CN113376432A - 一种低成本电机控制器电流实时采样方法 - Google Patents
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Abstract
一种低成本电机控制器电流实时采样方法，包括：采用不带AD触发功能单片机，通过在采样电阻两端连接电流放大运放处理器U1，电流放大运放处理器U1连接滤波电阻R2，通过设置与滤波电阻R2连接的电流滤波电容C1、C2、C3，以及设置动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3，根据驱动MOS管Q2的开启时间控制动态调整开关S1、S2、S3的开关，进而控制电流滤波电容的连接，以此实现对电流采样端滤波电容进行动态调节，降低延时时长，该方法成本低，可靠性高，能满足系统实时性要求。
Description
技术领域
本发明涉及电机控制器采样技术领域，具体涉及一种低成本电机控制器电流实时采样方法。
背景技术
电机控制器是通过主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路。电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中。它是电动车辆的关键零部件之一。
现有在对电机控制电流采集进行采集时，通过使用带有AD触发功能的单片机可进行实时采样，这种方式成本较高，而使用不带AD触发功能的单片机进行实时采样时，需要使用电流互感器，但电流互感器体积大成本高，同样提高了整体的成本，且限制输出占空比，降低了电机转速达不到系统设计要求，需要大量的软件算法，以及外扩RAM与Flash增加电路的复杂性与成本，电流采样端进行固定大电容滤波，虽然占空比较小时能进行电流有效采样，因为大电容造成延时时间长，在占空比较大时实时性较差，不能满足系统要求。
发明内容
本发明所要克服的是现有的电机控制器电流实时采样方式成本较高的问题，目的是提供一种低成本电机控制器电流实时采样方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：
一种低成本电机控制器电流实时采样方法，包括：
电机驱动电路，所述电机驱动电路为MOS管H桥电路，其中MOS管H桥电路中四个驱动MOS管分别为驱动MOS管Q1、驱动MOS管Q2、驱动MOS管Q3、驱动MOS管Q4；
所述驱动MOS管Q2与驱动MOS管Q4之间接线电性连接采样电阻R1一端，所述采样电阻R1两端连接电流放大运放处理器U1接线端，所述电流放大运放处理器U1连接电流滤波电阻R2，所述电流滤波电阻R2分别连接电流滤波电容C1、电流滤波电容C2、电流滤波电容C3,所述电流滤波电容C1串联动态调整开关S1，所述电流滤波电容C2串联有动态调整开关S2，所述电流滤波电容C3串联有动态调整开关S3；
所述低成本电机控制器电流实时采样方法，操作如下：
S1、当驱动MOS管Q2打开，驱动MOS管Q1关闭并且驱动MOS管Q4关闭，驱动MOS管Q3打开时，电压VCC经驱动MOS管Q3、电机线圈L1、电机线圈L2、驱动MOS管Q2和采样电阻R1与GND形成回路，产生U相电流Iu，电流从采样电阻R1上流过形成电压V1，经过电流放大运放处理器U1后得到电压V2；再经低通滤波处理得到电压V3，采样电阻R1两端的电压Ur，根据欧姆定律可的得到流经采样电阻R1的电流为Ur/R1即：Iu＝Ur/R1；
S2、当驱动MOS管Q2关闭，驱动MOS管Q4打开时，设电压V1与电压V2的相移时间为t1，电压V2到电压V3的相移时间为t2，电压V1到电压V3的相移时间为t3即：t3＝t1+t2，单片机采样完成的最短时间为t4；
S3、不带AD触发功能单片机需要在驱动MOS管Q2开启后，必须经过t5时间才能进行采样，因此驱动MOS管Q2的开启时间Ton只有大于T1(T1＝t3+t4+t5)采集到的的电流方为有效；
S4、系统固定后，t4和t5不能更改；
4.1当驱动MOS管Q2开通时间Ton大于T3时，流过驱动MOS管Q2的电流最大，为保证实时性要求且能满足S3描述的电流采样要求，利用单片机控制动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3关闭；
4.2当Ton大于T2但小于T3时，打开S1,关闭动态调整开关S2、动态调整开关S3；
4.3当Ton大于T1但小于T2时，打开动态调整开关S1、动态调整开关S2关闭动态调整开关S3；
4.4当Ton小于T1，打开动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3，此时虽然Ton<T1,但滤波系数很大，电压V3不会突变，能满足S3的电流采样要求。
进一步的，所述驱动MOS管Q1与驱动MOS管Q2构成一个控制臂，所述驱动MOS管Q3与驱动MOS管Q4构成一个控制臂。
进一步的，所述T1根据S3中计算得到，T2、T3为台架试验线下测试并经过计算得出。
