CN211235999U - 一种电机电流检测电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电机电流检测电路，其特征在于，包括电流检测模块、电压峰值检测模块和声光报警模块，电流检测模块、电压峰值检测模块和声光报警模块依次串联；一种电机电流检测装置，包括三相电机电流检测电路；所述电机电流检测装置上三个电压信号输出口和三个电流信号输出口；所述电机电流检测装置还设置有三个运放增益调节按钮。本实用新型克服了传统上电流钳只能实现单相线上的电流检测的缺点，能够实现多相线上的电流的同时检测。

Description

一种电机电流检测电路及装置

技术领域

本实用新型涉及电机领域，具体涉及一种电机电流检测电路及装置。

背景技术

对于电机控制而言，电流检测电路可以提供重要的反馈信息，将信息与来自主控DSP或MCU的控制信号相结合，可以控制MOSFET或IGBT的栅极驱动芯片并最终调整电机速度。另外为了实现过流保护，也很有必要对电流进行监控。

电机电流的检测涉及的信号一般有相电流、母线电流、泄放电流等。在印制板级，常见的方法是在逆变器的下桥臂串联采样电阻，经过滤波放大后，可以由ADC采样获得电流的信息。但是该方法有明显的缺陷：(1)只有在下桥臂开通的时候才有电流通过采样电阻；(2)受PWM斩波的影响很大，在PWM信号翻转的时候，采样电阻上的干扰很大，事实上必须选择合适的采样时机才能采到正确的信息。因此，传统的下桥臂电流采样不能提供完整、收到的干扰相对少的相电流信息。

外置的电流检测，常见的流检测方式有电流钳；但是电流钳的价格比较昂贵，同时电流钳只能实现单相线上电流的检测，并不能同时实现多相线上的电流检测，因此需要进一步降低电流检测成本，改变电流检测方法从而实现多相线上的电流检测。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型提出了一种电机电流检测电路，包括电流检测模块、电压峰值检测模块和声光报警模块，电流检测模块、电压峰值检测模块和声光报警模块依次串联；

所述电流检测模块包括第三采样电阻R3，第三采样电阻R3和放大器M1的反相输入端之间连接有电阻R4，采样电阻R3的另一端耦接一放大器M1的同相输入端，放大器M1的输出端与其反相输入端之间连接有可调电阻RF1，放大器M1的输出端耦接电压峰值电压检测模块，放大器M1的输出端的电压即与电机的W相相连接的电流检测模块的输出电压为U_w；

所述电压峰值检测模块包括第一电压比较电路和第二电压比较电路，所述第一电压比较电路包括一电压比较器M2，放大器M2的同相输入端与可调电阻RF2连接后与电压VCC1相连，放大器M2的同相输入端和可调电阻RF2之间连接点与电阻R8相连后接地；电压比较器M2两侧接供电电压并通过电容C1和电容C2滤波；电压比较器M2的输出端连接二极管E1的正极；所述第二电压比较器包括一电压比较器M3，电压比较器M3的反相输入端与可调电阻RF3连接后与电压VCC2相连，电压比较器M3的反相输入端和可调电阻RF3之间连接点与电阻R10相连后接地；电压比较器M3两侧接供电电压并通过电容C3和电容C4滤波；电压比较器M2的输出端连接二极管E1的正极；电流检测模块的输出端连接电阻R12后与电压比较器M2的反相输入端和电压比较器M3的同相输入端连接；二极管E1的负极和二极管E2的负极连接后作为电压峰值检测模块的输出端。

进一步地，所述声光报警模块包括：一发光二极管、一三极管Q1和一蜂鸣器，所述发光二极管的负极接地，发光二极管的正极与三极管Q1的基极耦接，三极管Q1的发射极连接电阻R15后接地，三极管Q1的集电极连接蜂鸣器后连接电压VCC2，电压峰值检测模块的输出端与发光二极管之间连接有电阻R14，电压峰值检测模块的输出端与三极管Q1之间连接有电阻R13。

