CN107589293A - 一种电流采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流采样电路。该包括：RC滤波电路，其中，RC滤波电路的输入端接收电流采样信号，用于对电流采样信号进行滤波；放大电路，其中，放大电路的输入端与RC滤波电路的输出端连接，用于对通过RC滤波电路滤波后的电流采样信号进行放大，并将放大后的电流采样信号传输至采样器。通过本发明，采用以下电路：RC滤波电路和放大电路，解决了相关技术中电流采样电路受高次谐波的影响较大的问题。

Description

一种电流采样电路

技术领域

本发明涉及电流采样电路技术领域，具体而言，涉及一种电流采样电路。

背景技术

电机电流高次谐波的来源之一就是IPM的频繁开关，电机电流高次谐波分量的大小会影响电机转矩脉动的大小，高次谐波分量小，电机的转矩脉动就小，反之亦然。由于电机电流以作为一个重要的位置估算参数，要求实时性高，所以在现有的电机电流采样电路中，运算放大器之前若增加滤波环节，会使得电流延迟，还会引起运放的放大倍数不能更改的问题，所以即使在软件上增加了延迟补偿，在运放放大倍数不一样时，硬件上也会造成一定程度的不通用性，而对于同系列或者IPM载波相同的控制器而言，不通用性会造成额外的工作量。

针对相关技术中的电流采样电路，受高次谐波的影响较大的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种电流采样电路，以解决相关技术中电流采样电路受高次谐波的影响较大的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种电流采样电路。该电路包括：RC滤波电路，其中，RC滤波电路的输入端接收电流采样信号，用于对电流采样信号进行滤波；放大电路，其中，放大电路的输入端与RC滤波电路的输出端连接，用于对通过RC滤波电路滤波后的电流采样信号进行放大，并将放大后的电流采样信号传输至采样器。

进一步地，RC滤波电路包括：第一电阻，其中，第一电阻的输入端与电流采样信号的正端连接；第二电阻，其中，第二电阻的输入端与电流采样信号的负端连接；第一电容，其中，第一电容的一端连接至第一电阻，第一电容的另一端连接至第二电阻。

进一步地，根据电流采样信号的频率设置第一电阻的阻值和第二电阻的阻值以及第一电容的电容值。

进一步地，放大电路包括：第三电阻，其中，第三电阻的输入端与第一电阻连接；第四电阻，其中，第四电阻的输入端与第二电阻连接；第五电阻，其中，第五电阻的输入端与第四电阻连接；运算放大器，其中，运算放大器输入端与第三电阻和第四电阻连接，运算放大器输出端与第五电阻连接。

进一步地，根据第三电阻的阻值与第四电阻的阻值，调整运算放大器的放大倍数。

进一步地，电流采样电路还包括：第六电阻，其中，第六电阻的输入端与运算放大器的输出端连接；第二电容，其中，第二电容一端接地，另一端与第六电阻连接。

进一步地，电流采样电路还包括：钳位二极管，其中，钳位二极管的输入端与第六电阻连接，钳位二极管的输出端与采样器连接，用于对输入采样器的电压进行限压。

进一步地，根据采样器的额定电压值，配置钳位二极管的限压范围。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种电机，其特征在于，包括上述电流采样电路。

为了实现上述目的，根据本发明的另一方面，提供了一种空调，其特征在于，包括上述电机。

通过本发明，采用以下电路：RC滤波电路和放大电路，解决了相关技术中电流采样电路受高次谐波的影响较大的问题，进而达到了消除IPM等设备的开关作用所产生的高次谐波的效果。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例提供的电流采样电路的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为了便于描述，以下对本发明实施例涉及的部分名词或术语进行说明：

IPM，即智能功率模块，不仅把功率开关器件和驱动电路集成在一起，而且内部集成有过电压、过电流和过热等故障检测电路，并可将检测信号送到CPU。

根据本发明的实施例，提供了一种电流采样电路。

图1是根据本发明实施例的电流采样电路的示意图。如图1所示，电流采样电路包括：

RC滤波电路，其中，RC滤波电路的输入端接收电流采样信号，其中S+为电流采样信号的正端，S-为电流采样信号的负端，用于对电流采样信号进行滤波；放大电路，其中，放大电路的输入端与RC滤波电路的输出端连接，用于对通过RC滤波电路滤波后的电流采样信号进行放大，并将放大后的电流采样信号传输至采样器。

