CN211606433U - 用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置，其可避免因电机驱动器电流检测出现失效而导致的电机驱动器运行不稳定或电机驱动器损坏的问题出现，其包括用于采集驱动器内IGBT模块输出的三相电流的输出电流采样电路，IGBT模块通过母线与整流模块连接，整流模块的输入端与交流电压源连接，母线通过母线电流采样电路分别与CPU控制器、比较电路连接，U相通过U相输出电流采样电路分别与CPU控制器、比较电路连接，V相通过V相输出电流采样电路分别与CPU控制器、比较电路连接，CPU控制器还连接报警装置。

Description

用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置

技术领域

本实用新型涉及电机技术领域，具体为一种用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置。

背景技术

驱动器作为永磁电机的关键部件，其运行的稳定性严重影响电机的整体性能。目前，永磁电机驱动器的稳定运行主要通过矢量控制算法精确控制其输出电流实现，当驱动器电流超过报警上限时，需要以最快的速度切断驱动器的输出，保护驱动器和电机，防止发生事故。现有驱动器的电流传感器安装在驱动器的三相电压输出U相、V相、W相上，通过电流传感器分别采集U V W三相的电流值，并依此计算矢量和，获得驱动器的输出电流。但是现有的电流传感器和电流采样电路常存在失效的风险，即当电流传感器发生损坏或电流采样电路断路时，极易出现电流检测失效，导致CPU控制器无法根据电流信息准确控制电机驱动器，严重影响了电机驱动器运行的稳定性，甚至可能导致电机驱动器或电机损坏。

实用新型内容

针对现有技术中存在的电机驱动器电流检测易出现失效，导致CPU控制器无法根据电流信息准确控制电机，影响电机运行的稳定性，甚至可能导致电机驱动器或电机损坏的问题，本实用新型提供了一种用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置，其可避免因电机驱动器电流检测出现失效而导致的电机驱动器运行不稳定或电机驱动器损坏的问题出现。

一种用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置，其包括用于采集驱动器内IGBT模块输出的三相相电流的输出电流采样电路，所述三相为U相、V相、W相，所述输出电流采样电路与CPU控制器连接，所述IGBT模块通过母线与整流模块连接，所述整流模块的输入端与交流电压源RST连接，其特征在于，其还包括母线电流采样电路、比较电路，所述母线通过所述母线电流采样电路分别与所述CPU控制器、所述比较电路连接，所述输出电流采样电路包括U相输出电流采样电路、V相输出电流采样电路，所述U相通过所述U相输出电流采样电路分别与所述CPU控制器、比较电路连接，所述V相通过所述V相输出电流采样电路分别与所述CPU控制器、比较电路连接，所述CPU控制器还连接报警装置。

其进一步特征在于，所述母线电流采样电路包括第一电流传感器，所述U相输出电流采样电路包括第二电流传感器，所述V相输出电流采样电路包括第三电流传感器，所述第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器分别与所述母线、U相、V相连接；

所述母线电流采样电路、U相输出电流采样电路、V相输出电流采样电路分别包括运放电路：第一运放电路、第二运放电路、第三运放电路，所述第一电流传感器通过第一运放电路分别与所述CPU控制器的模拟量输入端1端口、比较电路的1端口连接，所述第二电流传感器通过所述第二运放电路分别与所述CPU控制器的模拟量输入端2端口、比较电路的2端口连接，所述第三电流传感器通过第三运放电路分别与所述CPU控制器的模拟量输入端3端口、比较电路的3端口连接，所述比较电路与所述CPU控制器的数字量输入端连接。所述第一运放电路、第二运放电路、第三运放电路均包括电流检测光耦和放大器。

