CN217880031U

CN217880031U - 一种汽车eps系统电机相电流采样电路

Info

Publication number: CN217880031U
Application number: CN202220301886.3U
Authority: CN
Inventors: 吴习文; 金方达; 周雄; 徐建国; 孙瑞; 彭冬冬; 王嘉豪
Original assignee: Bosch Huayu Steering Systems Co Ltd
Current assignee: Bosch Huayu Steering Systems Co Ltd
Priority date: 2022-02-15
Filing date: 2022-02-15
Publication date: 2022-11-22
Anticipated expiration: 2032-02-15

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体地说是一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，包括三相电机、金属氧化物半导体场效应晶体管、预驱芯片、电阻、电容、微控制单元，本实用新型同现有技术相比，设计了电机相电流采样电路，去除了V相的采样电阻，降低了产品成本，同时，也为电机控制提供可靠且精确的相电流。本实用新型对微控制单元的电路改动较小，便于实施。

Description

一种汽车EPS系统电机相电流采样电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体地说是一种汽车EPS系统电机相电流采样电路。

背景技术

一般情况下，汽车转向系统控制器的相电流采样电路中，会用到三个高成本的采样电阻去采集U、V、W三相的相电流。

因此，需要设计一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，减少采样电阻的使用，从而降低产品成本，同时，为电机控制提供可靠且精确的相电流。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供了一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，减少采样电阻的使用，从而降低产品成本，同时，为电机控制提供可靠且精确的相电流。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，包括三相电机、金属氧化物半导体场效应晶体管、预驱芯片、电阻、电容、微控制单元，三相电机的 V相分四路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管一的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管二的漏极、电阻一的一端以及电容一的一端连接，电容一的另一端与电阻四的一端连接，电阻一的另一端分四路分别与预驱芯片的CS2P引脚、电容二的一端、电容三的一端以及电阻二的一端连接，预驱芯片的CS2M引脚分三路分别与电容三的另一端、电容四的一端以及电阻三的一端连接，电容二的另一端、电容四的另一端接地，预驱芯片的CS2O引脚与电阻五的一端连接，电阻五的另一端分二路分别与微控制单元的VADCG1引脚以及电容五的一端连接，电容五的另一端接地，三相电机的U相分二路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管三的源极以及金属氧化物半导体场效应晶体管四的漏极连接，三相电机的W相分二路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管五的源极以及金属氧化物半导体场效应晶体管六的漏极连接，金属氧化物半导体场效应晶体管一的漏极、金属氧化物半导体场效应晶体管三的漏极、金属氧化物半导体场效应晶体管五的漏极连接后，与蓄电池的负极连接，电阻三的另一端、电阻二的另一端、电阻四的另一端、金属氧化物半导体场效应晶体管二的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管四的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管六的源极连接后接地。

所述的预驱芯片的型号为A4911。

所述的预驱芯片内设有差分放大器、偏置器，预驱芯片的CS2P引脚与差分放大器的同相输入端连接，预驱芯片的CS2M引脚与差分放大器的反相输入端连接，差分放大器的输出端与偏置器的输入端连接，偏置器的输出端与预驱芯片的CS2O引脚连接。

所述的微控制单元的型号为TC377。

本实用新型同现有技术相比，设计了电机相电流采样电路，去除了V相的采样电阻，降低了产品成本，同时，也为电机控制提供可靠且精确的相电流。本实用新型对微控制单元的电路改动较小，便于实施。

附图说明

图1为本实用新型的电路图。

具体实施方式

现结合附图对本实用新型做进一步描述。

参见图1，本实用新型提供一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，包括三相电机、金属氧化物半导体场效应晶体管、预驱芯片、电阻、电容、微控制单元，三相电机M的 V相分四路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管一Q1的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2的漏极、电阻一R1的一端以及电容一C812的一端连接，电容一C812的另一端与电阻四R819的一端连接，电阻一R1的另一端分四路分别与预驱芯片的CS2P引脚、电容二C818的一端、电容三C815的一端以及电阻二R2的一端连接，预驱芯片的CS2M引脚分三路分别与电容三C815的另一端、电容四C823的一端以及电阻三R3的一端连接，电容二C818的另一端、电容四C823的另一端接地，预驱芯片的CS2O引脚与电阻五R524的一端连接，电阻五R524的另一端分二路分别与微控制单元的VADCG1引脚以及电容五C510的一端连接，电容五C510的另一端接地，三相电机M的U相分二路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管三Q3的源极以及金属氧化物半导体场效应晶体管四Q4的漏极连接，三相电机M的W相分二路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管五Q5的源极以及金属氧化物半导体场效应晶体管六Q6的漏极连接，金属氧化物半导体场效应晶体管一Q1的漏极、金属氧化物半导体场效应晶体管三Q3的漏极、金属氧化物半导体场效应晶体管五Q5的漏极连接后，与蓄电池的负极连接，电阻三R3的另一端、电阻二R2的另一端、电阻四R819的另一端、金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管四Q4的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管六Q6的源极连接后接地。

