CN111707864A - 对三相电动机进行电流采集的电路装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对三相电动机进行电流采集的电路装置。该装置包括电流取样模块、直流转换模块、A/D转换模块和控制模块。电流取样模块配置用于对流经电动机的交流电进行取样和限流处理以便输出交流电信号。直流转换模块配置用于将经过电流取样模块处理之后的交流电信号转换为直流模拟电信号。所述A/D转换模块配置用于将直流转换模块输出的直流模拟电信号转换为数字电信号。控制模块配置用于接收并处理A/D转换模块发送来的数字电信号，以便对电动机进行控制和保护；同时向A/D转换模块输出控制信号，以便对其进行控制。本发明的电路装置可以精确地对流经电动机的交流电进行采集，并且根据采集到的数据对所述电动机进行控制和保护。
Description
技术领域
本发明一般地涉及电动机控制领域。更具体地，本发明涉及一种对三相电动机进行电流采集的电路装置。
背景技术
为了保证电动机长期可靠地运行，需要驱动电动机的三相交流电保持稳定，同时为了实时监测电动机的转速以及对电动机电源的缺相、接地、反时限过载等进行保护，需要对电动机的三相交流电的信息进行实时采集、监控和处理。
目前，对电动机三相交流电的电压、电流和频率等信息的采集通常利用电压传感器或者电压互感器所构成的采集设备来进行。但是，在这些采集设备或方法中有的所采用的电阻精度难以达到要求，造成电阻选型的困难；有的在采集监测过程中，A/D转换的精度较差，进而造成交流电采集的实时性比较差；而有的采集设备中提供基准电压的电路结构复杂且冗余，从而造成整体电路成本较高且体积较大；还有一些采集设备应用范围较小，不适合应用于普通工频电动机的电压和电流等信息的采集。
发明内容
为至少解决上述背景技术中的一个或多个问题，本发明提供了一种对三相电动机进行电流采集的电路装置。该电路装置采用霍尔电流传感器无接触地对所述三相电动机的交电流进行取样，并且采用多个低阻值精密的电阻进行并联的方式对取样后的交流电信号进行限流，从而减小了电阻选型的难度。进一步地，通过将交流电信号转换为直流电信号，以便供给A/D转换模块进行转换，从而提高了该电路装置的电流采集精度。
具体地，本发明公开了一种对三相电动机进行电流采集的电路装置。该装置包括电流取样模块、直流转换模块、A/D转换模块和控制模块。其中所述电流取样模块配置用于对流经所述三相电动机的交流电进行取样和限流处理以便输出交流电信号。所述直流转换模块配置用于将经过所述电流取样模块处理之后的交流电信号转换为直流模拟电信号。所述A/D转换模块配置用于将所述直流转换模块输出的直流模拟电信号转换为数字电信号。以及所述控制模块配置用于：1)接收并处理所述A/D转换模块发送来的数字电信号，并且根据处理结果对所述三相电动机进行控制和保护；2)向所述A/D转换模块输出控制信号，以便对其进行控制。
在一个实施例中，所述电流取样模块包括霍尔传感器和电阻取样电路，其中所述霍尔传感器配置用于利用霍尔效应将流经所述三相电动机的交流电感应成交流电信号。所述电阻取样电路配置用于对所述霍尔传感器感应并输出的所述交流电信号进行限流。在另一个实施例中，所述电阻取样电路包括由多个低阻值的无感电阻并联所组成的电路。
在又一个实施例中，所述直流转换模块包括差分运算电路、跟随滤波电路和电压基准电路。其中所述差分运算电路配置用于接收经过所述电流取样模块处理后的交流电信号，以便将所述交流电信号的电流值与所述A/D转换模块处理的电压值进行匹配。所述跟随滤波电路配置用于将所述差分运算电路处理之后的交流电信号进行电压跟随和滤波处理，以便对所述交流电信号进行缓冲和去除噪声。所述电压基准电路配置用于进行直流电压转换并且向所述跟随滤波电路提供基准电压，以便将所述交流电信号转换为直流模拟电信号。
