CN113607969A - 一种测温测速电路、具有该电路的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电机测温测速技术领域，具体是一种测温测速电路、具有该电路的装置及方法，该测温测速电路包括测速模块，耦接该电机电路，用以检测电机转速，并输出一测速信号；以及测温模块，耦接该电机电路及测速模块，用以检测电机温度，并输出一测温信号；以及电压跟随模块，耦接该电机电路、测速模块及测温模块；用以将测速信号与测温信号同时输出，可以通过电机的同一输出端口实时检测到电机的温度变化与速度变化。
Description
技术领域
本发明涉及电机测温测速技术领域，具体是一种测温测速电路、具有该电路的装置及方法。
背景技术
目前市场上常用电机的出线方式都为3+6芯一体式出线，除了三相与霍尔使用的8根芯线与处理单元连接之外，还有1根芯线用来连接至处理单元作为测速端口使用，处理单元用于控制电机和检测电机的状态，但近年来越来越多的用户要求电机包含测温功能，因此出现了芯线不够用的情况，结合以上原因，如何让市场上常见的电机和目前正在使用的电机在不改变原有的电机出线的基础上也能进行测温测速正是本申请所考虑的问题所在。
为此，许多生产厂家和有识之士进行开发和研制，但至今尚未有较理想的产品面世。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测温测速电路、具有该电路的装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题，通过设置测温测速同端口检测电路，将测温电路采集到的电压信号与测速电路的脉冲信号同时经电压跟随器送入MCU，可以保证输入端高阻抗，这样，对于输入信号的影响可以做到很小；另一方面，输出阻抗变得很低，AD输入阻抗对输入信号的影响也可以做到很小，经过MCU运算后，电机的同一输出端口上可以实时检测到电机的温度变化与速度变化。
第一方面，本发明提出来一种技术方案是：一种测温测速电路，耦接于三相电机的同一测温测速端口，构成电机电路，所述测温测速电路包括：
测速模块，耦接该电机电路，用以检测电机转速，并输出一测速信号；以及
测温模块，耦接该电机电路及所述测速模块，用以检测电机温度，并输出一测温信号；以及
电压跟随模块，耦接该电机电路、所述测速模块及所述测温模块；用以将所述测速信号与所述测温信号同时输出。
所述测速模块包括：
测速霍尔单元，耦接该电机电路，用以测量该电机在工作时的转速，并输出一脉冲信号；以及
反相放大电路单元，耦接该电机电路以及所述测速霍尔单元，用以对该脉冲信号进行处理。
所述反相放大电路单元包括：
第一级反相器，耦接所述测速霍尔单元，用以处理该脉冲信号，并输出一中间信号；以及
第二级反相器，耦接所述第一级反相器，用以处理该中间信号，并恢复输出该脉冲信号。
所述测温模块包括：
基准电压单元，耦接该电机电路，并输出一基准电压信号；以及
可变电压单元，耦接该基准电压单元，并输出一补偿电压信号，用以依据温度变化改变输出补偿电压信号值；以及
放大单元；耦接该可变电压单元，用以依据该补偿电压信号进行放大N倍，并输出一供MCU可靠识别的放大电压信号。
第二方面，本发明提出来一种技术方案是：一种电机驱动装置，适于驱动三相电机，该电机驱动装置包括：
一电机电路；以及
一驱动电路，耦接该电机电路，用以依据一反馈信号控制该电机的电流输入；以及
一测温测速电路，耦接该电机电路，用以检测该电机的转速及温度，并输出一测速信号及一测温信号，所述测温测速电路包括电压跟随模块，所述电压跟随模块耦接该电机电路，并用以将所述测速信号与所述测温信号同时输出；以及
一MCU处理模块，耦接该电机电路、所述电压跟随模块以及电机驱动模块，用以处理所述电压跟随模块输出的信号，并产生一反馈信号用于控制该电机的电流输入。
所述电机电路包括：
电机三相相线模块，耦接所述驱动电路，用以控制该电机运行；
测温测速信号线模块，耦接所述测温测速电路；
以及电机霍尔单元。
第三方面，本发明提出来一种技术方案是：一种电机测温测速方法，包括：
通过一反相放大模块处理该电机内部测速霍尔输出的脉冲信号，并输出一速度检测信号；以及
通过一测温模块处理该电机不同温度下输出的不同电压信号，并输出一温度检测信号；
依据该速度检测信号以及该温度检测信号，同时进行测温测速。
