CN107462763A - 一种电机电流采样方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子电路领域，提供了一种电机电流采样方法，应用于对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，所述多个电机三相绕组与同一电流采样电阻串联。本发明实施例提供的一种电机电流采样方法，采用单电阻对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，并通过发出强制脉冲，设置合理稳定的采样区间，既简化了电流采样电路，降低了电流采样电路的复杂程度与设计难度，又很好地保证了电流采样结果的准确性，解决了现有技术中，对具有多个三相绕组的电机进行电流采样的电路设计复杂、成本较高，且电路潜在问题发生的可能性较高，整体稳定性较低的问题。

Description

一种电机电流采样方法

技术领域

本发明属于电子电路领域，尤其涉及一种电机电流采样方法。

背景技术

电机在工作时，为了对其工作状态进行监控，往往会对其电流进行采样分析。

在现有技术中，电机上的绕组采用三相电流驱动，对于正弦波驱动的电机而言，电机受正弦波控制信号驱动转动工作，其电流表现为：其中两相电流处于输入状态，另一相电流处于输出状态，或者其中一相电流处于输入状态，另两相电流处于输出状态。在实际应用中，由于输出功率的要求，经常会采用到具有较大输出功率的双绕组盘式电机，或者采用多个并联的电机，这种动力系统中，包含多组三相绕组，因此其电流采样的方式就比较复杂。现有技术中通常通过在电机的每个相线上耦接采样电路，例如通过采样电阻、运算放大器、比较器等器件的组合进行电流采样，或者通过价格高昂的电流传感器进行采样，从而使电流采样电路变得复杂，硬件成本高昂，特别是采用具有双绕组或多绕组的电机，其弊端就更加明显；同时，过多的电子元器件使得电路本身连接也比较复杂，既增加了人工设计成本，也增加了电路潜在问题发生的可能性，电路整体的稳定性降低。

发明内容

本发明实施例提供一种电机电流采样方法，旨在解决现有技术对具有多个三相绕组的电机进行电流采样的电路设计复杂、成本较高，且电路潜在问题发生的可能性较高，整体稳定性较低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种电机电流采样方法，应用于对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，所述多个电机三相绕组与同一电流采样电阻串联，其特征在于，所述电机电流采样方法包括：

获得各绕组三相发出占空比控制信号的时间；

根据所述各绕组三相发出占空比控制信号的时间，设置各绕组的采样区间；

根据所述各绕组的采样区间进行电流采样。

本发明实施例提供的一种电机电流采样方法，采用单电阻对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，并通过发出强制脉冲，设置合理稳定的采样区间，既简化了电流采样电路，降低了电流采样电路的复杂程度与设计难度，又很好地保证了电流采样结果的准确性，解决了现有技术中，对具有多个三相绕组的电机进行电流采样的电路设计复杂、成本较高，且电路潜在问题发生的可能性较高，整体稳定性较低的问题。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种电机电流采样电路图；

图2是本发明实施例一提供的另一种电机电流采样电路图；

图3是本发明实施例一提供的一种电机电流采样方法的流程图；

图4是本发明实施例二提供的一种采样区间设置方式示意图；

图5是本发明实施例二提供的一种采样区间设置方式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

本发明实施例提供的一种电机电流采样方法，采用单电阻对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，并通过发出强制脉冲，设置合理稳定的采样区间，既简化了电流采样电路，降低了电流采样电路的复杂程度与设计难度，又很好地保证了电流采样结果的准确性，解决了现有技术中，对具有多个三相绕组的电机进行电流采样的电路设计复杂、成本较高，且电路潜在问题发生的可能性较高，整体稳定性较低的问题。

实施例一：

本发明实施例提供一种电机电流采样方法，应用于对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，在本发明实施例中，这里的电机三相绕组可以是双绕组电机，如图2所示，也可以是多个电机并联，如图1所示。在上述的多种情况下，多个电机三相绕组皆与同一电流采样电阻Rsmp串联。在本发明实施例中，我们以对三相双绕组电机进行电流采样为例进行说明，如图1所示为本发明实施例提供的一种电机电流采样电路的示意图，图3所示为本发明实施例所提供的一种电机电流采样方法的流程图：

在步骤S101中，获得各绕组三相发出占空比控制信号的时间。

在本发明实施例中，如图1所示，为双绕组单电机，每个绕组有三相电流，获取每个绕组的每相电流的占空比控制信号的时间，即一个周期内，脉冲占用的时间。

在步骤S102中，根据各绕组三相发出占空比控制信号的时间，设置各绕组的采样区间。

在本发明实施例中，通过单电阻，即采样电阻Rsmp对两个三相绕组的三相电流分别进行采样，每一相电流对应的一个采样时段，即为该相电流对应的采样区间。根据每一相电流的占空比控制信号的时间，对应发出强制脉冲，设置合理的采样区间。

