CN213649343U - 三相电机控制器辅助转速检测电路及电动汽车驱动系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种三相电机控制器辅助转速检测电路及电动汽车驱动系统，所述三相电机控制器辅助转速检测电路包括输入模块、光耦和输出模块；所述输入模块包括第一电阻、第一二极管和第三二极管，所述输出模块包括第五电阻、第一电容、电压比较器和第八电阻。本实用新型设计一种输出电压频率检测电路作为辅助电机转速检测，在光耦输出端增加电压比较器，设置合适的门限电压，通过实验证明在低压低频率时，光耦线性区也可以触发比较器，实现频率检测，由此可以实现宽范围的电压频率检测，最低可以检测到AC30V电压频率，应用于电动汽车驱动系统时可以提高电动汽车控制器的安全性和可靠性，该电路设计简单，成本低廉，具有较高的应用价值。

Description

三相电机控制器辅助转速检测电路及电动汽车驱动系统

技术领域

本申请涉及电机控制器的技术领域，尤其涉及三相电机控制器辅助转速检测电路及电动汽车驱动系统。

背景技术

在三相电机的某些应用中，例如作为电动汽车的动力源时，即使在三相电机以发电机形式工作的情形下(例如电动汽车减速或滑行时)，也需要获知三相电机的转速。如图1所示，传统不具备功能安全的电机控制器，其主转速检测信号来自三相电机的转速传感器或者旋转变压器，当转速传感器或者旋转变压器出现问题，控制器无法读取当前电机转速，无法精准的定位安全模式。具有功能安全的电机控制器关键信号检测需要冗余设计，当第1路检测信号出现异常时，第2路信号进行监控。本实用新型主要解决第2路转速信号监控的问题。

三相电机的转速和三相电压频率成正比，因此检测三相电压的频率可以间接监控电机转速。行业界检测输出电压频率有变压器法，但是此方法缺点是检测低频时变压器容易饱和并且成本高，不适合用于产品批量生产。另一种方法是使用光耦进行电压频率检测，由于光耦电流传输比(CTR)范围限制，低压时无法饱和导通，通常电压低于100V无法检测低频率低转速。

发明内容

本申请的目的在于提供三相电机控制器辅助转速检测电路及电动汽车驱动系统，解决现有技术使用光耦进行三相电压频率检测时，电压低于100V无法检测低频率低转速的问题。

本申请的目的采用以下技术方案实现：

第一方面，本申请提供了一种三相电机控制器辅助转速检测电路，所述三相电机控制器辅助转速检测电路包括输入模块、光耦和输出模块；所述输入模块具有第一高压输入信号端和第二高压输入信号端，所述第一高压输入信号端用于连接三相电机输出的三相电压信号中的一个电压信号，所述第二高压输入信号端用于连接三相电机输出的三相电压信号中的另一个电压信号，并且所述输入模块包括第一电阻、第一二极管和第三二极管，所述输出模块具有用于连接三相电机控制器的输出信号端，并且所述输出模块包括第五电阻、第一电容、电压比较器和第八电阻；所述第一电阻、所述第一二极管和所述第三二极管按照以下任一种连接顺序串联连接于所述第一高压输入信号端和所述第二高压输入信号端之间：所述第一电阻、所述第一二极管、所述第三二极管，所述第一二极管、所述第一电阻、所述第三二极管，所述第一二极管、所述第三二极管、所述第一电阻；且所述第一二极管的阳极比所述第一二极管的阴极更靠近所述第一高压输入信号端，所述第三二极管的阴极比所述第三二极管的阳极更靠近所述第一二极管的阴极；所述光耦的P极与所述第三二极管的阴极连接，所述光耦的N极与所述第三二极管的阳极连接，所述光耦的C极与所述电压比较器的正向输入端连接，所述光耦的E极接第一地；所述第五电阻的第一端与第一电压端连接，所述第五电阻的第二端连接于所述光耦的C极和所述电压比较器的正向输入端之间；所述第一电容的第一端连接于所述光耦的C极和所述电压比较器的正向输入端之间，所述第一电容的第二端接所述第一地；所述电压比较器的反向输入端与第二电压端连接，所述电压比较器的电源端与第三电压端连接，所述电压比较器的接地端接第二地，所述电压比较器的输出端与所述输出信号端连接；所述第八电阻的第一端连接于所述电压比较器的电源端和所述第二电压端之间，所述第八电阻的第二端连接于所述电压比较器的输出端和所述输出信号端之间。