在一个实施例中，所述跟随滤波电路包括第一跟随滤波电路和第二跟随滤波电路，并且所述电压基准电路向所述第二跟随滤波电路的输入端提供基准电压。其中所述第一跟随滤波电路配置用于接收所述差分运算电路输出的交流电信号，以便对所述交流电信号进行缓冲和去除噪声。所述第二跟随滤波电路配置用于接收所述第一跟随滤波电路输出并叠加所述基准电压而形成的直流模拟电信号，以便对所述直流模拟电信号进行缓冲和去除噪声。
在一个实施例中，所述电压基准电路包括稳压电路、运算放大电路和滤波电路，其中所述稳压电路配置用于对输入所述电压基准电路的直流电压进行稳压操作。所述运算放大电路配置用于对所述直流电压进行转换，以便向所述第二跟随滤波电路的输入端和所述A/D转换模块提供基准电压。所述滤波电路配置用于对所述运算放大电路输出的基准电压信号执行去除噪声的操作。
在另一个实施例中，所述直流转换模块还包括电压限幅电路，所述电压限幅电路包括第一电压限幅电路、第二电压限幅电路和第三电压限幅电路。其中所述第一电压限幅电路位于所述电阻取样电路和所述差分运算电路之间，并且配置用于限制输入到所述差分运算电路输入端的电压值，以便对所述差分运算电路进行保护。所述第二电压限幅电路位于所述差分运算电路与所述第一跟随滤波电路之间，并且配置用于限制输入到所述第一跟随滤波电路输入端的电压值，以便对所述第一跟随滤波电路进行保护。以及所述第三电压限幅电路位于所述第二跟随滤波电路与所述A/D转换模块之间，并且配置用于限制输入到所述A/D转换模块输入端的电压值，以便对所述A/D转换模块进行保护。
在另一个实施例中，所述电压限幅电路是将二极管串联并接入到两个电压之间所构成的桥式电压限幅电路，以便执行电压限幅操作。在又一个实施例中，所述A/D转换模块采用SPI接口与所述控制模块进行通信。
在又一个实施例中，所述电路装置还包括电源管理模块，其配置用于进行电源管理以及直流电压转换，以便对所述电路装置中的各模块进行供电。
本发明的电路装置采用一个电压基准电路来提供多个基准电压，从而减小了所述电路装置的体积和成本。其次，在所述电路装置中采用地漏二极管作为限幅使用，从而防止因为限幅管误动作所引起的测量误差，提高了电流采集的精密度。同时，利用本发明的电路装置进行电流采集可以对电动机电源的缺相、接地、插反和反时限过载等现象进行保护。另外，本发明的电路装置采集信号稳定可靠并且还可以应用于普通的工频电动机的电流采集。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，可以更好地理解本发明的上述特征，并且其众多目的、特征和优点对于本领域技术人员而言是显而易见的。下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图，其中:
图1是示出根据本发明实施例的电路装置的组成框图；
图2是示出根据本发明实施例的电路装置的进一步具体化的组成框图；
图3是示出根据本发明实施例的电路装置的电路原理图；
图4是示出根据本发明实施例的电路装置的电压基准电路的电路原理图；以及
图5是示出根据本发明实施例的电源管理模块的部分电路图。
具体实施方式
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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1是示出根据本发明实施例的电路装置100的组成框图。为了便于理解本发明的电路装置与三相电动机之间的连接关系，图1中还绘出了三相电动机，其分别与电流取样模块101和控制模块104相连接。
