CN112462258A - 电机端电压检测方法、装置、电路及空调系统 - Google Patents

电机端电压检测方法、装置、电路及空调系统 Download PDF

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CN112462258A CN202011227416.9A CN202011227416A CN112462258A CN 112462258 A CN112462258 A CN 112462258A CN 202011227416 A CN202011227416 A CN 202011227416A CN 112462258 A CN112462258 A CN 112462258A
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Abstract

本申请涉及一种电机端电压检测方法、装置、电路及空调系统，在电机的输入端设置有采样电路进行电机输入端的电压采样信号的采集，同时，采样电路还进一步连接有求差积分电路和处理器。求差积分电路根据处理器发送的偏置信号与采样电路采集的电压采样信号进行求差积分处理之后，最终在处理器内结合预设检测电路参数换算出电压检测值，实现电机端电压的检测操作。通过上述方案，在对电机端电压检测时，能够利用求差积分电路对初步采样得到的电压采样信号进行求差积分处理，从而可以有效地滤除外部逆变电路输出至电机前端的方波信号中的频率干扰，做到最小的相位延迟(半个开关周期)，进而可以实现逆变电路输出电压非线性精确补偿。

Description

电机端电压检测方法、装置、电路及空调系统
技术领域
本申请涉及电机技术领域，特别是涉及一种电机端电压检测方法、装置、电路及空调系统。
背景技术
随着电力电子技术的飞速发展，交流变频电机在工业界得到了广泛应用，例如空调系统中。对交流变频电机的控制系统硬件本身而言，功率放大环节是最为关键的，其直接决定了控制量输出是否精确。在控制系统中，这一精度将直接影响控制算法的实施效果。以永磁同步电机控制算法为例，通常采用基于空间矢量脉宽调制(Space Vector PulseWidth Modulation，SVPWM)的控制方法，基于此算法，永磁同步电机得到的电压为占空比不同的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)电压(如脉冲信号)。
然而，用于电机驱动的逆变器的压降受死区时间、开关导通关断时间、管压降、母线电压的幅值以及电流大小等其他非线性因素影响，因此很难准确的得知逆变器的压降。一方面这影响了输出电压，使得控制波形畸变，特别是伺服应用场合，还要做复杂的补偿，效果也差强人意。对于低成本的一些调速应用场合，通常根据占空比计算电机电压，实现电机的位置估算，从而实现FOC(Field-Oriented Control，磁场导向控制)算法的应用。此时，电压失真使得电机低速运转时的性能非常差。由于交流变频电机的端电压为高频高压的PWM形式，一般采用最简单的RC滤波电路进行检测，虽然逆变器输出低频电压时可以滤除高频分量，但是高频的相位延迟将会极其严重，无法参与电机的正常控制。因此，传统的交流变频电机的端电压采样方法存在采样可靠性差的缺点。
发明内容
基于此，有必要针对传统的交流变频电机的端电压采样方法采样可靠性差的问题，提供一种电机端电压检测方法、装置、电路及空调系统。
一种电机端电压检测方法，包括：当电机启动运行时，向求差积分电路发送偏置信号；接收所述求差积分电路根据所述偏置信号和电压采样信号进行求差积分处理后输出的电压采样值；所述电压采样信号通过采样电路采集并发送至所述求差积分电路，所述采样电路设置于电机的输入端，所述采样电路连接所述求差积分电路；根据所述电压采样值和预设检测电路参数进行分析，得到电机端的电压检测值。
在一个实施例中，所述根据所述电压采样值和预设检测电路参数进行分析，得到电机端电压检测值的步骤包括：判断所述电压采样值是否大于预设线性区最小电压值且小于预设线性区最大电压值；若是，则将所述偏置信号翻转，根据所述电压采样值和预设检测电路参数计算得到电机端的电压检测值，并返回所述向求差积分电路发送偏置信号的步骤。
在一个实施例中，所述判断所述电压采样值是否大于预设线性区最小电压值且小于预设线性区最大电压值的步骤之后，还包括：若否，判断是否接收到采样终止信号；当未接收到采样终止信号时，返回所述向求差积分电路发送偏置信号的步骤。
在一个实施例中，所述判断是否接收到采样终止信号的步骤之后，还包括：当接收到采样终止信号时，结束电机端电压检测操作。
