CN213041909U - 一种直流变频电流的检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种直流变频电流的检测电路，包括电机驱动电路和检流电路，所述电机驱动电路内电连接检流电阻，并在所述检流电阻两端外接用于放大、抬高信号的检流电路以实现全时电流检测，所述检流电路放大、抬高后信号的最大幅值小于采样量程。本实用新型的直流变频电流的检测电路，通过在电机驱动电路内电连接检流电阻并外接检流电路，从而实现电流全时检测，不但可以实现电路过流保护，还可以实时检测电流状态以满足电机高精准控制需求；另外，电流全时检测以外围硬件电路实现方式取代芯片实现方式，节约芯片成本，同时，由于不需通过芯片软件编程，所以还降低了软件开发难度。

Description

一种直流变频电流的检测电路

技术领域

本实用新型属于直流变频技术领域，具体涉及一种直流变频电流的检测电路。

背景技术

直流变频技术常采用逆变桥电路来驱动电机运转，通过检测检流电阻两端的电压来间接检测电流大小，以感知电路中的电流是否过大，如果电流过大则停止电机运转以起到保护作用。

传统的电流检测电路一般通过运算放大器对检流电阻两端的电压进行放大，MCU对放大后的电压信号进行采样处理，但是，由于电机运转时检流电阻两端的电压方向是不断发生变化的，有时为正电压，有时为负电压，而传统的电流检测电路只能检测正电压，所以只能起到限时检测的作用，并不能起到全时检测的作用；另外，传统的全时电流检测一般是采用芯片来实现，的，成本较高高，芯片软件编程开发难度也较高。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提供一种直流变频电流的检测电路，通过搭建外围硬件电路，对直流变频电路中的电流实现全时检测。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种直流变频电流的检测电路，包括电机驱动电路和检流电路，所述电机驱动电路内电连接检流电阻，并在所述检流电阻两端外接用于放大、抬高信号的检流电路以实现全时电流检测，所述检流电路放大、抬高后信号的最大幅值小于采样量程。

优选地，所述电机驱动电路包括桥臂U、桥臂V、桥臂W和电机，所述桥臂U包括第一IGBT管M1和第四IGBT管M4，所述桥臂V包括第二IGBT管M2和第五IGBT管M5，所述桥臂W包括第三IGBT管M3和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1和第四IGBT管M4并联后连接电机的U相，所述第二IGBT管M2和第五IGBT管M5并联后连接电机的V相，第三IGBT管M3和第六IGBT管M6并联后连接电机的W相。

优选地，所述第一IGBT管M1的门极并联第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接信号UH，所述第二电阻R2的另一端连接第一IGBT管M1的发射极，所述第一IGBT管M1的发射极并联第四IGBT管M4的集电极后连接电机的U相；所述第四IGBT管M4的门极并联第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端，所述第七电阻R7的另一端连接信号UL，所述第四IGBT管M4的发射极串联第十二电阻R12后并联第八电阻R8的另一端和第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端连接第一IGBT管M1的集电极；

所述第二IGBT管M2的门极并联第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端，所述第三电阻R3的另一端连接信号VH，所述第四电阻R4的另一端连接第二IGBT管M2的发射极，所述第二IGBT管M2的发射极并联第五IGBT管M5的集电极后连接电机的V相；所述第五IGBT管M5的门极并联第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端，所述第九电阻R9的另一端连接信号VL，所述第五IGBT管M5的发射极串联第十一电阻R11后并联第十电阻R10的另一端和第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接第二IGBT管M2的集电极；

所述第三IGBT管M3的门极并联第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端，所述第五电阻R5的另一端连接信号WH，所述第六电阻R6的另一端连接第三IGBT管M3的发射极，所述第三IGBT管M3的发射极并联第六IGBT管M6的集电极后连接电机的W相；所述第六IGBT管M6的门极并联第十三电阻R13的一端和第十四电阻R14的一端，所述第十三电阻R13的另一端连接信号WL，所述第六IGBT管M6的发射极并联第十四电阻R14的另一端和第三电容C3的一端，所述第三电容C3的另一端连接第三IGBT管M3的集电极；

所述第一IGBT管M1的的集电极、第二IGBT管M2的的集电极和第三IGBT管M3的的集电极均接电源，所述第四IGBT管M4的发射极串联第十二电阻R12后、所述第五IGBT管M5的发射极串联第十一电阻R11后以及所述第六IGBT管M6的发射极均并联后连接第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端接地。

