CN214480360U - 一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，包括：整流桥，用于将输入交流电变成脉动的直流电；滤波稳压电路，用于对所述直流电进行滤波，以及对所述直流电的母线电压进行稳压；逆变电路，用于将所述直流电转换为交流电；采样电路，用于对交流电进行采样；采样放大电路，用于对采样获得的电压进行放大。本实用新型在硬件上采用了通用适应性结构，使用者可以在三电阻‑两电阻‑单电阻系统上方便来回切换，而不再需要更改PCB，对在不同场合应用情况下成本和效率上具有更大的选择空间，也更好的满足了在不同需求的使用者，更具灵活性及适用性，可广泛应用于电阻采样检测技术领域。

Description

一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路

技术领域

本实用新型涉及电阻采样检测技术领域，尤其涉及一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路。

背景技术

现有专利(如专利号为CN201820032656.5、CN201610776444.3或CN201821788055.3等) 对单电阻、双电阻采样系统做了描述，这些硬件都是单独应用于一种采用方式，不能通用。通常三电阻采样效率高，对算法要求低，但成本稍高；单电阻采样效率低，对算法要求高，需要重构电流，但成本最优；而两电阻介于它们之间。厂家通常需要在他们之间进行综合选取及产品的更新升级，因此一般都希望硬件能够兼容，以便后续在不更改硬件的情况下能快速的进行软件调试及升级；同时对需要兼顾成本与效率的厂家要在这三种应用电路上进行兼容时，都需要更改硬件，重新进行PCB布局布线，不仅影响生产时间，也增加了成本。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的是提出一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路。

本实用新型所采用的技术方案是：

一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，包括：

整流桥，用于将输入交流电变成脉动的直流电；

滤波稳压电路，用于对所述直流电进行滤波，以及对所述直流电的母线电压进行稳压；

逆变电路，用于将所述直流电转换为交流电；

采样电路，用于对交流电进行采样，包括第一采样电阻、第二采样电阻、第三采样电阻和第四采样电阻，所述第一采样电阻的一端用于采集所述逆变电路的U端的电压，所述第二采样电阻的一端用于所述逆变电路的V端的电压，所述第三采样电阻的一端用于所述逆变电路的W端的电压，所述第一采样电阻的另一端、第二采样电阻的另一端和第三采样电阻的另一端合并后与所述第四采样电阻的一端连接；

采样放大电路，用于对采样获得的电压进行放大。

进一步，所述滤波稳压电路包括第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻；

所述第一电容和所述第二电容串联在所述母线电压两端，所述第一电阻与所述第一电容并联，所述第二电容与所述第二电阻并联。

进一步，所述滤波稳压电路还包括第三电阻和继电器开关；

所述第三电阻与所述继电器开关并联，所述第三电阻为软启动保护电阻，用于在上电时对所述整流桥和所述逆变电路进行保护，所述继电器开关在上电完成后闭合，以使所述第三电阻短路。

进一步，当应用电路应用于三电阻试装器件，所述第四采样电阻短接；

所述采样放大电路包括偏置模块、第一放大电路、第二放大电路以及第三放大电路；

所述偏置模块为所述第一放大电路、第二放大电路和第三放大电路进行电压偏置，所述第一放大电路用于对所述第一采样电阻采集的电压进行放大，所述第二放大电路用于对所述第二采样电阻采集的电压进行放大，所述第三放大电路用于对所述第三采样电阻采集的电压进行放大。

进一步，所述偏置模块包括第四电阻、第五电阻、第七电阻、第十二电阻、第十七电阻、第三电容以及第一放大器；

所述四电阻和所述第五电阻串联第一电压和地之间，所述第四电阻和所述第五电阻的连接点与所述第一放大器的同相输入端连接，所述第一放大器的反相输入端与所述第一放大器的输出端连接，所述第一放大器的输出端通过所述第七电阻与第一放大电路连接，所述第一放大器的输出端通过所述第十二电阻与第二放大电路连接，第一放大器的输出端通过所述第十七电阻与第三放大电路连接，所述第三电容与所述第五电阻并联。

