CN205691660U - 一种电机的输入功率计算电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机的输入功率计算电路，包括分压采样支路、智能功率模块、电流采样支路和单片机，通过分压采样支路得到电机处于运转状态时的直流母线采样电压，通过电流采样支路得到电机处于运转状态时的直流母线采样电流，然后单片机根据电机的直流母线采样电压和直流母线采样电流计算得到电机的实时输入功率。由此可知，本实用新型采用直接方法获得电机的实时输入功率，由于电机的直流母线采样电压和直流母线采样电流在获取过程中不受电机运行状态的影响，因此，使得计算得到的电机的实时输入功率不存在误差，从而提高了对电机的输入功率调节准确性，有效避免了因计算的到的电机的输入功率存在误差而为系统的直流电源带来的安全隐患。

Description

一种电机的输入功率计算电路

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术领域，更具体的说，涉及一种电机的输入功率计算电路。

背景技术

目前，大多数电机采用系统的直流电源供电，直流电源的输出功率通常都有一定的限制，当电机的输入功率超过直流电源的输出功率时，将会造成直流电源的损坏，严重时还会发生安全事故，因此对电机的输入功率进行实时限制以保证直流电源的可靠工作至关重要。

对电机的输入功率进行限制的关键是如何获取电机的输入功率。目前对电机的输入功率的获取一般采用间接方法，即根据电机的运转效率，大致折算电机的输入功率，然后再对电机的输入功率进行限制。由于电机在不同运行状态下其运转效率并不一致，因此，导致计算得到电机的输入功率存在很大误差，进而导致调节后电机的实际输入功率偏离预设输入功率，给系统的直流电源带来安全隐患。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型公开一种电机的输入功率计算电路，以解决因计算的到的电机的输入功率存在误差而为系统的直流电源带来的安全隐患的问题。

一种电机的输入功率的计算电路，包括：

输入端与直流母线连接，用于对直流母线电压进行分压采样，得到电机处于运转状态时的直流母线采样电压的分压采样支路，所述分压采样支路的接地端接地；

输入端与所述直流母线连接，用于将所述直流母线输出的直流电转换成电机能够利用的交流电的智能功率模块，所述智能功率模块的第一输出端连接所述电机；

输入端与所述智能功率模块的第二输出端连接，用于对直流母线电流进行采样，得到所述电机处于运转状态时的直流母线采样电流的电流采样支路；

输入端分别与所述分压采样支路的输出端、所述电流采样支路的输出端连接，用于获取所述直流母线采样电压和所述直流母线采样电流，并根据所述直流母线采样电压和所述直流母线采样电流，计算得到所述电机的实时输入功率的单片机，所述单片机的输出端连接所述智能功率模块的控制端。

优选的，所述分压采样电路包括：第一分压支路、第二分压支路和第一模数转换器；

所述第一分压支路的输入端与所述直流母线连接，所述第一分压支路的输出端通过所述第二分压支路连接接地端；

所述第一模数转换器的输入端连接所述第一分压支路和所述第二分压支路的公共端，所述第一模数转换器的输出端连接所述单片机的输入端。

优选的，所述第一分压支路包括一个采样电阻或多个串联连接的采样电阻。

优选的，还包括：第一滤波电容器；

所述第一滤波电容器并联连接在所述第二分压支路的两端。

优选的，所述电流采样支路包括：

一端与所述智能功率模块的第二输出端连接的第一采样电阻，所述第一采样电阻的另一端连接接地端；

输入端与所述第一采样电阻和所述智能功率模块的公共端连接，用于对所述第一采样电阻采集到的采样电流进行滤波的滤波电路；

输入端与所述滤波电路的输出端连接，用于对滤波后的采样电流进行放大处理，得到所述直流母线采样电流的放大电路；

输入端与所述放大电路的输出端连接，输出端与所述单片机连接，用于将所述直流母线采样电流由模拟信号转换成数字信号的第二模数转换器。

优选的，所述滤波电路为无源滤波电路。

优选的，所述无源滤波电路包括：第一电阻和第二滤波电容器；

所述第一电阻的一端连接所述第一采样电阻和所述智能功率模块的公共端，所述第一电阻的另一端通过所述第二滤波电容器连接接地端，所述第一电阻和所述第二滤波电容器的公共端连接所述放大电路的输入端。

优选的，所述滤波电路为有源滤波电路。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型公开了一种电机的输入功率计算电路，包括分压采样支路、智能功率模块、电流采样支路和单片机，通过分压采样支路得到电机处于运转状态时的直流母线采样电压，通过电流采样支路得到电机处于运转状态时的直流母线采样电流，然后单片机根据电机的直流母线采样电压和直流母线采样电流计算得到电机的实时输入功率。由此可知，本实用新型采用直接方法获得电机的实时输入功率，由于电机的直流母线采样电压和直流母线采样电流在获取过程中不受电机运行状态的影响，因此，使得计算得到的电机的实时输入功率不存在误差，从而提高了对电机的输入功率调节的准确性，有效避免了因计算的到的电机的输入功率存在误差而为系统的直流电源带来的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例公开的一种电机的输入功率的计算电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种电机的输入功率计算电路，以解决因计算的到的电机的输入功率存在误差而为系统的直流电源带来的安全隐患的问题。