具体地，RC滤波电路包括：第一电阻(R11)，其中，第一电阻(R11)的输入端与电流采样信号的正端(S+)连接；第二电阻(R12)，其中，第二电阻(R12)的输入端与电流采样信号的负端(S-)连接；第一电容(C1)，其中，第一电容(C1)的一端连接至第一电阻(R11)，第一电容(C1)的另一端连接至第二电阻(R12)；

为了提高RC滤波电路的滤波精度，在设置第一电阻(R11)和第二电阻(R12)的阻值以及第一电容(C1)的电容值时，可根据电流采样信号的频率设置。

可选的，放大电路包括：第三电阻(R21)，其中，第三电阻(R21)的输入端与第一电阻(R11)连接；第四电阻(R22)，其中，第四电阻(R22)的输入端与第二电阻(R12)连接；第五电阻(R32)，其中，第五电阻(R32)的输入端与第四电阻(R22)连接；运算放大器，其中，运算放大器输入端与第三电阻(R21)和第四电阻(R22)连接，运算放大器输出端与第五电阻(R32)连接。

为了提升调整运算放大器放大倍数的灵活性，可选的，运算放大器的放大倍数需要根据电流采样信号的输入值的大小和采样器能够接收的信号的电压值的范围进行调整，在实际应用中，可根据第三电阻(R21)的阻值与第四电阻(R22)的阻值，来调整运算放大器(U2)的放大倍数。

需要说明的是，第一电阻(R11)和第三电阻(R21)串联，而第二电阻(R12)和第四电阻(R22)串联，因此当第三电阻(R21)和第四电阻(R22)的阻值固定，而需要调节运算放大器U2的放大倍数时，可通过调整第一电阻(R11)和第二电阻(R12)的阻值来调节预算放大器U2的放大倍数。

可选的，电流采样电路还包括：第六电阻(R6)，其中，第六电阻(R6)的输入端与运算放大器(U2)的输出端连接；第二电容(C3)，其中，第二电容(C3)一端接地，另一端与第六电阻(R6)连接。

需要说明的是，在运算放大器(U2)输出放大后的电流信号之后，第六电阻(R6)和第二电容(C3)组成的另一滤波电路将对上述电流信号所包含的高频谐波进行进一步过滤，从而进一步保证电流采样信号的纯净度。

可选地，为了保证使用该电流采样电路的可靠性，电流采样电路还包括：钳位二极管(D1)，其中，钳位二极管(D1)的输入端与第六电阻(R6)连接，钳位二极管(D1)的输出端与采样器连接，用于对输入采样器的电压进行限压，采样器输入端(So)。

通过该钳位二极管(D1)对输入采样器的电压进行限压，保证了采样器的安全性，进一步保证了使用该电流采用电路的可靠性。

可选地，根据采样器的额定电压值，配置钳位二极管(D1)的限压范围，钳位二极管D1由两个二极管串联组成，其中，一个二极管正极接地，另外一个二极管负极接电源Vcc，第六电阻(R6)采样器输入端(So)通过上述两个二极管的连接位置与采样器输入端(So)连接，当输入采样器输入端(So)的信号的电位高于地的电位的值大于上述二极管的反向击穿电压时，正极与地连接的二极管反向击穿，输入采样器输入端(So)的信号电位被钳位，电压大小为二极管反向击穿的管压降；当输入采样器输入端(So)的信号的电位低于电源Vcc的电位的值大于上述二极管的反向击穿电压时，负极与电源Vcc连接的二极管反向击穿，输入采样器输入端(So)的信号电位被钳位，电位大小为电源Vcc的电位减去上述二极管的管压降。因此，通过配置钳位二极管(D1)的反向击穿电压大小，即可配置其限压范围，进而使输入采样器的信号符合采样器的额定电压值。

上述实施例中的电流采样电路通过前置RC滤波器，后置运算放大器，使前置滤波的移相角度小且固定，既保证滤波性能又不降低信号的实时性，并且固定的移相角度也便于进行补偿。后置运放输入电阻不完全依赖滤波器的R系数，使得输入电阻变得部分可调，采样信号的放大倍数可实现变化。