如图1所示，本发明的电路装置100可以包括电流取样模块101、直流转换模块102、A/D转换模块103和控制模块104。所述电流取样模块配置用于对流经所述三相电动机的交流电进行取样和限流处理以便输出交流电信号，并且流经所述电动机的三相交流电的每一相对应连接一个所述电流取样模块。所述直流转换模块配置用于将经过所述电流取样模块处理之后的交流电信号转换为直流模拟电信号。所述A/D转换模块配置用于将所述直流转换模块输出的直流模拟电信号转换为数字电信号。
进一步地，本发明的电路装置的控制模块配置用于两方面的作用。一方面，所述控制模块配置用于接收并处理所述A/D转换模块发送来的数字电信号，并且根据处理结果对所述三相电动机进行控制和保护。在一个实施例中，所述对三相电动机进行控制和保护可以包括但不限于对所述三相电动机进行转速的调整，以及对所述三相电动机的电源的缺相、接地、插反和反时限过载等进行保护。另一方面，所述控制模块向所述A/D转换模块输出控制信号，以便对其进行控制。下面简要说明本发明的电路装置的工作原理。
首先，由电流取样模块采集电动机输入端的三相高压交流电，经过电流取样模块的取样和限流处理之后将大电流交流电转换成小电流交流信号，并且将所述小电流交流信号输出给直流转换模块。然后，直流转换模块将该小电流交流信号叠加直流电压基准信号，进而将其转换为直流模拟电信号，并且向所述A/D转换模块输出。接着，由A/D转换模块对其接收到的直流模拟电信号进行抽样、量化和编码等处理，以便将直流模拟电信号转换成数字电信号并且向所述控制模块输出。
进一步地，所述控制模块在收到所述A/D转换模块发送来的数字电信号之后，对其进行分析、比较和判决等处理，并且根据处理的结果对所述三相电动机的转速进行调整，同时还可以对所述三相电动机的电源进行缺相、接地和过载等保护。另外，所述控制模块还可以根据对所述数字电信号的处理结果向A/D转换模块发送控制命令，进而控制所述A/D转换模块的运行参数。
图2是示出根据本发明实施例的电路装置200的进一步具体化的组成框图。这里需要指出的是，图2中的电路装置200可以理解为图1中的电路装置100的一种示例性的实现方式。因此，结合图1所描述的电路装置100的细节也同样适用于图2中的电路装置200的描述。下面将结合图2来描述本发明的电路装置的组成和工作原理。
如图2所示，在一个实施例中，本发明的电路装置200可以包括电流取样模块201，其可以进一步具体化为包括霍尔传感器和电阻取样电路。其中所述霍尔传感器配置用于利用霍尔效应将流经所述电动机的交流电感应成交流电信号，并且流经所述电动机的三相交流电的每一相对应连接一个所述霍尔传感器。
具体地，所述霍尔传感器可以包括霍尔元件、磁芯以及相关的电路。其在工作过程中，首先电动机的三相交电流所产生的磁通被高品质的磁芯聚集在磁路中。然后，被固定在磁芯气隙中的霍尔元件对所述磁通进行线性检测，进而输出和所述磁通成正比的大小仅为几毫伏的霍尔电压。再经过相关的电路处理后，输出与电动机三相交流电的波形一致的跟随电压，此电压能够准确地反映电动机三相交流电的变化。最后，通过相关的电路处理可以把这个微小的跟随电压转换成交流电信号进行输出。
在一个实施例中，所述电阻取样电路可以包括由多个低阻值的无感电阻并联所组成的电路，并且配置用于将所述霍尔传感器感应并输出的交流电信号进行限流。在一个应用场景中，所述无感电阻例如可以是无感晶圆电阻。与一般电阻相比，其具有以下优点：首先电阻本身的电感值很小，因此其频率响应特性优异，除可广泛用于交、直流电路外，还适用于中、高频电路中。其次无感晶圆电阻的伏安特性为线性，其电气性能稳定且过载能力强，特别适用于间歇式供电的电路。另外，晶圆电阻在功能上、机械结构上、电气特性上和安全性上，都明显优于贴片电阻和晶片电阻。
本发明的电路装置采用了由多个精密的低阻值的无感电阻并联所组成的电路对三相电动机的交流电进行取样和限流，不仅降低了电阻并联之后所呈现的总电感，而且增加了电阻值的精密度，从而降低了对低阻值电阻的选型难度(电阻阻值越低，精密度越难实现，其选型难度越大。例如对于3欧姆的电阻来说，误差0.1％的电阻比较难于选型)。