该技术方案的有益效果在于，设计一种输出电压频率检测电路作为辅助电机转速检测，在光耦输出端增加电压比较器，设置合适的门限电压，通过实验证明在低压低频率时，光耦线性区也可以触发比较器，实现频率检测，由此可以实现宽范围的电压频率检测，最低可以检测到AC30V电压频率，将该三相电机控制器辅助转速检测电路应用于电动汽车驱动系统时可以提高电动汽车控制器的安全性和可靠性，该电路设计简单，成本低廉，具有较高的应用价值。

在一些可选的实施方式中，所述第一电阻、所述第一二极管、所述第三二极管依次串联连接于所述第一高压输入信号端和所述第二高压输入信号端之间，所述第一二极管的阴极与所述第三二极管的阴极连接；所述输入模块还包括第二二极管，所述第二二极管串联连接于所述第三二极管的阳极和所述第二高压输入信号端之间，且所述第二二极管的阳极与所述第三二极管的阳极连接。该技术方案的有益效果在于，通过第一二极管、第二二极管和第三二极管进行反向续流，从而保护光耦，防止反向击穿。

在一些可选的实施方式中，所述输入模块还包括第三电阻，所述第三电阻串联连接于所述第二二极管的阴极和所述第二高压输入信号端之间。该技术方案的有益效果在于，通过第一电阻、第三电阻进行限流，提高电路的安全性。

在一些可选的实施方式中，所述输入模块还包括第二电阻和第四电阻；所述第二电阻串联连接于所述第一电阻和所述第一二极管的阳极之间；所述第四电阻串联连接于所述第二二极管的阴极和所述第三电阻之间。该技术方案的有益效果在于，通过第一电阻至第四电阻进行限流，进一步提高电路的安全性。

在一些可选的实施方式中，所述输出模块还包括第六电阻和第七电阻；所述第六电阻串联连接于所述第二电压端和所述电压比较器的反向输入端之间；所述第七电阻的第一端连接于所述第六电阻和所述电压比较器的反向输入端之间，所述第七电阻的第二端接所述第二地。该技术方案的有益效果在于，通过第六电阻和第七电阻对第二电压端的输入电压进行分压，使电压比较器的反向输入端的电压符合实际使用中的需求。

在一些可选的实施方式中，所述第一电压端的输入电压和所述第二电压端的输入电压相同。该技术方案的有益效果在于，当第一电压端和第二电压端的输入电压相同时，可以使用同一输入电压提供方提供的输入电压，相比于使用两种输入电压提供方提供输入电压的技术方案来说，减少与外部设备的交互，提高电路的安全性和稳定性，降低维护成本。

在一些可选的实施方式中，所述电压比较器的反向输入端的电压与所述第一电压端的输入电压的比值不小于70％且不大于90％。该技术方案的有益效果在于，如果该比值过高，参考电压与第一电压端的输入电压非常接近，则三相电机电压信号的微小波动都将导致电压比较器的正向输入端低于参考电压，使电压比较器输出的电平发生变化，导致检测电压频率容易受到干扰；如果该比值过低，参考电压与第一电压端的输入电压相差很大，则可能导致电压比较器的输出电平很难发生变化，不能反应电压频率的真实情况。

在一些可选的实施方式中，所述电压比较器的反向输入端的电压与所述第一电压端的输入电压的比值是90％。该技术方案的有益效果在于，申请人通过大量实践证实，当电压比较器的反向输入端的电压与第一电压端的输入电压的比值是90％时，能够精确测量输入电压较低时其电压频率。