在一个实施例中，所述根据所述电压采样值和预设检测电路参数计算得到电机端的电压检测值的步骤，包括：当首次进行电压检测值分析时，根据所述电压采样值、预设检测电路参数和预设初始采样值进行计算，得到电机端的电压检测值；当非首次进行电压检测值分析时，根据当前采集次数对应的所述电压采样值、上一采集次数对应的所述电压采样值和预设检测电路参数进行计算，得到电机端的电压检测值。
一种电机端电压检测装置，包括：偏置信号发送模块，用于当电机启动运行时，向求差积分电路发送偏置信号；电压采样值获取模块，用于接收所述求差积分电路根据所述偏置信号和电压采样信号进行求差积分处理后输出的电压采样值；所述电压采样信号通过采样电路采集并发送至所述求差积分电路，所述采样电路设置于电机的输入端；电压检测值分析模块，用于根据所述电压采样值和预设检测电路参数进行分析，得到电机端的电压检测值。
一种电机端电压检测电路，包括采样电路、求差积分电路和处理器，所述采样电路设置于电机的输入端，所述采样电路连接所述求差积分电路的第一输入端，所述求差积分电路的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的偏置端连接所述求差积分电路的第二输入端，所述处理器用于根据上述方法进行电机端电压检测。
在一个实施例中，所述求差积分电路包括第一电阻、第二电阻、第一放大器、第一电容和第二电容，所述第一电阻的一端作为所述求差积分电路的第二输入端与所述处理器的偏置端连接，所述第一电阻的另一端连接所述第一放大器的反向输入端和所述第一电容的一端，所述第一放大器的输出端作为所述求差积分电路的输出端连接所述第一电容的另一端和所述处理器的输入端，所述第二电阻的一端作为所述求差积分电路的第一输入端与所述采样电路连接，所述第二电阻的另一端连接所述第一放大器的正向输入端和所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地。
在一个实施例中，所述求差积分电路包括第三电阻、第四电阻、第二放大器、第三电容和第四电容，所述第三电阻的一端作为所述求差积分电路的第一输入端与所述采样电路连接，所述第三电阻的另一端连接所述第二放大器的反向输入端和所述第三电容的一端，所述第二放大器的输出端作为所述求差积分电路的输出端连接所述第三电容的另一端和所述处理器的输入端，所述第四电阻的一端作为所述求差积分电路的第二输入端与所述处理器的偏置端连接，所述第四电阻的另一端连接所述第二放大器的正向输入端和所述第四电容的一端，所述第四电容的另一端接地。
在一个实施例中，所述处理器包括模数转换器和偏置信号发生器，所述模数转换器连接所述偏置信号发生器和所述求差积分电路的输出端，所述偏置信号发生器连接所述求差积分电路的第二输入端。
在一个实施例中，所述采样电路为分压采样电路。
一种空调系统，包括电机和上述的电机端电压检测电路。
上述电机端电压检测方法、装置、电路及空调系统，在电机的输入端设置有采样电路进行电机输入端的电压采样信号的采集，同时，采样电路还进一步连接有求差积分电路和处理器。求差积分电路根据处理器发送的偏置信号与采样电路采集的电压采样信号进行求差积分处理之后，最终在处理器内结合预设检测电路参数换算出电压检测值，实现电机端电压的检测操作。通过上述方案，在对电机端电压检测时，能够利用求差积分电路对初步采样得到的电压采样信号进行求差积分处理，从而可以有效地滤除外部逆变电路输出至电机前端的方波信号中的频率干扰，做到最小的相位延迟(半个开关周期)，进而可以实现逆变电路输出电压非线性精确补偿，与传统的交流变频电机的端电压采样方法相比，具有较强的采样可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一实施例中电机端电压检测方法流程示意图；
图2为一实施例中采样电路设置示意图；
图3为另一实施例中电机端电压检测方法流程示意图；
图4为一实施例中电机端电压检测方法流程图；
图5为一实施例中电压检测值计算方法流程示意图；
图6为一实施例中求差积分电路结构示意图；
图7为一实施例中求差积分电路工作波形示意图；
图8为另一实施例中求差积分电路工作波形示意图；
图9为另一实施例中求差积分电路结构示意图；
图10为一实施例中电机端电压检测装置结构示意图；
图11为一实施例中电机端电压检测电路结构示意图；
图12为另一实施例中电机端电压检测电路结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。
请参阅图1，一种电机端电压检测方法，包括步骤S100、步骤S200和步骤S300。
