CN115902373B - 一种基于单电流传感器的多相电流检测方法 - Google Patents

Abstract

一种基于单电流传感器的多相电流检测方法，本发明公开了一种基于单电流传感器的多相电流检测装置，其包括并联的三相驱动电路，每项所述驱动电路分别设置至少一个高端开关管及至少一个低端开关管；各项驱动电路中的所述高端开关管与电源连接，各项所述驱动电路中的所述低端开关管连接一电流传感器。

Description

一种基于单电流传感器的多相电流检测方法

技术领域

本发明涉及检测电路技术领域，特别是一种基于单电流传感器的多相电流检测方法。

背景技术

对于多相供电设备或者是输出多相功率的设备来讲，通常会需要对各相电流进行电流检测，以避免漏电或者是电流旁路的故障。

专利文献CN201621444670.3公开了一种实时三相电流平均值的检测电路，其主要通过电路转化为三相电流的平均值送到控制芯片进行检测，其记载检测电路结构较为复杂，成本较高。

专利文献US20050248361A1公开了具有单个电流传感器的三相电机的阻尼控制，其通过PWM控制，使用单个电流传感器测量电机中的电流，并且取出电流中点，此发明在记忆系统中容易实现。但是在一般的PWM系统中很难精确找到中点，因为脉冲宽度随时随着输入电压、设置功率大小等的变化而改变，在有过流保护的情况下，如果出现过流，则PWM控制信号会提前关闭导通的上桥臂。这时无法保证采集到中点。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于单电流传感器的多相电流检测方法。

本发明提供了一种基于单电流传感器的多相电流检测方法，应用于具有至少三相驱动电路的多相电流检测装置，每相所述驱动电路包括一个高端开关管、一个低端开关管以及电感，且每相所述驱动电路通过所述高端开关管连接电源，通过所述低端开关管连接公用的电流传感器一端，公用的电流传感器的另一端接地，；通过交替导通和关闭所述高端开关管和低端开关管，以检测每相所述驱动电路的电流。可选地，每相所述驱动电路中的高端开关管和低端开关管的连接点分别连接有电感；通过PWM脉冲宽度调制信号控制在电流传感器上的采样点，进而检测每相所述驱动电路的电流。

可选地，所述多相电流检测装置包括并联的三相驱动电路，包括第一高端开关管、第一低端开关管和第一电感形成的第一驱动电路，第二高端开关管、第二低端开关管和第二电感形成的第二驱动电路，第三高端开关管、第三低端开关管和第三电感形成的第三驱动电路；导通所述第一高端开关管，关闭所述第一低端开关管、第二高端开关管、第二低端开关管、第三高端开关管，导通第三低端开关管，记录所述电流传感器的电压信号；

关闭所述第一高端开关管，导通所述第一低端开关管，其他开关管保持不变，此时所述电流传感器的电压为零；

通过交替导通和关闭所述第一高端开关管和第一低端开关管，得到电流波形；确定所述电流波形上的两个采样点后通过PWM脉冲宽度调制信号在电流传感器上对应各所述采样点对应的电流，将两次采集的电流进行平均以得到第一相驱动电路的电流。

可选地，所述两个采样点位于所述电流控制信号的一个信号周期内。可选地，各所述高端开关管还连接的电感之间具有共同的连接端。本发明提供了一种基于单电流传感器的多相电流检测方法，通过设置一个电流传感器即可实现多相电流的检测，进而能够实现各相的恒定电流/功率的精确控制。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一实施例的多相电流检测装置结构示意图；

图2示出了根据本发明一实施例的电流传感器在各种情况下的电压波形示意。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提供了一种基于单电流传感器的多相电流检测方法，应用于具有至少三相驱动电路的多相电流检测装置，结合图1所示，每相所述驱动电路包括一个高端开关管、一个低端开关管以及电感，且每相所述驱动电路通过所述高端开关管连接电源，通过所述低端开关管连接电流传感器；通过交替导通和关闭所述高端开关管和低端开关管，以检测每相所述驱动电路的电流。

继续参见图1，每相所述驱动电路中的高端开关管和低端开关管的连接点分别连接有电感；通过PWM脉冲宽度调制信号控制在电流传感器上的采样点，进而检测每相所述驱动电路的电流。各所述高端开关管还连接的电感之间具有共同的连接端。

图1中，开关管QHA、开关管QLA和电感LA构成第一相驱动电路，开关管QHB、开关管QLB和电感LB构成第二相驱动电路，开关管QHC、开关管QLC和和电感LC构成第三相驱动电路，其中，开关管QHA、开关管QHB和开关管QHC分别连接电感LA、LB和LC，另外，电感LA、LB和LC相连。电流传感器分别连接三相驱动电路中的高端开关管的连接低端开关管。每相上只有一对管子和电感，管子分为高端开关管(high side)(QHA，其中Q是三级管，H是highside，A是A相)和低端开关管(low side)。High side和low side不能同时导通，这个是禁止的，即控制信号不能同时为1。但是可以一开一关，或者是全部关闭。在high side导通，lowside关闭的情况下，high side为高电平，low side为低电平。在high side关闭，low side导通的情况下，high side为低电平，low side为高电平。在high side，low side都关闭的情况下，high side，low side都为低电平。开关管的控制信号标记为1时，意为导通，此时高电平。开关管的控制信号标记为0时，意为关闭，此时低电平。