通过一反相放大模块处理该电机内部测速霍尔输出的脉冲信号，并输出一速度检测信号的步骤包括：
将该脉冲信号输入至一第一级反相器进行信号处理，并输出一中间信号；以及
将该中间信号输入至一第二级反相器进行信号处理，并输出速度检测信号。
通过一测温模块处理该电机不同温度下输出的不同电压信号，并输出一温度检测信号的步骤包括：
将电机霍尔单元电源电压信号输入至一基准电压单元，用以输出一基准电压信号；以及
将该基准电压信号输入至一可变电压单元，用以输出一可依据温度而变化的补偿电压信号；以及
将该补偿电压信号输入至一放大单元，用以输出一温度检测信号。
依据该速度检测信号以及该温度检测信号，同时进行测温测速的步骤包括：
将该速度检测信号以及该温度检测信号同时输入至一电压跟随模块，并经过所述电压跟随模块传递至一MCU处理模块进行检测。
本发明通过改进在此提供一种测温测速电路、具有该电路的装置及方法，与现有技术相比，具有如下改进及优点：
将测温单元产生的电压信号与测速单元产生的脉冲信号同时经电压跟随模块的输出端送入外部的处理单元，经过外部的处理单元运算后，可以通过电机的同一输出端口实时检测到电机的温度变化与速度变化，电压信号和脉冲信号经电压跟随模块送入外部的处理单元可以保证输出阻抗变得很低，AD(Analog to Digital,模拟/数字转换)输入阻抗对输入信号的影响也可以做到很小。当温度上升至设定的温度时，控制器能够智能的降低电流，使得电机不至于温度过高而造成损坏。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步解释:
图1为本发明一个实施例中测温测速电路的模块结构示意图；
图2为本发明一个实施中测温测速电路的电路结构示意图；
图3为本发明一个实施例中电机驱动装置的示意图；
图4为本发明一个实施例中测温测速电路方法的步骤流程图。
图中，测速模块1，测温模块2，电压跟随模块3，MCU处理模块4，电机驱动装置5，测速霍尔单元11，反相放大单元12，第一级反相器121，第二级反相器122，基准电压单元21，可变电压单元22，放大单元23，电机电路51，驱动电路52，测温测速电路53，电机三相相线模块511，测温测速信号线模块512，电源521，驱动控制器522，反馈补偿电路523，电流调节电路524，驱动电压Vs,反馈电压Vc。
具体实施方式
本发明的核心是提供一种测温测速电路、具有该电路的装置及方法。
下面将结合附图1至图4对本发明进行详细说明，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。
参照附图1所示出的是，本发明第一方面提出的一种技术方案：一种测温测速电路，耦接于三相电机的同一测温测速端口，构成电机电路，测温测速电路包括：
测速模块1，耦接电机电路，用以检测电机转速，并输出一测速信号；以及
测温模块2，耦接电机电路及测速模块，用以检测电机温度，并输出一测温信号；以及
电压跟随模块3，耦接电机电路、测速模块及测温模块；用以将测速信号与测温信号同时输出。
在本发明的一个实施例中，测温模块2与测速模块1共同连接至电压跟随模块3的输入端，电压跟随模块3的输出端用于与外部的MCU(Microcontroller Unit)处理模块连接，测速信号与测温信号共同通过电压跟随模块3的输出端发送至外部的MCU处理模块4，MCU处理模块4经过运算得到电机的转速与温度。
将测速信号与测温信号同时经电压跟随模块3的输出端送入外部的MCU处理模块4，经过外部的MCU处理模块4运算后，可以通过电机的同一输出端口实时检测到电机的温度变化与速度变化，检测到的电机温度变化信号与速度变化信号经电压跟随模块3送入外部的MCU处理模块4可以保证输出阻抗变得很低，AD(Analog to Digital,模拟/数字转换)输入阻抗对输入信号的影响也可以做到很小。当温度上升至设定的温度时，控制器能够智能的降低电流，使得电机不至于温度过高而造成损坏。
进一步的优选方案，测速模块2包括：
测速霍尔单元11，耦接电机电路51，用以测量电机在工作时的转速，并输出一脉冲信号；以及
反相放大电路单元12，耦接电机电路51以及测速霍尔单元11，用以对脉冲信号进行处理。