在一个实施例中，本发明的电路装置还可以包括直流转换模块202。进一步地，所述直流转换模块还可以包括差分运算电路、跟随滤波电路和电压基准电路。其中所述差分运算电路配置用于接收经过所述电流取样模块处理之后的交流电信号，以便将所述交流电信号的电流值与所述A/D转换模块处理的电压值进行匹配，同时所述差分运算电路还可以对电路中的共模干扰进行抑制。
所述跟随滤波电路配置用于将所述差分运算电路处理之后的交流电信号进行电压跟随和滤波处理，以便对所述交流电信号进行缓冲和去除噪声。如图2所示，所述跟随滤波电路可以包括第一跟随滤波电路和第二跟随滤波电路，并且所述电压基准电路向所述第二跟随滤波电路的输入端提供基准电压。其中所述第一跟随滤波电路配置用于接收所述差分运算电路输出的交流电信号，以便对所述交流电信号进行缓冲和去除噪声。而所述第二跟随滤波电路配置用于接收所述第一跟随滤波电路输出并叠加所述基准电压而形成的直流模拟电信号，以便对所述直流模拟电信号进行缓冲和去除噪声。
所述电压基准电路配置用于进行直流电压转换并且向所述跟随滤波电路提供基准电压，以便将所述交流电信号转变为直流模拟电信号。如图2所示，所述电压基准电路可以产生两种不同电压值的基准电压，其中的一个电压值的基准电压加载到所述第二跟随滤波电路的输入端和A/D转换模块，另外一个电压值的基准电压加载到A/D转换模块。当基准电压加载到所述第二跟随滤波电路的输入端时，该基准电压值与第一跟随滤波电路输出的交流电信号相叠加，使得叠加之后的电压值为正，从而将交流电信号转换成直流电信号。该直流电信号是幅值连续变化的直流模拟电信号。进一步，所述直流模拟电信号经过跟随滤波电路进行电压跟随和滤波，以便对其进行缓冲和去除噪声。
在一个实施例中，所述电压基准电路可以包括稳压电路、运算放大电路和滤波电路。其中所述稳压电路配置用于对输入所述电压基准电路的直流电压进行稳压操作。所述运算放大电路配置用于对所述直流电压进行转换，以便向所述第二跟随滤波电路的输入端和所述A/D转换模块提供基准电压。所述滤波电路配置用于对所述运算放大电路输出的基准电压信号执行去除噪声的操作。
在一个实施例中，本发明的电路装置的直流转换模块还可以包括电压限幅电路。所述电压限幅电路包括第一电压限幅电路、第二电压限幅电路和第三电压限幅电路，其中所述第一电压限幅电路位于所述电阻取样电路和所述差分运算电路之间，并且配置用于限制输入到所述差分运算电路输入端的电压值，以便对所述差分运算电路进行保护。所述第二电压限幅电路位于所述差分运算电路与所述第一跟随滤波电路之间，并且配置用于限制输入到所述第一跟随滤波电路输入端的电压值，以便对所述第一跟随滤波电路进行保护。所述第三电压限幅电路位于所述第二跟随滤波电路与所述A/D转换模块之间，并且配置用于限制输入到所述A/D转换模块输入端的电压值，以便对所述A/D转换模块进行保护。
具体地，以第一电压限幅电路为例，如图2所示，本发明的所述电路装置可以包括三个所述第一电压限幅电路，其分别与三个电阻取样电路相连接，以便将所述电阻取样电路输出到差分运算电路输入端的电压值控制在安全范围内，进而对差分运算电路进行保护。作为一个具体的实施方式，所述电压限幅电路例如可以是将地漏二极管串联并且接入到两个电压之间所构成的桥式电压限幅电路，以便执行电压限幅操作。本发明的电压限幅电路采用地漏二极管串联的技术方案，有效地防止了因为限幅管误动作而引起的限压误差，从而提高了电压限制的精密度。
在一个实施例中，本发明的电路装置还可以包括A/D转换模块203，所述A/D转换模块可以包括A/D转换电路及其附属电路。所述A/D转换模块配置用于将第二跟随滤波电路输出的直流模拟电信号转换为数字电信号。所述A/D转换电路的作用是将时间和幅值连续的模拟信号转换为时间和幅值均离散的数字信号，因此A/D转换一般要经过取样、保持、量化及编码4个过程。但在实际电路中，这些过程中有的是合并进行的，例如，取样和保持，而量化和编码往往都是在转换过程中同时实现的。
