CN109752588A - 电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路及方法，本电路采用电容和两组分压电阻并联于直流母线正负极，线性光耦隔离模块和压频转换模块分别采集两组分压电阻的电压信号并分别经差分转单端运放模块和数字隔离模块传输至微控制单元，微控制单元将两组电压信号处理后输出直流母线电压信号或故障信号。本方法根据直流母线电压大小选择两组分压电阻的大小比例以适应允许的输入电压范围，微控制单元采集两组电压信号并经处理后输出直流母线电压信号或故障信号。本电路及方法基于不同原理的母线电压信号采样电路，将两种采样电路得到的母线电压值进行比较，根据比较结果执行相应的功能，从而保证电机控制的精确性和可靠性。

Description

电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路及方法

技术领域

本发明涉及一种电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路及方法。

背景技术

在电机控制器的设计过程中，精确、可靠的采样电机控制器直流母线电压信号对于判断控制器的过压或欠压状态以及利用该电压信号进行算法控制是十分重要的，以实现电机的精确、可靠控制。目前，对于控制器直流母线电压信号的采集往往采用单一的采样电路结构，其并不能在最大程度上保证采样信号的正确性；同时，随着功能、安全的不断升级，对于控制器内部的关键信号需提高其诊断覆盖率来达到相应的安全等级，而单一采样电路结构难以满足上述需求，影响电机控制的精确性和可靠性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路及方法，本电路及方法基于不同原理的母线电压信号采样电路，将两种采样电路得到的母线电压值进行比较，根据比较结果执行相应的功能，提高母线电压信号诊断覆盖率，从而保证电机控制的精确性和可靠性。

为解决上述技术问题，本发明电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路包括电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、线性光耦隔离模块、差分转单端运放模块、压频转换模块、数字隔离模块和微控制单元，所述电容并联于直流母线正负极，所述第一电阻和第二电阻串联后与所述电容并联，所述第三电阻和第四电阻串联后与所述电容并联，所述线性光耦隔离模块输入端连接所述第一电阻与第二电阻之间、输出端经所述差分转单端运放模块连接所述微控制单元信号输入端，所述压频转换模块输入端连接所述第三电阻与第四电阻之间、输出端经所述数字隔离模块连接所述微控制单元信号输入端，所述微控制单元输出直流母线电压信号或故障信号。

进一步，所述第二电阻和第四电阻为高压精密电阻。

进一步，所述压频转换模块和数字隔离模块的高压侧采用隔离后的电源供电，隔离后的电源接地与直流母线的负极相连，该电源正极连接至压频转换模块的电压参考引脚或者采用高精度电压基准源连接到该电压参考引脚。

进一步，所述压频转换模块的频率基准由所述数字隔离模块的CPU产生，并通过所述数字隔离模块连接到所述压频转换模块的频率参考引脚。

一种采用上述电路的电机控制器直流母线电压信号采样与监控方法包括如下步骤：

步骤一、根据直流母线电压大小选择第一电阻和第二电阻的大小比例，通过第一电阻和第二电阻分压将直流母线电压转换为线性光耦隔离模块允许的输入电压范围，通过差分转单端运放模块将线性光耦模块隔离输出的模拟信号匹配微控制单元的AD采样端口输入范围，微控制单元通过AD采样端口将采样的模拟信号转换为对应的直流母线电压值；

步骤二、根据直流母线电压大小选择第三电阻和第四电阻的大小比例，通过第三电阻和第四电阻分压将直流母线电压转换为压频转换模块允许的输入电压范围，数字隔离模块将对应直流母线电压的频率信号隔离传输给微控制单元，微控制单元读取隔离之后的频率信号并将其转换为对应的直流母线电压值；

步骤三、微控制单元将两种采样的直流母线电压值通过内部信号比较模块进行比较，比较结果在正常范围之内则输出直流母线电压信号，比较结果大于10V则输出故障信号使控制系统进入安全状态。

由于本发明电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路及方法采用了上述技术方案，即本电路采用电容和两组分压电阻并联于直流母线正负极，线性光耦隔离模块和压频转换模块分别采集两组分压电阻的电压信号并分别经差分转单端运放模块和数字隔离模块传输至微控制单元，微控制单元将两组电压信号处理后输出直流母线电压信号或故障信号。本方法根据直流母线电压大小选择两组分压电阻的大小比例以适应允许的输入电压范围，微控制单元采集两组电压信号并经处理后输出直流母线电压信号或故障信号。本电路及方法基于不同原理的母线电压信号采样电路，将两种采样电路得到的母线电压值进行比较，根据比较结果执行相应的功能，提高直流母线电压信号诊断覆盖率，从而保证电机控制的精确性和可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