在步骤S103中，根据各绕组的采样区间进行电流采样。

在本发明实施例中，采用正弦波驱动的电机中，由于每个三相绕组上的三相电流矢量和为零，实际采样时，只需要对其中两相电流进行采样，就可计算出另一相的电流。因此对应的，设置采样区间时，也只需要每个三相绕组确定两个采样区间即可。在两个采样区间对其中的两项电流分别进行采样，另一相电流则可通过简单计算得出。

本发明实施例提供的一种电机电流采样方法，采用单电阻对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，并通过发出强制脉冲，设置合理稳定的采样区间，既简化了电流采样电路，降低了电流采样电路的复杂程度与设计难度，又很好地保证了电流采样结果的准确性，解决了现有技术中，对具有多个三相绕组的电机进行电流采样的电路设计复杂、成本较高，且电路潜在问题发生的可能性较高，整体稳定性较低的问题。

实施例二：

在本发明实施例中，与实施例一的区别在于，采样区间包括第一采样区间与第二采样区间；步骤S102具体包括：

对绕组三相发出占空比控制信号的时间大小进行比较，得到从大到小的三个发出占空比控制信号的时间，依次为Ta、Tb、Tc；根据Ta、Tb、Tc，设置所述第一采样区间，根据Ta、Tb、Tc，设置所述第二采样区间。

在本发明实施例中，以双绕组电机为例进行说明，分别获取各个三相绕组的三相电流输入时，每一相电流发出占空比控制信号的时间，按照时间从大到小的顺序，表示为Ta、Tb、Tc。再根据占空比控制信号的时间Ta、Tb和Tc输出对应脉冲，设置第一采样区间和第二采样区间。

在本发明实施例中，分别在第一采样区间和第二采样区间对某一三相绕组的其中两相电流进行采样，在正弦波驱动的直流无刷电机中，由于每一三相绕组的三相电流矢量和相加为零，那么，只需要对其中两相电流进行采样，即可通过简单计算得到另外一相的电流。

在本发明实施例中，设置第一采样区间的具体方式为：

从t0时刻开始，开通占空比控制信号时间Ta所对应相的上桥，关断其下桥，开通占空比控制信号时间Tb、Tc对应相的下桥，关断其上桥，并且将这个状态持续Tsmp1时间，其中时间段Tsmp1即为上述的第一采样区间，而时间点t0为当前周期第一采样区间的起始点。

在本发明实施例中，设置第二采样区间的具体方式为：

从t1时刻开始，分别开通占空比控制信号的时间Ta、Tb对应相上桥，关断其下桥，开通占空比控制信号的输出时间Tc对应相的下桥，关断其上桥，并将这个持续Tsmp2时间，时间段Tsmp2即为上述的第二采样区间。

在本发明实施例中，第一采样区间与第二采样区间的设置方式包括以下两种：

方式一：

在本发明实施例中，电机包括三相绕组1和三相绕组2，强制脉冲可以是在PWM周期的开始阶段、中间阶段或者结束阶段。如图4，是以强制脉冲在PWM周期开始阶段为例进行说明。并且，图中Ta1、Tb1、Tc1为绕组1三相的上桥臂中从大到小排列的电流的占空比控制信号时间，Ta2、Tb2、Tc2为绕组2的三相上桥臂中从大到小排列的电流的占空比控制信号时间，由于下桥臂的电流的占空比控制信号时间与上桥臂刚好相反，因此图中不示出。

t0与当前周期的起始时间t点重合，且满足关系：t1＝t0+Tsmp1，其中，t1为当前周期第二采样区间的起始点。

即在从t0时刻开始，持续Tsmp1，这段时间即为第一采样区间，系统在这段时间内完成对三相绕组1的一个相的电流采样；需要说明的是，采样点可以在采样区间内的任意点，当然实际采样中，考虑到方方面面的原因，电流采样时间中包含了桥臂开关的启动延迟时间，以及AD采样的延迟时间，采样点设置在这些延迟时间之后，电流采样才会准确，即从t0开始，经过一段桥臂开关的启动延迟时间与AD采样延迟时间之后，然后才进行采样。

同样，从t1时间开始，设置第二采样区间，其中，第二采样区间持续时间为Tsmp2，在Tsmp2内完成对三相绕组1的第二个相的电流采样；其采样点的设置方式和上述的对第一个相的电流进行采样的方式类似，具体参照上段描述。然后根据同一三相绕组上三相电流的矢量关系，可以通过简单计算得出三相绕组1第三个相的电流。