步骤S100，当电机启动运行时，向求差积分电路发送偏置信号。
具体地，电机启动运行即为电机在其对应的驱动控制系统的作用下，驱动控制系统中逆变电路使能，逆变电路按照开关周期发出一定占空比的方波。在该种状态下，电机端电压检测电路的处理器将会生成一个偏置信号并发送至电机端电压检测电路的求差积分电路，以使求差积分电路根据接收的信号开始运行。通过调整求差积分电路的一个输入量也即偏置信号，实现积分输出的增加或者减少，进而结合实际运行情况，可以实现电机端电压检测操作。
步骤S200，接收求差积分电路根据偏置信号和电压采样信号进行求差积分处理后输出的电压采样值。
具体地，电压采样信号通过电机端电压检测电路的采样电路采集并发送至求差积分电路，采样电路设置于电机的输入端，采样电路连接求差积分电路。在电机的输入端与外部逆变电路的输入端之间设置有采样电路，该采样电路用于在电机启动运行时，对逆变电路输送至电机的方波信号进行采集，得到相应的电压采样信号，并输送至求差积分电路。求差积分电路在接收到偏置信号以及电压采样信号之后，将会根据偏置信号和电压采样信号进行求差积分等处理之后，滤除电压采样信号中的开关频率干扰成分，得到电压采样值并输送至处理器。
应当指出的是，采样电路的具体类型并是不是唯一的，在一个实施例中，可以采用电阻分压采样电路实现，该种采样电路形式具有成本低的优点。在其它实施例中，还可以是采用含有运算放大器且截止频率远高于电机最大输出频率的滤波电路完成，只要能够得到电压信号即可。请结合参阅图2，以电阻分压采样电路为例，针对电机的每一输入端与外部逆变电路之间，均设置有一电阻分压采样电路，开关管Q1-Q6构成逆变电路，M为电机，R3-R8构成电阻分压网络，其中R3与R4为一路电阻分压电路，R5与R6为一路电阻分压电路，而R7与R8为一路电阻分压电路。将每一电阻分压采样电路中两电阻的公共端作为采样输出端与求差积分电路的第一输入端连接，输出电压采样值至求差积分电路，也即分别输出V1、V2和V3至求差积分电路的第一输入端。
步骤S300，根据电压采样值和预设检测电路参数进行分析，得到电机端的电压检测值。
具体地，处理器在接收到求差积分电路输出的电压采样值之后，将会进一步结合其内部预存的预设检测电路参数进行分析计算，得到最终滤除高频开关干扰的电压检测值，完成一次电机端电压检测操作。
请参阅图3，在一个实施例中，步骤S300包括步骤S310和步骤S320。
步骤S310，判断电压采样值是否大于预设线性区最小电压值且小于预设线性区最大电压值。若是，执行步骤S320，将偏置信号翻转，根据电压采样值和预设检测电路参数计算得到电机端的电压检测值。并返回向求差积分电路发送偏置信号的步骤。
具体地，由于求差积分电路中积分部分使用的是运算放大器，输出电压存在饱和现象，最大值在Vcc附近，最小值约等于零但不是零。为了使得积分过程比较准确，尽可能处于线性区内，预设线性区最小电压值和预设线性区最大电压值需要提前给定，具体可以参见运算放大器的厂家规格书。除此之外，也可以采取在线测试的办法获取这两个值。在逆变电路通上强电以前，将偏执信号置为零低电平，可以采样获得线性区最小电压值，然后置为高电平，可以获得线性区最大电压值。为保有一定余量，可以略微增大线性区最小电压值和/或略微减小线性区最大电压值，作为最终的预设线性区最小电压值和预设线性区最大电压。
请结合参阅图4，在根据求差积分电路输出的电压采样值进行电压检测值分析计算时，首先判断采样得到的电压采样值是否在预设的线性区间内，只有电压采样值位于预设的线性区间内，也即大于预设线性区最小电压值且小于预设线性区最大电压值，才会进一步将偏置信号翻转为下一次电压检测操作做好准备，同时根据当前的电压采样值以及处理器内部预存的预设检测电路参数进行计算，得到当前采样次数下对应的电压检测值。为了进行下一次采样，处理器在完成当前采样次数的电压检测值计算之后，会向电机端电压检测电路的求差积分电路发送偏置信号(也即已经翻转后的偏置信号)，根据上述类似的方法，实现下一次的电机端电压检测。
应当指出的是，在一个实施例中，控制器将偏置信号翻转，根据电压采样值和预设检测电路参数计算得到电机端的电压检测值，并返回向求差积分电路发送偏置信号的操作中，同样可以进行是否接收到采样终止信号的检测操作，以便于当用户有终止采样需求时能够及时执行。
进一步地，在一个实施例中，请参阅图3，步骤S310之后，若电压采样值没有处于预设线性区最小电压值和小于预设线性区最大电压值之间时，该方法还包括步骤S330。
步骤S330，判断是否接收到采样终止信号。当未接收到采样终止信号时，返回向求差积分电路发送偏置信号的步骤。
