CN207866881U - 永磁同步电机的相电流检测保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种永磁同步电机的相电流检测保护电路，包括信号采集单元、电流检测单元和过流保护单元，信号采集单元采集电机的相电流并转化为电压信号；电流检测单元连接信号采集单元，将信号采集单元输出的交变电压信号转化为单极性电压信号；过流保护单元连接信号采集单元，将信号采集单元输出的交变电压信号转化为过流保护控制信号；过流保护单元的输出端连接电机三相输入端的桥臂电路。本实用新型的相电流检测保护电路，能够对永磁同步电机的相电流进行精确检测，并对电机以及逆变器进行保护。检测精度高、可靠性高，安全性强。从而达到在保证安全的前提下，提高电流环的控制精度和响应速度、改善电机控制性能的目的。

Description

永磁同步电机的相电流检测保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种电流检测保护电路，尤其涉及永磁同步电机的相电流检测保护电路。

背景技术

控制交流伺服系统的关键是能够实现对电机瞬时转矩的高性能控制，归根到底就是对电机电流的控制，电流检测信号质量的好坏直接影响了电机的控制性能，劣质的电流信号会造成电机运行时的转矩波动，严重时甚至会造成电机失控。因此要想获得优良的控制性能就必须对电流进行精确的检测，并做好相关保护措施。

目前，工业控制领域中，对于电机相电流的检测，比较常见的方法为采用霍尔式电流传感器来对电机相电流进行检测。霍尔式电流传感器是根据霍尔效应制成的一种传感器，使用方法一般为将电流传感器串接在电机的三相线中，这样可直接检测电机的相电流，并根据量程大小比例输出一定范围内的电压值，简单方便。但电流传感器一般成本较高，而且一旦选用量程较大的传感器，其检测精度会大幅降低，与此同时，由于传感器是根据霍尔效应制成的，因此传感器一旦受到外部电磁干扰，对电流的检测就会发生异常，从而导致电机失控。由于采用这种方法进行电流检测的伺服系统中，大多采用软件触发的方式来对过流事故进行相应的保护措施，而强大的电流很容易对主控芯片产生冲击使得软件触发方式失效，存在较大的安全隐患。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种永磁同步电机的相电流检测保护电路，降低永磁同步电机相电流的检测成本，提高检测的准确性、可靠性和使用安全性。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种永磁同步电机的相电流检测保护电路，包括信号采集单元、电流检测单元和过流保护单元，所述信号采集单元采集电机的相电流并转化为电压信号；所述电流检测单元连接信号采集单元，将所述信号采集单元输出的交变电压信号转化为单极性电压信号；所述过流保护单元连接信号采集单元，将所述信号采集单元输出的交变电压信号转化为过流保护控制信号；所述过流保护单元的输出端连接电机三相输入端的桥臂电路。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述信号采集单元包括采样电阻R17；所述桥臂电路包括NMOS管一Q1、NMOS管二Q2，NMOS管一Q1 的漏极连接电源，NMOS管一Q1的源极连接NMOS管二Q2的漏极，形成节点A；NMOS管二Q2的源极连接采样电阻后接电源地，NMOS管二Q2源极和采样电阻的连接处形成节点B；电机的三相输入端连接节点A，所述电流检测单元和过流保护单元的输入端均连接节点B。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述电流检测单元包括运放偏置电路；所述运放偏置电路具有分压电阻一R1、分压电阻二R2、运算放大器一IC1A、运算放大器二IC1B、增益电阻一R3、增益电阻二R4、增益电阻三 R5、增益电阻四R6；供电电压经分压电阻一和分压电阻二分压后接入所述运算放大器一的同相输入端，所述运算放大器一的输出端接入所述运算放大器一的反相输入端；

运算放大器一的输出端串联增益电阻三后连接运算放大器二的同相输入端；

运算放大器二的同相输入端还连接增益电阻一后接入节点B，运算放大器二的输出端经过所述增益电阻四后接入所述运算放大器二的反相输入端，运算放大器二的反相输入端还连接增益电阻二后接入信号电源地。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述运算放大器二的输出端连接有滤波单元；所述滤波单元具有滤波电阻R7和滤波电容C1，滤波电阻的一端接所述运算放大器二的输出端，另一端接所述滤波电容；所述滤波电容的一端接所述滤波电阻，另一端接信号电源地。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述滤波单元的连接有钳位单元；所述钳位单元具有具有二极管一D1和二极管二D2；二极管一D1的负极接信号电源正极，二极管一D1的正极接所述二极管二D2的负极，二极管二D2的正极接信号电源地；二极管一D1的正极和所述二极管二D2的负极节点处C构成所述电流检测电路的输出端Iout。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述过流保护单元包括绝对值电路、比较器电路和开关管Q3；所述绝对值电路具有运算放大器三IC2A、运算放大器四IC2B、二极管三D3、二极管四D4、增益电阻五R8、增益电阻六 R9、增益电阻七R10、增益电阻八R11、增益电阻九R12；