进一步地，所述电压比较器M2和电压比较器M3构成一个窗口比较器，调节可调电阻RF2和RF3的阻值，从而改变窗口比较器的最小阈值电压U_L和最大阈值电压U_H，当电流检测模块输出端的电压大于窗口比较器设置的最大阈值电压U_H或小于窗口比较器设置的最小阈值电压U_L时，窗口比较器输出高电平，发光二极管导通，三极管发射结正偏，蜂鸣器发出警报。

进一步地，所述电压峰值检测模块中最小阈值电压U_L和最大阈值电压U_H，其计算公式为：

进一步地，电机电流检测模块中放大器M1的增益K的具体计算公式为：

一种电机电流检测装置，其特征在于，具备三相上述的电机电流检测电路；所述电机电流检测装置中的每路电机电流检测电路分别与U相、V相和W相相连接，每路电机电流检测电路中电流检测模块的输出电压分别为U_u、U_v和U_w；所述电机电流检测装置中与电机的U相、V相和W相相连接的采样电阻右侧的电流值分别为Iu、Iv、Iw；所述电机电流检测装置上三个电压信号输出口A₁、A₂、A₃和三个电流信号输出口C₁、C₂、C₃，用于和示波器连接后输出U_u、U_v、U_w的电压信号和I_u、I_v、I_w的电流信号；所述电机电流检测装置还设置有三个运放增益调节按钮B₁、B₂和B₃，三个运放增益调节按钮B₁、B₂和B₃用于对其对应的电流采集模块中的可调电阻的阻值进行调节。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

(1)本实用新型能够在下桥臂没有开通的时候就能采样到电流和电压信息；

(2)本实用新型受PWM斩波的影响较小，能够采样完整且干扰少的相电流信息。

(3)本实用新型的装置成本低廉、结构简单，可以较为准确的检测出各相线上的电流；

(4)本实用新型克服了传统上电流钳只能实现单相线上的电流检测的缺点，能够实现多相线上的电流的同时检测。

附图说明

图1电机电流检测电路的原理图。

图2电机电流检测装置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型提出的电机电流检测装置进行详细描述。

本实施例所述电机电流检测装置包括三相电机电流检测电路，每相电机电流检测电路包括电流检测模块、电压峰值检测模块和声光报警模块，电流检测模块、电压峰值检测模块和声光报警模块依次串联。以电机的W相所连接的电机电流检测电路为例进行详细说明。

如图1所示，所述电机的W相相连接的电流检测模块包括第三采样电阻R3，第三采样电阻R3和放大器M1的反相输入端之间连接有电阻R4，采样电阻R3的另一端耦接一放大器M1的同相输入端(本实施例中，通过电阻R6、R7连接，R6同时还连接到Vcc)，放大器M1的输出端与其反相输入端之间连接有可调电阻RF1(可调电阻RF1的最大阻值为R5)，放大器M1的输出端耦接电压峰值电压检测模块，放大器M1的输出端的电压即与电机的W相相连接的电流检测模块的输出电压为Uw，相应地，与电机的U相相连接的电流检测模块的输出电压为Uu，与电机的V相相连接的电流检测模块的输出电压为Uv；与电机的U相、V相和W相相连接的采样电阻右侧三个点电流值分别为Iu、Iv、Iw。

所述电机的W相相连接的电压峰值检测模块包括第一电压比较电路和第二电压比较电路，所述第一电压比较电路包括一电压比较器M2，放大器M2的同相输入端与可调电阻RF2连接后与电压VCC1相连，放大器M2的同相输入端和可调电阻RF2之间连接点与电阻R8相连后接地；电压比较器M2两侧接供电电压并通过电容C1和电容C2滤波；电压比较器M2的输出端连接二极管E1的正极；所述第二电压比较器包括一电压比较器M3，电压比较器M3的反相输入端与可调电阻RF3连接后与电压VCC2相连，电压比较器M3的反相输入端和可调电阻RF3之间连接点与电阻R10相连后接地；电压比较器M3两侧接供电电压并通过电容C3和电容C4滤波；电压比较器M2的输出端连接二极管E1的正极；电流检测模块的输出端连接电阻R12后与电压比较器M2的反相输入端和电压比较器M3的同相输入端连接；二极管E1的负极和二极管E2的负极连接后作为电压峰值检测模块的输出端。