本实施例的检测电路可以由PWM(脉冲宽度调制)模式控制，在进行电流检测时，具体过程可以如下：

步骤1：QHA导通、QLA关闭、QHB关闭、QLB关闭、QHC关闭、QLC导通。在这种情况下，电流从电源正极出发，经过QHA，再经过LA和LC，再经过QLC，最后到达电流传感器，最后达到电源负极。通过电流传感器记录下电压信号。

步骤2：接下来关闭QHA，将QLA导通。此时电源无法提供电流，电感上的电流储能后泄放，电流会在LA、LC、QLA、QLC之间流通，最后回到LA。电流不经过电流传感器，此时电流传感器电压为0。

通过重复步骤1及步骤2，将QHA、QLA交替导通和关闭，得到电流的电压波形，通过控制信号，测量如图2所示两个圆点上的电流，从而计算得到平均电流。图2中的圆点即为本实施例的采样点，两个采样点位于电流控制信号的一个信号周期内，具体检测时采样点可以自主控制，从而可以通过控制信号精确地控制在电流传感器的采样点。对于第二相驱动电路、第三相驱动电路的电流检测可采用类似的方式。

因为后续要进行平均值运算，因此在实际应用中可以选用两个采样保持器。

举例说明：

在第一高端开关管QHA打开时，同时第二低端开关管QLB打开时的情况下。对第一个采样点与第二采样点的位置进行说明。

在第一开关管QHA打开时，同时也是控制信号从0变为1时，因为电机上的电感线圈有电流，而在关断时，电流传感器的电压为0。因此开关管打开时，电流传感器上的电压会有一个跳变，从而采样/保持器会产生建立(set up)时间。建立时间结束后，采样/保持器进入保持状态。这就是第一个采样点。

在高端开关管QHA关闭时，同时也是控制信号从1变为0时，由于第二个采样/保持器一直跟随电流传感器上的电压，因此控制信号从1变为0时，进入保持状态。也就是第二个采样点。

运算结束后，两个采样保持器进入跟踪状态，方便进行下个周期的采样。

如果使用数字系统进行运算，则可以使用一个采样保持器，但是采样点不做改变。

使用上述方法，即使出现PWM过流使高端开关管提前关断的情况，也可以采集到准确的电流信号。

由于上述采样保持器的建立(set up)时间(小于10nS)比起PWM信号的时间(大于1uS)非常短，因此第一个采集点采集的电压值就可以被认为是电机上的电感打开时的初始电流的电压值。

两个采样点的值加起来除以2的值是第一项和第三项两个电感串联时的电流在电流传感器上产生的电压的平均值。

另外，如果有其他电流通过时，电流值也可以进行采集，例如，一个高端管开，其他的低端管都开。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：在本发明的精神和原则之内，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案脱离本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于单电流传感器的多相电流检测方法，其特征在于，应用于具有至少三相驱动电路的多相电流检测装置，每相所述驱动电路包括高端开关管、低端开关管以及电感，且每相所述驱动电路通过所述高端开关管连接电源，通过所述低端开关管连接公用的电流传感器一端，公用的电流传感器的另一端接地，通过交替导通和关闭所述高端开关管和低端开关管，以检测每相所述驱动电路的电流；

每相所述驱动电路中的高端开关管和低端开关管的连接点分别连接有电感；通过PWM脉冲宽度调制信号控制在电流传感器上的采样点，进而检测每相所述驱动电路的电流；

所述多相电流检测装置包括并联的三相驱动电路，包括第一高端开关管、第一低端开关管和第一电感形成的第一驱动电路，第二高端开关管、第二低端开关管和第二电感形成的第二驱动电路，第三高端开关管、第三低端开关管和第三电感形成的第三驱动电路；

导通所述第一高端开关管，关闭所述第一低端开关管、第二高端开关管、第二低端开关管和第三高端开关管，导通第三低端开关管，记录所述电流传感器的电压信号；

关闭所述第一高端开关管，导通所述第一低端开关管，其他开关管保持不变，此时所述电流传感器的电压为零；

通过交替导通和关闭所述第一高端开关管和第一低端开关管，得到电流波形；确定所述电流波形上的两个采样点后，通过PWM脉冲宽度调制信号的控制，测量电流传感器上所述两个采样点对应的电流，将两个采样点对应的电流进行平均以得到第一相驱动电路的电流；所述两个采样点位于所述PWM脉冲宽度调制信号的一个信号周期内；

在第一高端开关管打开时，同时也是PWM脉冲宽度调制信号从0变为1时，电流传感器上的电压会有一个跳变，从而第一个采样保持器会产生建立时间，建立时间结束后，第一个采样保持器进入保持状态，此为第一个采样点；在第一高端开关管关闭时，同时也是PWM脉冲宽度调制信号从1变为0时，由于第二个采样保持器一直跟随电流传感器上的电压，因此PWM脉冲宽度调制信号从1变为0时，进入保持状态，此为第二个采样点。

2.根据权利要求1所述的多相电流检测方法，其特征在于，各所述高端开关管还连接的电感之间具有共同的连接端。