在一些可选的实施方式中，所述第一电压端的输入电压和所述第三电压端的输入电压相同。该技术方案的有益效果在于，当第三电压端和第一电压端的输入电压相同时，可以使用同一输入电压提供方提供的输入电压，相比于使用两种输入电压提供方提供输入电压的技术方案来说，减少与外部设备的交互，提高电路的安全性和稳定性，降低维护成本。

第二方面，本申请提供了一种电动汽车驱动系统，所述电动汽车驱动系统包括三相电机、三相电机控制器以及上述任一项电动汽车驱动系统中的三相电机控制器辅助转速检测电路；所述三相电机包括转速传感器或者旋转变压器；所述三相电机的三相电压线缆连接至所述三相电机控制器，所述三相电机的转速传感器或者旋转变压器输出的主转速检测信号输入至所述三相电机控制器；所述三相电机控制器还分别与来自电池或者电源的正高压端和负高压端连接；将所述三相电机输出的三相电压信号中的任意两相电压信号记为第一相电压信号和第二相电压信号，所述第一相电压信号连接所述三相电机控制器辅助转速检测电路的所述第一高压输入信号端和所述第二高压输入信号端中的一个高压输入信号端，所述第二相电压信号连接所述三相电机控制器辅助转速检测电路的所述第一高压输入信号端和所述第二高压输入信号端中的另一个高压输入信号端，所述三相电机控制器辅助转速检测电路的输出信号端输出的辅助转速检测信号输入至所述三相电机控制器。该技术方案的有益效果在于，设计一种输出电压频率检测电路作为辅助电机转速检测，在光耦输出端增加电压比较器，设置合适的门限电压，通过实验证明在低压低频率时，光耦线性区也可以触发比较器，实现频率检测，由此可以实现宽范围的电压频率检测，最低可以检测到AC30V电压频率，提高电动汽车控制器的安全性和可靠性，该电路设计简单，成本低廉，具有较高的应用价值。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请进一步说明。

图1是不具备功能安全的电动汽车驱动系统的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种电动汽车驱动系统的结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种电动汽车驱动系统中的三相电机控制器辅助转速检测电路的结构示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本申请做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

参见图2，本申请提供了一种驱动系统，该驱动系统包括三相电机100、三相电机控制器200以及三相电机控制器辅助转速检测电路300。该驱动系统例如可以是电动汽车驱动系统。

三相电机100包括转速传感器或者旋转变压器(图中未示出)；三相电机100在以发电机形式工作的情形下输出的三相电压信号(示例性地表示为U、V、W)线缆连接至三相电机控制器200，三相电机100的转速传感器或者旋转变压器输出的主转速检测信号输入至三相电机控制器200。

三相电机控制器200还分别与来自电池或者电源的正高压端和负高压端连接；将三相电机100输出的三相电压信号中的任意两相电压信号记为第一相电压信号和第二相电压信号，所述第一相电压信号(例如是U相电压信号)连接三相电机控制器辅助转速检测电路300的第一高压输入信号端V1和第二高压输入信号端V2中的一个高压输入信号端，所述第二相电压信号(例如是V相电压信号)连接所述三相电机控制器辅助转速检测电路300的所述第一高压输入信号端V1和所述第二高压输入信号端V2中的另一个高压输入信号端，三相电机控制器辅助转速检测电路300的输出信号端输出的辅助转速检测信号输入至三相电机控制器200。

参见图3，所述三相电机控制器辅助转速检测电路300包括输入模块、光耦P1和输出模块。

所述输入模块具有第一高压输入信号端V1和第二高压输入信号端V2，所述第一高压输入信号端V1用于连接三相电机100输出的三相电压信号中的一个电压信号，所述第二高压输入信号端V2用于连接三相电机100输出的三相电压信号中的另一个电压信号，并且所述输入模块包括第一电阻R1、第一二极管D1和第三二极管D3，所述输出模块具有用于连接三相电机控制器200的输出信号端VO，并且所述输出模块包括第五电阻R5、第一电容C1、电压比较器B1和第八电阻R8。