在另一个实施例中，所述A/D转换模块采用SPI接口与所述控制模块进行通信。其中SPI是串行外设接口(“Serial Peripheral Interface”)的缩写，其是一种高速、同步并且支持全双工通信的4线通信总线。因其硬件功能很强，所以与SPI有关的软件比较简单，这样使得中央处理器(“CPU”)有更多的时间去处理其他事务，从而提高了系统效率。而且，由于SPI通信只使用四根线，节约了芯片的管脚，从而可以方便地进行PCB的布局并且节省了PCB的空间。在通信时，SPI总线以主从方式进行工作，通常由一个主模块和一个或多个从模块组成，由主模块选择一个从模块进行同步通信，从而完成数据的交换。
在一个实施例中，本发明的电路装置还可以包括控制模块204，其可以包括控制器及其附属电路。所述控制器例如可以是由DSP或者是其他具有计算、分析和判断并且具有SPI通信等功能的芯片或电路组成。其配置用于两方面的作用，一方面，接收并处理A/D转换模块发送来的数字电信号，以便对所述三相电动机进行控制和保护；另一方面，向所述A/D转换模块输出控制信号，以便对其进行控制。
在又一个实施例中，本发明的电路装置还可以包括电源管理模块205，其配置用于进行电源管理以及直流电压转换，以便对所述电路装置中的各模块进行供电。
图3是示出根据本发明实施例的电路装置的电路原理图。可以理解的是，图3所示的电路装置是图2中所示电路装置200的一种示例性电路实现。并且，图3中虚框所示的电路模块的名称与图1、2中的名称相对应。因此，上述关于图1、2中所示电路装置的描述同样也适用于图3中所示电路装置的描述。下面结合图3，详细地描述本发明的电路装置的组成和工作原理。
为了便于本领域技术人员能够更好地理解本发明的功能和原理，下面将按照本发明的电路装置在工作过程中信号的流向依次对各电路模块进行描述。如图3所示，用于驱动电动机的高压三相交流电从端口U、V和W输出，3个霍尔感应传感器301利用霍尔效应分别感应所述三个端口输出的交流电，以便将高压三相交流电感应成小信号的三相交流电信号。然后，所述小信号的三相交流电信号经过电阻取样电路302进行限流。具体地，例如从端口U输出的高压交流电经过霍尔感应传感器感应之后，从其端口2输出到由无感电阻RC1～RC8并联组成的电阻取样电路，并按照一定比例对其进行分压和限流，最终将高压交流电转换成低电压、低电流的弱交流电信号，并且从电阻R35输出。
从电阻R35、R63和R86输出的三相弱交流电信号在输出到差分运算电路304之前，先要经过第一电压限幅电路303进行电压幅度值的限制，以便对差分运算电路进行保护。在一个实施例中，所述第一电压限幅电路可以由两个地漏二极管串联组成。优选地，所述二极管的型号可以为BAV199。其中，串联二极管的一端1接-12V电压，另外一端2接+12V电压，这样从电阻取样电路输出的交流电的电压值的范围就被钳制在正负12V之间，因此输入到差分运算电路输入端的电压值也被限制在正负12V之间，从而很好地保护了差分运算电路。
接着，经过限压限幅后的低压交流电信号被送入差分运算电路。在一个实施例中，所述差分运算电路可以由集成运算放大器组成。优选地，图3中的U1、U2和U3可以由通用集成运算放大器OPA227U/SOP8组成。下面以U1为例，简要描述差分运算电路的连接方式和工作原理。所述集成运算放大器U1的反向输入端与同相输入端之间连接有由电阻RC1～RC8所组成的电阻取样电路，并且在其反向输入端通过电阻R51引入负反馈，以便将所述低压交流电信号的电流值与所述A/D转换模块处理的电压值进行匹配。在所述集成运算放大器U1的同相输入端连接有第一电压限幅电路以便对U1进行保护。所述U2和U3的连接方式和工作原理与U1类似，此处不在赘述。
