CN207380494U - 一种三相变频电机差分采样电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电路控制技术领域，具体涉及一种三相变频电机差分采样电路，在U相和V相的下桥臂分别连接U相采样电路和V相采样电路，U相采样电路与V相采样电路采用相同设置；其中U相采样电路包括顺次串联的U相采样电阻和母线电阻，以及两个输入端分别连接在U相采样电阻两端的U相运算放大电路，U相运算放大电路的输出端连接单片机的AD采样口；本实用新型采用差分采样，通过采样两路，计算出第三路，对MCU的性能要求不高，同时由于只采样两路，节省了一路采样电路，可节省成本；增加的母线电阻可以做过流保护的电阻，提高电路的可靠性，避免了三电阻采样中U/V/W两相线间短路保护不及时的问题，抗干扰能力强。

Description

一种三相变频电机差分采样电路

技术领域

本实用新型属于电路控制技术领域，具体涉及一种三相变频电机差分采样电路。

背景技术

在传统的三相变频电机驱动电路中，采样电路大多数采用单电阻采样或三电阻采样。采用单电阻采样，对MCU的性能和软件的算法要求高；采用三电阻采样，采样电路上元器件比较多，造成成本增加。而本专利采用两电阻差分采样，可有效的避免采样中的误差，减少一路采样电路，同时采样效果和三电阻完全相同，对MCU的性能要求不高，整个控制电路的成本有比较明显的降低。

发明内容

针对以上问题，本实用新型提供一种只需要进行两路采样的三相变频电机差分采样电路。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种三相变频电机差分采样电路，设置在所述三相变频电机的驱动电路中，在U相和V相的下桥臂分别连接U相采样电路和V相采样电路，所述U相采样电路与V相采样电路采用相同设置；其中U相采样电路包括顺次串联的U相采样电阻和母线电阻，所述母线电阻的另一端接地，以及两个输入端分别连接在U相采样电阻两端的U相运算放大电路，所述U相运算放大电路的输出端连接单片机的AD采样口；所述U相采样电路与V相采样电路共用一个母线电阻；所述单片机分别接收U相采样电路和V相采样电路信号经计算后得到三相电路各自的电流值。

进一步的，所述U相运算放大电路包括基准电压电路，所述基准电压电路两端施加定额电压，所述基准电压电路包括两个串联的等阻值电阻，所述运算放大电路中的运算放大器的同向输入端连接在两个等阻值电阻之间。

更进一步的，所述运算放大器同向输入端通过一个同向输入电阻接U相采样电阻的正端，反向输入端通过一个反向输入电阻接采样U相电阻的负端。

作为一种改进，所述运算放大器反向输入端与输出端之间还连接有一个反馈电阻。

作为进一步改进，所述U相运算放大电路还包括一个双向钳位二极管，所述双向钳位二极管设置在U相运算放大器输出端与单片机AD采样口之间。

进一步的，所述U相运算放大电路还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路设置在双向钳位二极管与单片机AD采样口之间，所述第一滤波电路由第一电阻和第一电容组成。

作为一种改进，还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路由第二电阻和第二电容组成，所述第二滤波电路一端连接在U相采样电阻的负端另一端与三相变频电机的驱动芯片连接。

更进一步的，所述U相采样电路和V相采样电路中的运算放大器为同一个两路高速运算放大器。

本实用新型一种三相变频电机差分采样电路，采用差分采样，通过采样两路，计算出第三路，采样效果和采样三路完全一致，对MCU的性能要求不高，同时由于只采样两路，节省了一路采样电路，可节省成本；增加的母线电阻可以做过流保护的电阻，提高电路的可靠性，避免了三电阻采样中U/V/W两相线间短路保护不及时的问题，抗干扰能力强。

附图说明

图1是本实用新型一种三相变频电机差分采样电路整体示意图；

图2是本实用新型一种三相变频电机差分采样电路中逆变电路示意图；

图3是本实用新型一种三相变频电机差分采样电路中采样电路示意图。

具体实施方式

本实用新型提供的一种三相变频电机差分采样电路。

为了能够更为清楚的描述本实用新型的内容，以下结合图1-3详细介绍有关本实用新型的内容：

本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种三相变频电机差分采样电路，设置在所述三相变频电机的驱动电路中，在U相和V相的下桥臂分别连接U相采样电路和V相采样电路，所述U相采样电路与V相采样电路采用相同设置；其中U相采样电路包括顺次串联的U相采样电阻和母线电阻，所述母线电阻的另一端接地，以及两个输入端分别连接在U相采样电阻两端的U相运算放大电路，所述U相运算放大电路的输出端连接单片机的AD采样口；所述U相采样电路与V相采样电路共用一个母线电阻；所述单片机分别接收U相采样电路和V相采样电路信号经计算后得到三相电路各自的电流值。