所述第一电阻R1、所述第一二极管D1和所述第三二极管D3按照以下任一种连接顺序串联连接于所述第一高压输入信号端V1和所述第二高压输入信号端V2之间：所述第一电阻R1、所述第一二极管D1、所述第三二极管D3，所述第一二极管D1、所述第一电阻R1、所述第三二极管D3，所述第一二极管D1、所述第三二极管D3、所述第一电阻R1；且所述第一二极管D1的阳极比所述第一二极管D1的阴极更靠近所述第一高压输入信号端V1，所述第三二极管D3的阴极比所述第三二极管D3的阳极更靠近所述第一二极管D1的阴极。其中，第三二极管D3有助于保护光耦P1，防止出现反压将其损坏。

所述光耦P1的P极与所述第三二极管D3的阴极连接，所述光耦P1的N极与所述第三二极管D3的阳极连接，所述光耦P1的C极与所述电压比较器B1的正向输入端连接，所述光耦P1的E极接第一地GND1。

所述第五电阻R5的第一端与第一电压端VCC1连接，所述第五电阻R5的第二端连接于所述光耦P1的C极和所述电压比较器B1的正向输入端之间；所述第一电容C1的第一端连接于所述光耦P1的C极和所述电压比较器B1的正向输入端之间，所述第一电容C1的第二端接所述第一地GND1；所述电压比较器B1的反向输入端与第二电压端VCC2连接，所述电压比较器B1的电源端与第三电压端VCC3连接，所述电压比较器B1的接地端接第二地GND2，所述电压比较器B1的输出端与所述输出信号端VO连接；所述第八电阻R8的第一端连接于所述电压比较器B1的电源端和所述第二电压端VCC2之间，所述第八电阻R8的第二端连接于所述电压比较器B1的输出端和所述输出信号端VO之间。第一电压端VCC1、第二电压端VCC2和第三电压端VCC3的功能是提供一个外接的低压直流电压。

由此，设计一种输出电压频率检测电路作为辅助电机转速检测，在光耦P1输出端增加电压比较器B1，设置合适的门限电压，通过实验证明在低压低频率时，光耦P1线性区也可以触发比较器，实现频率检测，由此可以实现宽范围的电压频率检测，最低可以检测到AC30V电压频率，将该三相电机控制器辅助转速检测电路300应用于电动汽车驱动系统时可以提高电动汽车控制器的安全性和可靠性，该电路设计简单，成本低廉，具有较高的应用价值。

在一些可选的实施方式中，所述第一电阻R1、所述第一二极管D1、所述第三二极管D3可以依次串联连接于所述第一高压输入信号端V1和所述第二高压输入信号端V2之间，所述第一二极管D1的阴极与所述第三二极管D3的阴极连接；所述输入模块还可以包括第二二极管D2，所述第二二极管D2串联连接于所述第三二极管D3的阳极和所述第二高压输入信号端V2之间，且所述第二二极管D2的阳极与所述第三二极管D3的阳极连接。由此，通过第一二极管D1、第二二极管D2和第三二极管D3进行反向续流，从而保护光耦P1，防止反向击穿。

在一些可选的实施方式中，所述输入模块还可以包括第三电阻R3，所述第三电阻R3串联连接于所述第二二极管D2的阴极和所述第二高压输入信号端V2之间。由此，通过第一电阻R1、第三电阻R3进行限流，提高电路的安全性。

在一些可选的实施方式中，所述输入模块还可以包括第二电阻R2和第四电阻R4；所述第二电阻R2可以串联连接于所述第一电阻R1和所述第一二极管D1的阳极之间；所述第四电阻R4可以串联连接于所述第二二极管D2的阴极和所述第三电阻R3之间。由此，通过第一电阻R1至第四电阻R4进行限流，进一步提高电路的安全性。