经过差分运算电路处理并输出的交流电信号在输出到第一跟随滤波电路306之前，先要经过第二电压限幅电路305进行电压幅度值的限制，以便对所述第一跟随滤波电路进行保护。所述第二电压限幅电路的组成和功能与上述第一电压限幅电路相同，此处不在赘述。所述第一跟随滤波电路可以包括由集成运算放大器组成的电压跟随器和RC滤波电路。所述电压跟随器配置用于对经过差分运算电路处理并输出的交流电信号进行跟踪处理以便对所述交流电信号进行缓冲。所述跟踪处理例如可以是提高输入阻抗和/或是降低输出阻抗，以便起到缓冲和增加带负载能力的作用。所述RC滤波电路，例如可以是由R62和C41组成的电路，其配置用于对运算放大器U1输出的交流电信号进行去除噪声的操作，从而保证电路的可靠工作。
接下来，从第一跟随滤波电路输出的交流电信号被叠加上一个直流信号VDD。该VDD信号可以由电压基准电路307产生，所述电压基准电路的具体结构和原理将在下述图4中描述。所述电压基准电路配置用于进行精确地直流电压转换，并且向所述第二跟随滤波电路308的输入端和所述A/D转换模块提供基准电压。如图3所示，所述电压基准电路至少可以提供5个基准电压，当其中一个基准电压加载到第二跟随滤波电路的输入端时，该基准电压值与第一跟随滤波电路输出的交流电信号相叠加，使得叠加之后的电信号的电压值为正，从而将交流电信号转换成直流模拟电信号。
随后，经过第一跟随滤波电路输出并且叠加了基准电压所形成的直流模拟电信号被输送到第二跟随滤波电路308。其配置用于接收所述直流模拟电信号，以便对所述直流模拟电信号进行缓冲和去除噪声，并且将其输出到A/D转换模块310。所述第二跟随滤波电路的组成和工作原理与所述第一跟随滤波电路相似，此处不在赘述。与前述相同的原理，在本发明的A/D转换模块的输入端可以布置有第三电压限幅电路309，以便限制输入到所述A/D转换模块的电压值，从而对所述A/D转换模块进行保护。所述第三电压限幅电路的组成和工作原理与第一和第二电压限幅电路相似，此处不在赘述。
接着，A/D转换模块将幅度和时间均连续变化的所述直流模拟电信号，经过A/D转换模块中的A/D转换电路的取样、保持、量化及编码等处理之后，最终将直流模拟电信号转换为数字电信号。作为一种示例性的实现，所述A/D转换电路例如可以是由ADS7951芯片组成的电路。该电路采用12位模拟/数字转换器(ADC)，其转换速度达到10MSPS。所述A/D转换电路通过ADS7951芯片上的引脚20(CH0)和19(CH1)接收第二跟随滤波电路输出的直流模拟电信号，并且通过引脚26(SDO)输出变换之后的数字电信号，同时通过引脚4(REFP)和引脚14(CH4)接收电压基准电路提供的用于模数变换的两种不同电压值的基准电压。
在一个实施例中，所述A/D转换电路集成有SPI协议，并且具有SPI接口。所述A/D转换电路与所述控制模块采用SPI通信。具体地，所述A/D转换电路可以利用ADS7951芯片的4个引脚23
24(SCLK)、25(SDI)和26(SDO)与所述控制模块进行SPI通信。其中A/D转换电路通过引脚26(SDO)向所述控制模块发送信号，其余三个引脚用于接收控制模块发送来的控制信号。
最后，A/D转换模块将其处理之后的数字电信号通过引脚26(SDO)发送给控制模块311。所述控制模块可以包括控制器及其附属电路。所述控制器例如可以是由DSP或者是其他具有计算、分析和判断并且具有SPI通信等功能的芯片或电路组成。其配置用于两方面的作用，一方面，接收并处理A/D转换模块发送来的数字电信号，并且根据处理的结果对所述三相电动机进行转速的调整，同时还可以对所述三相电动机的电源进行缺相、接地和过载等保护。另一方面，所述控制模块还可以根据对所述数字电信号的处理结果向A/D转换模块发送控制命令，进而控制所述A/D转换模块的运行参数。