参见图1，本实用新型实施例公开的一种电机的输入功率的计算电路图，包括：分压采样支路11、智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)12、电流采样支路13和单片机14。

其中，分压采样支路11的输入端与直流母线连接，分压采样支路11的接地端接地，分压采样支路11用于对直流母线电压进行分压采样，得到电机处于运转状态时的直流母线采样电压。

IPM12的输入端与所述直流母线连接，IPM12的第一输出端连接电机10，IPM12用于将所述直流母线输出的直流电转换成电机10能够利用的交流电。

需要说明的是，IPM12是一种先进的功率开关器件，具有GTR(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及场效应晶体管高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。而且IPM12IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用起来方便，不仅减小了系统的体积以及开发时间，也大大增强了系统的可靠性。

电流采样支路13的输入端与IPM12的第二输出端连接，电流采样支路13用于对直流母线电流Ibus进行采样，得到电机10处于运转状态时的直流母线采样电流。

单片机14的输入端分别与分压采样支路11的输出端、电流采样支路13的输出端连接，单片机14的输出端连接IPM12的控制端，单片机14用于获取分压采样支路11输出的直流母线采样电压和电流采样支路13输出的直流母线采样电流，并根据所述直流母线采样电压和所述直流母线采样电流，计算得到电机10的实时输入功率。

综上可知，相比现有技术而言，本实用新型采用直接方法获得电机的实时输入功率，由于电机的直流母线采样电压和直流母线采样电流在获取过程中不受电机运行状态的影响，因此，使得计算得到的电机的实时输入功率不存在误差，从而提高了对电机的输入功率调节的准确性，有效避免了因计算的到的电机的输入功率存在误差而为系统的直流电源带来的安全隐患。

上述实施例中的分压采样支路11具体包括：第一分压支路111、第二分压支路112和第一模数转换器(A/D转换器)113；

其中，第一分压支路111的输入端与直流母线连接，第一分压支路111的输出端通过第二分压支路112连接接地端；

第一模数转换器113的输入端连接第一分压支路111和第二分压支路112的公共端，第一模数转换器113的输出端连接单片机14的输入端。

本实用新型通过第一分压支路111和第二分压支路112对直流母线电压Vbus进行分压采样，采集的第二分压支路112的电压即是直流母线电压Vbus的直流母线采样电压，该直流母线采样电压经第一模数转换器113由模拟信号转换成胡子信号后被送入单片机14进行数据处理。

需要说明的是，第一分压支路111可以包括一个采样电阻或多个串联连接的采样电阻。

由于第一分压支路111采集到的电压信号为高压信号，因此，第一分压支路111的功耗比较大，为避免一个采样电阻无法承受过大功耗，第一分压支路111优选多个串联连接的采样电阻，例如图1示出的，第一分压支路111包括串联连接的采样电阻R1、采样电阻R2和采样电阻R3。

第二分压支路112可以选用一个采样电阻，例如图1示出的，第二分压支路112包括采样电阻R4。

假设直流母线采样电压为u，则单片机14根据直流母线采样电压为u以及采样电阻R1、采样电阻R2、采样电阻R3和采样电阻R4计算得到直流母线电压Vbus的公式为：Vbus＝[u×(R1+R2+R3+R4)]/R4，其中，计算得到直流母线电压Vbus即是电机10的直流母线电压，该直流母线电压为有效值。

为进一步优化上述实施例，分压采样支路11还包括：第一滤波电容器C1；

第一滤波电容器C1并联连接在第二分压支路112的两端，用于对直流母线采样电压进行滤波处理，滤除直流母线采样电压中的高频干扰信号，以便于后续单片机14数据处理。

上述实施例中的电流采样支路13包括：第一采样电阻Rs、滤波电路131、放大电路GA和第二模数转换器(A/D转换器)132。

其中，第一采样电阻Rs的一端与IPM12的第二输出端连接，第一采样电阻Rs的另一端连接接地端。

滤波电路131的输入端与第一采样电阻Rs和IPM12的公共端连接，滤波电路131用于对第一采样电阻Rs采集到的采样电流进行滤波。

需要说明的是，滤波电路131可以为无源滤波电路，或是有源滤波电路，当滤波电路131为无源滤波电路时，其包括：第一电阻R5和第二滤波电容器C2；

第一电阻R5的一端连接第一采样电阻Rs和IPM12的公共端，第一电阻R5的另一端通过第二滤波电容器C2连接接地端，第一电阻R5和第二滤波电容器C2的公共端连接放大电路GA的输入端。

