CN204719112U

CN204719112U - 基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路以及电机驱动器

Info

Publication number: CN204719112U
Application number: CN201520459717.2U
Authority: CN
Inventors: 汪顺军; 何晓飞
Original assignee: Suzhou Inovance Technology Co Ltd
Current assignee: Suzhou Huichuan United Power System Co Ltd
Priority date: 2015-06-30
Filing date: 2015-06-30
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2025-06-30

Abstract

一种基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路以及电机驱动器，用于测量母线中的电流,包括N个小量程霍尔传感器、用于将该N个小量程霍尔传感器的输出电流进行求和后输出的电流求和电路、用于对求和后的电流进行调理的信号调理电路；所述母线在测量位置拆分为N个支路且该N个支路分别一一对应的穿过该N个小量程霍尔传感器后再合并为一体，其中，N为正整数且N≥2，N个小量程霍尔传感器的输出端分别连接至所述电流求和电路的对应的输入端，所述电流求和电路的输出端连接至所述信号调理电路。本实用新型用多个小量程霍尔传感器并联来替代单个大量程电流霍尔，达到大量程霍尔传感器的大电流检测效果，可以有效降低系统成本，且具有较高的可靠性。

Description

基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路以及电机驱动器

技术领域

本实用新型涉及电动汽车领域，尤其涉及一种低成本的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路以及电机驱动器。

背景技术

目前在电动汽车领域，主电机三相电流通常采样霍尔传感器进行采样，以LEM公司霍尔传感器为例，电流霍尔量程有500A、900A和1500A几种规格。目前，主电机三相电流峰值可达1000A以上，通常采用1500A的大量程电流霍尔，1500A的大量程霍尔传感器成本较高，而500A、900A等小量程霍尔传感器的成本为1500A的大量程霍尔传感器的十分之一左右。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述大量程电流霍尔的成本较高的缺陷，提供一种成本较低的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路以及电机驱动器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路，用于测量电机三相母线中的电流,包括N个小量程霍尔传感器、用于将该N个小量程霍尔传感器的输出电流进行求和后输出的电流求和电路、用于对求和后的电流进行调理的信号调理电路；所述母线在测量位置拆分为N个支路且该N个支路分别一一对应的穿过该N个小量程霍尔传感器后再合并为一体，其中，N为正整数且N≥2，所述N个小量程霍尔传感器的输出端分别连接至所述电流求和电路的对应的输入端，所述电流求和电路的输出端连接至所述信号调理电路。

在本实用新型所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路中，所述N等于2，所述电流求和电路包括由两个电流采样电阻以及一个第一运放构成的同相加法器，该两个电流采样电阻的第一端分别一一对应的连接至两个小量程霍尔传感器的输出端，两个电流采样电阻的第二端均连接至所述第一运放的同相输入端，所述第一运放的反向输入端连接至输出端，所述第一运放的输出端连接至所述信号调理电路。

在本实用新型所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路中，所述电流求和电路还包括由所述第一运放、第一滤波电容、第二滤波电容、第一滤波电阻构成的巴特沃斯滤波器，所述第一滤波电阻连接于电流采样电阻的第二端和所述第一运放的同相输入端之间，所述第一运放的同相输入端还经由所述第一滤波电容接地，所述第二滤波电容连接在所述第一运放的同相输入端和输出端之间。

在本实用新型所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路中，所述电流求和电路还包括两个上拉电阻，该两个上拉电阻的第一端分别一一对应的连接至两个小量程霍尔传感器的输出端，该两个上拉电阻的第二端均连接至霍尔供电电压源。

在本实用新型所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路中，所述信号调理电路包括由第一分压电阻、第二分压电阻以及第二运放构成的分压电路，所述第一分压电阻的第一端连接至所述电流求和电路的输出端，所述第二分压电阻的第一端接地，所述第一分压电阻和第二分压电阻的第二端均连接至所述第二运放的同相输入端，所述第二运放的反向输入端连接至输出端。

在本实用新型所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路中，所述信号调理电路还包括由所述第二运放以及第三滤波电容、第四滤波电容、第二滤波电阻构成的巴特沃斯滤波器，所述第二滤波电阻连接于第一分压电阻的第二端和所述第二运放的同相输入端之间，所述第二运放的同相输入端还经由所述第三滤波电容接地，所述第四滤波电容连接在所述第一运放的同相输入端和输出端之间。

本实用新型还公开了一种电机驱动器，包括连接至电机的大电流检测电路、连接该大电流检测电路的控制电路、连接至所述控制电路的用于驱动所述电机工作的驱动电路，所述大电流检测电路为以上所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路。

实施本实用新型的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路以及电机驱动器，具有以下有益效果：本实用新型中用多个小量程霍尔传感器并联来替代单个大量程电流霍尔，电流求和电路实现将该多个小量程霍尔传感器的输出电流进行求和，最终达到大量程霍尔传感器的大电流检测效果，由于1000A以下的小量程电流霍尔成本仅为1500A的大量程电流霍尔的十分之一左右，因可以有效降低系统成本，且具有较高的可靠性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路的电路原理图；