进一步，所述第一放大电路包括第六电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容以及第二放大器；

所述第六电阻的一端用于采集U端的电压，所述第六电阻的另一端与所述第二放大器的同相输入端连接，所述第二放大器的反相输入端通过所述第八电阻接地，所述第二放大器的输出分别与所述第九电阻的一端和所述第十电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与所述第二放大器的反相输入端连接，所述第十电阻的另一端作为所述第一放大电路的输出端，所述第四电容连接在所述第二放大器的同相输入端与地之间，所述第五电容连接在所述第十电阻的另一端与地之间。

进一步，当应用电路应用于两电阻试装器件，所述第四采样电阻短接，以及所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻中的之一短接；

所述采样放大电路包括偏置模块和两个放大电路，所述偏置模块为所述放大电路进行电压偏置，所述两个放大电路对未被短路的两个采样电阻进行放大。

进一步，当应用电路应用于单电阻试装器件，所述第一采样电阻、所述第二采样电阻和所述第三采样电阻均短接；

所述第四采样电阻用于采集所述逆变电路的输出电压；

所述采样放大电路包括偏置模块和放大电路，所述偏置模块为所述放大电路进行电压偏置，所述放大电路对采集到的电压进行放大。

进一步，所述应用电路还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器用于接收采样放大电路的信号，并输出信号控制永磁同步电机。

本实用新型的有益效果是：本实用新型在硬件上采用了通用适应性结构，使用者可以在三电阻-两电阻-单电阻系统上方便来回切换，而不再需要更改PCB，对在不同场合应用情况下成本和效率上具有更大的选择空间，也更好的满足了在不同需求的使用者，更具灵活性及适用性。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型实施例中应用电路中整流桥、滤波稳压电路、逆变电路及采样电路的电路图；

图2是本实用新型实施例中三电阻方案下采样放大电路的电路图；

图3是本实用新型实施例中两电阻方案下采样电路的示意图；

图4是本实用新型实施例中两电阻方案下采样放大电路的电路图；

图5是本实用新型实施例中单电阻方案下采样电路的示意图；

图6是本实用新型实施例中单电阻方案下采样放大电路的电路图；

图7是本实用新型实施例中应用电路的仿真电路图；

图8是本实用新型实施例中仿真结果示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本实用新型的具体实施例，本实用新型之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本实用新型的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本实用新型保护范围的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本实用新型的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本实用新型中的具体含义。

如图1所示，本实施例提供一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，包括：

整流桥，用于将输入交流电变成脉动的直流电；

滤波稳压电路，用于对直流电进行滤波，以及对直流电的母线电压进行稳压；

逆变电路，用于将直流电转换为交流电；

采样电路，用于对交流电进行采样，包括第一采样电阻RS1、第二采样电阻RS2、第三采样电阻RS3和第四采样电阻RS4，第一采样电阻RS1的一端用于采集逆变电路的U端的电压，第二采样电阻RS2的一端用于逆变电路的V端的电压，第三采样电阻RS3的一端用于逆变电路的W端的电压，第一采样电阻RS1的另一端、第二采样电阻RS2的另一端和第三采样电阻RS3的另一端合并后与第四采样电阻RS4的一端连接；

采样放大电路，用于对采样获得的电压进行放大。

参见图1，A、B、C为三相电源的输入，应用电路包括整流电路、滤波稳压电路和逆变电路，后续还包括电机等设备(比如永磁同步电机，图1中位给出)，组成一个完整控制系统。其中，逆变电路由智能功率模块(IPM)制成。使用本实施例的电路，当用户需要切换三电阻、两电阻或单电阻系统，只需在调整采样电阻的连接关系即可，比如将采样电阻短接，生产上可直接用铜箔根据电流大小进行短接，也可采用其他方式进行短接，而无需对整个PCB 进行修改，提高了灵活性，也降低了硬件成本。其中，电阻RS1为电机U相采样电阻，电阻 RS2为电机V相采样电阻，电阻RS3为电机W相采样电阻，电阻RS4为电机母线电流采样电阻，同时也是构成单电阻控制系统的采样电阻，是重构电机三相电流的基础。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，滤波稳压电路包括第一电容C1、第二电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2；

第一电容C1和第二电容C2串联在母线电压两端，第一电阻R1与第一电容C1并联，第二电容C2与第二电阻R2并联。

其中，电解电容C1、C2为储能电容，起到把整流后的母线电压稳压的作用，电阻R1、R2为均压电阻，保持母线储能电容C1及C2上电压为母线电压的一半，保持电解电容C1、C2上电压均等，提高电解电容使用寿命。