图4是示出根据本发明实施例的电路装置的电压基准电路的电路原理图。所述电压基准电路可以包括稳压电路、运算放大电路和滤波电路，其中所述稳压电路配置用于对输入到所述基准电路的直流电压进行稳压操作。所述运算放大电路配置用于对所述直流电压进行转换，以便向所述第二跟随滤波电路的输入端和所述A/D转换模块提供基准电压。所述滤波电路配置用于对所述运算放大电路输出的基准电压信号执行去除噪声的操作。
所述电压基准电路可以产生两种不同电压值的基准电压，并且可以提供至少5路基准电压。其中的3路基准电压VDD分别加载到3个所述第二跟随滤波电路的输入端，另外一路基准电压VDD加载到A/D转换电路上的芯片ADS7951的引脚14(CH4)，最后一路基准电压REFP加载到A/D转换电路上的芯片ADS7951的引脚4(REFP)。
在一个实施例中，所述稳压电路可以是由电压基准芯片A4组成的电路。优选地，电压基准芯片可以采用LM4040AIM3X-2.5，该芯片将输出2.5V电压。所述运算放大电路可以是由运算放大器A3A和A3B组成的电路。优选地，所述运算放大器采用的型号可以是MC33077DR2G。所述滤波电路可以是由电阻和电容组成的电路。下面简要描述电压基准电路的工作原理。
具体地，一方面，VCC的5V电压经过芯片A4的限幅之后输出2.5V电压，该电压经过由运算放大器A3A组成的电压跟随器处理之后输出2.5V的电压值。在此过程中，为了增加输出2.5V电压的精确性和稳定性，还可以在电路中增加RC滤波电路。最终，输出的稳定精确的2.5V电压加载到A/D转换电路作为模数转换过程中的基准电压使用。另外一方面，VCC的5V电压经过芯片A4的限幅之后输出2.5V电压。该电压经过由运算放大器A3B组成的电压放大电路进行放大，在此过程中，通过电阻R44～R46的调节将输出电压VDD精确地控制在3.3V，以便加载到第二跟随滤波电路的输入端，进而将交流电信号转换到直流电信号。
图5是示出根据本发明实施例的电源管理模块的部分电路图。如图5所示，其包括两个电压转换电路，其中一个电压转换电路是由芯片A15以及辅助电阻和电容所组成的电路构成。优选地，所述芯片的型号例如可以是MC79M12BDTG，该电路的功能是将-24V电压转换成-12V电压，以供给本发明的电路装置的各模块使用。图5中的另外一个电压转换电路例如可以是由芯片A18以及辅助电阻和电容所组成的电路构成。优选地，所述芯片的型号例如可以是MC78M12BDTRKG，该电路的功能是将+24V电压转换成+12V电压，以供给本发明的电路装置的各模块使用。另外上述电压转换电路还可以通过LED灯来实现正负12V电源指示的功能。
应当理解，本发明的权利要求、说明书及附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的说明书和权利要求书中使用的术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的，而并不意在限定本发明。如在本发明说明书和权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。还应当进一步理解，在本发明说明书和权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
虽然本发明的实施方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。
Claims (10)
1.一种对三相电动机进行电流采集的电路装置，包括电流取样模块、直流转换模块、A/D转换模块和控制模块，其中
所述电流取样模块配置用于对流经所述三相电动机的交流电进行取样和限流处理以便输出交流电信号；
