CN113466690A - 一种大功率永磁同步电机电流采样电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大功率永磁同步电机电流采样电路,包括处理器单元、IGBT/MOSFET驱动电路单元、大功率永磁同步电机单元、双电流采样电路单元、AD转换单元；IGBT/MOSFET驱动电路单元接收处理器单元的PWM信号，经过调理放大后输出三相驱动信号；大功率永磁同步电机单元接收三相驱动信号后转动，输出电流信号；双电流采样电路单元接收大功率永磁同步电机的电流信号并进行监测，输出第一电流模拟量和第二电流模拟量；AD转换单元转换后输出第一电流采样值和第二电流采样值；处理器单元接收AD转换单元的第一电流采样值和第二电流采样值，进行控制算法解算后输出PWM信号。本发明实现了大功率永磁同步电机电流采样电路的高精度、强抗扰的特性。

Description

一种大功率永磁同步电机电流采样电路

技术领域

本发明涉及电流采样电路，特别是一种大功率永磁同步电机电流采样电路。

背景技术

高精度的电流采样对永磁同步电机闭环控制至关重要。在永磁同步电机全电压启动及紧急制动过程中，由于电枢内阻小，会产生很大的冲击电流，可能毁坏电流采样电路。另外，大功率永磁同步电机工作电磁环境尤为恶劣，电流采样电路输出的模拟信号容易引入开关噪声，导致采样得到的电流波形含丰富的高频开关毛刺，引起电机控制环误动作。因此，大功率永磁同步电机对电流采样电路提出了高精度、强抗扰等严苛要求。

国内外关于大功率永磁同步电机对电流采样电路主要包括以下两种方式：1)通过测量采样电阻两端电压来监测流经电流，该方案简单低成本易实现。但电流采样电路在不同运行工况下参数漂移明显，测量精度较低；2)通过一片霍尔电流传感芯片来监测流经电流，以供电电压为基准，进行电流值解算。但供电电压的扰动，直接导致解算电流值偏移。另外，以上两种方案均直接将器件串联至主回路内，器件的失效将直接导致整个系统发生短路故障。

发明内容

本发明解决的技术问题提出一种高精度强抗扰的大功率永磁同步电机电流采样电路。

一种大功率永磁同步电机电流采样电路,包括处理器单元、IGBT/MOSFET驱动电路单元、大功率永磁同步电机单元、双电流采样电路单元、AD转换单元；双电流采样电路单元由第一电流采样电路、第二电流采样电路、供电模块组成；

处理器单元输出PWM信号；IGBT/MOSFET驱动电路单元接收处理器单元的PWM信号，经过调理放大后输出三相驱动信号；大功率永磁同步电机单元接收三相驱动信号后转动，输出电流信号；双电流采样电路单元接收大功率永磁同步电机的电流信号并进行监测，输出第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量；AD转换单元接收双电流采样电路单元的第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量，进行AD转换后输出第一电流向量采样值和第二电流向量采样值；处理器单元接收AD转换单元的第一电流向量采样值和第二电流向量采样值，进行控制算法解算后输出PWM信号，实现大功率永磁同步电机系统闭环控制。

进一步地，双电流采样电路单元中的第一电流采样电路、第二电流采样电路，分别选用两片不同原理的霍尔电流传感芯片并联，其中一片输入输出引脚反向配置，即由芯片定义的输出引脚流入，定义的输入引脚流出，分别输出第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量，监测的电机电流为两路电流分流向量的差值。

进一步地，霍尔电流传感芯片分别选用Allegro公司的ACE770ECB-200B和航天513所的HCS724-200B。

进一步地，供电模块为5V，选用Linear公司的LT3082EST电源芯片；

AD转换单元选用AD公司的AD7606，将第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量分别接入引脚，进行外围电路配置，实现与处理器单元通讯；

处理器单元选用TI的6000系列DSP或Xilinx的ZYNQ处理器，处理器包括PWM模块以及与AD转换单元通讯的GPIO口。

本发明以双电流传感拓扑技术、电压基准自校正技术、电流实时监测及故障隔离技术为手段，具有如下有益效果：

1.硬件成本低，性价比极高；

2.可实现供电电压基准自校正；

3.具有明显的高精度、强抗扰等优点。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1电流采样电路硬件结构框图；

图2 5V供电模块电路图；

图3双电流采样电路原理图；

图4 AD转换单元电路图电路图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

本发明的目的是提供一种高精度强抗扰的大功率永磁同步电机电流采样电路。该电路针对MOSFET和IGBT功率模块，构造了一种新型双电流传感拓扑结构，集成电流监测和故障隔离功能于一体，可实现供电电压基准自校正，满足了大功率永磁同步电机对电流采样电路提出了高精度、强抗扰等严苛要求。