具体的，三相变频电机差分采样电路主要包括逆变电路和采样电路；

其中如图2所示，逆变电路包括：C1为高压CBB电容，交流电源220V经过整理后，变为310V直流电压，接在310V直流电源的正级和负极间，作用是滤除干扰。Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6为MOS管，通过导通不同的MOS管，控制流过电机三个相U/V/W的电流，起到控制电机的转速；R1，R2，R3，R7，R8，R9为MOS管的栅极限流电阻，接驱动芯片的驱动脚，限制MOS管导通的快慢；R4，R5，R6，R10，R11，R12为MOS管的放电电阻，在MOS管关断时快速放电，加快MOS管的关断；R22为母线上的采样电阻，即母线电阻，通过采样R22上的电压，计算出流过R22的电流，第二电阻R19和第二电容C3组成第二滤波网络，滤除采样电阻R22上的高频成分，将滤波后的采样电压值传给驱动芯片的电压采样脚，当电流过大时，驱动芯片自动关断输出，保护逆变电路；R13，R14为相电阻，采样相电流，其中R13采样U相电流，即U相采样电阻，R14采样V相电流，即V相采样电阻;CN1为端子座，接电机。U/V/W的上桥MOS管Q1，Q2，Q3接310V直流电源的正极，MOS管的栅级电阻R1，R2，R3接驱动芯片的高端驱动，MOS管GS间接电阻R4，R5，R6;下桥的MOS管Q4,Q5,Q6接在上桥的MOS管Q1,Q2,Q3,和310V电源的负极（地），MOS管的栅级电阻R7，R8，R9接驱动芯片的低端驱动，MOS管GS间接电阻R10，R11，R12；上/下桥之间引出电机的接线端子CN1。

其中如图3所示，采样电路包括，在U相的下桥臂上接U相采样电阻R13，U1为两路高速运放，为画图方便、美观，将运放U1拆分为U1A,U1B,各对应一路运放。高速运放U1A的同向输入端通过一个电阻R23接U相采样电阻R13的正端（靠近MOS管），运放的反向输入端通过一个电阻R26接U相采样电阻R13的负端（靠近电源的负极）,电阻R23、R26为限流保护电阻；

所述U相运算放大电路包括基准电压电路，所述基准电压电路两端施加定额电压，所述基准电压电路包括两个串联的等阻值电阻，所述运算放大电路中的运算放大器的同向输入端连接在两个等阻值电阻之间。作为一种优选实施方式，选择定额电源+5V通过电阻R15，R16分压后接在运放的同向输入端，R15，R16的阻值相同,电阻R28接在运放的反向输入端和输出端之间，和电阻R26一起决定运放的放大倍数。二极管D2双向钳位，为画图方便、美观，将二极管D2拆分为D2A、D2B。第一电阻R24和第一电容C4组成第一滤波电路。运放的输出通过钳位二极管D2,电阻R24和电容C4后，接到单片机的AD口。

V相采样电路与U相采样电路一致，在V相的下桥臂上接采样电阻R14，高速运放U1B的同向输入端通过一个电阻R20接采样电阻R14的正端（靠近MOS管），运放的反向输入端通过一个电阻R25接采样电阻R14的负端（靠近电源的负极）,电阻R20、R25为限流保护电阻.电源+5V通过电阻R17，R18分压后接在运放的同向输入端，R15，R16的阻值相同。电阻R27接在运放的反向输入端和输出端之间，和电阻R25一起决定运放的放大倍数。二极管D1双向钳位，为画图方便、美观，将二极管D1拆分为D1A、D1B。第三电阻R21和第三电容C2组成第三滤波电路网络。运放的输出通过钳位二极管D1,电阻R21和电容C2后，接到单片机的AD口。

由于本实用新型采用的方案是通过采集其中两相电流数据，进一步通过计算得到第三相电流数据，因W相下桥臂不必接采样电阻。U/V/W三相通过母线采样电阻R22回到310V直流电源负极；电阻R19，电容C3组成第二滤波电路，母线采样电阻R22上的电压通过电阻R19，电容C3后接到驱动芯片的过流电压采样端口。