所述电机的W相相连接的声光报警模块包括一发光二极管、一三极管Q1和一蜂鸣器，所述发光二极管的负极接地，发光二极管的正极与三极管Q1的基极耦接，三极管Q1的发射极连接电阻R15后接地，三极管Q1的集电极连接蜂鸣器后连接电压VCC2，电压峰值检测模块的输出端与发光二极管之间连接有电阻R14，电压峰值检测模块的输出端与三极管Q1之间连接有电阻R13。

电流检测模块分别在变频器每组臂桥底部串联第三采样电阻R3进行电流采样，第一采样电阻R1、第二采样电阻R2和第三采样电阻R3的电阻值大小均为R，放大器的输入电阻为R₄，放大器的增益

RF1为可调电阻，其取值大小为

(n取正整数，R₅为其最大阻值)。根据放大器M1输出的电压Uw以及放大器M1的增益K，通过计算得到U、V、W三相线上采样电阻两端的电压，进而求得流经采样电阻的电流。

当电流检测模块输出端的电压大于窗口比较器设置的最大电压UH或小于窗口比较器设置的最小电压UL时，窗口比较器输出高电平，发光二极管导通，三极管发射结正偏，蜂鸣器发出警报。

电压峰值检测模块采用电压比较器M2和电压比较器M3构成一个窗口比较器，通过调节可调电阻RF2和RF3的阻值，改变窗口比较器的最小阈值电压U_L和最大阈值电压U_H，其计算公式为：

K·R·I_w＝U_w

电压峰值检测模块的阈值电压的调节依据采样电阻的饱和电流、采样电阻以及运放增益K。随着采样电流I_w增加，电流检测模块的输出端电压Uw增加，当U_w>U_H时，E2导通，窗口比较器输出高电平，声光报警模块通过发光二极管、蜂鸣器发出报警信号；同样地，当U_w<U_L时，E1导通，窗口比较器输出高电平，声光报警模块通过发光二极管、蜂鸣器发出报警信号。

电机电流检测装置包括三个电机电流检测电路，图2为电机电流检测装置的示意图，如图2所示，电机电流检测装置上有三个电压信号输出口A₁、A₂、A₃和三个电流信号输出口C₁、C₂、C₃，用于和示波器连接后输出U_u、U_v、U_w的电压信号和I_u、I_v、I_w的电流信号。电机电流检测装置还设置有三个运放增益调节按钮B₁、B₂和B₃，三个运放增益调节按钮B₁、B₂和B₃用于对其对应的电流采集模块中的可调电阻(如运放增益调节按钮B₃对应的可调电阻为R5)的阻值进行调节,从而调节电压放大倍数，确保U、V、W三个通道的实际增益是一致的。

电机电流检测装置还设置有峰值电压设置按钮(包括D1、D2、D3、D4、D5、D6)，通过峰值电压设置按钮分别调节电压峰值检测模块中其对应的电压可变电阻的大小来设置相应的最小阈值电压和最大阈值电压。

本实用新型能够在下桥臂没有开通的时候就能采样到电流和电压信息；本实用新型受PWM斩波的影响较小，能够采样完整且干扰少的相电流信息；本实用新型的装置成本低廉、结构简单，可以较为准确的检测出各相线上的电流；本实用新型的装置克服了传统上电流钳只能实现单相线上的电流检测的缺点，能够实现多相线上的电流的同时检测。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电机电流检测电路，其特征在于，包括电流检测模块、电压峰值检测模块和声光报警模块，电流检测模块、电压峰值检测模块和声光报警模块依次串联；