采用本实用新型上述结构可以达到如下有益效果：本申请在母线上加入母线电流采样电路，并通过母线电流采样电路、U相输出电流采样电路、V相输出电流采样电路分别采集母线电流、IGBT模块输出的U相、V相电流，按照U相、V相、W相三相矢量和等于0，计算出W相电流值，并与通过母线输出电流计算出的U相、V相、W相三相输出电流比较，如果两者测量结果偏差较大，则说明有电流传感器或电流采样电路失效，CPU控制器控制驱动器停止输出，并控制报警装置报警，通知操作人员；另一路接比较电路，三路电流值接入比较电路，任意一路电流值大于比较电路中预先设定的报警电流值，比较电路都会输出低电平，传递给CPU控制器，CPU控制器产生硬件中断，快速切断IGBT模块的输出，从而避免了因电机驱动器电流检测失效而导致的电机驱动器运行不稳定或电机驱动器损坏的问题现。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构框图；

图2为本实用新型比较电路的电路原理图；

图3为本实用新型第一运放电路的电路原理图。

具体实施方式

见图1，用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置，其包括用于采集驱动器内IGBT模块2输出的三相相电流的输出电流采样电路，IGBT模块2的三相输出为：U相、V相、W相，输出电流采样电路与CPU控制器1连接，IGBT模块2通过母线3与整流模块4连接，整流模块4的输入端与交流电压源RST连接，交流电压源RST输出380V交流电压，其还包括母线电流采样电路5、比较电路6，母线3通过母线电流采样电路5分别与CPU控制器1、比较电路6连接，输出电流采样电路包括U相输出电流采样电路8、V相输出电流采样电路9，U相通过U相输出电流采样电路8分别与CPU控制器1、比较电路6连接，V相通过V相输出电流采样电路9分别与CPU控制器1、比较电路6连接，母线电流采样电路5包括第一电流传感器51，U相输出电流采样电路8包括第二电流传感器81，V相输出电流采样电路9包括第三电流传感器91，第一电流传感器51、第二电流传感器81、第三电流传感器91分别与母线3、U相、V相连接；

母线电流采样电路5、U相输出电流采样电路8、V相输出电流采样电路9分别包括运放电路：第一运放电路52、第二运放电路82、第三运放电路92，第一电流传感器51通过第一运放电路52分别与CPU控制器1的模拟量输入端1端口、比较电路6的1端口连接，第二电流传感器81通过第二运放电路82分别与CPU控制器1的模拟量输入端2端口、比较电路6的2端口连接，第三电流传感器91通过第三运放电路92分别与CPU控制器1的模拟量输入端3端口、比较电路6的2端口连接，比较电路6与CPU控制器1的数字量输入端连接，CPU控制器1还连接报警装置7。