V_PN为母线P与N之间的电压；

V_PN为母线P与N之间的电压。

参照图1，进一步作为可选的实施方式，滤波稳压电路还包括第三电阻R3和继电器开关；

第三电阻R3与继电器开关并联，第三电阻R3为软启动保护电阻，用于在上电时对整流桥和逆变电路进行保护，继电器开关在上电完成后闭合，以使第三电阻R3短路。

在本实施例中，第三电阻R3为水泥电阻，电阻R3是软启动保护电阻，防止刚上电时对整流桥及后续的IPM模块造成过流击穿导致的损坏，继电器开关是软启动继电器，完成启动后切除启动电阻R3的作用，以减小变频器运行过程中软启动电阻R3造成的损耗，提高变频器使用效率。

进一步作为可选的实施方式，当应用电路应用于三电阻试装器件，第四采样电阻RS4短接；

采样放大电路包括偏置模块、第一放大电路、第二放大电路以及第三放大电路；

偏置模块为第一放大电路、第二放大电路和第三放大电路进行电压偏置，第一放大电路用于对第一采样电阻RS1采集的电压进行放大，第二放大电路用于对第二采样电阻RS2采集的电压进行放大，第三放大电路用于对第三采样电阻RS3采集的电压进行放大。

参见图2，进一步作为可选的实施方式，偏置模块包括第四电阻R4、第五电阻R5、第七电阻R7、第十二电阻R12、第十七电阻R17、第三电容C3以及第一放大器OP1；

四电阻和第五电阻R5串联第一电压和地之间，第四电阻R4和第五电阻R5的连接点与第一放大器OP1的同相输入端连接，第一放大器OP1的反相输入端与第一放大器OP1的输出端连接，第一放大器OP1的输出端通过第七电阻R7与第一放大电路连接，第一放大器OP1的输出端通过第十二电阻R12与第二放大电路连接，第一放大器OP1的输出端通过第十七电阻R17与第三放大电路连接，第三电容C3与第五电阻R5并联。

参见图2，进一步作为可选的实施方式，第一放大电路包括第六电阻R6、第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻R10、第四电容C4、第五电容C5以及第二放大器OP1；

第六电阻R6的一端用于采集U端的电压，第六电阻R6的另一端与第二放大器OP1的同相输入端连接，第二放大器OP1的反相输入端通过第八电阻R8接地，第二放大器OP1的输出分别与第九电阻R9的一端和第十电阻R10的一端连接，第九电阻R9的另一端与第二放大器OP1的反相输入端连接，第十电阻R10的另一端作为第一放大电路的输出端，第四电容C4连接在第二放大器OP1的同相输入端与地之间，第五电容C5连接在第十电阻R10的另一端与地之间。

参见图3和图4，进一步作为可选的实施方式，当应用电路应用于两电阻试装器件，第四采样电阻RS4短接，以及第一采样电阻RS1、第二采样电阻RS2或第三采样电阻RS3中的之一短接；

采样放大电路包括偏置模块和两个放大电路，偏置模块为放大电路进行电压偏置，两个放大电路对未被短路的两个采样电阻进行放大。

参见图5和图6，进一步作为可选的实施方式，当应用电路应用于单电阻试装器件，第一采样电阻RS1、第二采样电阻RS2和第三采样电阻RS3均短接；

第四采样电阻RS4用于采集逆变电路的输出电压；

采样放大电路包括偏置模块和放大电路，偏置模块为放大电路进行电压偏置，放大电路对采集到的电压进行放大。

参见图2，进一步作为可选的实施方式，应用电路还包括数字信号处理器DSP，数字信号处理器DSP用于接收采样放大电路的信号，并输出信号控制永磁同步电机。

以下结合具体实施例对上述应用电路进行详细说明。

一、三电阻方案

参见图1和图2，三电阻方案把NU、NV、NW三路全部接进去，采样电阻设定为RS1、RS2、RS3及其运放OP1～OP4构成的外围采样放大电路。具体包括：采样电阻RS1、RS2、 RS3，运放OP1、OP2、OP3、OP4，电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、 R14、R15、R16、R17、R18、R19、R20，电容C3、C4、C5、C6、C7、C8、C9，RS4采样电阻可短接不用(生产上直接用铜箔根据电流大小进行短接)。