进一步的，所述动态调整开关S1、动态调整开关S2、电流滤波电容C3端头一端接地设置。
进一步的，所述电流放大运放处理器U1的反相输入端与同相输入端分别对应连接在采样电阻R1两端，所述电流放大运放处理器U1输出端连接电流滤波电阻R2。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，采用不带AD触发功能单片机，通过在采样电阻两端连接电流放大运放处理器U1，电流放大运放处理器U1连接滤波电阻R2，通过设置与滤波电阻R2连接的电流滤波电容C1、C2、C3，以及设置动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3，根据驱动MOS管Q2的开启时间控制动态调整开关S1、S2、S3的开关，进而控制电流滤波电容的连接，以此实现对电流采样端滤波电容进行动态调节，降低延时时长，该方法成本低，可靠性高，能满足系统实时性要求。
附图说明
图1为本发明的采样电路图；
图2为本发明的单片机调节动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3，逻辑控制图；
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
实施例1
如图1-2所示；一种低成本电机控制器电流实时采样方法，包括：
电机驱动电路，电机驱动电路为MOS管H桥电路，其中MOS管H桥电路中四个驱动MOS管分别为驱动MOS管Q1、驱动MOS管Q2、驱动MOS管Q3、驱动MOS管Q4；驱动MOS管Q1与驱动MOS管Q2构成一个控制臂，驱动MOS管Q3与驱动MOS管Q4构成一个控制臂；
驱动MOS管Q2与驱动MOS管Q4之间接线电性连接采样电阻R1一端，采样电阻R1两端连接电流放大运放处理器U1接线端，电流放大运放处理器U1连接电流滤波电阻R2，电流滤波电阻R2分别连接电流滤波电容C1、电流滤波电容C2、电流滤波电容C3,电流滤波电容C1串联动态调整开关S1，电流滤波电容C2串联有动态调整开关S2，电流滤波电容C3串联有动态调整开关S3；电流放大运放处理器U1的反相输入端与同相输入端分别对应连接在采样电阻R1两端，电流放大运放处理器U1输出端连接电流滤波电阻R2；
S1：
1.1当驱动MOS管Q2打开，驱动MOS管Q1关闭并且驱动MOS管Q4关闭，驱动MOS管Q3打开时电压VCC经驱动MOS管Q3、电机线圈L1、电机线圈L2然后经驱动MOS管Q2和采样电阻R1与GND形成回路，产生U相电流Iu,采集采样电阻R1两端的电压Ur,根据欧姆定律可的得到流经采样电阻R1的电流为Ur/R1即：Iu＝Ur/R1；
1.2、当驱动MOS管Q2关闭，驱动MOS管Q4打开时，因为电机线圈L1、电机线圈L2为感性元件，因感性元件固有的电流不能突变特性，U相电流将经过驱动MOS管Q4然后经过驱动MOS管Q2反向寄生二极管重新回到电机线圈L1、L2，此时虽然U相电流存在，但电流未经过采样电阻R1，不能在采样电阻R1上形成电压Ur，因此不能进行电流采样；
1.3、根据1.1描述当驱动MOS管Q2打开时，电流从采样电阻R1上流过形成电压V1，经过电流放大运放处理器U1后得到电压V2；单片机为了得到稳定的电压需要对V2进行低通滤波得到电压V3；根据1.2描述当驱动MOS管Q2关闭时，虽然U相电流存在但不能进行电流采样；
S2：设电压V1与电压V2的相移时间为t1,电压V2到电压V3的相移时间为t2,电压V1到电压V3的相移时间为t3即：t3＝t1+t2，单片机采样完成的最短时间为t4；
S3：带AD触发功能单片机在驱动MOS管Q2开启时即可进行采样，本发明使用的不带AD触发功能单片机需要在驱动MOS管Q2开启后，必须经过t5时间才能进行采样，因此驱动MOS管Q2的开启时间Ton只有大于T1(T1＝t3+t4+t5)采集到的的电流方为有效；
S4：系统固定后，t4和t5不能更改，本发明针对时间t3设计了如图2所示的流程控制图；
4.1当驱动MOS管Q2开通时间Ton大于T3时，流过驱动MOS管Q2的电流最大，为保证实时性要求且能满足S3描述的电流采样要求，单片机控制动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3关闭；
4.2、当Ton大于T2但小于T3时，打开S1,关闭动态调整开关S2、动态调整开关S3；
4.3、当Ton大于T1但小于T2时，打开动态调整开关S1、动态调整开关S2关闭动态调整开关S3；
4.4、当Ton小于T1，打开动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3，此时虽然Ton<T1,但滤波系数很大，电压V3不会突变，能满足S3的电流采样要求；