以U相电路电流采样为例：当电机的U相中有电流流过时，电流经过电机的U相线圈，经过下桥MOS管Q6，流经U相采样电阻R13，母线采样电阻R22，回到电源的负极。电流在电阻R13和R22上产生压降，运放通过采R13和R22上的压降，经过运放放大后，经过二极管的钳位、RC电路的滤波，送入到单片机的AD采样口，单片机内部的软件计算采样电压和电阻R13的比值，计算出采样的U相电流。+5V经过电阻R15,R16分压后产生一个基准电压2.5V，通过合理配置运放的同向输入电阻R23和反向输入电阻R26，以及反馈电阻R28的阻值，可以使在U相没有电流（静态）时运放的输出为基准电压2.5V。经过U相的电流有正、有负，设置一个2.5V的基准电压，就可以采出U相上的正、负电流。运放的反向输入接在母线电阻R22，不同于传统的接在电源的负极（地）上，当电源的负极（地）受到干扰有波动或有毛刺导致地不平时，R22和R13上的电压同时波动，而运放是采样R13两端的差分电压，对采样的结果不会有影响，抗干扰能力较传统的运放反向输入接电源的负极（地）有很大提高。

V相电路电流采样：与U相电流采样完全一致，不再具体分析。

W相电路电流采样：W相不经过采样电阻，直接接到母线电阻R22上，W相不采用电阻直接采样的方式。在实际的软件应用中，根据I(u)+I(v)+I(w)=0，采样出U相电流I(u)，V相电流I(v)，即可计算出W相电流I(w)。

为了提高电路的自我保护能力，将母线电阻R22上的电压通过第二滤波电路后直接接到驱动芯片上,驱动芯片采样到电压过高后迅速关断驱动信号，保护逆变电路。

本实用新型一种三相变频电机差分采样电路，采用差分采样，通过采样两路，计算出第三路，采样效果和采样三路完全一致，对MCU的性能要求不高，同时由于只采样两路，节省了一路采样电路，可节省成本；增加的母线电阻可以做过流保护的电阻，提高电路的可靠性，避免了三电阻采样中U/V/W两相线间短路保护不及时的问题，抗干扰能力强。

以上所述仅为本实用新型的实施方式，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种三相变频电机差分采样电路，设置在所述三相变频电机的驱动电路中，其特征在于，在U相和V相的下桥臂分别连接U相采样电路和V相采样电路，所述U相采样电路与V相采样电路采用相同设置；其中U相采样电路包括顺次串联的U相采样电阻和母线电阻，所述母线电阻的另一端接地，以及两个输入端分别连接在U相采样电阻两端的U相运算放大电路，所述U相运算放大电路的输出端连接单片机的AD采样口；所述U相采样电路与V相采样电路共用一个母线电阻；所述单片机分别接收U相采样电路和V相采样电路信号经计算后得到三相电路各自的电流值。

2.如权利要求1所述的三相变频电机差分采样电路，其特征在于，所述U相运算放大电路包括基准电压电路，所述基准电压电路两端施加定额电压，所述基准电压电路包括两个串联的等阻值电阻，所述运算放大电路中的运算放大器的同向输入端连接在两个等阻值电阻之间。

3.如权利要求2所述的三相变频电机差分采样电路，其特征在于，所述运算放大器同向输入端通过一个同向输入电阻接U相采样电阻的正端，反向输入端通过一个反向输入电阻接采样U相电阻的负端。

4.如权利要求3所述的三相变频电机差分采样电路，其特征在于，所述运算放大器反向输入端与输出端之间还连接有一个反馈电阻。

5.如权利要求1-4任意一项所述的三相变频电机差分采样电路，其特征在于，所述U相运算放大电路还包括一个双向钳位二极管，所述双向钳位二极管设置在U相运算放大器输出端与单片机AD采样口之间。

6.如权利要求5所述的三相变频电机差分采样电路，其特征在于，所述U相运算放大电路还包括第一滤波电路，所述第一滤波电路设置在双向钳位二极管与单片机AD采样口之间，所述第一滤波电路由第一电阻和第一电容组成。

7.如权利要求1所述的三相变频电机差分采样电路，其特征在于，还包括第二滤波电路，所述第二滤波电路由第二电阻和第二电容组成，所述第二滤波电路一端连接在U相采样电阻的负端另一端与三相变频电机的驱动芯片连接。

8.如权利要求1所述的三相变频电机差分采样电路，其特征在于，所述U相采样电路和V相采样电路中的运算放大器为同一个两路高速运算放大器。