图2是母线与小量程霍尔传感器的连接关系示意图；

图3是本实用新型的电机驱动器的结构框图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，是本实用新型的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路的电路原理图；

本实用新型的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路，用于测量电机三相母线中的电流主要包括：N个小量程霍尔传感器、电流求和电路100以及信号调理电路200，该N个小量程霍尔传感器并联，所述N个小量程霍尔传感器的输出端分别连接至所述电流求和电路100的对应的输入端，所述电流求和电路100的输出端连接至所述信号调理电路200。

所述母线在测量位置拆分为N个支路且该N个支路分别一一对应的穿过该N个小量程霍尔传感器的聚磁圈后再合并为一体，每个小量程霍尔传感器负责测量当前的一小股线路中的电流，电流求和电路100再将该N个小量程霍尔传感器的输出电流进行求和后输出，信号调理电路200主要是用于对求和后的电流进行调理以便调理成DSP适用的电压。

其中，N为正整数且N≥2；图1中是以N＝2为例进行说明。

参考图2，是母线与小量程霍尔传感器的连接关系示意图；图2中，小量程霍尔传感器包括霍尔1和霍尔2，母线I分为两个支路：母线I1和母线I2，母线I1穿过霍尔1，母线I2穿过霍尔2，然后再汇聚合并为一体形成母线I。

需要明确的是，N是可以根据不同的应用场合中所需要的大电流而改变的，并不限于2个，当电流进一步增大时，还可以采用更多个小量程电流霍尔并联替代，因此本实用新型的方案设计简单、成本低廉、稳定可靠。

具体的，所述电流求和电路100，包括由N个电流采样电阻R1、R2以及一个第一运放U1构成的同相加法器，该N个电流采样电阻R1、R2的第一端分别一一对应的连接至N个小量程霍尔传感器的输出端，该N个电流采样电阻R1、R2的第二端均连接至所述第一运放U1的同相输入端，所述第一运放U1的反向输入端连接至输出端，所述第一运放U1的输出端连接至所述信号调理电路200。

优选的，所述电流求和电路100还包括由所述第一运放U1、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第一滤波电阻R5构成的巴特沃斯滤波器，所述第一滤波电阻R5连接于电流采样电阻R1、R2的第二端和所述第一运放U1的同相输入端之间，所述第一运放U1的同相输入端还经由所述第一滤波电容C1接地，所述第二滤波电容C2连接在所述第一运放U1的同相输入端和输出端之间。

巴特沃斯滤波器在通带幅度内响应平坦，具有较好的综合性能，特别适用于电流采样等低频应用场合，其典型增益为1。

进一步优选的，所述电流求和电路100还包括N个上拉电阻R3、R4，该N个上拉电阻R3、R4的第一端分别一一对应的连接至N个小量程霍尔传感器的输出端，该N个上拉电阻R3、R4的第二端均连接至霍尔供电电压源，霍尔供电电压源的输出电压为VCC。

当霍尔传感器掉线时，上拉电阻R3、R4将输出电压上拉为霍尔供电电压VCC，以用于故障检测等。

所述信号调理电路200，包括由第一分压电阻R6、第二分压电阻R7以及第二运放U2构成的分压电路，所述第一分压电阻R6的第一端连接至所述电流求和电路100的输出端，所述第二分压电阻R7的第一端接地，所述第一分压电阻R6和第二分压电阻R7的第二端均连接至所述第二运放U2的同相输入端，所述第二运放U2的反向输入端连接至输出端。分压电路主要是为了将电流求和电路100的输出电压调理成后续的DSP处理所规定的幅值。

优选的，所述信号调理电路200还包括由所述第二运放U2以及第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第二滤波电阻R8构成的巴特沃斯滤波器，所述第二滤波电阻R8连接于第一分压电阻R6的第二端和所述第二运放U2的同相输入端之间，所述第二运放U2的同相输入端还经由所述第三滤波电容C3接地，所述第四滤波电容C4连接在所述第一运放U1的同相输入端和输出端之间。

值得注意的是，采用单个大量程霍尔也需要信号调理电路200，因此通过采用两个小量程电流霍尔并联替代一个大量程电流霍尔，系统成本仅为原有的五分之一左右。

下面以图1中的N＝2为例，说明本实用新型的原理：

以LEM公司900A电流霍尔为例，其输出电压为:

V_{O} = \frac{V_{C C}}{5} \times (2.5 + G \times I)

其中Vcc为霍尔供电电压VCC的数值，一般为5V，G为霍尔增益，对于900A的电流霍尔，G＝2.2mV/A，在-900A～900A量程范围内，霍尔输出为0.5V～4.5V。

根据以上公式可知，两个小量程霍尔传感器的输出分别为：

V_{O 1} = \frac{V_{C C}}{5} \times (2.5 + G \times I_{1})