本发明电流采样电路为双电流传感拓扑技术、电压基准自校正技术、电流实时监测及故障隔离技术等提供硬件基础。本发明硬件结构方框示意图如图1所示，硬件电路包括处理器单元、IGBT/MOSFET驱动电路单元、大功率永磁同步电机单元、双电流采样电路单元、AD转换单元等五大单元，如图1所示。其中，双电流采样电路单元由第一电流采样电路、第二电流采样电路、5V供电模块等三部分组成。

各单元之间的逻辑关系是：处理器单元可输出PWM信号，IGBT/MOSFET驱动电路单元接收处理器单元的PWM信号，经过调理放大后输出三相驱动信号；大功率永磁同步电机单元接收三相驱动信号后转动，输出电流信号；双电流采样电路单元接收大功率永磁同步电机的电流信号并进行监测，输出第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量；AD转换单元接收双电流采样电路单元的第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量，进行AD转换后输出第一电流向量采样值和第二电流向量采样值；处理器单元接收AD转换单元的第一电流向量采样值和第二电流向量采样值，进行一定的控制算法解算后输出PWM信号，实现大功率永磁同步电机系统闭环控制。

所述IGBT/MOSFET驱动电路单元可选用通用化驱动模块产品，接收处理器的PWM信号，产生大功率永磁同步电机单元所需的三相驱动信号。

所述双电流采样电路单元，包括第一电流采样电路、第二电流采样电路、5V供电模块。5V供电模块为第一电流采样电路和第二电流采样电路提供必需的二次电源需求，为通用设计，如图2所示，对供电电压精度要求不高，可选用Linear公司的LT3082EST电源芯片，并适配适当的外围电路；第一电流采样电路和第二电流采样电路是本专利的重要连接步骤，选用Allegro公司的ACE770ECB-200B和航天513所的HCS724-200B，将该2片不同原理的霍尔电流传感芯片并联，且其中一片输入输出引脚反向配置(即由芯片定义的输出引脚流入，定义的输入引脚流出)，输出第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量，如图3所示。所监测的电机电流Isum与电流分流向量1(I1)和电流分流向量2(I2)的关系为：Isum＝I1-I2。该连接构成双电流采样电路，可有效避免共模故障，且可消除供电电压基准扰动等共模干扰引发的电流解算精度下降问题，具有高精度强抗扰等优点。

所述AD转换单元将第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量进行AD转换，选用AD公司的AD7606，将第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量分别接入第49和51引脚，并进行一定的外围电路配置，以实现与处理器单元通讯，如图4所示。

所述处理器单元可选用TI的高性能6000系列DSP或Xilinx的ZYNQ处理器可实现强大的I/O控制功能，以及高速的信号处理能力以实现实时控制。处理器需自带PWM模块，产生电机拖动与控制所必须的PWM信号，以及与AD转换单元通讯的GPIO口。

该发明以永磁同步电机电流采样电路以高功率和高可靠性的高端装备电动伺服系统应用背景，适用于金属-氧化层半导体场效晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)功率模块，具有重要的工程意义与社会经济价值。

Claims (4)

1.一种大功率永磁同步电机电流采样电路,其特征在于，包括处理器单元、IGBT/MOSFET驱动电路单元、大功率永磁同步电机单元、双电流采样电路单元、AD转换单元；双电流采样电路单元由第一电流采样电路、第二电流采样电路、供电模块组成；

处理器单元输出PWM信号；IGBT/MOSFET驱动电路单元接收处理器单元的PWM信号，经过调理放大后输出三相驱动信号；大功率永磁同步电机单元接收三相驱动信号后转动，输出电流信号；双电流采样电路单元接收大功率永磁同步电机的电流信号并进行监测，输出第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量；AD转换单元接收双电流采样电路单元的第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量，进行AD转换后输出第一电流向量采样值和第二电流向量采样值；处理器单元接收AD转换单元的第一电流向量采样值和第二电流向量采样值，进行控制算法解算后输出PWM信号，实现大功率永磁同步电机系统闭环控制。

2.如权利要求1所述的一种大功率永磁同步电机电流采样电路,其特征在于，双电流采样电路单元中的第一电流采样电路、第二电流采样电路，分别选用两片不同原理的霍尔电流传感芯片并联，其中一片输入输出引脚反向配置，即由芯片定义的输出引脚流入，定义的输入引脚流出，分别输出第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量，监测的电机电流为两路电流分流向量的差值。

3.如权利要求2所述的一种大功率永磁同步电机电流采样电路,其特征在于，霍尔电流传感芯片分别选用Allegro公司的ACE770ECB-200B和航天513所的HCS724-200B。

4.如权利要求1-3中任一项所述的一种大功率永磁同步电机电流采样电路,其特征在于，供电模块为5V，选用Linear公司的LT3082EST电源芯片；

AD转换单元选用AD公司的AD7606，将第一电流向量模拟量和第二电流向量模拟量分别接入引脚，进行外围电路配置，实现与处理器单元通讯；

处理器单元选用TI的6000系列DSP或Xilinx的ZYNQ处理器，处理器包括PWM模块以及与AD转换单元通讯的GPIO口。

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