具体地，在电压采样值没有处于预设线性区最小电压值和小于预设线性区最大电压值之间，也即电压采样值没有处于求差积分电路的线性区间内，此时得到的电压采样值将不能合理表示电机端电压，故此时并不需要进行电压采样值的计算，而是重新进行下一次采样分析。进一步地，为了保障电路出现不可恢复的故障等情况下，用户有结束电机端电压检测需求时能够及时停止，此时处理器将会进一步分析是否接收到采样终止信号，以判断用户是否有结束采样需求，若没有结束采样需求，则将会返回向求差积分电路电路发送偏置信号的操作，循环往复，一直进行电机端电压检测操作。
更进一步地，在一个实施例中，请继续参阅图3，步骤S330之后，该方法还包括步骤S340。
步骤S340，当接收到采样终止信号时，结束电机端电压检测操作。具体地，在处理器进行是否接收到采样终止信号判断时，若出现接收到采样终止信号的情况，此时只需要控制整个电机端电压检测操作终止，结束检测操作即可。
请参阅图5，在一个实施例中，根据电压采样值和预设检测电路参数计算得到电机端的电压检测值的步骤，包括步骤S321和步骤S322。
S321，当首次进行电压检测值分析时，根据电压采样值、预设检测电路参数和预设初始采样值进行计算，得到电机端的电压检测值；步骤S322，当非首次进行电压检测值分析时，根据当前采集次数对应的电压采样值、上一采集次数对应的电压采样值和预设检测电路参数进行计算，得到电机端的电压检测值。
具体地，求差积分电路的类型并不是唯一的，针对不同类型的求差积分电路以及不同的偏置信号大小时，对应的电压检测值的具体计算方式也会有所区别。为了理解本申请中电压检测值计算方式的不同，下面结合具体的求差积分电路结构进行解释说明。
请结合参阅图6，在一个实施例中，求差积分电路包括第一电阻R9、第二电阻R10、第一放大器S1、第一电容C1和第二电容C2，第一电阻R9的一端作为求差积分电路的第二输入端与处理器的偏置端连接，第一电阻R9的另一端连接第一放大器S1的反向输入端和第一电容C1的一端，第一放大器S1的输出端作为求差积分电路的输出端连接第一电容C1的另一端和处理器的输入端，第二电阻R10的一端作为求差积分电路的第一输入端与采样电路连接，第二电阻R10的另一端连接第一放大器S1的正向输入端和第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地。
相应的，在该种情况下，预设检测电路参数包括电机端电压检测电路的增益K(包括采样电路的增益、求差积分电路的积分系数等部分)，电机前端连接的外部逆变电路的开关周期Ts。在处理器输入求差积分电路的第二输入端输入的偏置信号为低电平时，那么实际的积分过程只有电机端电压信号在参与，通过计算每个周期积分量的增加值就可以获取采样信号在一个开关周期内的平均值，具体计算方式如下，
Figure BDA0002764032650000101
其中，un表示当前采集次数对应的电压采样值，un-1表示上一采样次数对应的电压采样值，vn表示最终的电压检测值。可以理解，在首次进行电压检测时，并不会存在un-1，故该计算方式为非首次进行电压检测值分析时对应的电压检测值计算方式。对应的，在首次采样进行电压检测值计算时，具体计算方式如下：
Figure BDA0002764032650000102
其中，un表示当前采集次数对应的电压采样值，u0表示预设初始采样值，vn表示最终的电压检测值。而预设初始采样值的具体大小也并不是唯一的，可以是0，也可以是电源电压值，常见的电源电压值为3.3V或者5V。具体将预设初始采样值设置为何种大小，具体取决于电机端电压检测电路工作前，偏置信号的值以及电路工作模式。在该种求差积分电路结构下，偏置信号为低电平时对应的工作波形如图7所述。
在处理器输入求差积分电路的第二输入端输入的偏置信号为高电平时，对应参与积分的变量将会是电机端电压信号以及偏置信号Vcc，故在该种情况下对应的电压检测值的计算方式为：
Figure BDA0002764032650000111
其中，un表示当前采集次数对应的电压采样值，un-1表示上一采样次数对应的电压采样值，vn表示最终的电压检测值。可以理解，在首次进行电压检测时，并不会存在un-1，故该计算方式为非首次进行电压检测值分析时对应的电压检测值计算方式。对应的，在首次采样进行电压检测值计算时，具体计算方式如下：
Figure BDA0002764032650000112
其中，un表示当前采集次数对应的电压采样值，u0表示预设初始采样值，vn表示最终的电压检测值。而预设初始采样值的具体大小也并不是唯一的，可以是0，也可以是电源电压值，常见的电源电压值为3.3V或者5V。具体将预设初始采样值设置为何种大小，具体取决于电机端电压检测电路工作前，偏置信号的值以及电路工作模式。在该种求差积分电路结构下，偏置信号为高电平时对应的工作波形如图8所述。