优选地，所述第十一电阻R11的阻值、第十二电阻R12的阻值和第十五电阻R15的阻值均相等。

优选地，所述检流电阻的个数和检流电路的个数相同且均至少为两个。

优选地，所述检流电路包括信号放大电路和信号抬高电路，所述信号放大电路连接在检流电阻的两端以用于放大检测到的电压信号，所述信号抬高电路电连接信号放大电路以用于抬高检测到的电压信号。

优选地，所述信号放大电路包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的端口C-并联第十七电阻R17的一端和第十八电阻R18的一端，所述第十七电阻R17的一端连接第十二电阻R12的SUM CURR端或者第十一电阻R11的SUM CURR端，所述第十八电阻R18的另一端连接运算放大器U1的C_O端口，所述运算放大器U1的端口C+并联第十九电阻R19的一端和第二十电阻R20的一端，所述第十九电阻R19的另一端连接第十二电阻R12的IU+ CURR端或者第十一电阻R11的IV+ CURR端，所述运算放大器U1的第四端口接电源，所述运算放大器U1的第11端口接地。

优选地，所述信号抬高电路包括第二十一电阻R21和第二十二电阻R22，所述第二十电阻R20的另一端串联第二十一电阻R21的一端和第二十二电阻R22的一端，所述第二十一电阻R21的另一端接电源，所述第二十二电阻R22的另一端接地。

优选地，所述第十七电阻R17的阻值等于第十九电阻R19的阻值，所述第十八电阻R18的阻值等于第二十电阻R20的阻值。

优选地，所述第二十一电阻R21和第二十二电阻R22的数量级与所述第十九电阻R19和第二十电阻R20的数量级相等。

与现有技术相比，本实用新型的直流变频电流的检测电路，通过在电机驱动电路内电连接检流电阻并外接检流电路，从而实现电流全时检测，不但可以实现电路过流保护，还可以实时检测电流状态以满足电机高精准控制需求；另外，电流全时检测以外围硬件电路实现方式取代芯片实现方式，节约芯片成本，同时，由于不需通过芯片软件编程，所以还降低了软件开发难度。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种直流变频电流的检测电路的直流变频电机驱动电路图；

图2是本实用新型实施例提供的一种直流变频电流的检测电路的电流检测电路图；

图3是本实用新型实施例提供的一种直流变频电流的检测电路的检测电阻的端电压波形图。

附图标记说明

1-电机驱动电路，2-检流电路，21-信号放大电路，22-信号抬高电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

本实用新型实施例1提供一种直流变频电流的检测电路，如图1所示，包括电机驱动电路1和检流电路2，所述电机驱动电路1内电连接检流电阻，并在所述检流电阻两端外接用于放大、抬高信号的检流电路2以实现全时电流检测，所述检流电路2放大、抬高后信号的最大幅值小于采样量程。

这样，通过在电机驱动电路1内电连接检流电阻，并在检测电阻两端外接检流电路2，检流电路2放大、抬高后信号的最大幅值小于采样量程，以便提高采样精准度，从而实现电流全时检测，不但可以实现电路过流保护，还可以实时检测电流状态以满足电机高精准控制需求。

所述电机驱动电路1包括桥臂U、桥臂V、桥臂W和电机，所述桥臂U包括第一IGBT管M1和第四IGBT管M4，所述桥臂V包括第二IGBT管M2和第五IGBT管M5，所述桥臂W包括第三IGBT管M3和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1和第四IGBT管M4并联后连接电机的U相，所述第二IGBT管M2和第五IGBT管M5并联后连接电机的V相，第三IGBT管M3和第六IGBT管M6并联后连接电机的W相。

这样，通过桥臂U、桥臂V和桥臂W组成驱动电路驱动电机转动，同时当电机的U相和V相导通时，根据常规控制方法，6个IGBT管M1、M2、M3、M4、M5和M6中，只有M1和M5处于控制状态，M1为上管，其控制信号为PWM，M5为下管，其控制信号为高电平。

所述第一IGBT管M1的门极并联第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接信号UH，所述第二电阻R2的另一端连接第一IGBT管M1的发射极，所述第一IGBT管M1的发射极并联第四IGBT管M4的集电极后连接电机的U相；所述第四IGBT管M4的门极并联第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端，所述第七电阻R7的另一端连接信号UL，所述第四IGBT管M4的发射极串联第十二电阻R12后并联第八电阻R8的另一端和第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端连接第一IGBT管M1的集电极；

所述第二IGBT管M2的门极并联第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端，所述第三电阻R3的另一端连接信号VH，所述第四电阻R4的另一端连接第二IGBT管M2的发射极，所述第二IGBT管M2的发射极并联第五IGBT管M5的集电极后连接电机的V相；所述第五IGBT管M5的门极并联第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端，所述第九电阻R9的另一端连接信号VL，所述第五IGBT管M5的发射极串联第十一电阻R11后并联第十电阻R10的另一端和第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接第二IGBT管M2的集电极；