设定条件为R7＝R9，R8＝R6，其中R6//R7＝R8//R9(满足运放同反相之间电阻须平衡)，则各相电流输入→采样电压输出之间公式为：

(1)U相输出电流：

(2)V相输出电流：

(3)W相输出电流：

二、两电阻方案

参见图3和图4，两电阻方案把NU、NV、NW三路中任取两路进行，采样电阻设定为RS1、RS2及其运放OP1～OP3构成的外围采样放大电路。采样电阻RS1、RS2、RS3中任意两路(如RS1与RS2)及其外围采样电路NU、NV组装上，具体包括：采样电阻RS1、RS2，运放OP1、OP2、OP3，电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12、R13、R14、R15，电容C3、C4、C5、C6、C7，RS3与RS4可短接(生产上直接用铜箔根据电流大小进行短接)。

电容C3为进入运放OP1的滤波电容，C4、C5为高频滤波电容，主要滤除高频信号。设定条件为R7＝R9，R8＝R6，其中R6//R7＝R8//R9(满足运放同反相之间电阻须平衡)，则NU、NV两相电流输入→采样电压输出之间公式为：

(1)U相输出电流：

(2)V相输出电流：

这里IU、IV为U、V相采样电阻通过的电流。

三、单电阻方案

参见图5和图6，单电阻方案把NU、NV、NW三路相关采样电阻全部取消，采样电阻设定为RS4及其运放OP1～OP2构成的外围采样放大电路。具体包括：采样电阻RS4，运放 OP1、OP2，电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10，电容C3、C4、C5，采样电阻RS1、RS2、 RS3短接不用(生产上直接用铜箔根据电流大小进行短接)。

设定条件为R7＝R9，R8＝R6，其中R6//R7＝R8//R9(满足运放同反相之间电阻须平衡)， Idc为母线电流，则单电阻RS4构成的Idc母线电流输入→采样电压输出之间公式为：

本实施例中，仅需在PCB规划设计之初把RS1～RS4全部布局在内即可实施通用型三相- 两相-单相电阻方案，方案简答可靠，成本低廉，具有很好的经济技术价值及推广应用价值。下面通过仿真进一步验证此种方案的正确性与有效性。

采样电阻RS1～RS4上通过的电流我们直接用三相正弦电流源模拟代替，设定电流源幅值为15A，硬件外围电路如下仿真图7所示，分别验证通过采样电阻RS1～RS4到N后的电流经运放放大得到的输出电压V_out1及经采样电阻RS1～RS3两端通过电流经差分采样运放后得到的输出V_out2是否一致，具体仿真得到的输出电压V_out1及V_out2如下图8所示。

从仿真波形可以看出，设定偏置电压由Vcc＝3.3V经均压电阻分压得到1.65V，采样电阻 RS1～RS4均为6mΩ，放大倍数设为10，模拟等效三相输入电流源幅值为50A，频率设为50Hz，则电流源输入与输出对应数学关系为：

Vout_1＝Vout_2＝1.65+0.006*10*±15＝0.75V～2.55V

而从图8仿真得到的Vout_1与Vout_2电压波形完全吻合，Vout_1、Vout_2电压输出波形完全重合，因此可以有效验证本实用新型变三相-两相-单相电阻采样通用型应用电路的有效性与可靠性。

综上所述，本实施例的应用电路相对于现有技术，具有如下有益效果：

(1)由于采用通用型三相-两相-单相电阻采样硬件系统应用电路，所驱动系统适用于由分立器件构成的三电阻-两电阻及单电阻的变频驱动控制系统，对开放N侧的三相下桥臂的智能功率模块(IPM)的变频驱动控制系统也同样适用，经济价值高，适应性范围宽广。

(2)由于三相均采用电阻采样，对中小功率变频驱动控制系统在成本上具有很大优势。

(3)由于在硬件上采用了通用适应性，采用本实施例电阻采样控制系统在不更改PCB 的情况下，使用者可以在三电阻-两电阻-单电阻系统上方便来回切换，而不再需要更改PCB，对在不同场合应用情况下最求成本或效率上具有更大的选择空间，也更好的满足了在不同需求的使用者，更具灵活性及适用性。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但本实用新型并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，包括：