V_{O 2} = \frac{V_{C C}}{5} \times (2.5 + G \times I_{2})

根据第一运放U1的虚短、虚断特性，由电流求和电路100可得第一运放U1的输出为：

V_{O} = \frac{V_{o 1} \times R_{2}}{R_{1} + R_{2}} + \frac{V_{o 2} \times R_{1}}{R_{1} + R_{2}}

取R1＝R2，可得：

V_{O} = \frac{V_{o 1} + V_{o 2}}{2} = \frac{V_{C C}}{5} \times (2.5 + G \times \frac{I_{1} + I_{2}}{2}) = \frac{V_{C C}}{5} \times (2.5 + G \times \frac{I}{2})

令G1＝G/2＝1.1mV/A，

V_{O} = \frac{V_{C C}}{5} \times (2.5 + G_{1} \times I)

当电流I在-1800～1800A时，输出电压V_O为0.5V～4.5V，通过两个900A的小量程霍尔传感器并联最大可实现1800A电流的测量。由于V_O电压为0.5V～4.5V，而DSP端口输入电压通常为0～3V，因此需要将该电压V_O经由信号调理电路200进行调理至适合DSP使用的电压：

V_{O - DSP} = V_{O} \times \frac{R_{7}}{R_{6} + R_{7}}

通过调整R6和R7的阻值，即可将输出电压调理为适合DSP使用的电压。

参考图3，是本实用新型的电机驱动器的结构框图。

本实用新型的电机驱动器，包括连接至电机的三相电机线所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路、连接该大电流检测电路以接收其输出的电流信号的控制电路、连接至所述控制电路的以接收其输出的PWM信号的用于驱动所述电机工作的驱动电路。

综上所述，本实用新型中用多个小量程霍尔传感器并联来替代单个大量程电流霍尔，电流求和电路实现将该多个小量程霍尔传感器的输出电流进行求和，最终达到大量程霍尔传感器的大电流检测效果，由于1000A以下的小量程电流霍尔成本仅为1500A的大量程电流霍尔的十分之一左右，因可以有效降低系统成本，且具有较高的可靠性。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims

1.一种基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路，用于测量电机三相母线中的电流,其特征在于，包括N个小量程霍尔传感器、用于将该N个小量程霍尔传感器的输出电流进行求和后输出的电流求和电路、用于对求和后的电流进行调理的信号调理电路；所述母线在测量位置拆分为N个支路且该N个支路分别一一对应的穿过该N个小量程霍尔传感器后再合并为一体，其中，N为正整数且N≥2，所述N个小量程霍尔传感器的输出端分别连接至所述电流求和电路的对应的输入端，所述电流求和电路的输出端连接至所述信号调理电路。

2.根据权利要求1所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路，其特征在于，所述N等于2，所述电流求和电路包括由两个电流采样电阻以及一个第一运放构成的同相加法器，该两个电流采样电阻的第一端分别一一对应的连接至两个小量程霍尔传感器的输出端，两个电流采样电阻的第二端均连接至所述第一运放的同相输入端，所述第一运放的反向输入端连接至输出端，所述第一运放的输出端连接至所述信号调理电路。

3.根据权利要求2所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路，其特征在于，所述电流求和电路还包括由所述第一运放、第一滤波电容、第二滤波电容、第一滤波电阻构成的巴特沃斯滤波器，所述第一滤波电阻连接于电流采样电阻的第二端和所述第一运放的同相输入端之间，所述第一运放的同相输入端还经由所述第一滤波电容接地，所述第二滤波电容连接在所述第一运放的同相输入端和输出端之间。

4.根据权利要求2所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路，其特征在于，所述电流求和电路还包括两个上拉电阻，该两个上拉电阻的第一端分别一一对应的连接至两个小量程霍尔传感器的输出端，该两个上拉电阻的第二端均连接至霍尔供电电压源。

5.根据权利要求1所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路，其特征在于，所述信号调理电路包括由第一分压电阻、第二分压电阻以及第二运放构成的分压电路，所述第一分压电阻的第一端连接至所述电流求和电路的输出端，所述第二分压电阻的第一端接地，所述第一分压电阻和第二分压电阻的第二端均连接至所述第二运放的同相输入端，所述第二运放的反向输入端连接至输出端。

6.根据权利要求5所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路，其特征在于，所述信号调理电路还包括由所述第二运放以及第三滤波电容、第四滤波电容、第二滤波电阻构成的巴特沃斯滤波器，所述第二滤波电阻连接于第一分压电阻的第二端和所述第二运放的同相输入端之间，所述第二运放的同相输入端还经由所述第三滤波电容接地，所述第四滤波电容连接在所述第一运放的同相输入端和输出端之间。

7.一种电机驱动器，包括连接至电机的大电流检测电路、连接该大电流检测电路的控制电路、连接至所述控制电路的用于驱动所述电机工作的驱动电路，其特征在于，所述大电流检测电路为如权利要求1-6任一项所述的基于小量程霍尔传感器的大电流检测电路。