所述电流检测模块包括第三采样电阻R3，第三采样电阻R3和放大器M1的反相输入端之间连接有电阻R4，采样电阻R3的另一端耦接一放大器M1的同相输入端，放大器M1的输出端与其反相输入端之间连接有可调电阻RF1，放大器M1的输出端耦接电压峰值电压检测模块，放大器M1的输出端的电压即与电机的W相相连接的电流检测模块的输出电压为U_w；

所述电压峰值检测模块包括第一电压比较电路和第二电压比较电路，所述第一电压比较电路包括一电压比较器M2，放大器M2的同相输入端与可调电阻RF2连接后与电压VCC1相连，放大器M2的同相输入端和可调电阻RF2之间连接点与电阻R8相连后接地；电压比较器M2两侧接供电电压并通过电容C1和电容C2滤波；电压比较器M2的输出端连接二极管E1的正极；所述第二电压比较电路包括一电压比较器M3，电压比较器M3的反相输入端与可调电阻RF3连接后与电压VCC2相连，电压比较器M3的反相输入端和可调电阻RF3之间连接点与电阻R10相连后接地；电压比较器M3两侧接供电电压并通过电容C3和电容C4滤波；电流检测模块的输出端连接电阻R12后与电压比较器M2的反相输入端和电压比较器M3的同相输入端连接；二极管E1的负极和二极管E2的负极连接后作为电压峰值检测模块的输出端。

2.根据权利要求1所述的电机电流检测电路，其特征在于，所述声光报警模块包括：一发光二极管、一三极管Q1和一蜂鸣器，所述发光二极管的负极接地，发光二极管的正极与三极管Q1的基极耦接，三极管Q1的发射极连接电阻R15后接地，三极管Q1的集电极连接蜂鸣器后连接电压VCC2，电压峰值检测模块的输出端与发光二极管之间连接有电阻R14，电压峰值检测模块的输出端与三极管Q1之间连接有电阻R13。

3.根据权利要求2所述的电机电流检测电路，其特征在于，所述电压比较器M2和电压比较器M3构成一个窗口比较器，调节可调电阻RF2和RF3的阻值，从而改变窗口比较器的最小阈值电压U_L和最大阈值电压U_H，当电流检测模块输出端的电压大于窗口比较器设置的最大阈值电压U_H或小于窗口比较器设置的最小阈值电压U_L时，窗口比较器输出高电平，发光二极管导通，三极管发射结正偏，蜂鸣器发出警报。

4.根据权利要求3所述一种电机电流检测电路，其特征在于，所述电压峰值检测模块中最小阈值电压U_L和最大阈值电压U_H，其计算公式为：

。

5.根据权利要求4所述的电机电流检测电路，其特征在于，电机电流检测模块中放大器M1的增益K的具体计算公式为：

。

6.一种电机电流检测装置，其特征在于，具备三相如权利要求1-5任意一项所述的电机电流检测电路；所述电机电流检测装置中的每路电机电流检测电路分别与U相、V相和W相相连接，每路电机电流检测电路中电流检测模块的输出电压分别为U_u、U_v和U_w；所述电机电流检测装置中与电机的U相、V相和W相相连接的采样电阻右侧的电流值分别为I_u、I_v、I_w；所述电机电流检测装置上三个电压信号输出口A₁、A₂、A₃和三个电流信号输出口C₁、C₂、C₃，用于和示波器连接后输出U_u、U_v、U_w的电压信号和I_u、I_v、I_w的电流信号；所述电机电流检测装置还设置有三个运放增益调节按钮B₁、B₂和B₃，三个运放增益调节按钮B₁、B₂和B₃用于对其对应的电流采集模块中的可调电阻的阻值进行调节。

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