所述第三IGBT管M3的门极并联第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端，所述第五电阻R5的另一端连接信号WH，所述第六电阻R6的另一端连接第三IGBT管M3的发射极，所述第三IGBT管M3的发射极并联第六IGBT管M6的集电极后连接电机的W相；所述第六IGBT管M6的门极并联第十三电阻R13的一端和第十四电阻R14的一端，所述第十三电阻R13的另一端连接信号WL，所述第六IGBT管M6的发射极并联第十四电阻R14的另一端和第三电容C3的一端，所述第三电容C3的另一端连接第三IGBT管M3的集电极；

所述第一IGBT管M1的的集电极、第二IGBT管M2的的集电极和第三IGBT管M3的的集电极均接电源，所述第四IGBT管M4的发射极串联第十二电阻R12后、所述第五IGBT管M5的发射极串联第十一电阻R11后以及所述第六IGBT管M6的发射极均并联后连接第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端接地。

这样，通过第一IGBT管M1、第二IGBT管M2、第三IGBT管M3、第四IGBT管M4、第五IGBT管M5和第六IGBT管M6组成电机驱动电路，并在电机驱动电路中电连接检测电阻第十一电阻R11和第十二电阻R12，从而便于检流电路2对检测电阻第十一电阻R11和第十二电阻R12两端的电压进行放大、升压处理。

所述第十一电阻R11的阻值、第十二电阻R12的阻值和第十五电阻R15的阻值均相等。

这样，便于检测第十一电阻R11和第十二电阻R12(即检流电阻)两端的电压大小。

所述检流电阻的个数和检流电路2的个数相同且均至少为两个。

这样，可以同时检测第一IGBT管M1发射极连接的第十二电阻R12两端的电压，以及第五IGBT管M5发射极连接的第十一电阻R11两端的电压，以便后期处理，方便MCU采样端口进行采样操作。

如图2所示，所述检流电路2包括信号放大电路21和信号抬高电路22，所述信号放大电路21连接在检流电阻的两端以用于放大检测到的电压信号，所述信号抬高电路22电连接信号放大电路21以用于抬高检测到的电压信号。

这样，首先通过信号放大电路21对检流电阻两端的电压进行放大处理，通过信号抬高电路22对信号放大电路21放大后的电压进行抬高处理。

所述信号放大电路21包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的端口C-并联第十七电阻R17的一端和第十八电阻R18的一端，所述第十七电阻R17的一端连接第十二电阻R12的SUM CURR端或者第十一电阻R11的SUM CURR端，所述第十八电阻R18的另一端连接运算放大器U1的C_O端口，所述运算放大器U1的端口C+并联第十九电阻R19的一端和第二十电阻R20的一端，所述第十九电阻R19的另一端连接第十二电阻R12的IU+ CURR端或者第十一电阻R11的IV+ CURR端，所述运算放大器U1的第四端口接电源，所述运算放大器U1的第11端口接地。

这样，通过运算放大器U1结合第十七电阻R17、第十八电阻R18、十九电阻R19和第二十电阻R20组成信号放大电路21，以便对检流电阻(第十二电阻R12和第十一电阻R11)两端的电压进行检测。

所述信号抬高电路22包括第二十一电阻R21和第二十二电阻R22，所述第二十电阻R20的另一端串联第二十一电阻R21的一端和第二十二电阻R22的一端，所述第二十一电阻R21的另一端接电源，所述第二十二电阻R22的另一端接地。

这样，通过第二十一电阻R21和第二十二电阻R22组成的电路将被信号放大电路21放大后的电压信号进行抬高处理。

所述第十七电阻R17的阻值等于第十九电阻R19的阻值，所述第十八电阻R18的阻值等于第二十电阻R20的阻值。

这样，便于运算放大器U1对Vx端和Vy端的接收的信号进行同等放大处理。

所述第二十一电阻R21和第二十二电阻R22的数量级与所述第十九电阻R19和第二十电阻R20的数量级相等。

这样，只有当信号放大电路阻值的数量级和信号抬高电路阻值的数量级相当时，才能保证两者的电动势平衡，从而使抬高后的电压信号稳定不受干扰。例如，信号抬高电路的第二十一电阻R21和第二十二电阻R22的阻值应选取与第十九电阻R19和第二十电阻R20相同的数量级，阻值数量级都为K(千欧姆)，只有当信号放大电路阻值和信号抬高电路阻值的数量级相当时，才能保证两者的电动势平衡，从而使1.65V稳定不受干扰，达到稳定抬高1.65V目的。