整流桥，用于将输入交流电变成脉动的直流电；

滤波稳压电路，用于对所述直流电进行滤波，以及对所述直流电的母线电压进行稳压；

逆变电路，用于将所述直流电转换为交流电；

采样电路，用于对交流电进行采样，包括第一采样电阻、第二采样电阻、第三采样电阻和第四采样电阻，所述第一采样电阻的一端用于采集所述逆变电路的U端的电压，所述第二采样电阻的一端用于所述逆变电路的V端的电压，所述第三采样电阻的一端用于所述逆变电路的W端的电压，所述第一采样电阻的另一端、第二采样电阻的另一端和第三采样电阻的另一端合并后与所述第四采样电阻的一端连接；

采样放大电路，用于对采样获得的电压进行放大。

2.根据权利要求1所述的一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，所述滤波稳压电路包括第一电容、第二电容、第一电阻和第二电阻；

所述第一电容和所述第二电容串联在所述母线电压两端，所述第一电阻与所述第一电容并联，所述第二电容与所述第二电阻并联。

3.根据权利要求2所述的一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，所述滤波稳压电路还包括第三电阻和继电器开关；

所述第三电阻与所述继电器开关并联，所述第三电阻为软启动保护电阻，用于在上电时对所述整流桥和所述逆变电路进行保护，所述继电器开关在上电完成后闭合，以使所述第三电阻短路。

4.根据权利要求1所述的一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，当应用电路应用于三电阻试装器件，所述第四采样电阻短接；

所述采样放大电路包括偏置模块、第一放大电路、第二放大电路以及第三放大电路；

所述偏置模块为所述第一放大电路、第二放大电路和第三放大电路进行电压偏置，所述第一放大电路用于对所述第一采样电阻采集的电压进行放大，所述第二放大电路用于对所述第二采样电阻采集的电压进行放大，所述第三放大电路用于对所述第三采样电阻采集的电压进行放大。

5.根据权利要求4所述的一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，所述偏置模块包括第四电阻、第五电阻、第七电阻、第十二电阻、第十七电阻、第三电容以及第一放大器；

所述四电阻和所述第五电阻串联第一电压和地之间，所述第四电阻和所述第五电阻的连接点与所述第一放大器的同相输入端连接，所述第一放大器的反相输入端与所述第一放大器的输出端连接，所述第一放大器的输出端通过所述第七电阻与第一放大电路连接，所述第一放大器的输出端通过所述第十二电阻与第二放大电路连接，第一放大器的输出端通过所述第十七电阻与第三放大电路连接，所述第三电容与所述第五电阻并联。

6.根据权利要求4所述的一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，所述第一放大电路包括第六电阻、第八电阻、第九电阻、第十电阻、第四电容、第五电容以及第二放大器；

所述第六电阻的一端用于采集U端的电压，所述第六电阻的另一端与所述第二放大器的同相输入端连接，所述第二放大器的反相输入端通过所述第八电阻接地，所述第二放大器的输出分别与所述第九电阻的一端和所述第十电阻的一端连接，所述第九电阻的另一端与所述第二放大器的反相输入端连接，所述第十电阻的另一端作为所述第一放大电路的输出端，所述第四电容连接在所述第二放大器的同相输入端与地之间，所述第五电容连接在所述第十电阻的另一端与地之间。

7.根据权利要求1所述的一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，当应用电路应用于两电阻试装器件，所述第四采样电阻短接，以及所述第一采样电阻、所述第二采样电阻或所述第三采样电阻中的之一短接；

所述采样放大电路包括偏置模块和两个放大电路，所述偏置模块为所述放大电路进行电压偏置，所述两个放大电路对未被短路的两个采样电阻进行放大。

8.根据权利要求1所述的一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，当应用电路应用于单电阻试装器件，所述第一采样电阻、所述第二采样电阻和所述第三采样电阻均短接；

所述第四采样电阻用于采集所述逆变电路的输出电压；

所述采样放大电路包括偏置模块和放大电路，所述偏置模块为所述放大电路进行电压偏置，所述放大电路对采集到的电压进行放大。

9.根据权利要求1所述的一种三相、两相、单相电阻采样通用的应用电路，其特征在于，所述应用电路还包括数字信号处理器，所述数字信号处理器用于接收采样放大电路的信号，并输出信号控制永磁同步电机。

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