放大电路GA的输入端与滤波电路131的输出端连接，放大电路GA用于对滤波后的采样电流进行方法处理，得到直流母线采样电流。

第二模数转换器132的输入端与放大电路GA的输出端连接，第二模数转换器132的输出端与单片机14连接，第二模数转换器132用于将所述直流母线采样电流由模拟信号转换成数字信号。

本实用新型中，通过第一采样电阻Rs对直流母线电流Ibus进行采样，得到采样电流，其中，采样电流以采样电压(即第一采样电阻Rs的电压)的形式进行表示，采样电流通过滤波电路131进行滤波，由于直流母线电流Ibus是电流经过斩波后形成，因此，利用第一采样电阻Rs得到的采样电流是一个不连续的电流信号，该采样电流通过滤波电路131进行滤波，可以稳定于某一个数值(其中，滤波电路131的作用相当于软件积分环节的作用)，以便于后续单片机14进行数据处理。由于采样电流比较微弱，因此该采样电流需要通过放大电路GA进行放大处理，得到直流母线采样电流，直流母线采样电流通过第二模数转换器132由模拟信号转换成数字信号后，被输送至单片机14进行数据处理。

假设直流母线采样电流对应的电压为u1，放大电路GA的放大倍数为A，则单片机14根据直流母线采样电流u1、放大倍数为A和第一采样电阻Rs计算得到直流母线电流Ibus的公式为：Ibus＝u1/(A×Rs)，其中，计算得到的直流母线电流Ibus即是电机10的直流母线电流，该直流母线电流为有效值。

单片机14根据直流母线电压Vbus和直流母线电流Ibus计算得到电机10的输入功率P的计算公式为：P＝Vbus×Ibus＝[u*u1*(R1+R2+R3+R4)]/(R4*A*Rs)。

当单片机14计算得到电机10的输入功率P后，单片机14通过将电机10的输入功率P与预设电机输入功率进行比较，并基于比较结果控制IPM12内部开关管的打开和关闭，使电机10相应的旋转和停止，实现对电机10的输入功率P的实时调节。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种电机的输入功率的计算电路，其特征在于，包括：

输入端与直流母线连接，用于对直流母线电压进行分压采样，得到电机处于运转状态时的直流母线采样电压的分压采样支路，所述分压采样支路的接地端接地；

输入端与所述直流母线连接，用于将所述直流母线输出的直流电转换成电机能够利用的交流电的智能功率模块，所述智能功率模块的第一输出端连接所述电机；

输入端与所述智能功率模块的第二输出端连接，用于对直流母线电流进行采样，得到所述电机处于运转状态时的直流母线采样电流的电流采样支路；

输入端分别与所述分压采样支路的输出端、所述电流采样支路的输出端连接，用于获取所述直流母线采样电压和所述直流母线采样电流，并根据所述直流母线采样电压和所述直流母线采样电流，计算得到所述电机的实时输入功率的单片机，所述单片机的输出端连接所述智能功率模块的控制端。

2.根据权利要求1所述的计算电路，其特征在于，所述分压采样电路包括：第一分压支路、第二分压支路和第一模数转换器；

所述第一分压支路的输入端与所述直流母线连接，所述第一分压支路的输出端通过所述第二分压支路连接接地端；

所述第一模数转换器的输入端连接所述第一分压支路和所述第二分压支路的公共端，所述第一模数转换器的输出端连接所述单片机的输入端。

3.根据权利要求2所述的计算电路，其特征在于，所述第一分压支路包括一个采样电阻或多个串联连接的采样电阻。

4.根据权利要求2所述的计算电路，其特征在于，还包括：第一滤波电容器；

所述第一滤波电容器并联连接在所述第二分压支路的两端。

5.根据权利要求1所述的计算电路，其特征在于，所述电流采样支路包括：

一端与所述智能功率模块的第二输出端连接的第一采样电阻，所述第一采样电阻的另一端连接接地端；

输入端与所述第一采样电阻和所述智能功率模块的公共端连接，用于对所述第一采样电阻采集到的采样电流进行滤波的滤波电路；

输入端与所述滤波电路的输出端连接，用于对滤波后的采样电流进行放大处理，得到所述直流母线采样电流的放大电路；

输入端与所述放大电路的输出端连接，输出端与所述单片机连接，用于将所述直流母线采样电流由模拟信号转换成数字信号的第二模数转换器。

6.根据权利要求5所述的计算电路，其特征在于，所述滤波电路为无源滤波电路。

7.根据权利要求6所述的计算电路，其特征在于，所述无源滤波电路包括：第一电阻和第二滤波电容器；

所述第一电阻的一端连接所述第一采样电阻和所述智能功率模块的公共端，所述第一电阻的另一端通过所述第二滤波电容器连接接地端，所述第一电阻和所述第二滤波电容器的公共端连接所述放大电路的输入端。

8.根据权利要求5所述的计算电路，其特征在于，所述滤波电路为有源滤波电路。