在完成对三相绕组1的电流采样之后，紧接着对三相绕组2上的一个相的电流进行采样，设置第一采样区间，第一采样区间持续时间Tsmp1；接着，设置第二采样区间，对三相绕组2的第二个相的电流进行采样，其中，第二采样区间持续时间为Tsmp2。其中，在第一采样区间和第二采样区间的具体的采样点的选择，如上述的，考虑桥臂开关的启动延迟时间，以及AD采样的延迟时间等等，将采样点设置在这些延迟时间之后，保证电流采样的准确性。同样的，根据同一三相绕组上三相电流的矢量关系，可以通过简单计算得出绕组2上第三个相的电流。以上是对电机有两个三相绕组的情况进行举例说明，在三相绕组数量大于等于三组时，与以上方法类似地进行电流采样，此处不再赘述。

在这里必须说明的是，当一个三相绕组处于采样区间时，设定其他绕组处于续流区间；

其中，当绕组处于续流区间时，该绕组各相的上桥均开通，下桥均关断，或者该绕组各相的上桥均关断，下桥均开通。

在本发明实施例中，当某一三相绕组各相的上桥均开通，下桥均关断，或者该绕组各相的上桥均关断，下桥均开通时，称其处于续流区间，处于续流区间时，该三相绕组中的电流不会经过采样电阻Rsmp。

由于本发明采用单电阻对多绕组三相电流进行采样，因此必须保证每次采样时，都只有一个三相绕组的电流流经该采样电阻Rsmp，因此，在对某个三相绕组的电流进行采样时，其他三相绕组需要处于续流区间，否则，采样电阻Rsmp上同时流过多个绕组的电流，采样电流便不准确。

因此在对绕组1进行电流采样时，绕组2必须处于续流区间，同样，在对绕组2进行电流采样时，绕组1必须处于续流区间。

方式二：

如图5所示，强制脉冲在PWM周期结束阶段。其中，t'为当前周期的结束时间，满足关系：t0＝t'-Tsmp1，t1＝t0-Tsmp2，其中，t1为当前周期第二采样区间的起始点，Tsmp1与Tsmp2分别为第一采样区间与第二采样区间的采样时长；图中Ta1、Tb1、Tc1分别对应三相绕组1三相的上桥臂中的电流的占空比控制信号时间，Ta2、Tb2、Tc2分别对应三相绕组2的三相上桥臂的电流的占空比控制信号时间，由于下桥臂的电流的占空比控制信号时间与上桥臂刚好相反，因此图中不示出。对应的各个三相绕组的各相电流的采样方式，与方式一里的内容类似，此处也不再赘述。

方式一与方式二分别将强制脉冲放在PWM周期的开始阶段与结束阶段，是两种比较常见的优化技术手段，相比于将强制脉冲放在PWM周期的中间阶段，采样区间的设置更加简便，简化了用户的实际操作。

在本发明实施例中，步骤S102，还包括：

当第一绕组处于采样区间时，设定其他绕组处于续流区间；

其中，当绕组处于续流区间时，该绕组各相的上桥均开通，下桥均关断，或者该绕组各相的上桥均关断，下桥均开通。

在本发明实施例中，当某一三相绕组各相的上桥均开通，下桥均关断，或者该绕组各相的上桥均关断，下桥均开通时，称其处于续流区间，处于续流区间时，该三相绕组中的电流不会经过采样电阻。由于本发明采用单电阻对多绕组三相电流进行采样，因此必须保证每次采样时，都只有一个三相绕组的电流流经该采样电阻，因此，在对某个三相绕组的电流进行采样时，其他三相绕组需要处于续流区间，否则，采样电阻上同时流过多个绕组的电流，采样电流便不准确。

在本发明实施例中，在步骤S102之后，还包括：

在一个电机三相绕组上，采用上桥开通、下桥关断模式的续流区间数量为m，若Ta-(m+1)*(Tsmp1+Tsmp2)或Tb-Tsmp1-m(Tsmp1+Tsmp2)或Tc-m(Tsmp1+Tsmp2)中任意一项小于或等于零，则使电机三相绕组各相的开通时间均补偿同一增量；

其中Tsmp1为第一采样区间的采样时长；Tsmp2为第二采样区间的采样时长。

在本发明实施例中，某一三相绕组三相发出占空比控制信号的时间从大到小依次排列为Ta、Tb、Tc，电机三相绕组一共为(m+1)个，当前时间有一个绕组处于采样区间，而其他绕组皆处于续流区间，即有m个三相绕组处于续流区间。要想获得某一个三相绕组的三相电流，需要采样该三相绕组的两相电流，并计算出第三相电流，那么每一个三相绕组需要的电流采样总时长应为(Tsmp1+Tsmp2)。