更进一步地，在一个实施例中，若求差积分电路具体如图9所示，包括第三电阻R11、第四电阻R12、第二放大器S2、第三电容C3和第四电容C4，第三电阻R11的一端作为求差积分电路的第一输入端与采样电路连接，第三电阻R11的另一端连接第二放大器S2的反向输入端和第三电容C3的一端，第二放大器S2的输出端作为求差积分电路的输出端连接第三电容C3的另一端和处理器的输入端，第四电阻R12的一端作为求差积分电路的第二输入端与处理器的偏置端连接，第四电阻R12的另一端连接第二放大器S2的正向输入端和第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端接地。
那么，对应的，当输入求差积分电路的偏置信号为0时，电压检测值的具体计算方式如下：非首次进行采样计算时，
Figure BDA0002764032650000121
而在首次采样计算时，
Figure BDA0002764032650000122
当输入的偏置信号为高电平时，非首次进行采样计算的方式为：
Figure BDA0002764032650000123
而在首次采样计算的情况下，
Figure BDA0002764032650000124
上述公式中各个字母对应的含义与上述图6结构求差积分电路下相同，在此不再赘述。
应当指出的是，虽然图6以及图9所示实施例中仅展示了一路信号的采样分析操作，基于图2所示的电阻分压采样电路输出的其余两路信号的采样分析，均与图6或图9所示类似，可在实际设计中设计三个与图6或者相同的求差积分电路结构，实现三路信号对应的电压检测操作。
上述电机端电压检测方法，在电机的输入端设置有采样电路进行电机输入端的电压采样信号的采集，同时，采样电路还进一步连接有求差积分电路和处理器。求差积分电路根据处理器发送的偏置信号与采样电路采集的电压采样信号进行求差积分处理之后，最终在处理器内结合预设检测电路参数换算出电压检测值，实现电机端电压的检测操作。通过上述方案，在对电机端电压检测时，能够利用求差积分电路对初步采样得到的电压采样信号进行求差积分处理，从而可以有效地滤除外部逆变电路输出至电机前端的方波信号中的频率干扰，做到最小的相位延迟(半个开关周期)，进而可以实现逆变电路输出电压非线性精确补偿，与传统的交流变频电机的端电压采样方法相比，具有较强的采样可靠性。
请参阅图10，一种电机端电压检测装置，包括偏置信号发送模块100、电压采样值获取模块200和电压检测值分析模块300。
偏置信号发送模块100用于当电机启动运行时，向求差积分电路发送偏置信号；电压采样值获取模块200用于接收求差积分电路根据偏置信号和电压采样信号进行求差积分处理后输出的电压采样值；电压检测值分析模块300用于根据电压采样值和预设检测电路参数进行分析，得到电机端的电压检测值。
在一个实施例中，电压检测值分析模块300还用于判断电压采样值是否大于预设线性区最小电压值且小于预设线性区最大电压值。若是，将偏置信号翻转得到翻转后的偏置信号，根据电压采样值和预设检测电路参数计算得到电机端的电压检测值。并控制偏置信号发送模块100执行向求差积分电路发送偏置信号的操作。
在一个实施例中，电压检测值分析模块300还用于判断是否接收到采样终止信号。当未接收到采样终止信号时，控制偏置信号发送模块100执行向求差积分电路发送偏置信号的操作。
在一个实施例中，电压检测值分析模块300还用于当接收到采样终止信号时，结束电机端电压检测操作。
关于电机端电压检测装置的具体限定可以参见上文中对于电机端电压检测方法的限定，在此不再赘述。上述电机端电压检测装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
上述电机端电压检测装置，在电机的输入端设置有采样电路进行电机输入端的电压采样信号的采集，同时，采样电路还进一步连接有求差积分电路和处理器。求差积分电路根据处理器发送的偏置信号与采样电路采集的电压采样信号进行求差积分处理之后，最终在处理器内结合预设检测电路参数换算出电压检测值，实现电机端电压的检测操作。通过上述方案，在对电机端电压检测时，能够利用求差积分电路对初步采样得到的电压采样信号进行求差积分处理，从而可以有效地滤除外部逆变电路输出至电机前端的方波信号中的频率干扰，做到最小的相位延迟(半个开关周期)，进而可以实现逆变电路输出电压非线性精确补偿，与传统的交流变频电机的端电压采样方法相比，具有较强的采样可靠性。
请参阅图11，一种电机端电压检测电路，包括采样电路10、求差积分电路20和处理器30，采样电路10设置于电机的输入端，采样电路10连接求差积分电路20的第一输入端，求差积分电路20的输出端连接处理器30的输入端，处理器30的偏置端连接求差积分电路20的第二输入端，处理器30用于根据上述方法进行电机端电压检测。
具体地，电机启动运行即为电机在其对应的驱动控制系统的作用下，驱动控制系统中逆变电路使能，逆变电路按照开关周期发出一定占空比的方波。在该种状态下，电机端电压检测电路的处理器30将会生成一个偏置信号并发送至电机端电压检测电路的求差积分电路20，以使求差积分电路20根据接收的信号开始运行。通过调整求差积分电路20的一个输入量也即偏置信号，实现积分输出的增加或者减少，进而结合实际运行情况，可以实现电机端电压检测操作。
电压采样信号通过电机端电压检测电路的采样电路10采集并发送至求差积分电路20，采样电路10设置于电机的输入端。在电机的输入端与外部逆变电路的输入端之间设置有采样电路10，该采样电路10用于在电机启动运行时，对逆变电路输送至电机的方波信号进行采集，得到相应的电压采样信号，并输送至求差积分电路20。求差积分电路20在接收到偏置信号以及电压采样信号之后，将会根据偏置信号和电压采样信号进行求差积分等处理之后，滤除电压采样信号中的开关频率干扰成分，得到电压采样值并输送至处理器30。
应当指出的是，采样电路10的具体类型并是不是唯一的，在一个实施例中，可以采用电阻分压采样电路10实现，该种采样电路10形式具有成本低的优点。在其它实施例中，还可以是采用含有运算放大器且截止频率远高于电机最大输出频率的滤波电路完成，只要能够得到电压信号即可。请结合参阅图2，以电阻分压采样电路10为例，针对电机的每一输入端与外部逆变电路之间，均设置有一电阻分压采样电路10，将每一电阻分压采样电路10中两电阻的公共端作为采样输出端与求差积分电路20的第一输入端连接，输出电压采样值至求差积分电路20，也即分别输出V1、V2和V3至求差积分电路20的第一输入端。
处理器30在接收到求差积分电路20输出的电压采样值之后，将会进一步结合其内部预存的预设检测电路参数进行分析计算，得到最终滤除高频开关干扰的电压检测值，完成一次电机端电压检测操作。
进一步地，在一个实施例中，请参阅图6，求差积分电路20包括第一电阻R9、第二电阻R10、第一放大器S1、第一电容C1和第二电容C2，第一电阻R9的一端作为求差积分电路20的第二输入端与处理器30的偏置端连接，第一电阻R9的另一端连接第一放大器S1的反向输入端和第一电容C1的一端，第一放大器S1的输出端作为求差积分电路20的输出端连接第一电容C1的另一端和处理器30的输入端，第二电阻R10的一端作为求差积分电路20的第一输入端与采样电路10连接，第二电阻R10的另一端连接第一放大器S1的正向输入端和第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地。
对应的，请结合参阅图12，处理器30包括模数转换器32和偏置信号发生器31，模数转换器32连接偏置信号发生器31和求差积分电路20的输出端，偏置信号发生器31连接求差积分电路20的第二输入端。相应的，在该种情况下，预设检测电路参数包括电机端电压检测电路的增益K(包括采样电路10的增益、求差积分电路20的积分系数等部分)，电机前端连接的外部逆变电路的开关周期Ts。在处理器30输入求差积分电路20的第二输入端输入的偏置信号为低电平时，那么实际的积分过程只有电机端电压信号在参与，通过计算每个周期积分量的增加值就可以获取采样信号在一个开关周期内的平均值，具体计算方式如下，
Figure BDA0002764032650000161
其中，un表示当前采集次数对应的电压采样值，un-1表示上一采样次数对应的电压采样值，vn表示最终的电压检测值。可以理解，在首次进行电压检测时，并不会存在un-1，故该计算方式为非首次进行电压检测值分析时对应的电压检测值计算方式。对应的，在首次采样进行电压检测值计算时，具体计算方式如下：
Figure BDA0002764032650000162
其中，un表示当前采集次数对应的电压采样值，u0表示预设初始采样值，vn表示最终的电压检测值。而预设初始采样值的具体大小也并不是唯一的，可以是0，也可以是电源电压值，常见的电源电压值为3.3V或者5V。具体将预设初始采样值设置为何种大小，具体取决于电机端电压检测电路工作前，偏置信号的值以及电路工作模式。在该种求差积分电路20结构下，偏置信号为低电平时对应的工作波形如图7所述。