具体的，将测速霍尔单元11连接于反相放大电路单元12以及+5V电源端之间，反相放大电路单元12的输出端连接至电压跟随模块3的输入端，测速霍尔单元11输出的脉冲信号经过反相放大电路单元12的处理后输送至电压跟随模块3，能对脉冲信号起到整形和平衡信号延时的作用，同时也更好地保证了脉冲信号的高低电平信号。
进一步的优选方案，反相放大电路单元12包括：
第一级反相器121，耦接测速霍尔单元11，用以处理脉冲信号，并输出一中间信号；以及
第二级反相器122，耦接第一级反相器121，用以处理中间信号，并恢复输出脉冲信号。
作为优选，第一级反相器121包括三极管Q2、电阻R9和电阻R11，三极管Q2的基集分别连接至测速霍尔单元11和电阻R9的一端，三极管Q2的集电极分别连接至电阻R11的一端和第二级反相器122，三极管Q2的发射极接地，电阻R9的另一端和电阻R11的另一端共同连接至+5V电源端。
第二级反相器122包括场效应管Q3和电阻R12，场效应管Q3的栅极连接至电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接至第一级反相放大器221，场效应管Q3的漏极连接至电压跟随模块3的输入端，场效应管Q3的源极接地。更具体地，场效应管Q3的漏极连接至电压跟随器U1B的第五引脚。
由测速霍尔产生的脉冲信号，通过由电阻R9、电阻R11与三极管Q2组成的第一级反相器121输出经电阻R12供给场效应管Q3的栅极，再将第一级反相器121的输出信号通过第二级反相器122恢复原信号送入电压跟随器U1B的输入端，这样既对原信号起到了整形和平衡信号延时的作用，也更好地保证了脉冲信号的高低电平信号。
作为本发明的一个优选实施例，测温模块2包括：
基准电压单元21，耦接电机电路，并输出一基准电压信号；以及
可变电压单元22，耦接基准电压单元，并输出一补偿电压信号，用以依据温度变化改变输出补偿电压信号值；以及
放大单元23；耦接可变电压单元，用以依据补偿电压信号进行放大N倍，并输出一放大电压信号。
作为优选，基准电压单元21包括基准电压芯片U2、电阻R3和电阻R4，基准电压芯片U2的第二引脚分别连接至+5V电源端和测温模块12，基准电压芯片U2的第一引脚分别连接至电阻R3的一端和电阻R4的一端，基准电压芯片U2的第三引脚和电阻R4的另一端共同接地，电阻R3的另一端连接至可变电压单元22。
可变电压单元22用于检测温度，更具体的而言，可变电压单元包括三极管Q1、电容C5和电阻R6，三极管Q1的发射极分别连接至基准电压单元21、放大单元23的输入端和电容C5的一端，三极管Q1的基极连接至发射极，三极管Q1的集电极连接至电阻R6的一端，电容C5的另一端和电阻R6的另一端共同接地。
放大单元23包括运算放大器U1A，运算放大器U1A的第八引脚连接至+5V电源端，第四引脚和第二引脚分别接地，第三引脚连接至三极管Q1的发射极，第二引脚还通过电阻R10连接至第一引脚，第一引脚通过电阻R1连接至电压跟随模块3的输入端。电压跟随模块3为电压跟随器U1B，运算放大器U1A的第一引脚通过电阻R1连接至电压跟随器U1B的输入端，电压跟随器U1B的输出端用于连接至外部的MCU处理模块4。更具体地，运算放大器U1A的第一引脚通过电阻R1连接至电压跟随器U1B的第五引脚，电压跟随器U1B的第六引脚连接至第七引脚并共同形成输出端用于连接至外部的MCU处理模块4。
可变电压单元22的电路通过三极管的倒置使用达到测温的目的，倒置时由于三极管集电区掺杂浓度不高，发射的电子少，同时由于发射区面积小，最终收集的电子也少，形成的电流很小，因此三极管没有放大能力，同时管子的导通压降比正接时要小得多，由三极管特性可知，此时温度的变化会使得其管压降同时变化，基于这一变化产生的电压信号与经过整形的脉冲信号同时通过电压跟随器U1B送入外部的处理单元4检测，经过相关计算可知不同时刻的电机温度与速度的变化。
测温测速电路基于+5V直流供电，为了保证电压的稳定性，在输入端采用基准电压芯片U2取得稳定的电源输入，+5V电源端经电阻R2限流送入由基准电压芯片U2、电阻R3与电阻R4组成的基准电压单元21，输出基准电压源至电阻R5和三极管Q1倒置使用，使用三极管的结温概念，此时三极管Q1相当于一个随温度变化不停改变电压的可变电压源，因为这时候的电压信号变化很微弱，在送入外部的MCU处理模块前，为了数据采集分档的准确性，更方便地计算不同时刻的电机温度值，需要将此时的电压信号经过放大后送入外部的MCU处理模块4，采集的电压信号经过R6分压加上三极管Q1在不同温度下的管压降送入放大单元23的输入端，运算放大器U1A放大后，将放大后的电压信号经电阻R1输入至电压跟随器再送入外部的MCU处理模块4。
在一个实施例中，运算放大器U1A的放大倍数为4.3倍，在实施例中：
通过三个测试板测试电压信号和温度之间的关系为
T≈141-100*(U-2.93)/0.85 (1)
式中：T为温度，U为电压信号。
将测温模块2产生的电压信号与测速模块1产生的脉冲信号同时经电压跟随器U1B送入外部的MCU处理模块4，可以保证输入端高阻抗，这样，对于输入信号的影响可以做到很小；另一方面，输出阻抗变得很低，AD输入阻抗对输入信号的影响也可以做到很小，经过外部的处理单元运算后，电机的同一输出端口上可以实时检测到电机的温度变化与速度变化。
第二方面，参照附图3所示，本发明提出来一种技术方案是：一种电机驱动装置，适于驱动三相电机，电机驱动装置5包括：电机电路51，驱动电路52，用以依据一反馈信号控制电机的电流输入；以及
耦接电机电路51的测温测速电路53，用以检测电机的转速及温度，并输出一测速信号及一测温信号，测温测速电路53包括电压跟随模块3，电压跟随模块3耦接电机电路51，并用以将测速信号与测温信号同时输出；以及
MCU处理模块4，耦接电机电路51、电压跟随模块3以及电机驱动模块中的驱动电路52，用以处理电压跟随模块3输出的信号，并产生一反馈信号用于控制电机的电流输入。
测温测速电路53耦接电机电路51的输出端以及MCU处理模块4的输入端，驱动电路52的输出端耦接电机电路51的输入端。
MCU处理模块4用以依据电压跟随模块3输出的信号进行A/D转换。
在本实施例中，驱动电路52以图3所示出的电源521、驱动控制器522、反馈补偿电路523以及电流调节电路524所组成的电路构架为例来进行说明，但本发明不以此为限。电源521提供驱动电压Vs至电机电路51的输入端，用以驱动电机运转。电流调节电路524受控于驱动控制器522，其可通过调节可变电阻Rn的阻值以改变电机的输出功率。
反馈补偿电路523依据MCU处理模块4所输出的反馈信号产生补偿电压Vc，使得驱动控制器522依据补偿电压Vc来控制电源521的电源供应以及电流调节电路524的运行。
此外驱动控制器522会依据补偿电压Vc以及其他的电路保护机制(例如过压保护、短路保护或低压锁定保护等)来控制电源521，以调整驱动电压Vs的准位。
在本实施例中，电机电路51包括：电机三相相线模块511，耦接驱动电路52，用以控制电机运行；测温测速信号线模块512，耦接测温测速电路53，以及电机霍尔单元，用以发送电源电压脉冲信号。使得测温测速电路53与电机电路51的同端口连接，用于检测电机的速度与温度。
图4位本发明一实施例的电机测温测速方法的步骤流程图。请参照图4，在本实施例的测温测速方法包括：
通过一反相放大模块处理电机内部测速霍尔输出的脉冲信号，并输出一速度检测信号；以及
通过一测温模块处理电机不同温度下输出的不同电压信号，并输出一温度检测信号；
依据速度检测信号以及温度检测信号，同时进行测温测速。
在本实施例中，通过一反相放大模块处理电机内部测速霍尔输出的脉冲信号，并输出一速度检测信号的步骤包括：将脉冲信号输入至一第一级反相器进行信号处理，并输出一中间信号；以及将中间信号输入至一第二级反相器进行信号处理，并输出速度检测信号。
测速霍尔输出的脉冲信号通过由电阻R9、电阻R11与三极管Q2组成的第一级反相器121输出经电阻R12供给场效应管Q3的栅极，再将第一级反相器121的输出信号通过第二级反相器122恢复原信号送入电压跟随器U1B的输入端。
通过一测温模块处理电机不同温度下输出的不同电压信号，并输出一温度检测信号的步骤包括：将电机霍尔单元电源电压信号输入至一基准电压单元，用以输出一基准电压信号；以及将基准电压信号输入至一可变电压单元，用以输出一可依据温度而变化的补偿电压信号；以及将补偿电压信号输入至一放大单元，用以输出一温度检测信号。
+5V电源端经电阻R2限流送入由基准电压芯片U2、电阻R3与电阻R4组成的基准电压单元21，输出基准电压源至电阻R5和三极管Q1倒置使用所组成的可变电压单元22，电压信号经过R6分压加上三极管Q1在不同温度下的管压降送入放大单元23的输入端，运算放大器U1A放大后，将放大后的电压信号经电阻R1输入至电压跟随器U1B的输入端。
依据速度检测信号以及温度检测信号，同时进行测温测速的步骤包括：
将速度检测信号以及温度检测信号同时输入至一电压跟随模块，并经过电压跟随模块传递至一MCU处理模块进行检测。
由此实现电机测温测速同端口进行检测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种测温测速电路，其特征在于：耦接于三相电机的同一测温测速端口，构成电机电路，所述测温测速电路包括：
测速模块，耦接该电机电路，用以检测电机转速，并输出一测速信号；以及
测温模块，耦接该电机电路及所述测速模块，用以检测电机温度，并输出一测温信号；以及
电压跟随模块，耦接该电机电路、所述测速模块及所述测温模块；用以将所述测速信号与所述测温信号同时输出。
2.根据权利要求1所述的测温测速电路，其特征在于：所述测速模块包括：
测速霍尔单元，耦接该电机电路，用以测量该电机在工作时的转速，并输出一脉冲信号；以及
反相放大电路单元，耦接该电机电路以及所述测速霍尔单元，用以对该脉冲信号进行处理。
3.根据权利要求2所述的测温测速电路，其特征在于：所述反相放大电路单元包括：
第一级反相器，耦接所述测速霍尔单元，用以处理该脉冲信号，并输出一中间信号；以及
第二级反相器，耦接所述第一级反相器，用以处理该中间信号，并恢复输出该脉冲信号。
4.根据权利要求1-3任一项所述的测温测速电路，其特征在于：所述测温模块包括：
基准电压单元，耦接该电机电路，并输出一基准电压信号；以及
可变电压单元，耦接该基准电压单元，并输出一补偿电压信号，用以依据温度变化改变输出补偿电压信号值；以及
放大单元；耦接该可变电压单元，用以依据该补偿电压信号进行放大N倍，并输出一供MCU可靠识别的放大电压信号。
5.一种电机驱动装置，其特征在于，适于驱动三相电机，该电机驱动装置包括：
一电机电路；以及
一驱动电路，耦接该电机电路，用以依据一反馈信号控制该电机的电流输入；以及
一测温测速电路，耦接该电机电路，用以检测该电机的转速及温度，并输出一测速信号及一测温信号，所述测温测速电路包括电压跟随模块，所述电压跟随模块耦接该电机电路，并用以将所述测速信号与所述测温信号同时输出；以及
一MCU处理模块，耦接该电机电路、所述电压跟随模块以及电机驱动模块，用以处理所述电压跟随模块输出的信号，并产生一反馈信号用于控制该电机的电流输入。
6.根据权利要求5所述的一种电机驱动装置，其特征在于：所述电机电路包括：
电机三相相线模块，耦接所述驱动电路，用以控制该电机运行；
测温测速信号线模块，耦接所述测温测速电路；
以及电机霍尔单元。
7.一种电机测温测速方法，其特征在于，包括：
通过一反相放大模块处理该电机内部测速霍尔输出的脉冲信号，并输出一速度检测信号；以及
通过一测温模块处理该电机不同温度下输出的不同电压信号，并输出一温度检测信号；
依据该速度检测信号以及该温度检测信号，同时进行测温测速。
8.根据权利要求7所述的一种电机测温测速方法，其特征在于，通过一反相放大模块处理该电机内部测速霍尔输出的脉冲信号，并输出一速度检测信号的步骤包括：
将该脉冲信号输入至一第一级反相器进行信号处理，并输出一中间信号；以及
将该中间信号输入至一第二级反相器进行信号处理，并输出速度检测信号。
9.根据权利要求8所述的一种电机测温测速方法，其特征在于，通过一测温模块处理该电机不同温度下输出的不同电压信号，并输出一温度检测信号的步骤包括：
将电机霍尔单元电源电压信号输入至一基准电压单元，用以输出一基准电压信号；以及
将该基准电压信号输入至一可变电压单元，用以输出一可依据温度而变化的补偿电压信号；以及
将该补偿电压信号输入至一放大单元，用以输出一温度检测信号。
10.根据权利要求9所述的一种电机测温测速方法，其特征在于，依据该速度检测信号以及该温度检测信号，同时进行测温测速的步骤包括：
将该速度检测信号以及该温度检测信号同时输入至一电压跟随模块，并经过所述电压跟随模块传递至一MCU处理模块进行检测。
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Citations (7)
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