存在如下情况：Ta-(m+1)*(Tsmp1+Tsmp2)或Tb-Tsmp1-m(Tsmp1+Tsmp2)或Tc-m(Tsmp1+Tsmp2)中任意一项小于或等于零，即占空比控制信号的时间比完成所有三相绕组的电流采样过程需要耗费的时间要短；那么这种情况下，Ta、Tb、Tc就不足以支持在一个周期内对所有三相绕组都进行电流采样，此时，需要使电机三相绕组各相的开通时间均补偿同一增量Δt，即延长了续流区间(当绕组处于续流区间时，电流不做功，对电机运转无影响)，使得调整之后的占空比控制信号的时间Ta+Δt、Tb+Δt、Tc+Δt足以支持在一个周期内对所有三相绕组都完成电流采样。

本发明实施例提供的一种电机电流采样方法，采用单电阻对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，并通过发出强制脉冲，设置合理稳定的采样区间，既简化了电流采样电路，降低了电流采样电路的复杂程度与设计难度，又很好地保证了电流采样结果的准确性，解决了现有技术中，对具有多个三相绕组的电机进行电流采样的电路设计复杂、成本较高，且电路潜在问题发生的可能性较高，整体稳定性较低的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种电机电流采样方法，应用于对多个正弦驱动的电机三相绕组进行电流采样，所述多个电机三相绕组与同一电流采样电阻串联，其特征在于，所述电机电流采样方法包括：

获得各绕组三相发出占空比控制信号的时间；

根据所述各绕组三相发出占空比控制信号的时间，设置各绕组的采样区间；

根据所述各绕组的采样区间进行电流采样。

2.如权利要求1所述的电机电流采样方法，其特征在于，所述采样区间包括第一采样区间与第二采样区间；

所述根据所述各绕组三相发出占空比控制信号的时间，设置各绕组的采样区间的步骤具体包括：

对绕组三相发出占空比控制信号的时间大小进行比较，得到从大到小的三个发出占空比控制信号的时间，依次为Ta、Tb、Tc；

根据所述Ta、Tb、Tc，设置所述第一采样区间；

根据所述Ta、Tb、Tc，设置所述第二采样区间。

3.如权利要求2所述的电机电流采样方法，其特征在于，所述根据所述Ta、Tb、Tc，设置所述第一采样区间的步骤包括：

从t0时刻，开通Ta对应相上桥，关断Ta对应相下桥，开通Tb、Tc对应相的下桥，关断Tb、Tc对应相的上桥，持续Tsmp1时间；

其中，t0为当前周期第一采样区间的起始点，Tsmp1为第一采样区间的采样时长。

4.如权利要求2或3所述的电机电流采样方法，其特征在于，所述根据所述Ta、Tb、Tc，设置所述第二采样区间的步骤还包括：

从t1时刻，开通Ta、Tb对应相上桥，关断Ta、Tb对应相下桥，开通Tc对应相的下桥，关断Tc对应相的上桥，持续Tsmp2时间；

其中，t1为当前周期第二采样区间的起始点，Tsmp2为第二采样区间的采样时长。

5.如权利要求4所述的电机电流采样方法，其特征在于，所述t0与当前周期的起始时间t点重合，且t1＝t0+Tsmp1。

6.如权利要求4所述的电机电流采样方法，其特征在于，所述t0＝t'-Tsmp1，t1＝t0-Tsmp2，其中，t'为当前周期的结束时间。

7.如权利要求1所述的电机电流采样方法，其特征在于，所述根据所述各绕组三相发出占空比控制信号的时间，设置各绕组的采样区间的步骤还包括：

当所述第一绕组处于采样区间时，设定其他绕组处于续流区间；

其中，当绕组处于续流区间时，该绕组各相的上桥均开通，下桥均关断，或者该绕组各相的上桥均关断，下桥均开通。

8.如权利要求7所述的电机电流采样方法，其特征在于，所述根据所述各绕组三相发出占空比控制信号的时间，设置各绕组的采样区间的步骤之后还包括：

在一个电机三相绕组上，采用上桥开通、下桥关断模式的续流区间数量为m，若Ta-(m+1)*(Tsmp1+Tsmp2)或Tb-Tsmp1-m(Tsmp1+Tsmp2)或Tc-m(Tsmp1+Tsmp2)中任意一项小于或等于零，则使电机三相绕组各相的开通时间均补偿同一增量；

其中，Tsmp1为第一采样区间的采样时长；Tsmp2为第二采样区间的采样时长。