工作原理：

这样，具体的电流方向为：

a、当第一IGBT管M1的PWM信号为高电平，第五IGBT管M5的控制信号为高电平时，M1和M5都导通，电流方向为ABCDEFGHIA；

b、当第一IGBT管M1的PWM信号为低电平，第五IGBT管M5的控制信号为高电平时，M1截止，M5导通，由于电机为感性负载所以电流通过第四IGBT管M4的体二极管续流，电流方向为BCDEFGHIJB。

以检流电阻第十二电阻R12的IU+_CURR为正端，SUM_CURR为负端，可得第十二电阻R12两端的电压值要么为0V，要么为负电压。

如图3所示，第五IGBT管M5控制信号为高电平，第十一电阻R11一直有电流，且电流方向从IV+_CURR到SUM_CURR，第十一电阻R11两端一直存在正电压。第一IGBT管M1控制信号为PWM，当PWM信号为高电平时，第十二电阻R12没有电流，所以R12两端电压为0V，当PWM信号为低电平时，由于第四IGBT管M4的体二极管续流，所以第十二电阻R12有负方向的电流，第十二电阻R12两端电压为负电压。

对于MCU处理器而言，它只能对正电压进行采样，所以对于第十二R12两端的负电压，一方面需要进行信号幅值放大，另一方面需要将负电压抬高成为正电压。

如图3所示，第四个波形图为经过本实用新型直流变频电流检测电路后，第十一电阻R11和第十二电阻R12信号被放大和抬高后的波形，可以被MCU检测处理。

以3.3V的MCU处理器而言，假设流过检流电阻的电流不超过0.4A，第十一电阻R11和第十二电阻R12的阻值均为0.4Ω，R17＝R19＝2KΩ，R18＝R20＝20KΩ，R21＝R22＝1KΩ，由于检流电阻的电流在0～0.4A之间，所以检流电阻第十一电阻R11和第十二电阻R12的端电压在0～0.16V之间，由运算放大器U1虚断特性可知，运算放大器U1输入端没有电路流过，则流过R17和R18的电流相等，流过R19和R20的电流相等。由此可得下式：

(V2-Vy)/R19＝Vy/R20…… (1)

(V1-Vx)/R17＝(Vx-Vout)/R18…… (2)

由运算放大器虚短特性可知Vx＝Vy… (3)

电流从0～0.4A变化，则V1＝V2+(0～0.16)…… (4)

将(3)、(4)式代入(2)式可得：

(V2+(0～0.16)-Vy)/R17＝(Vy-Vout)/R18……(5)

又由R19＝R17，R18＝R20，(4)、(5)式可得：

Vout＝-(0～0.16)R18/R17…… (6)

同时又因为R18/R17＝20K/2K＝10，则Vout＝-(0～1.6)V。

由于实际运算放大器的正向输入端C+接IU+_CURR或者IV+_CURR，反向输入端C-接SUM_CURR，所以实际Vout与上述推导反向，即Vout＝+(0～1.6)V，信号放大电路的放大倍数为10倍。

信号抬高电路22将+3.3V分压为1.65V叠加于Vy，将原本电压放大电路21的GND(地)抬高至1.65V，所以整个电流检测电路的参考电压变为1.65V。

1、对第十二电阻R12而言，当电流方向为从SUM_CURR至IU+_CURR时，原本为负电压的部分变成0～1.65V部分，即电压被抬高为正电压；

2、对第十一电阻R11而言，本检测电路同样适用，经过10倍放大后的信号最高为1.6V，信号被抬高后最高为3.25V；

综上，得第十二电阻R12和第十一电阻R11的Vout＝+(0～3.25)V，此时Vout为正电压且最大幅值接近MCU采样量程3.3V，信号适合输出至MCU采样端进行处理。

本实用新型的直流变频电流的检测电路，通过在电机驱动电路内电连接检流电阻并外接检流电路，从而实现电流全时检测，不但可以实现电路过流保护，还可以实时检测电流状态以满足电机高精准控制需求；另外，电流全时检测以外围硬件电路实现方式取代芯片实现方式，节约芯片成本，同时，由于不需通过芯片软件编程，所以还降低了软件开发难度。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种直流变频电流的检测电路，其特征在于，包括电机驱动电路(1)和检流电路(2)，所述电机驱动电路(1)内电连接检流电阻，并在所述检流电阻两端外接用于放大、抬高信号的检流电路(2)以实现全时电流检测，所述检流电路(2)放大、抬高后信号的最大幅值小于采样量程。