在处理器30输入求差积分电路20的第二输入端输入的偏置信号为高电平时，对应参与积分的变量将会是电机端电压信号以及偏置信号Vcc，故在该种情况下对应的电压检测值的计算方式为：
Figure BDA0002764032650000171
其中，un表示当前采集次数对应的电压采样值，un-1表示上一采样次数对应的电压采样值，vn表示最终的电压检测值。可以理解，在首次进行电压检测时，并不会存在un-1，故该计算方式为非首次进行电压检测值分析时对应的电压检测值计算方式。对应的，在首次采样进行电压检测值计算时，具体计算方式如下：
Figure BDA0002764032650000172
其中，un表示当前采集次数对应的电压采样值，u0表示预设初始采样值，vn表示最终的电压检测值。而预设初始采样值的具体大小也并不是唯一的，可以是0，也可以是电源电压值，常见的电源电压值为3.3V或者5V。具体将预设初始采样值设置为何种大小，具体取决于电机端电压检测电路工作前，偏置信号的值以及电路工作模式。在该种求差积分电路20结构下，偏置信号为高电平时对应的工作波形如图8所述。
在一个实施例中，请参阅图9，求差积分电路20包括第三电阻R11、第四电阻R12、第二放大器S2、第三电容C3和第四电容C4，第三电阻R11的一端作为求差积分电路20的第一输入端与采样电路10连接，第三电阻R11的另一端连接第二放大器S2的反向输入端和第三电容C3的一端，第二放大器S2的输出端作为求差积分电路20的输出端连接第三电容C3的另一端和处理器30的输入端，第四电阻R12的一端作为求差积分电路20的第二输入端与处理器30的偏置端连接，第四电阻R12的另一端连接第二放大器S2的正向输入端和第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端接地。
对应的，请结合参阅图12，处理器30包括模数转换器32和偏置信号发生器31，模数转换器32连接偏置信号发生器31和求差积分电路20的输出端，偏置信号发生器31连接求差积分电路20的第二输入端。当输入求差积分电路20的偏置信号为0时，电压检测值的具体计算方式如下：非首次进行采样计算时，
Figure BDA0002764032650000181
而在首次采样计算时，
Figure BDA0002764032650000182
当输入的偏置信号为高电平时，非首次进行采样计算的方式为：
Figure BDA0002764032650000183
Figure BDA0002764032650000184
而在首次采样计算的情况下，
Figure BDA0002764032650000185
上述公式中各个字母对应的含义与上述图6结构求差积分电路20下相同，在此不再赘述。
上述电机端电压检测电路，在电机的输入端设置有采样电路10进行电机输入端的电压采样信号的采集，同时，采样电路10还进一步连接有求差积分电路20和处理器30。求差积分电路20根据处理器30发送的偏置信号与采样电路10采集的电压采样信号进行求差积分处理之后，最终在处理器30内结合预设检测电路参数换算出电压检测值，实现电机端电压的检测操作。通过上述方案，在对电机端电压检测时，能够利用求差积分电路20对初步采样得到的电压采样信号进行求差积分处理，从而可以有效地滤除外部逆变电路输出至电机前端的方波信号中的频率干扰，做到最小的相位延迟(半个开关周期)，进而可以实现逆变电路输出电压非线性精确补偿，与传统的交流变频电机的端电压采样方法相比，具有较强的采样可靠性。
一种空调系统，包括电机和上述的电机端电压检测电路。
具体地，本实施例中的空调系统，在电机前端设置有上述各个实施例所示的电机端电压检测电路，本实施例的空调系统，在电机的输入端设置有采样电路10进行电机输入端的电压采样信号的采集，同时，采样电路10还进一步连接有求差积分电路20和处理器30。求差积分电路20根据处理器30发送的偏置信号与采样电路10采集的电压采样信号进行求差积分处理之后，最终在处理器30内结合预设检测电路参数换算出电压检测值，实现电机端电压的检测操作。通过上述方案，在对电机端电压检测时，能够利用求差积分电路20对初步采样得到的电压采样信号进行求差积分处理，从而可以有效地滤除外部逆变电路输出至电机前端的方波信号中的频率干扰，做到最小的相位延迟(半个开关周期)，进而可以实现逆变电路输出电压非线性精确补偿，与传统的交流变频电机的端电压采样方法相比，具有较强的采样可靠性。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种电机端电压检测方法，其特征在于，包括：