见图2，比较电路6包括比较器U46A、U46B、U45A、U45B、U44A、U44B，用于实现母线输出电流与IGBT模块输出电流比较，并将该比较结果发送给CPU控制器1，比较器U46A同相输入端3端口分别连接电阻R145、R146一端，比较器U46A反相输入端2端口分别连接电阻R150、R151一端、电容C80一端，电阻R146另一端分别连接电阻R147、R153一端、电容C78一端，电阻R147另一端分别连接电阻R148一端、电压源VCC，电阻R148另一端分别连接电阻R149、R150另一端、电容C79一端，电阻R149另一端连接第二运放电路82的输出端，输出电流为IU，电容C78、C79、C80另一端接地，电阻R153另一端分别连接比较器U46B反相输入端6端口、电容C81和电阻R154的一端，电阻R154、电容C81另一端均接地，比较器U46B同相输入端5端口分别连接电阻R151另一端、电阻R152一端，比较器U46A输出端1端口分别连接电阻R145的另一端、电阻R152另一端、比较器U46B输出端7端口、双二极管D17的3端口、电阻R155一端、比较器U45A输出端1端口、双二极管D16的3端口、电阻R162一端、比较器U45B输出端7端口、电阻R165一端、比较器U44A输出端1端口、电阻R172一端、比较器U44B输出端7端口、电阻R175、R176一端、电容C90一端，双二极管D17的2端口连接VCE，双二极管D16的2端口连接VOE，比较器U45A同相输入端3端口分别连接电阻R155另一端、电阻R156一端，比较器U45A反相输入端2端口分别连接电阻R161、R160一端、电容C84一端，电阻R156另一端分别连接电阻R157、R163一端、电容C82一端，电阻R157另一端分别连接电阻R158一端、电压源VCC，电阻R158另一端分别连接电阻R159一端、电阻R160另一端、电容C83一端，电阻R159另一端连接第三运放电路92的输出，电容C82、C83、C84另一端接地；电阻R163另一端分别连接电阻R164一端、电容C85一端、比较器U45B反相输入端，电阻R164另一端、电容C85另一端均接地，电阻R161另一端分别连接比较器U45B同相输入端5端口、电阻R162一端，比较器U44A同相输入端3端口分别连接电阻R165另一端、电阻R166一端，比较器U44A反相输入端2分别连接电阻R170、R171一端、电容C88一端，电阻R166另一端分别连接电阻R167、R173一端、电容C86一端，电阻R167另一端分别连接电压源VCC、电阻R168一端，电阻R168另一端分别连接电阻R169一端、电阻R170另一端、电容C87一端，电容C86、C87、C88另一端接地，电阻R173另一端分别连接电阻R174一端、电容C89一端、比较器U44B反相输入端6端口，电阻R174另一端、电容C89另一端接地，所述电阻R171另一端分别连接电阻R172另一端、比较器U44B同相输入端5端口，电容C90另一端接地，电阻R175另一端连接电压源VDD33，电阻R176另一端分别连接电容C91一端，并输出电平信号TZ1，电容C91另一端接地。电平信号TZ1输送至CPU控制器1的数字量输入端口，驱动器中没有过流故障时，比较器输出高电平，电平信号TZ1为高电平，有过流故障时，比较器输出低电平，即电平信号TZ1为低电平，三个比较器U44、U45、U46为逻辑与关系，其中一个比较器输出低电平时，电平信号TZ1为低电平，并将该信号发送给CPU控制器1的数字量输入端口。

见图3，第一运放电路52包括电流检测光耦U40，电流检测光耦U40的1管脚分别连接电阻R79一端、稳压二极管U46负极，电流检测光耦U40的2管脚分别连接电阻R78一端、电容C27一端，电阻R79另一端连接U相正极+U，电阻R78另一端连接第一电流传感器51的电流输出端U，电流检测光耦U40的3、4管脚分别连接电容C26、C27另一端、U相负极U1，电流检测光耦U40的8管脚分别连接电阻R81一端、电容C28一端，电容C28另一端接地，电阻R81另一端连接+5V电压源，电流检测光耦U40的7管脚分别连接电阻R82一端，电流检测光耦U40的7管脚分别连接电阻R83一端，电流检测光耦U40的5管脚接地，电阻R82另一端分别连接电阻R91一端、电容C33一端、放大器U43-A反相输入端2端口，电阻R83另一端分别连接电阻R84一端、电容C32一端、放大器U43-A同相输入端3端口，放大器U43-A的4端口连接-15V电压源，放大器U43-A的8端口连接+15V电压源，电阻R84另一端、电容C32另一端接地，电阻R91另一端分别连接电容C33另一端、放大器U43-A的输出端1端口、电阻R93一端，电阻R93另一端经端口IU分别连接比较电路6中电阻R149、CPU控制器1的模拟信号输入端口1端口，电容C97一端连接+15V电压源、另一端接地，电容C96一端连接+15V电压源、另一端接地，电容C96一端连接+15V电压源、另一端接地。第二运放电路82、第三运放电路92的结构与第一运放电路5的结构一致。以U相电流检测原理为例进行说明，第一电流传感器51检测的U相电流信号由第一运放电路5中的U端口输入至电阻R78，电流检测光耦U40起到电隔离作用，电流信号经放大器U43-A时实现放大，放大后的电流信号经端口Iu分别输入CPU控制器1和比较器电路6中，CPU控制器1可采用现有常规单片机。