上述电流采样电路移相角度小且固定，分析如下：

R11、R12和C1构成前置的滤波环节，主要是消除逆变器在动作过程中产生的高次谐波。前置滤波器的截止频率可以用以下公式计算：

tr＝4*(2*R1)*C1＝8*R1*C1；

fc＝BW＝0.35/tr；

其中，tr为上升时间，R1＝R11＝R12，BW为带宽。

前置运放的移相角度可以用下面公式描述：

回路复阻抗：Z＝R1+(R1+1/j*2πf*C1)

其中，f是采样信号的频率，Vo为前置滤波环节的输出，Vi为前置滤波环节的输入。

由此可得，滞后角度ψ＝-arctan(P/Q)；

例如，常用的电机的配置中，设置为R1＝1.21K，C1＝1nf，f＝16k，得到:

fc＝36KHz>f＝16K，即有用的低频信号可以通过；

ψ＝-arctan(P/Q)＝-arctan(-0.007/0.9721)＝0.0072；

对于T＝1/f＝0.000625s，RC造成的延迟时间是：t＝T*ψ/2*π＝0.0011*T<<T；

由此可见，在一种常用的电机的配置的应用中，上述电流采样电路中RC造成的延时时间非常小，在实际应用中可忽略不计。

本发明实施例提供的电流采样电路，通过前置的RC滤波电路和后置的放大电路，解决了相关技术中电流采样电路受高次谐波的影响较大的问题，进而达到了消除IPM等设备的开关作用所产生的高次谐波的效果。

本发明实施例还提供了一种电机，该电机包括上述任一项所述的电流采样电路。

本发明实施例还提供了一种空调，该空调包括所述的电机。

以上仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种电流采样电路，其特征在于，包括：

RC滤波电路，其中，所述RC滤波电路的输入端接收电流采样信号，用于对所述电流采样信号进行滤波；

放大电路，其中，所述放大电路的输入端与所述RC滤波电路的输出端连接，用于对通过所述RC滤波电路滤波后的电流采样信号进行放大，并将放大后的电流采样信号传输至采样器。

2.根据权利要求1所述的电流采样电路，其特征在于，所述RC滤波电路包括：

第一电阻，其中，所述第一电阻的输入端与所述电流采样信号的正端连接；

第二电阻，其中，所述第二电阻的输入端与所述电流采样信号的负端连接；

第一电容，其中，所述第一电容的一端连接至所述第一电阻，所述第一电容的另一端连接至所述第二电阻。

3.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，根据电流采样信号的频率设置所述第一电阻的阻值和第二电阻的阻值以及所述第一电容的电容值。

4.根据权利要求2所述的电流采样电路，其特征在于，所述放大电路包括：

第三电阻，其中，所述第三电阻的输入端与所述第一电阻连接；

第四电阻，其中，所述第四电阻的输入端与所述第二电阻连接；

第五电阻，其中，所述第五电阻的输入端与所述第四电阻连接；

运算放大器，其中，所述运算放大器输入端与所述第三电阻和所述第四电阻连接，所述运算放大器输出端与所述第五电阻连接。

5.根据权利要求4所述的电流采样电路，其特征在于，根据所述第三电阻的阻值与第四电阻的阻值，调整所述运算放大器的放大倍数。

6.根据权利要求4所述的电流采样电路，其特征在于，电流采样电路还包括：

第六电阻，其中，所述第六电阻的输入端与所述运算放大器的输出端连接；

第二电容，其中，所述第二电容一端接地，另一端与所述第六电阻连接。

7.根据权利要求6所述的电流采样电路，其特征在于，电流采样电路还包括：

钳位二极管，其中，所述钳位二极管的输入端与所述第六电阻连接，所述钳位二极管的输出端与所述采样器连接，用于对输入所述采样器的电压进行限压。

8.根据权利要求7所述的电流采样电路，其特征在于，根据所述采样器的额定电压值，配置所述钳位二极管的限压范围。

9.一种电机，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的电流采样电路。

10.一种空调，其特征在于，包括权利要求9中所述的电机。