二极管三D3的正极连接二极管四D4的负极，且形成节点D；

运算放大器三的同相输入端连接信号电源地，其反相输入端连接增益电阻五后接入节点B；其输出端连接节点D；

二极管三D3的负极连接增益电阻六R9后接入运算放大器三的反相输入端；二极管三D3的负极还连接运算放大器四的同相输入端；

二极管四D4的正极连接增益电阻七R10后接入运算放大器三的反相输入端；二极管四D4的正极还连接增益电阻八R11后接入运算放大器四的反相输入端；

运算放大器四的输出端连接增益电阻九R12后接入运算放大器四的反相输入端；

所述比较器电路具有运算放大器五IC1D，运算放大器五的同相输入端接入所述运算放大器四的输出端，所述运算放大器五的反相输入端接入阈值基准信号；

运算放大器五的输出端连接开关管Q3的门极，开关管Q3的漏极连接 NMOS管二Q2的门极，开关管Q3的源极连接信号电源地。

本实用新型一个较佳实施例中，进一步包括所述比较器电路还具有阈值设定模块，所述阈值设定模块具有运算放大器六IC1C、分压电阻三R13、分压电阻四R14；供电电压经所述分压电阻三和所述分压电阻四分压后接入运算放大器六的同相输入端，运算放大器六的反相输入端接入运算放大器六的输出端，运算放大器六的输出端连接所述运算放大器五的反相输入端。

本实用新型的相电流检测保护电路，能够对永磁同步电机的相电流进行精确检测，并对电机以及逆变器进行保护。与传统的霍尔型电流传感器相比，检测精度高、可靠性高，安全性强。从而达到在保证安全的前提下，提高电流环的控制精度和响应速度、改善电机控制性能的目的。

附图说明

图1是本实用新型优选实施例中电流检测单元的电路原理图；

图2是本实用新型优选实施例中过流保护单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1-2所示，本实施例公开了一种永磁同步电机的相电流检测保护电路，包括信号采集单元、电流检测单元和过流保护单元，上述信号采集单元采集电机的相电流并转化为电压信号；上述电流检测单元连接信号采集单元，将上述信号采集单元输出的交变电压信号转化为单极性电压信号；上述过流保护单元连接信号采集单元，将上述信号采集单元输出的交变电压信号转化为过流保护控制信号；上述过流保护单元的输出端连接电机三相输入端的桥臂电路。

具体的，如图2所示，上述信号采集单元包括采样电阻R17；上述桥臂电路包括NMOS管一Q1、NMOS管二Q2，NMOS管一Q1的漏极连接电源，NMOS 管一Q1的源极连接NMOS管二Q2的漏极，形成节点A，电机的三相输入端连接节点A；NMOS管二Q2的源极连接采样电阻R17后接电源地，NMOS管二Q2源极和采样电阻R17的连接处形成节点B。采样电阻R17串接在NMOS 管二Q2和电源地之间，当待测交流电流信号流经采样电阻R17时，会在采样电阻两端产生压降，此时交流电流信号转换为交流电压信号。上述电流检测单元和过流保护单元的输入端均连接节点B，待测交流电流信号转化为交流电压信号后分别作为电流检测单元和过流保护单元的输入信号。

如图1所示，上述电流检测单元包括运放偏置电路；上述运放偏置电路具有分压电阻一R1、分压电阻二R2、运算放大器一IC1A、运算放大器二IC1B、增益电阻一R3、增益电阻二R4、增益电阻三R5、增益电阻四R6；供电电压经分压电阻一和分压电阻二分压后接入上述运算放大器一IC1A的同相输入端，上述运算放大器一IC1A的输出端接入上述运算放大器一IC1A的反相输入端；

运算放大器一IC1A的输出端串联增益电阻三后连接运算放大器二IC1B的同相输入端；

运算放大器二IC1B的同相输入端还连接增益电阻一后接入节点B，运算放大器二IC1B的输出端经过上述增益电阻四后接入上述运算放大器二IC1B的反相输入端，运算放大器二IC1B的反相输入端还连接增益电阻二后接入信号电源地。

信号采集单元输出的交流电压信号经过运放偏置电路的放大和偏置，最终转变为仅有正极性的电压信号。其中，运算放大器一IC1A的输出端提供运放偏置电路所需的偏置电压，运放偏置电路的增益由各增益电阻的阻值决定。

如图2所示，上述运算放大器二IC1B的输出端连接有滤波单元；上述滤波单元具有滤波电阻R7和滤波电容C1，滤波电阻R7的一端接上述运算放大器二IC1B的输出端，另一端接上述滤波电容C1；上述滤波电容C1的一端接上述滤波电阻R7，另一端接信号电源地。上述滤波电阻R7和滤波电容C1组陈一阶低通滤波器，接入运放偏置电路的输出端，对运放偏置电路的输出信号进行滤波处理。