当电机启动运行时，向求差积分电路发送偏置信号；
接收所述求差积分电路根据所述偏置信号和电压采样信号进行求差积分处理后输出的电压采样值；所述电压采样信号通过采样电路采集并发送至所述求差积分电路，所述采样电路设置于电机的输入端，所述采样电路连接所述求差积分电路；
根据所述电压采样值和预设检测电路参数进行分析，得到电机端的电压检测值。
2.根据权利要求1所述的电机端电压检测方法，其特征在于，所述根据所述电压采样值和预设检测电路参数进行分析，得到电机端电压检测值的步骤包括：
判断所述电压采样值是否大于预设线性区最小电压值且小于预设线性区最大电压值；
若是，则将所述偏置信号翻转，根据所述电压采样值和预设检测电路参数计算得到电机端的电压检测值，并返回所述向求差积分电路发送偏置信号的步骤。
3.根据权利要求2所述的电机端电压检测方法，其特征在于，所述判断所述电压采样值是否大于预设线性区最小电压值且小于预设线性区最大电压值的步骤之后，还包括：
若否，判断是否接收到采样终止信号；
当未接收到采样终止信号时，返回所述向求差积分电路发送偏置信号的步骤。
4.根据权利要求3所述的电机端电压检测方法，其特征在于，所述判断是否接收到采样终止信号的步骤之后，还包括：
当接收到采样终止信号时，结束电机端电压检测操作。
5.根据权利要求2所述的电机端电压检测方法，其特征在于，所述根据所述电压采样值和预设检测电路参数计算得到电机端的电压检测值的步骤，包括：
当首次进行电压检测值分析时，根据所述电压采样值、预设检测电路参数和预设初始采样值进行计算，得到电机端的电压检测值；
当非首次进行电压检测值分析时，根据当前采集次数对应的所述电压采样值、上一采集次数对应的所述电压采样值和预设检测电路参数进行计算，得到电机端的电压检测值。
6.一种电机端电压检测装置，其特征在于，包括：
偏置信号发送模块，用于当电机启动运行时，向求差积分电路发送偏置信号；
电压采样值获取模块，用于接收所述求差积分电路根据所述偏置信号和电压采样信号进行求差积分处理后输出的电压采样值；所述电压采样信号通过采样电路采集并发送至所述求差积分电路，所述采样电路设置于电机的输入端，所述采样电路连接所述求差积分电路；
电压检测值分析模块，用于根据所述电压采样值和预设检测电路参数进行分析，得到电机端的电压检测值。
7.一种电机端电压检测电路，其特征在于，包括采样电路、求差积分电路和处理器，所述采样电路设置于电机的输入端，所述采样电路连接所述求差积分电路的第一输入端，所述求差积分电路的输出端连接所述处理器的输入端，所述处理器的偏置端连接所述求差积分电路的第二输入端，所述处理器用于根据权利要求1-5任一项所述的方法进行电机端电压检测。
8.根据权利要求7所述的电机端电压检测电路，其特征在于，所述求差积分电路包括第一电阻、第二电阻、第一放大器、第一电容和第二电容，所述第一电阻的一端作为所述求差积分电路的第二输入端与所述处理器的偏置端连接，所述第一电阻的另一端连接所述第一放大器的反向输入端和所述第一电容的一端，所述第一放大器的输出端作为所述求差积分电路的输出端连接所述第一电容的另一端和所述处理器的输入端，所述第二电阻的一端作为所述求差积分电路的第一输入端与所述采样电路连接，所述第二电阻的另一端连接所述第一放大器的正向输入端和所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端接地。
9.根据权利要求7所述的电机端电压检测电路，其特征在于，所述求差积分电路包括第三电阻、第四电阻、第二放大器、第三电容和第四电容，所述第三电阻的一端作为所述求差积分电路的第一输入端与所述采样电路连接，所述第三电阻的另一端连接所述第二放大器的反向输入端和所述第三电容的一端，所述第二放大器的输出端作为所述求差积分电路的输出端连接所述第三电容的另一端和所述处理器的输入端，所述第四电阻的一端作为所述求差积分电路的第二输入端与所述处理器的偏置端连接，所述第四电阻的另一端连接所述第二放大器的正向输入端和所述第四电容的一端，所述第四电容的另一端接地。
10.根据权利要求7所述的电机端电压检测电路，其特征在于，所述处理器包括模数转换器和偏置信号发生器，所述模数转换器连接所述偏置信号发生器和所述求差积分电路的输出端，所述偏置信号发生器连接所述求差积分电路的第二输入端。
11.根据权利要求7所述的电机端电压检测电路，其特征在于，所述采样电路为分压采样电路。
12.一种空调系统，其特征在于，包括电机和权利要求7-11任一项所述的电机端电压检测电路。
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