在具体实施中，为了起到合适的限流作用，还可以在第一电阻R1和第二电阻R2之间串联一个或多个电阻，以及在第三电阻R3和第四电阻R4之间串联一个或多个电阻。

在一些可选的实施方式中，所述输出模块还可以包括第六电阻R6和第七电阻R7；所述第六电阻R6串联连接于所述第二电压端VCC2和所述电压比较器B1的反向输入端之间；所述第七电阻R7的第一端连接于所述第六电阻R6和所述电压比较器B1的反向输入端之间，所述第七电阻R7的第二端接所述第二地G ND2。由此，通过第六电阻R6和第七电阻R7对第二电压端VCC2的输入电压进行分压，使电压比较器B1的反向输入端的电压符合实际使用中的需求。

在一些可选的实施方式中，所述第一电压端VCC1的输入电压可以和所述第二电压端VCC2的输入电压相同。由此，当第一电压端VCC1和第二电压端VC C2的输入电压相同时，可以使用同一输入电压提供方提供的输入电压，相比于使用两种输入电压提供方提供输入电压的技术方案来说，减少与外部设备的交互，提高电路的安全性和稳定性，降低维护成本。

在一些可选的实施方式中，所述电压比较器B1的反向输入端的电压与所述第一电压端VCC1的输入电压的比值可以不小于70％且不大于90％。如果该比值过高，电压比较器B1的反向输入端的电压，即参考电压与第一电压端VCC1的输入电压非常接近，则三相电机电压信号的微小波动都将导致电压比较器B1的正向输入端低于参考电压，使电压比较器B1输出的电平发生变化，导致检测电压频率容易受到干扰；如果该比值过低，参考电压与第一电压端VCC1的输入电压相差很大，则可能导致电压比较器B1的输出电平很难发生变化，不能反应电压频率的真实情况。

在一些可选的实施方式中，所述电压比较器B1的反向输入端的电压与所述第一电压端VCC1的输入电压的比值可以是90％。申请人通过大量实践证实，当电压比较器B1的反向输入端的电压与第一电压端VCC1的输入电压的比值是90％时，能够精确测量输入电压较低时其电压频率。

在一些可选的实施方式中，所述第一电压端VCC1的输入电压可以和所述第三电压端VCC3的输入电压相同。由此，当第三电压端VCC3和第一电压端VC C1的输入电压相同时，可以使用同一输入电压提供方提供的输入电压，相比于使用两种输入电压提供方提供输入电压的技术方案来说，减少与外部设备的交互，提高电路的安全性和稳定性，降低维护成本。

在一个实际应用中，第一电压端VCC1的输入电压、第二电压端VCC2的输入电压和第三电压端VCC3的输入电压相同，且均为5V，电压比较器B1的反向输入端的电压(即参考电压)为4.5V。

本申请从使用目的上，效能上，进步及新颖性等观点进行阐述，其设置有的实用进步性，已符合专利法所强调的功能增进及使用要件，本申请以上的说明及附图，仅为本申请的较佳实施例而已，并非以此局限本申请，因此，凡一切与本申请构造，装置，特征等近似、雷同的，即凡依本申请专利申请范围所作的等同替换或修饰等，皆应属本申请的专利申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述三相电机控制器辅助转速检测电路包括输入模块、光耦和输出模块；

所述输入模块具有第一高压输入信号端和第二高压输入信号端，所述第一高压输入信号端用于连接三相电机输出的三相电压信号中的一个电压信号，所述第二高压输入信号端用于连接三相电机输出的三相电压信号中的另一个电压信号，并且所述输入模块包括第一电阻、第一二极管和第三二极管；

所述输出模块具有用于连接三相电机控制器的输出信号端，并且所述输出模块包括第五电阻、第一电容、电压比较器和第八电阻；

所述第一电阻、所述第一二极管和所述第三二极管按照以下任一种连接顺序串联连接于所述第一高压输入信号端和所述第二高压输入信号端之间：所述第一电阻、所述第一二极管、所述第三二极管，所述第一二极管、所述第一电阻、所述第三二极管，所述第一二极管、所述第三二极管、所述第一电阻；且所述第一二极管的阳极比所述第一二极管的阴极更靠近所述第一高压输入信号端，所述第三二极管的阴极比所述第三二极管的阳极更靠近所述第一二极管的阴极；