其中T1根据S3中计算得到，文中所述T1、T2、T3满足T3>T2>T1,目的是针对不同的开通时间Ton和如图1中所示的滤波电容与动态调节开关配合得到最佳的电流采样并保证实时性。T2、T3为离线调试得到，以T2具体调试为例：固定滤波电容C2的容量参数同时打开S1，关闭动态调整开关S2、动态调整开关S3。根据软件对电流的检测结果并通过示波器实际对比，不断优化计算T2，得到最优的T2。具有较高的鲁棒性且准确度极高。
采用不带AD触发功能单片机，通过在采样电阻两端连接电流放大运放处理器U1，电流放大运放处理器U1连接滤波电阻R2，通过设置与滤波电阻R2连接的电流滤波电容C1、C2、C3，以及设置动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3，根据驱动MOS管Q2的开启时间控制动态调整开关S1、S2、S3的开关，进而控制电流滤波电容的连接，以此实现对电流采样端滤波电容进行动态调节，降低延时时长，该方法成本低，可靠性高，能满足系统实时性要求。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (5)
1.一种低成本电机控制器电流实时采样方法，其特征在于，包括：
电机驱动电路，所述电机驱动电路为MOS管H桥电路，其中MOS管H桥电路中四个驱动MOS管分别为驱动MOS管Q1、驱动MOS管Q2、驱动MOS管Q3、驱动MOS管Q4；
所述驱动MOS管Q2与驱动MOS管Q4之间接线电性连接采样电阻R1一端，所述采样电阻R1两端连接电流放大运放处理器U1接线端，所述电流放大运放处理器U1连接电流滤波电阻R2，所述电流滤波电阻R2分别连接电流滤波电容C1、电流滤波电容C2、电流滤波电容C3,所述电流滤波电容C1串联动态调整开关S1，所述电流滤波电容C2串联有动态调整开关S2，所述电流滤波电容C3串联有动态调整开关S3；
所述低成本电机控制器电流实时采样方法，操作如下：
S1、当驱动MOS管Q2打开，驱动MOS管Q1关闭并且驱动MOS管Q4关闭，驱动MOS管Q3打开时，电压VCC经驱动MOS管Q3、电机线圈L1、电机线圈L2、驱动MOS管Q2和采样电阻R1与GND形成回路，产生U相电流Iu，电流从采样电阻R1上流过形成电压V1，经过电流放大运放处理器U1后得到电压V2；再经低通滤波处理得到电压V3，采样电阻R1两端的电压Ur，根据欧姆定律可的得到流经采样电阻R1的电流为Ur/R1即：Iu＝Ur/R1；
S2、当驱动MOS管Q2关闭，驱动MOS管Q4打开时，设电压V1与电压V2的相移时间为t1，电压V2到电压V3的相移时间为t2，电压V1到电压V3的相移时间为t3即：t3＝t1+t2，单片机采样完成的最短时间为t4；
S3、不带AD触发功能单片机需要在驱动MOS管Q2开启后，必须经过t5时间才能进行采样，因此驱动MOS管Q2的开启时间Ton只有大于T1(T1＝t3+t4+t5)采集到的的电流方为有效；
S4、系统固定后，t4和t5不能更改；
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4.2当Ton大于T2但小于T3时，打开S1,关闭动态调整开关S2、动态调整开关S3；
4.3当Ton大于T1但小于T2时，打开动态调整开关S1、动态调整开关S2关闭动态调整开关S3；
4.4当Ton小于T1，打开动态调整开关S1、动态调整开关S2、动态调整开关S3，此时虽然Ton<T1,但滤波系数很大，电压V3不会突变，能满足S3的电流采样要求。
2.根据权利要求1所述的一种低成本电机控制器电流实时采样方法，其特征在于，所述驱动MOS管Q1与驱动MOS管Q2构成一个控制臂，所述驱动MOS管Q3与驱动MOS管Q4构成一个控制臂。
3.根据权利要求1所述的一种低成本电机控制器电流实时采样方法，其特征在于，所述T1根据S3中计算得到，T2、T3为台架试验线下测试并经过计算得出。
4.根据权利要求1所述的一种低成本电机控制器电流实时采样方法，其特征在于，所述动态调整开关S1、动态调整开关S2、电流滤波电容C3端头一端接地设置。
5.根据权利要求1所述的一种低成本电机控制器电流实时采样方法，其特征在于，所述电流放大运放处理器U1的反相输入端与同相输入端分别对应连接在采样电阻R1两端，所述电流放大运放处理器U1输出端连接电流滤波电阻R2。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A low-cost real-time current sampling method for motor controllers Granted publication date: 20220610 Pledgee: Guangde Licheng Financing Guarantee Co.,Ltd. Pledgor: Anhui Chenji New Energy Technology Co.,Ltd. Registration number: Y2024980007226 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |