CN115201555A - 一种电流过零点极性判定装置、判定方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电流过零点极性判定装置、判定方法及其应用，滤波放大模块的输入端与电机逆变器的相线连接，滤波放大模块的输出端与过零点判定模块的输入端连接，过零点判定模块的输出端与单片机相连，电流采样模块包括参考电压生成电路和电流采样电路，电流采样电路的正相输入端与单片机配置的ADC电流采集器的相电流输出端相连，参考电压生成电路的输出端与电流采样电路的正相输入端连接，电流极性判定模块的正相输入端和反相输入端均与电流采样电路的输出端相连，电流极性判定模块的输出端与单片机相连。本发明以降低电流过零点钳位对电流极性判断，死区电压补偿所造成的影响，提高现有的永磁同步电机电流极性检测方法的可靠性。

Description

一种电流过零点极性判定装置、判定方法及其应用

技术领域

本发明涉及永磁同步电机的控制技术领域，具体为一种电流过零点极性判定装置、判定方法及其应用。

背景技术

永磁同步电动机具有控制方法简单、转矩惯性比大、动态响应好、功率密度高、结构紧凑、效率高等优势，在日益推广的新能源汽车领域占据了极大比重。尤其随着新型优质稀土永磁材料及电力电子技术和智能化控制器的出现，推动了高功率和高频率开关的电子器件的研发与应用，使得永磁同步电动机在诸多领域内得到推广。

但是由于受电动机本体磁极结构、定子槽型等结构的影响，电动机磁场容纳容易产生畸变。同时，受电路非线性因素如驱动控制器固有管压降和死区时间的影响，PMSM三相电流中会出现谐波量。而谐波会加重电动机损耗，影响散热，产生振动和噪声，进一步影响带载不稳定性。

现今通常采用死区补偿法抑制由逆变器等原因造成的电流谐波。但是采用死区补偿法，就要通过电流的极性来判断当前三相电压当前所处的区域，从而确定补偿电压的大小。因此为了提高永磁同步电机三相电流极性判断的准确性，电流极性的判断方法得到了广泛研究。

目前现有的电流极性判断方法可以分为三类，具体如下：

（1）第一类直接从电流入手，将电流通过park变换拆分为dq轴电压，将dq轴的电压经过滤波等方法消除直流谐波后，再通过反park变换重新构建相电流，此时的相电流因为减少了6次谐波的影响，电流极性判定的准确度大大提高。

（2）第二类与第一类相似，不过它对电压进行分解，滤波和重构，通过电压的极性也能对应判定电流的极性。

（3）第三类则是从空间的角度入手，对电流进行矢量分解，计算分解后的电流矢量与标准轴之间的角度差，通过对比角度差与原先规划好的角度与极性的对应关系，可以直接判断电流的极性。

但是以上的三类方法大多更适用于正弦波电流正常时的极性检测，当电流在过零点时一旦出现过零点钳位现象，电流会持续性的被压制在零点附近，这种情况不是由于谐波引起，单纯的滤波无法解决该现象，此时电流的极性判断就会出现错误，从而造成电压补偿出现误差，引起电机的异常转动。

发明内容

为了解决现有技术，针对过零点钳位现象，本发明提出一种电流过零点极性判定装置、判定方法及其应用，以降低电流过零点钳位对电流极性判断，死区电压补偿所造成的影响，提高现有的永磁同步电机电流极性检测方法的可靠性。

本发明中主要采用的技术方案为：

一种电流过零点极性判定装置，包括滤波放大模块、过零点判定模块、电流采样模块和电流极性判定模块，所述滤波放大模块的输入端与电机逆变器的相线连接，使得相电压信号接入所述滤波放大模块，所述滤波放大模块的输出端与过零点判定模块的输入端连接，所述过零点判定模块的输出端与单片机相连，由单片机根据接收到的电信号发送采样指令至电流采样模块，所述电流采样模块包括参考电压生成电路和电流采样电路，所述电流采样电路的正相输入端与单片机配置的ADC电流采集器的相电流输出端相连，用于采集电机逆变器的相电流，所述参考电压生成电路的输出端与电流采样电路的正相输入端连接，所述电流采样电路的反相输入端与其输出端相连，所述电流极性判定模块的正相输入端和反相输入端均与电流采样电路的输出端相连，将输入的两个不同时刻的相电流计算后输出，所述电流极性判定模块的输出端与单片机相连。

优选地，所述的滤波放大模块包括滤波模块和信号放大电路，其中，所述滤波电路由电容C1构成简单滤波，所述信号放大电路包括电阻R1、电阻R2和运算放大器D1,所述电容C1一端与电机逆变器的相线相连，另一端与运算放大器D1的正相输入端相连，相电压波形经滤波电路过滤后的波形V1接入所述运算放大器D1的正相输入端，所述运算放大器D1的反相输入端分为两路，第一路连接电阻R1，所述电阻R1的另一端则连地，第二路连接电阻R2，所述电阻R2的另一端与运算放大器D1的输出端相连，所述运算放大器D1的输出端输出正弦波V2。

优选地，所述过零点判定模块具体电路结构如下：三极管Q1的基级分别与电阻R3、电阻R4和电阻R5的一端连接，所述电阻R3和电阻R4的另一端分别接入滤波放大模块的输出信号正弦波V2，电阻R5的另一端接地，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极分为两路，第一路串联电阻R6后连接5v工作电压，第二路作为输出端输出信号V3后接入单片机的信号输入端。

优选地，所述参考电压生成电路具体结构如下：电容C2与电容C3并联后一端接地，另一端分别与3.3v工作电压以及电阻R7相连，电阻R7另一端分别与电阻R8和运算放大器D2的正相输入端相连，所述电阻R8另一端接地，且电阻R8并联电容C4，运算放大器D2的反相输入端与运算放大器D2输出端相连，运算放大器D2输出端同时连接电容C5，电容C5的另一端与地相连，运算放大器D2的输出端的输出信号为参考电压Vref。

优选地，所述电流采样电路的具体结构如下：运算放大器D3的正向输入端分为两路，第一路依次串联电阻R12和电阻R10后，连接第二路串联电阻R13后接入参考电压生成电路输出的参考电压Vref；所述运算放大器D3的反相输入端分为两路，第一路串联电阻R14,并与运算放大器D3的输出端相连，第二路依次串联电阻R11和电阻R9，且电阻R9另一端接地，电容C6两端分别连接着电阻R9和电阻R10，运算放大器D3的输出端与电阻R14相连后连接电阻R15，所述电阻R15的另一端分别两路，第一路连接电容C7后接地，第二路作为输出端输出不同时刻的采样电流信号Inx，其中，x为自然数，n为三相中的任一相。

优选地，所述电流极性判定模块的具体结构如下：运算放大器D4的正相输入端分为两路，第一路为运算放大器D4的正相输入端与电阻R19相连，电阻R19的另一端接地，第二路为运算放大器D4的正相输入端与电阻R17相连，电阻R17的另一端接入电流采集模块输出的采样电流信号Ia1，所述运算放大器D4的反相输入端分为两路，第一路为运算放大器D4的反相输入端与电阻R18相连，电阻R18的另一端则与运算放大器D4的输出端相连后与单片机连接，第二路为运算放大器D4的反相输入端与电阻R16相连，电阻R16的另一端接入电流采集模块输出的采样电流信号Inx，x≥2。

优选地，所述电阻R16和电阻R17的阻值相同，所述电阻R18和电阻R19的阻值相同。

优选地，所述单片机为stm32系列单片机，所述单片机分别所述过零点判定模块和所述电流极性判定模块的输出端连接，且所述单片机控制电流采样模块中工作电压的开启与关闭，所示单片机配置有ADC电流采样器，并将采集到的电机逆变器的相电流传输至电流采样模块。

一种电流过零点极性判定装置的电流极性判定方法，用于判断永磁同步电机三相电流中各单相电流的极性，其中，单相电压记为Vn，单相电流记为In,n为三相中的任一相，分别表示A相电压Va、A相电流Ia、B相电压Vb、B相电流Ib 、C相电压Vc、C相电流Ic，具体判定方法如下：

S1：单相电压Vn输入滤波电路后，所述滤波电路将电压信号中的噪声滤除后得到滤波后的信号V1，将信号V1输入至运算放大器D1的正相输入端，根据公式（1）将V1进行放大增益得到正弦波V2，

V2=(1+R2/R1)*V1（1）；

S2:将正弦波V2输入至过零点检测模块，利用分压电阻R3和R4将电压衰减至三极管Q1的基极，根据三极管的特性，每当正弦波V2发生一次过零点操作时，信号V3的波形会出现一瞬间的高电平，并将该高电平信号传送至单片机；

S3:单片机根据接收到的高电平信号打开电流采样模块的工作电压，电流采样模块开始工作；

S4: 首先参考电压生成电路通过3.3V工作电压、电阻R7、电阻R8以及运算放大器D2生成参考电压Vref，电流采样电路中的运算放大器D3的正相输入端分别接入电机逆变器的单相电流In和参考电压Vref，当进行电路采样时，电流采样电路在过零点处采集到的电流记为In1，将该数值存入单片机，随后在过零点后的1/4T内，每间隔一定时间Td电流采样模块就采集一次电流，记为Inx,并存入单片机中，其中，T为电流周期，x为≥2的自然数,n为自然数，电流采样模块将电流In1与Inx分别输入至电流极性判定模块中的运算放大器D4的正相输入端和反相输入端；

S5:电流极性判定模块根据接收到的电流信号，根据公式（2）计算得到两次采样电刘的差值T_（x-1）：

T_（x-1）=（R18/R16）*（Inx-In1）,x≥2（2）；

S6:最开始电流采样模块将电流In1与In2分别输入至电流极性判定模块中的运算放大器D4的正相输入端和反相输入端，并根据公式（2）计算得到采样电压的差值T1，电流极性判定模块将差值T1传输至单片机进行判断，当差值T1的模大于等于预设的阈值时，则判定此时没有发生电流过零点钳位现象，且当T1为正值时，过零点时刻的值小于过零点时刻后的值，可以判定此时过零点后的电流极性为正，反之，当T1为负值时，过零点时刻的电流大于过零点后的值，可以判定此时过零点后的电流极性为负，同时单片机发送停止采集的信号至采样电路，停止采样；

当差值T1的模小于预设的阈值时，则判定此时电流发生了过零点钳位现象，则将采集到的电流In3与电流In1分别送入运算放大器D4的反相输入端和正相输入端，并计算得到In3与In1的差值T2，并将差值T2送至单片机，对T2的模与预设的阈值进行比较，判断在In3的采样时刻，电流是否解除了过零点钳位状态，若此时电流解除了过零点钳位的状态，则根据差值T2的正负判断此时电流的极性；若此时电流仍处于过零点钳位的状态，则继续依次将电流Inx与电流In1分别送入运算放大器D4的反相输入端和正相输入端，进行相同操作，直至电流解除过零点钳位，判断电路极性；

当电流过零点钳位时间持续超过了1/4T时，电流采样电路持续等间隔时间Td采集电流信号，直到采集到电流解除过零点钳位状态的电流Inx，此时,通过该电流Inx的极性与过零点采样持续时间T’来进行电流极性判断，判断采集点Inx的极性时，将采集点Inx的电流值减去参考电压生成电路的参考电流值，得到采集点Inx的电流实际值Inx’，根据电流实际值Inx’的正负即可判断当前电流的极性正负，过零点钳位持续时间近似为（x-1）*Td，由于电流的极性以半个周期为单位正负交替的，以In1的采样时刻为起点，将过零点钳位持续时间除以1/2T，可得采集点Inx所在的相位段，再从采集点Iax的极性反推，即可得到过零点钳位期间的电流极性。

优选地，包括三组电流过零点极性判定装置、永磁同步电机和单片机，所述永磁同步电机的电机逆变器的三相电压分别一一对应连接一组电流过零点极性判定装置的相电压输入端，所述永磁同步电机的电机逆变器的三相电流分别与单片机配置的ADC电流采集器的输入端连接，三组所述电流过零点极性判定装置中的电流采样电路输入端与单片机配置的ADC电流采集器的输出端连接，所述三组所述电流过零点极性判定装置中电流极性判定模块和过零点判定模块的输出端分别连接单片机，所述单片机分别控制三组电流过零点极性判定装置中电流采样模块的开关。

有益效果：本发明提供了一种电流过零点极性判定装置、判定方法及其应用，与现有技术相比，具有如下优点：

（1）与一般的过零点电流极性判断相比，本发明额外增加了一组电流采样电路和电流差分电路来判断是否存在过零点钳位现象，通过前一时刻电流的极性以及电流之间的时间差来判断过零点钳位时间段内电流的极性变化。

（2）本发明在电流极性判断方面着重考虑了现有方法中常常被忽略的过零点钳位问题的影响，使得检测更加准确，电机的运转可以更加顺畅。

附图说明

图1为本发明的滤波放大电路结构示意图（A相电压为例）；

图2为本发明的过零点判定模块的结构示意图（A相电压为例）；

图3为本发明的参考电压生成电路的结构示意图（A相电压为例）；

图4为本发明的第一电流采样电路的结构示意图（A相电压为例）；

图5为本发明的电流极性判定模块的电路结构示意图（A相电压为例）；

图6为本发明的单片机部分引脚图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。下面对具体实施方式的描述仅仅是示范性的，应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。相反，当元件被称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例1：

一种电流过零点极性判定装置，包括滤波放大模块、过零点判定模块、电流采样模块和电流极性判定模块，所述滤波放大模块的输入端与电机逆变器的相线连接，使得相电压信号接入所述滤波放大模块，所述滤波放大模块的输出端与过零点判定模块的输入端连接，所述过零点判定模块的输出端与单片机相连，由单片机根据接收到的电信号发送采样指令至电流采样模块，所述电流采样模块包括参考电压生成电路和电流采样电路，所述电流采样电路的正相输入端与单片机配置的ADC电流采集器的相电流输出端相连，用于采集电机逆变器的相电流，所述参考电压生成电路的输出端与电流采样电路的正相输入端连接，所述电流采样电路的反相输入端与其输出端相连，所述电流极性判定模块的正相输入端和反相输入端均与电流采样电路的输出端相连，将输入的两个不同时刻的相电流计算后输出，所述电流极性判定模块的输出端与单片机相连。

如图1所示，所述的滤波放大模块包括滤波模块和信号放大电路，其中，所述滤波电路由电容C1构成简单滤波，所述信号放大电路包括电阻R1、电阻R2和运算放大器D1,所述电容C1一端与电机逆变器的相线相连，另一端与运算放大器D1的正相输入端相连，相电压波形经滤波电路过滤后的波形V1接入所述运算放大器D1的正相输入端，所述运算放大器D1的反相输入端分为两路，第一路连接电阻R1，所述电阻R1的另一端则连地，第二路连接电阻R2，所述电阻R2的另一端与运算放大器D1的输出端相连，所述运算放大器D1的输出端输出正弦波V2。

如图2所示，所述过零点判定模块具体电路结构如下：三极管Q1的基级分别与电阻R3、电阻R4和电阻R5的一端连接，所述电阻R3和电阻R4的另一端分别接入滤波放大模块的输出信号正弦波V2，电阻R5的另一端接地，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极分为两路，第一路串联电阻R6后连接5v工作电压，第二路作为输出端输出信号V3后接入单片机的信号输入端。

如图3所示，所述参考电压生成电路具体结构如下：电容C2与电容C3并联后一端接地，另一端分别与3.3v工作电压以及电阻R7相连，电阻R7另一端分别与电阻R8和运算放大器D2的正相输入端相连，所述电阻R8另一端接地，且电阻R8并联电容C4，运算放大器D2的反相输入端与运算放大器D2输出端相连，构成电压跟随器，运算放大器D2输出端同时连接电容C5，电容C5的另一端与地相连，从而滤除交流谐波，运算放大器D2的输出端的输出信号为参考电压Vref。

如图4所示，所述电流采样电路的具体结构如下：运算放大器D3的正向输入端分为两路，第一路依次串联电阻R12和电阻R10后，连接第二路串联电阻R13后接入参考电压生成电路输出的参考电压Vref；所述运算放大器D3的反相输入端分为两路，第一路串联电阻R14,并与运算放大器D3的输出端相连，第二路依次串联电阻R11和电阻R9，且电阻R9另一端接地，电容C6两端分别连接着电阻R9和电阻R10，运算放大器D3的输出端与电阻R14相连后连接电阻R15，所述电阻R15的另一端分别两路，第一路连接电容C7后接地，第二路作为输出端输出不同时刻的采样电流信号Iax，其中，x为自然数。

如图5所示，所述电流极性判定模块的具体结构如下：运算放大器D4的正相输入端分为两路，第一路为运算放大器D4的正相输入端与电阻R19相连，电阻R19的另一端接地，第二路为运算放大器D4的正相输入端与电阻R17相连，电阻R17的另一端接入电流采集模块输出的采样电流信号Ia1，所述运算放大器D4的反相输入端分为两路，第一路为运算放大器D4的反相输入端与电阻R18相连，电阻R18的另一端则与运算放大器D4的输出端相连后与单片机连接，第二路为运算放大器D4的反相输入端与电阻R16相连，电阻R16的另一端接入电流采集模块输出的采样电流信号Iax，x≥2，所述电阻R17和电阻R19的阻值相同，所述电阻R18和电阻R20的阻值相同。

如图6所示，所述单片机为stm32系列单片机，所述单片机分别所述过零点判定模块和所述电流极性判定模块的输出端连接，且所述单片机控制电流采样模块中工作电压的开启与关闭。

一种电流过零点极性判定装置的电流极性判定方法，电机逆变器产生三相电压Va，Vb，Vc，以A相为例，具体步骤如下：

S1：A相电流Va输入滤波电路后，所述滤波电路将电压信号中的噪声滤除后得到滤波后的信号V1，将信号V1输入至运算放大器D1的正相输入端，根据公式（1）将V1进行放大增益得到正弦波V2，使得其波形的幅值增大，方便后期采样值做差与阈值相比较，

V2=(1+R2/R1)*V1（1）；

S2: 将正弦波V2输入至过零点检测模块，利用分压电阻R3和R4将电压衰减至三极管Q1的基极，根据三极管的特性，每当正弦波V2发生一次过零点操作时，信号V3的波形会出现一瞬间的高电平，并将该高电平信号传送至单片机；

S3:单片机根据接收到的高电平信号打开电流采样模块的工作电压，电流采样模块开始工作；

S4: 由于电压极性不同会给后期采样值做差以及极性判断造成误差，所以在进行采样前，参考电压生成电路首先通过3.3V工作电压、电阻R7、电阻R8以及运算放大器D2生成参考电压Vref，起到一个抬升电压的作用。当进行电路采样时，运算放大器D3的正相输入端分别接入电机逆变器的单相电流Ia和参考电压Vref，当进行电路采样时，电流采样电路在过零点处采集到的电流记为Ia1，将该数值存入单片机，随后在过零点后的1/4T内，每间隔一定时间Td电流采样模块就采集一次电流，记为Iax,并存入单片机中，其中，T为电流周期，x为≥2的自然数,n为自然数，电流采样模块将电流Ia1与Iax分别输入至电流极性判定模块中的运算放大器D4的正相输入端和反相输入端；

S5: 电流极性判定模块根据接收到的电流信号，根据公式（2）计算得到两次采样电刘的差值T_（x-1）：

T_（x-1）=（R18/R16）*（Inx-In1）,x≥2（2）；

S6: 最开始电流采样模块将电流Ia1与Ia2分别输入至电流极性判定模块中的运算放大器D4的正相输入端和反相输入端，并根据公式（2）计算得到采样电压的差值T1，电流极性判定模块将差值T1传输至单片机进行判断，当差值T1的模大于等于预设的阈值时，则判定此时没有发生电流过零点钳位现象，且当T1为正值时，过零点时刻的值小于过零点时刻后的值，可以判定此时过零点后的电流极性为正，反之，当T1为负值时，过零点时刻的电流大于过零点后的值，可以判定此时过零点后的电流极性为负，同时单片机发送停止采集的信号至采样电路，停止采样；

当差值T1的模小于预设的阈值时，则判定此时电流发生了过零点钳位现象，则将采集到的电流Ia3与电流Ia1分别送入运算放大器D4的反相输入端和正相输入端，并计算得到Ia3与Ia1的差值T2，并将差值T2送至单片机，对T2的模与预设的阈值进行比较，判断在Ia3的采样时刻，电流是否解除了过零点钳位状态，若此时电流解除了过零点钳位的状态，则根据差值T2的正负判断此时电流的极性；若此时电流仍处于过零点钳位的状态，则继续依次将电流Iax与电流Ia1分别送入运算放大器D4的反相输入端和正相输入端，进行相同操作，直至电流解除过零点钳位，判断电路极性；

当电流过零点钳位时间持续超过了1/4T时，电流采样电路持续等间隔时间Td采集电流信号，直到采集到电流解除过零点钳位状态的电流Iax，此时,通过该电流Iax的极性与过零点采样持续时间T’来进行电流极性判断，判断采集点Iax的极性时，将采集点Iax的电流值减去参考电压生成电路的参考电流值，得到采集点Iax的电流实际值Iax’，根据电流实际值Iax’的正负即可判断当前电流的极性正负，过零点钳位持续时间近似为（x-1）*Td，由于电流的极性以半个周期为单位正负交替的，以Ia1的采样时刻为起点，将过零点钳位持续时间除以1/2T，可得采集点Iax所在的相位段，再从采集点Iax的极性反推，即可得到过零点钳位期间的电流极性。

采用三组本实施例1所述电流过零点极性判定装置可以用于判定永磁同步电机的三相电流过零点后的电流极性，具体连接结构如下：所述永磁同步电机的电机逆变器的三相电压分别一一对应连接一组电流过零点极性判定装置的相电压输入端，所述永磁同步电机的电机逆变器的三相电流分别与单片机配置的ADC电流采集器的输入端连接，三组所述电流过零点极性判定装置中的电流采样电路输入端与单片机配置的ADC电流采集器的输出端连接，所述三组所述电流过零点极性判定装置中电流极性判定模块和过零点判定模块的输出端分别连接单片机，所述单片机分别控制三组电流过零点极性判定装置中电流采样模块的开关。

本实施例1中的电流采样模块还可以采用两条相同的电流采样电路用于采集不同时刻的电流，其中一条用于采集过零点时的电流值，并将其保存后输入至运算放大器D4的正相输入端，另一条用于等间隔时间采集过零点后的电流值，并将其保存后输入至运算放大器D4的反相输入端，其工作原理如实施例1中的电流采样电路相同。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种电流过零点极性判定装置，其特征在于：包括滤波放大模块、过零点判定模块、电流采样模块和电流极性判定模块，所述滤波放大模块的输入端与电机逆变器的相线连接，使得相电压信号接入所述滤波放大模块，所述滤波放大模块的输出端与过零点判定模块的输入端连接，所述过零点判定模块的输出端与单片机相连，由单片机根据接收到的电信号发送采样指令至电流采样模块，所述电流采样模块包括参考电压生成电路和电流采样电路，所述电流采样电路的正相输入端与单片机配置的ADC电流采集器的相电流输出端相连，用于采集电机逆变器的相电流，所述参考电压生成电路的输出端与电流采样电路的正相输入端连接，所述电流采样电路的反相输入端与其输出端相连，所述电流极性判定模块的正相输入端和反相输入端均与电流采样电路的输出端相连，将输入的两个不同时刻的相电流计算后输出，所述电流极性判定模块的输出端与单片机相连。

2.根据权利要求1所述的电流过零点极性判定装置，其特征在于，所述的滤波放大模块包括滤波模块和信号放大电路，其中，所述滤波电路由电容C1构成简单滤波，所述信号放大电路包括电阻R1、电阻R2和运算放大器D1,所述电容C1一端与电机逆变器的相线相连，另一端与运算放大器D1的正相输入端相连，相电压波形经滤波电路过滤后的波形V1接入所述运算放大器D1的正相输入端，所述运算放大器D1的反相输入端分为两路，第一路连接电阻R1，所述电阻R1的另一端则连地，第二路连接电阻R2，所述电阻R2的另一端与运算放大器D1的输出端相连，所述运算放大器D1的输出端输出正弦波V2。

3.根据权利要求1所述的电流过零点极性判定装置，其特征在于，所述过零点判定模块具体电路结构如下：三极管Q1的基级分别与电阻R3、电阻R4和电阻R5的一端连接，所述电阻R3和电阻R4的另一端分别接入滤波放大模块的输出信号正弦波V2，电阻R5的另一端接地，所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极分为两路，第一路串联电阻R6后连接5v工作电压，第二路作为输出端输出信号V3后接入单片机的信号输入端。

4.根据权利要求1所述的电流过零点极性判定装置，其特征在于，所述参考电压生成电路具体结构如下：电容C2与电容C3并联后一端接地，另一端分别与3.3v工作电压以及电阻R7相连，电阻R7另一端分别与电阻R8和运算放大器D2的正相输入端相连，所述电阻R8另一端接地，且电阻R8并联电容C4，运算放大器D2的反相输入端与运算放大器D2输出端相连，运算放大器D2输出端同时连接电容C5，电容C5的另一端与地相连，运算放大器D2的输出端的输出信号为参考电压Vref。

5.根据权利要求1所述的电流过零点极性判定装置，其特征在于，所述电流采样电路的具体结构如下：运算放大器D3的正向输入端分为两路，第一路依次串联电阻R12和电阻R10后，连接第二路串联电阻R13后接入参考电压生成电路输出的参考电压Vref；所述运算放大器D3的反相输入端分为两路，第一路串联电阻R14,并与运算放大器D3的输出端相连，第二路依次串联电阻R11和电阻R9，且电阻R9另一端接地，电容C6两端分别连接着电阻R9和电阻R10，运算放大器D3的输出端与电阻R14相连后连接电阻R15，所述电阻R15的另一端分别两路，第一路连接电容C7后接地，第二路作为输出端输出不同时刻的采样电流信号Inx，其中，x为自然数，n为三相中的任一相。

6.根据权利要求1所述的电流过零点极性判定装置，其特征在于，所述电流极性判定模块的具体结构如下：运算放大器D4的正相输入端分为两路，第一路为运算放大器D4的正相输入端与电阻R19相连，电阻R19的另一端接地，第二路为运算放大器D4的正相输入端与电阻R17相连，电阻R17的另一端接入电流采集模块输出的采样电流信号Ia1，所述运算放大器D4的反相输入端分为两路，第一路为运算放大器D4的反相输入端与电阻R18相连，电阻R18的另一端则与运算放大器D4的输出端相连后与单片机连接，第二路为运算放大器D4的反相输入端与电阻R16相连，电阻R16的另一端接入电流采集模块输出的采样电流信号Inx，x≥2。

7.根据权利要求6所述的电流过零点极性判定装置，其特征在于，所述电阻R16和电阻R17的阻值相同，所述电阻R18和电阻R19的阻值相同。

8.根据权利要求1所述的电流过零点极性判定装置，其特征在于，所述单片机为stm32系列单片机，所述单片机分别所述过零点判定模块和所述电流极性判定模块的输出端连接，且所述单片机控制电流采样模块中工作电压的开启与关闭，所示单片机配置有ADC电流采样器，并将采集到的电机逆变器的相电流传输至电流采样模块。

9.权利1-8任一所述电流过零点极性判定装置的电流极性判定方法，其特征在于，用于判断永磁同步电机三相电流中各单相电流的极性，其中，单相电压记为Vn，单相电流记为In,n为三相中的任一相，分别表示A相电压Va、A相电流Ia、B相电压Vb、B相电流Ib 、C相电压Vc、C相电流Ic，具体判定方法如下：

S1：单相电压Vn输入滤波电路后，所述滤波电路将电压信号中的噪声滤除后得到滤波后的信号V1，将信号V1输入至运算放大器D1的正相输入端，根据公式（1）将V1进行放大增益得到正弦波V2，

V2=(1+R2/R1)*V1（1）；

S2:将正弦波V2输入至过零点检测模块，利用分压电阻R3和R4将电压衰减至三极管Q1的基极，根据三极管的特性，每当正弦波V2发生一次过零点操作时，信号V3的波形会出现一瞬间的高电平，并将该高电平信号传送至单片机；

S3:单片机根据接收到的高电平信号打开电流采样模块的工作电压，电流采样模块开始工作；

S4: 首先参考电压生成电路通过3.3V工作电压、电阻R7、电阻R8以及运算放大器D2生成参考电压Vref，电流采样电路中的运算放大器D3的正相输入端分别接入电机逆变器的单相电流In和参考电压Vref，当进行电路采样时，电流采样电路在过零点处采集到的电流记为In1，将该数值存入单片机，随后在过零点后的1/4T内，每间隔一定时间Td电流采样模块就采集一次电流，记为Inx,并存入单片机中，其中，T为电流周期，x为≥2的自然数,n为自然数，电流采样模块将电流In1与Inx分别输入至电流极性判定模块中的运算放大器D4的正相输入端和反相输入端；

S5:电流极性判定模块根据接收到的电流信号，根据公式（2）计算得到两次采样电刘的差值T_（x-1）：

T_（x-1）=（R18/R16）*（Inx-In1）,x≥2（2）；

S6:最开始电流采样模块将电流In1与In2分别输入至电流极性判定模块中的运算放大器D4的正相输入端和反相输入端，并根据公式（2）计算得到采样电压的差值T1，电流极性判定模块将差值T1传输至单片机进行判断，当差值T1的模大于等于预设的阈值时，则判定此时没有发生电流过零点钳位现象，且当T1为正值时，过零点时刻的值小于过零点时刻后的值，可以判定此时过零点后的电流极性为正，反之，当T1为负值时，过零点时刻的电流大于过零点后的值，可以判定此时过零点后的电流极性为负，同时单片机发送停止采集的信号至采样电路，停止采样；

当差值T1的模小于预设的阈值时，则判定此时电流发生了过零点钳位现象，则将采集到的电流In3与电流In1分别送入运算放大器D4的反相输入端和正相输入端，并计算得到In3与In1的差值T2，并将差值T2送至单片机，对T2的模与预设的阈值进行比较，判断在In3的采样时刻，电流是否解除了过零点钳位状态，若此时电流解除了过零点钳位的状态，则根据差值T2的正负判断此时电流的极性；若此时电流仍处于过零点钳位的状态，则继续依次将电流Inx与电流In1分别送入运算放大器D4的反相输入端和正相输入端，进行相同操作，直至电流解除过零点钳位，判断电路极性；

当电流过零点钳位时间持续超过了1/4T时，电流采样电路持续等间隔时间Td采集电流信号，直到采集到电流解除过零点钳位状态的电流Inx，此时,通过该电流Inx的极性与过零点采样持续时间T’来进行电流极性判断，判断采集点Inx的极性时，将采集点Inx的电流值减去参考电压生成电路的参考电流值，得到采集点Inx的电流实际值Inx’，根据电流实际值Inx’的正负即可判断当前电流的极性正负，过零点钳位持续时间近似为（x-1）*Td，由于电流的极性以半个周期为单位正负交替的，以In1的采样时刻为起点，将过零点钳位持续时间除以1/2T，可得采集点Inx所在的相位段，再从采集点Iax的极性反推，即可得到过零点钳位期间的电流极性。

10.一种应用如权利1-8任一所述电流过零点极性判定装置的永磁同步电机，其特征在于，包括三组电流过零点极性判定装置、永磁同步电机和单片机，所述永磁同步电机的电机逆变器的三相电压分别一一对应连接一组电流过零点极性判定装置的相电压输入端，所述永磁同步电机的电机逆变器的三相电流分别与单片机配置的ADC电流采集器的输入端连接，三组所述电流过零点极性判定装置中的电流采样电路输入端与单片机配置的ADC电流采集器的输出端连接，所述三组所述电流过零点极性判定装置中电流极性判定模块和过零点判定模块的输出端分别连接单片机，所述单片机分别控制三组电流过零点极性判定装置中电流采样模块的开关。

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