2.根据权利要求1所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述电机驱动电路(1)包括桥臂U、桥臂V、桥臂W和电机，所述桥臂U包括第一IGBT管M1和第四IGBT管M4，所述桥臂V包括第二IGBT管M2和第五IGBT管M5，所述桥臂W包括第三IGBT管M3和第六IGBT管M6，所述第一IGBT管M1和第四IGBT管M4并联后连接电机的U相，所述第二IGBT管M2和第五IGBT管M5并联后连接电机的V相，第三IGBT管M3和第六IGBT管M6并联后连接电机的W相。

3.根据权利要求2所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述第一IGBT管M1的门极并联第一电阻R1的一端和第二电阻R2的一端，所述第一电阻R1的另一端连接信号UH，所述第二电阻R2的另一端连接第一IGBT管M1的发射极，所述第一IGBT管M1的发射极并联第四IGBT管M4的集电极后连接电机的U相；所述第四IGBT管M4的门极并联第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端，所述第七电阻R7的另一端连接信号UL，所述第四IGBT管M4的发射极串联第十二电阻R12后并联第八电阻R8的另一端和第一电容C1的一端，所述第一电容C1的另一端连接第一IGBT管M1的集电极；

所述第二IGBT管M2的门极并联第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端，所述第三电阻R3的另一端连接信号VH，所述第四电阻R4的另一端连接第二IGBT管M2的发射极，所述第二IGBT管M2的发射极并联第五IGBT管M5的集电极后连接电机的V相；所述第五IGBT管M5的门极并联第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端，所述第九电阻R9的另一端连接信号VL，所述第五IGBT管M5的发射极串联第十一电阻R11后并联第十电阻R10的另一端和第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接第二IGBT管M2的集电极；

所述第三IGBT管M3的门极并联第五电阻R5的一端和第六电阻R6的一端，所述第五电阻R5的另一端连接信号WH，所述第六电阻R6的另一端连接第三IGBT管M3的发射极，所述第三IGBT管M3的发射极并联第六IGBT管M6的集电极后连接电机的W相；所述第六IGBT管M6的门极并联第十三电阻R13的一端和第十四电阻R14的一端，所述第十三电阻R13的另一端连接信号WL，所述第六IGBT管M6的发射极并联第十四电阻R14的另一端和第三电容C3的一端，所述第三电容C3的另一端连接第三IGBT管M3的集电极；

所述第一IGBT管M1的集电极、第二IGBT管M2的集电极和第三IGBT管M3的集电极均接电源，所述第四IGBT管M4的发射极串联第十二电阻R12后、所述第五IGBT管M5的发射极串联第十一电阻R11后以及所述第六IGBT管M6的发射极均并联后连接第十五电阻R15的一端，所述第十五电阻R15的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述第十一电阻R11的阻值、第十二电阻R12的阻值和第十五电阻R15的阻值均相等。

5.根据权利要求4所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述检流电阻的个数和检流电路(2)的个数相同且均至少为两个。

6.根据权利要求5所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述检流电路(2)包括信号放大电路(21)和信号抬高电路(22)，所述信号放大电路(21)连接在检流电阻的两端以用于放大检测到的电压信号，所述信号抬高电路(22)电连接信号放大电路(21)以用于抬高检测到的电压信号。

7.根据权利要求6所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述信号放大电路(21)包括运算放大器U1，所述运算放大器U1的端口C-并联第十七电阻R17的一端和第十八电阻R18的一端，所述第十七电阻R17的一端连接第十二电阻R12的SUM CURR端或者第十一电阻R11的SUM CURR端，所述第十八电阻R18的另一端连接运算放大器U1的C_O端口，所述运算放大器U1的端口C+并联第十九电阻R19的一端和第二十电阻R20的一端，所述第十九电阻R19的另一端连接第十二电阻R12的IU+CURR端或者第十一电阻R11的IV+CURR端，所述运算放大器U1的第四端口接电源，所述运算放大器U1的第11端口接地。

8.根据权利要求7所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述信号抬高电路(22)包括第二十一电阻R21和第二十二电阻R22，所述第二十电阻R20的另一端串联第二十一电阻R21的一端和第二十二电阻R22的一端，所述第二十一电阻R21的另一端接电源，所述第二十二电阻R22的另一端接地。

9.根据权利要求8所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述第十七电阻R17的阻值等于第十九电阻R19的阻值，所述第十八电阻R18 的阻值等于第二十电阻R20的阻值。

10.根据权利要求8或9所述的直流变频电流的检测电路，其特征在于，所述第二十一电阻R21和第二十二电阻R22的数量级与所述第十九电阻R19和第二十电阻R20的数量级相等。

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