所述直流转换模块配置用于将经过所述电流取样模块处理之后的交流电信号转换为直流模拟电信号；
所述A/D转换模块配置用于将所述直流转换模块输出的直流模拟电信号转换为数字电信号；以及
所述控制模块配置用于：1)接收并处理所述A/D转换模块发送来的数字电信号，并且根据处理结果对所述三相电动机进行控制和保护；2)向所述A/D转换模块输出控制信号，以便对其进行控制。
2.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述电流取样模块包括霍尔传感器和电阻取样电路，其中
所述霍尔传感器配置用于利用霍尔效应将流经所述三相电动机的交流电感应成交流电信号；以及
所述电阻取样电路配置用于对所述霍尔传感器感应并输出的所述交流电信号进行限流。
3.根据权利要求2所述的电路装置，其中所述电阻取样电路包括由多个低阻值的无感电阻并联所组成的电路。
4.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述直流转换模块包括差分运算电路、跟随滤波电路和电压基准电路，其中
所述差分运算电路配置用于接收经过所述电流取样模块处理后的交流电信号，以便将所述交流电信号的电流值与所述A/D转换模块处理的电压值进行匹配；
所述跟随滤波电路配置用于将所述差分运算电路处理之后的交流电信号进行电压跟随和滤波处理，以便对所述交流电信号进行缓冲和去除噪声；以及
所述电压基准电路配置用于进行直流电压转换并且向所述跟随滤波电路提供基准电压，以便将所述交流电信号转换为直流模拟电信号。
5.根据权利要求4所述的电路装置，其中所述跟随滤波电路包括第一跟随滤波电路和第二跟随滤波电路，并且所述电压基准电路向所述第二跟随滤波电路的输入端提供基准电压，其中
所述第一跟随滤波电路配置用于接收所述差分运算电路输出的交流电信号，以便对所述交流电信号进行缓冲和去除噪声；以及
所述第二跟随滤波电路配置用于接收所述第一跟随滤波电路输出并叠加所述基准电压而形成的直流模拟电信号，以便对所述直流模拟电信号进行缓冲和去除噪声。
6.根据权利要求4所述的电路装置，其中所述电压基准电路包括稳压电路、运算放大电路和滤波电路，其中
所述稳压电路配置用于对输入所述电压基准电路的直流电压进行稳压操作；
所述运算放大电路配置用于对所述直流电压进行转换，以便向所述第二跟随滤波电路的输入端和所述A/D转换模块提供基准电压；以及
所述滤波电路配置用于对所述运算放大电路输出的基准电压信号执行去除噪声的操作。
7.根据权利要求4所述的电路装置，其中所述直流转换模块还包括电压限幅电路，所述电压限幅电路包括第一电压限幅电路、第二电压限幅电路和第三电压限幅电路，其中
所述第一电压限幅电路位于所述电阻取样电路和所述差分运算电路之间，并且配置用于限制输入到所述差分运算电路输入端的电压值，以便对所述差分运算电路进行保护；
所述第二电压限幅电路位于所述差分运算电路与所述第一跟随滤波电路之间，并且配置用于限制输入到所述第一跟随滤波电路输入端的电压值，以便对所述第一跟随滤波电路进行保护；以及
所述第三电压限幅电路位于所述第二跟随滤波电路与所述A/D转换模块之间，并且配置用于限制输入到所述A/D转换模块输入端的电压值，以便对所述A/D转换模块进行保护。
8.根据权利要求7所述的电路装置，其中所述电压限幅电路是将二极管串联并接入到两个电压之间所构成的桥式电压限幅电路，以便执行电压限幅操作。
9.根据权利要求1所述的电路装置，其中所述A/D转换模块采用SPI接口与所述控制模块进行通信。
10.根据权利要求1～9中任意一项所述的电路装置，还包括电源管理模块，其配置用于进行电源管理以及直流电压转换，以便对所述电路装置中的各模块进行供电。
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