如图2所示，上述滤波单元的连接有钳位单元；上述钳位单元具有具有二极管一D1和二极管二D2；二极管一D1的负极接信号电源正极，二极管一D1 的正极接上述二极管二D2的负极，二极管二D2的正极接信号电源地；二极管一D1的正极和上述二极管二D2的负极节点处C构成上述电流检测电路的输出端Iout。上述钳位单元对滤波处理后的输出信号电压进行钳位，一旦信号电压过高或过低，信号电压就会被钳位，以此实现对后段主控芯片的保护。

以上，电流检测单元仅使用了两片运放、若干电阻、一个电容以及两个二极管就实现了对电流信号的检测，成本上，相比电流传感器而言，大大降低；电路中由于未使用霍尔型元器件，而且对信号进行了滤波处理，大大降低了外部电磁干扰对检测信号的影响，提高了检测信号的准确性和可靠性。

如图1所示，上述过流保护单元包括绝对值电路、比较器电路和开关管Q3，本实施例技术方案中，开关管Q3优选使用NMOS管Q3；上述绝对值电路具有运算放大器三IC2A、运算放大器四IC2B、二极管三D3、二极管四D4、增益电阻五R8、增益电阻六R9、增益电阻七R10、增益电阻八R11、增益电阻九 R12；

二极管三D3的正极连接二极管四D4的负极，且形成节点D；

运算放大器三IC2A的同相输入端连接信号电源地，其反相输入端连接增益电阻五后接入节点B；其输出端连接节点D；

二极管三D3的负极连接增益电阻六R9后接入运算放大器三IC2A的反相输入端；二极管三D3的负极还连接运算放大器四的同相输入端；

二极管四D4的正极连接增益电阻七R10后接入运算放大器三IC2A的反相输入端；二极管四D4的正极还连接增益电阻八R11后接入运算放大器四的反相输入端；

运算放大器四的输出端连接增益电阻九R12后接入运算放大器四的反相输入端。

信号采集单元输出具有正负极性的交变电压信号，接入运算放大器三IC2A 的反相输入端，交流变压信号经电路变换后从运算放大器四IC2B的输出端输出，变换为幅值大小不变，但仅存在正极性的电压信号。

上述比较器电路具有运算放大器五IC1D，运算放大器五IC1D的同相输入端接入上述运算放大器四的输出端，上述运算放大器五IC1D的反相输入端接入阈值基准信号；运算放大器五IC1D的输出端连接开关管Q3的门极，开关管 Q3的漏极连接NMOS管二Q2的门极，开关管Q3的源极连接信号电源地。

运算放大器五IC1D的同相输入端连接绝对值电路的输出端，其反相输入端接入阈值基准信号，当比较器电路输出高电平时，开关管Q3导通，桥臂上 NMOS管二Q2的门极直接与电源地相连，此时NMOS管二Q2的栅源电压为 0，NMOS管二Q2截止，电机过流保护；当比较器电路输出低电平时，开关管 Q3截止，桥臂上NMOS管二Q2导通，电机正常运行。

上述过流保护电路采用了硬件电路的方式来对电机以及逆变器实施保护，一旦电机发生过流失控，逆变器将会在第一时间被关断。相比于软件触发保护的方式，避免了因电流冲击导致软件触发失效的隐患。

如图1所示，上述比较器电路还具有阈值设定模块，上述阈值设定模块具有运算放大器六IC1C、分压电阻三R13、分压电阻四R14；供电电压经上述分压电阻三和上述分压电阻四分压后接入运算放大器六IC1C的同相输入端，运算放大器六IC1C的反相输入端接入运算放大器六IC1C的输出端，运算放大器六IC1C的输出端连接上述运算放大器五IC1D的反相输入端。由运算放大器六 IC1C的输出端提供比较器电路所需的阈值基准信号，当需要对所述阈值基准信号值大小进行调整时，通过分压电阻三进行调节。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型而所举的较佳的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本实用新型基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围以权利要求书为准。

Claims (7)

1.一种永磁同步电机的相电流检测保护电路，其特征在于：包括信号采集单元、电流检测单元和过流保护单元，所述信号采集单元采集电机的相电流并转化为电压信号；所述电流检测单元连接信号采集单元，将所述信号采集单元输出的交变电压信号转化为单极性电压信号；所述过流保护单元连接信号采集单元，将所述信号采集单元输出的交变电压信号转化为过流保护控制信号；所述过流保护单元的输出端连接电机三相输入端的桥臂电路。