所述光耦的P极与所述第三二极管的阴极连接，所述光耦的N极与所述第三二极管的阳极连接，所述光耦的C极与所述电压比较器的正向输入端连接，所述光耦的E极接第一地；

所述第五电阻的第一端与第一电压端连接，所述第五电阻的第二端连接于所述光耦的C极和所述电压比较器的正向输入端之间；所述第一电容的第一端连接于所述光耦的C极和所述电压比较器的正向输入端之间，所述第一电容的第二端接所述第一地；所述电压比较器的反向输入端与第二电压端连接，所述电压比较器的电源端与第三电压端连接，所述电压比较器的接地端接第二地，所述电压比较器的输出端与所述输出信号端连接；所述第八电阻的第一端连接于所述电压比较器的电源端和所述第二电压端之间，所述第八电阻的第二端连接于所述电压比较器的输出端和所述输出信号端之间。

2.根据权利要求1所述的三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述第一电阻、所述第一二极管、所述第三二极管依次串联连接于所述第一高压输入信号端和所述第二高压输入信号端之间，所述第一二极管的阴极与所述第三二极管的阴极连接；

所述输入模块还包括第二二极管，所述第二二极管串联连接于所述第三二极管的阳极和所述第二高压输入信号端之间，且所述第二二极管的阳极与所述第三二极管的阳极连接。

3.根据权利要求2所述的三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述输入模块还包括第三电阻，所述第三电阻串联连接于所述第二二极管的阴极和所述第二高压输入信号端之间。

4.根据权利要求3所述的三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述输入模块还包括第二电阻和第四电阻；

所述第二电阻串联连接于所述第一电阻和所述第一二极管的阳极之间；

所述第四电阻串联连接于所述第二二极管的阴极和所述第三电阻之间。

5.根据权利要求1所述的三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述输出模块还包括第六电阻和第七电阻；

所述第六电阻串联连接于所述第二电压端和所述电压比较器的反向输入端之间；

所述第七电阻的第一端连接于所述第六电阻和所述电压比较器的反向输入端之间，所述第七电阻的第二端接所述第二地。

6.根据权利要求5所述的三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述第一电压端的输入电压和所述第二电压端的输入电压相同。

7.根据权利要求1所述的三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述电压比较器的反向输入端的电压与所述第一电压端的输入电压的比值不小于70％且不大于90％。

8.根据权利要求7所述的三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述电压比较器的反向输入端的电压与所述第一电压端的输入电压的比值是90％。

9.根据权利要求1所述的三相电机控制器辅助转速检测电路，其特征在于，所述第一电压端的输入电压和所述第三电压端的输入电压相同。

10.一种电动汽车驱动系统，其特征在于，所述电动汽车驱动系统包括三相电机、三相电机控制器以及权利要求1-9任一项所述的电动汽车驱动系统中的三相电机控制器辅助转速检测电路；所述三相电机包括转速传感器或者旋转变压器；

所述三相电机的三相电压线缆连接至所述三相电机控制器，所述三相电机的转速传感器或者旋转变压器输出的主转速检测信号输入至所述三相电机控制器；

所述三相电机控制器还分别与来自电池或者电源的正高压端和负高压端连接；

将所述三相电机输出的三相电压信号中的任意两相电压信号记为第一相电压信号和第二相电压信号，所述第一相电压信号连接所述三相电机控制器辅助转速检测电路的所述第一高压输入信号端和所述第二高压输入信号端中的一个高压输入信号端，所述第二相电压信号连接所述三相电机控制器辅助转速检测电路的所述第一高压输入信号端和所述第二高压输入信号端中的另一个高压输入信号端，所述三相电机控制器辅助转速检测电路的输出信号端输出的辅助转速检测信号输入至所述三相电机控制器。

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