的电压与偏置电路产生的偏置电压之和。
5.根据权利要求2或4所述的检测方法，其特征在于：所述对低压信号进行滤波处理是采用MCU的一阶低通滤波器实现，其中所述一阶低通滤波器的滤波时间常数需根据实际输入信号的情况进行调整。
6.根据权利要求5所述的检测方法，其特征在于：所述逻辑判断是设置一个电压的设定值V0，然后将滤波处理后的电压信号值V1与设定值V0进行比较，比较原则如下：
若V1≥V0，则表示电容器两端电压大于人身及设备安全电压设定值，即电容器中的余电超出了规定的安全范围，输出低电平；
若V1＜V0，则表示电容器两端电压小于人身及设备安全电压设定值，即电容器中的余电在规定的安全范围以内，输出高电平；
当根据逻辑判断得到电容器中的余电超出了规定的安全范围，输出低电平时，则会输出警示信号。
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