2.如权利要求1所述的永磁同步电机的相电流检测保护电路，其特征在于：所述信号采集单元包括采样电阻(R17)；所述桥臂电路包括NMOS管一(Q1)、NMOS管二(Q2)，NMOS管一(Q1)的漏极连接电源，NMOS管一(Q1)的源极连接NMOS管二(Q2)的漏极，形成节点A；NMOS管二(Q2)的源极连接采样电阻后接电源地，NMOS管二(Q2)源极和采样电阻(R17)的连接处形成节点B；电机的三相输入端连接节点A，所述电流检测单元和过流保护单元的输入端均连接节点B。

3.如权利要求2所述的永磁同步电机的相电流检测保护电路，其特征在于：所述电流检测单元包括运放偏置电路；所述运放偏置电路具有分压电阻一(R1)、分压电阻二(R2)、运算放大器一(IC1A)、运算放大器二(IC1B)、增益电阻一(R3)、增益电阻二(R4)、增益电阻三(R5)、增益电阻四(R6)；供电电压经分压电阻一(R1)和分压电阻二(R2)分压后接入所述运算放大器一(IC1A)的同相输入端，所述运算放大器一(IC1A)的输出端接入所述运算放大器一(IC1A)的反相输入端；

运算放大器一(IC1A)的输出端串联增益电阻三(R5)后连接运算放大器二(IC1B)的同相输入端；

运算放大器二(IC1B)的同相输入端还连接增益电阻一(R3)后接入节点B，运算放大器二(IC1B)的输出端经过所述增益电阻四(R6)后接入所述运算放大器二(IC1B)的反相输入端，运算放大器二(IC1B)的反相输入端还连接增益电阻二(R4)后接入信号电源地。

4.如权利要求3所述的永磁同步电机的相电流检测保护电路，其特征在于：所述运算放大器二(IC1B)的输出端连接有滤波单元；所述滤波单元具有滤波电阻(R7)和滤波电容(C1)，滤波电阻(R7)的一端接所述运算放大器二(IC1B)的输出端，另一端接所述滤波电容(C1)；所述滤波电容(C1)的一端接所述滤波电阻(R7)，另一端接信号电源地。

5.如权利要求4所述的永磁同步电机的相电流检测保护电路，其特征在于：所述滤波单元的连接有钳位单元；所述钳位单元具有具有二极管一(D1)和二极管二(D2)；二极管一(D1)的负极接信号电源正极，二极管一(D1)的正极接所述二极管二(D2)的负极，二极管二(D2)的正极接信号电源地；二极管一(D1)的正极和所述二极管二(D2)的负极节点处C构成所述电流检测电路的输出端Iout。

6.如权利要求2所述的永磁同步电机的相电流检测保护电路，其特征在于：所述过流保护单元包括绝对值电路、比较器电路和开关管(Q3)；所述绝对值电路具有运算放大器三(IC2A)、运算放大器四(IC2B)、二极管三(D3)、二极管四(D4)、增益电阻五(R8)、增益电阻六(R9)、增益电阻七(R10)、增益电阻八(R11)、增益电阻九(R12)；

二极管三(D3)的正极连接二极管四(D4)的负极，且形成节点D；

运算放大器三(IC2A)的同相输入端连接信号电源地，其反相输入端连接增益电阻五(R8)后接入节点B；其输出端连接节点D；

二极管三(D3)的负极连接增益电阻六(R9)后接入运算放大器三(IC2A)的反相输入端；二极管三(D3)的负极还连接运算放大器四(IC2B)的同相输入端；

二极管四(D4)的正极连接增益电阻七(R10)后接入运算放大器三(IC2A)的反相输入端；二极管四(D4)的正极还连接增益电阻八(R11)后接入运算放大器四(IC2B)的反相输入端；

运算放大器四(IC2B)的输出端连接增益电阻九(R12)后接入运算放大器四(IC2B)的反相输入端；

所述比较器电路具有运算放大器五(IC1D)，运算放大器五(IC1D)的同相输入端接入所述运算放大器四(IC2B)的输出端，所述运算放大器五(IC1D)的反相输入端接入阈值基准信号；

运算放大器五(IC1D)的输出端连接开关管(Q3)的门极，开关管(Q3)的漏极连接NMOS管二(Q2)的门极，开关管(Q3)的源极连接信号电源地。

7.如权利要求6所述的永磁同步电机的相电流检测保护电路，其特征在于：所述比较器电路还具有阈值设定模块，所述阈值设定模块具有运算放大器六(IC1C)、分压电阻三(R13)、分压电阻四(R14)；供电电压经所述分压电阻三(R13)和所述分压电阻四(R14)分压后接入运算放大器六(IC1C)的同相输入端，运算放大器六(IC1C)的反相输入端接入运算放大器六(IC1C)的输出端，运算放大器六(IC1C)的输出端连接所述运算放大器五(IC1D)的反相输入端。