其具体工作原理如下所述：将该驱动器应用于永磁电机中，交流电压源RST输出的380V交流电压经整流模块4整流，转变为直流母线电压，母线3上的第一电流传感器51用于测量母线3上的电流，输出电流或电压信号，经第一运放电路52放大，转换成电压信号，再分为两路，一路接CPU控制器的模拟量输入端1端口，在CPU控制器1中处理，转变成实际电流值。CPU控制器1可以根据IGBT的导通控制信号，把母线3输出电流转换成U V W三相输出电流。驱动器的输出波形为SVPWM波形，另一路接比较电路6；

IGBT模块2按照CPU控制器1输出的IGBT导通控制信号，控制6个IGBT的导通和关断，将直流母线电压，转换成不同频率和电压的三相交流电；

U V两相的第二电流传感器81、第二电流传感器91，分别用于测量U V两相的电流值，输出电流或者电压信号，并分别经过第二运放电路82、第三运放电路92，转换成0v-3.3v的电压信号，分两路，一路接CPU控制器1的模拟量输入端2端口和CPU控制器1的模拟量输入端1端口2端口，在CPU控制器1中处理，转换成U V两相实际输出的电流值。按照U V W三相矢量和等于0，计算出W相电流值。并与通过母线3输出电流计算出的U V W三相输出电流比较，如果两者测量结果偏差较大，则说明有电流传感器或电流采样电路失效，CPU控制器1控制驱动器停止输出，并控制报警装置7报警。

另一路接比较电路6，母线3和U相、V相的电流信号(0v-3.3v)，三路电流值接入比较电路6，任意一路电流值大于比较电路6中预先设定的报警电流值，比较电路6都会输出低电平，传递给CPU控制器1，CPU控制器1产生硬件中断，快速切断IGBT模块的输出，防止驱动器炸机；

采用本装置，根据U V W三相电流的矢量和为0，可计算出W相电流，因此可以省去其中一路输出电流的检测，在CPU控制器1中根据其中两相电流合成第三相电流，达到了节省成本的目的。

本申请中与母线3连接的母线电流采样电路，相当于增加了电流采样电路的自检测功能。当某一电流采样电路失效时，可以实现故障自动检测，有故障时可立刻报警，停止输出。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置，其包括用于采集驱动器内IGBT模块输出的三相相电流的输出电流采样电路，所述三相为U相、V相、W相，所述输出电流采样电路与CPU控制器连接，所述IGBT模块通过母线与整流模块连接，所述整流模块的输入端与交流电压源RST连接，其特征在于，其还包括母线电流采样电路、比较电路，所述母线通过所述母线电流采样电路分别与所述CPU控制器、所述比较电路连接，所述输出电流采样电路包括U相输出电流采样电路、V相输出电流采样电路，所述U相通过所述U相输出电流采样电路分别与所述CPU控制器、比较电路连接，所述V相通过所述V相输出电流采样电路分别与所述CPU控制器、比较电路连接，所述CPU控制器还连接报警装置。

2.根据权利要求1所述的一种用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置，其特征在于，所述母线电流采样电路包括第一电流传感器，所述U相输出电流采样电路包括第二电流传感器，所述V相输出电流采样电路包括第三电流传感器，所述第一电流传感器、第二电流传感器、第三电流传感器分别与所述母线、U相、V相连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于永磁电机驱动器的电流采样电路装置，其特征在于，所述母线电流采样电路、U相输出电流采样电路、V相输出电流采样电路分别包括运放电路：第一运放电路、第二运放电路、第三运放电路，所述第一电流传感器通过所述第一运放电路分别与所述CPU控制器的模拟量输入端1端口、所述比较电路的1端口连接，所述第二电流传感器通过所述第二运放电路分别与所述CPU控制器的模拟量输入端2端口、所述比较电路的2端口连接，所述第三电流传感器通过第三运放电路分别与所述CPU控制器的模拟量输入端3端口、所述比较电路的3端口连接，所述比较电路与所述CPU控制器的数字量输入端连接。

Images