图1为本发明电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路示意图。

具体实施方式

实施例如图1所示，本发明电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路包括电容C、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、线性光耦隔离模块1、差分转单端运放模块2、压频转换模块3、数字隔离模块4和微控制单元5，所述电容C并联于直流母线正负极，所述第一电阻R1和第二电阻R2串联后与所述电容C并联，所述第三电阻R3和第四电阻R4串联后与所述电容C并联，所述线性光耦隔离模块1输入端连接所述第一电阻R1与第二电阻R2之间、输出端经所述差分转单端运放模块2连接所述微控制单元5信号输入端，所述压频转换模块3输入端连接所述第三电阻R3与第四电阻R4之间、输出端经所述数字隔离模块4连接所述微控制单元5信号输入端，所述微控制单元5输出直流母线电压信号或故障信号。

优选的，所述第二电阻R2和第四电阻R4为高压精密电阻。

优选的，所述压频转换模块3和数字隔离模块4的高压侧采用隔离后的电源供电，隔离后的电源接地与直流母线的负极相连，该电源正极连接至压频转换模块3的电压参考引脚或者采用高精度电压基准源连接到该电压参考引脚。数字隔离模块4的选择主要考虑需要隔离的电压等级、频率信号的带宽以及隔离两端信号的电压等级。

优选的，所述压频转换模块3的频率基准由所述数字隔离模块4的CPU产生，并通过所述数字隔离模块4连接到所述压频转换模块3的频率参考引脚。

一种采用上述电路的电机控制器直流母线电压信号采样与监控方法包括如下步骤：

步骤一、根据直流母线电压大小选择第一电阻和第二电阻的大小比例，通过第一电阻和第二电阻分压将直流母线电压转换为线性光耦隔离模块允许的输入电压范围，通过差分转单端运放模块将线性光耦模块隔离输出的模拟信号匹配微控制单元的AD采样端口输入范围，微控制单元通过AD采样端口将采样的模拟信号转换为对应的直流母线电压值；

步骤二、根据直流母线电压大小选择第三电阻和第四电阻的大小比例，通过第三电阻和第四电阻分压将直流母线电压转换为压频转换模块允许的输入电压范围，数字隔离模块将对应直流母线电压的频率信号隔离传输给微控制单元，微控制单元读取隔离之后的频率信号并将其转换为对应的直流母线电压值；

步骤三、微控制单元将两种采样的直流母线电压值通过内部信号比较模块进行比较，比较结果在正常范围之内则输出直流母线电压信号，比较结果大于10V则输出故障信号使控制系统进入安全状态。

本电路及方法对直流母线电压采用两种不同原理的采样电路实施采样，采样信号经分别处理后输入微控制器，由微控制器对两种采样信号进行比较处理，根据处理结果输出正确的直流母线电压信号或故障信号，以便于对电机作出正确的控制，从而克服单一采样电路存在的缺陷，提高直流母线电压信号诊断覆盖率，保证电机控制的精确性和可靠性。

Claims (5)

1.一种电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路，其特征在于：本电路包括电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、线性光耦隔离模块、差分转单端运放模块、压频转换模块、数字隔离模块和微控制单元，所述电容并联于直流母线正负极，所述第一电阻和第二电阻串联后与所述电容并联，所述第三电阻和第四电阻串联后与所述电容并联，所述线性光耦隔离模块输入端连接所述第一电阻与第二电阻之间、输出端经所述差分转单端运放模块连接所述微控制单元信号输入端，所述压频转换模块输入端连接所述第三电阻与第四电阻之间、输出端经所述数字隔离模块连接所述微控制单元信号输入端，所述微控制单元输出直流母线电压信号或故障信号。

2.根据权利要求1所述的电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路，其特征在于：所述第二电阻和第四电阻为高压精密电阻。

3.根据权利要求1或2所述的电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路，其特征在于：所述压频转换模块和数字隔离模块的高压侧采用隔离后的电源供电，隔离后的电源接地与直流母线的负极相连，该电源正极连接至压频转换模块的电压参考引脚或者采用高精度电压基准源连接到该电压参考引脚。

4.根据权利要求3所述的电机控制器直流母线电压信号采样与监控电路，其特征在于：所述压频转换模块的频率基准由所述数字隔离模块的CPU产生，并通过所述数字隔离模块连接到所述压频转换模块的频率参考引脚。

5.一种采用权利要求1至4任一项所述电路的电机控制器直流母线电压信号采样与监控方法，其特征在于本方法包括如下步骤：

步骤一、根据直流母线电压大小选择第一电阻和第二电阻的大小比例，通过第一电阻和第二电阻分压将直流母线电压转换为线性光耦隔离模块允许的输入电压范围，通过差分转单端运放模块将线性光耦模块隔离输出的模拟信号匹配微控制单元的AD采样端口输入范围，微控制单元通过AD采样端口将采样的模拟信号转换为对应的直流母线电压值；

步骤二、根据直流母线电压大小选择第三电阻和第四电阻的大小比例，通过第三电阻和第四电阻分压将直流母线电压转换为压频转换模块允许的输入电压范围，数字隔离模块将对应直流母线电压的频率信号隔离传输给微控制单元，微控制单元读取隔离之后的频率信号并将其转换为对应的直流母线电压值；

步骤三、微控制单元将两种采样的直流母线电压值通过内部信号比较模块进行比较，比较结果在正常范围之内则输出直流母线电压信号，比较结果大于10V则输出故障信号使控制系统进入安全状态。