本实用新型中，预驱芯片的型号为A4911。微控制单元的型号为TC377。

本实用新型中，电阻一R1和电阻三R3用于阻抗匹配。电容二C818、电容四C823用于滤波。电容三C815对预驱芯片的CS2O引脚、CS2M引脚的差分信号进行滤波。

预驱芯片内设有差分放大器、偏置器，预驱芯片的CS2P引脚与差分放大器的同相输入端连接，预驱芯片的CS2M引脚与差分放大器的反相输入端连接，差分放大器的输出端与偏置器的输入端连接，偏置器的输出端与预驱芯片的CS2O引脚连接。

预驱芯片的CS2O引脚、CS2M引脚采集到金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通时的压降后，在预驱芯片的内部通过差分放大器、偏置器，将差分信号进行放大，放大N倍后再将信号往上偏置2.5V得到信号CS2O，信号CS2O再经过电阻五R524和电容五C510组成的滤波电路滤波后，传递给微控制单元的模数转换器模块进行信号的采集与计算。

当相电流产生并且流经V相下桥的金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2时，会在金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2的漏极和源极之间产生压降。当VGS电压大于10V时，金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通时的内阻趋近于恒定的毫欧值，毫欧值的具体数值取决于金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2的型号，可通过查金属氧化物半导体场效应晶体管的手册得知。

当金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通时，金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2的漏极和源极之间的压降会随着相电流的变化而变化，并且满足欧姆定律。V相相电流可以利用金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通时的压降除以金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2的导通内阻估算得到。

但是金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2的导通内阻很小，即使相电流达到100安培以上，金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2两端产生的导通压降也很小，为毫伏级别，并且导通压降随着电流的正负而产生正负值。这样有正有负并且范围很小的信号直接送给微控制单元的模数转换器模块是采集不出来的。所以通过预驱芯片对金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2的导通压降信号进行放大，并且需要将信号往上偏置2.5V，以使信号调整到微控制单元能够采集的0V~5V的范围内。

在金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2关闭时，漏极和源极之间的压差会接近于14V的电源电压，这个14V的压差如果直接引入到预驱芯片差分放大器的输入端会直接损毁预驱芯片。为了解决这一问题，本实用新型设计了降压电路来保护预驱芯片。预驱芯片差分放大器的输入端电压差值最大耐受值为6V左右，系统电压最大可能会达到35V，所以需要将35V降压到6V以下才能满足使用要求，但是如果降压比取得过大，会导致有效信号被缩小得难以分辨，抗干扰性能变差，故降压比折中取为6比较合适。

在V相上桥臂金属氧化物半导体场效应晶体管一Q1关闭，下桥臂金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通时，将金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通压降除以金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通时内阻得到V相相电流。

本实用新型采集相电流的过程如下：

1，在V相上桥臂关闭而V相下桥臂导通时，V相相电流会流经V相下桥臂金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2产生一个导通差V_DS。

2，导通差V_DS经过降压后，传输给预驱芯片的差分信号线CS2P引脚和CS2M引脚。

3，预驱芯片的差分信号线CS2P引脚和CS2M引脚将采集到的压差信号送入到预驱芯片内部的差分放大器的两个输入端，由差分放大器将这个压差信号进行放大并且向上偏置2.5V，得到信号CS2O。

4，预驱芯片再将信号CS2O经过滤波电路滤波后，传递给微控制单元，在进行模数转化后，计算出金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通时的压降，然后将该压降除以金属氧化物半导体场效应晶体管二Q2导通时的内阻估算出V相相电流。

本实用新型可通过采集环境温度值后查表，对金属氧化物半导体场效应晶体管的导通内阻进行修正，以进一步提高计算的准确性。

本实用新型设计了电机相电流采样电路，去除了V相的采样电阻，降低了产品成本，同时，也为电机控制提供可靠且精确的相电流，在不影响原有功能的前提下，满足ISO26262 ASIL-D等级的要求。本实用新型对微控制单元的电路改动较小，便于实施。

Claims

1.一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，包括三相电机、金属氧化物半导体场效应晶体管、预驱芯片、电阻、电容、微控制单元，其特征在于：三相电机（M）的 V相分四路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管一（Q1）的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管二（Q2）的漏极、电阻一（R1）的一端以及电容一（C812）的一端连接，电容一（C812）的另一端与电阻四（R819）的一端连接，电阻一（R1）的另一端分四路分别与预驱芯片的CS2P引脚、电容二（C818）的一端、电容三（C815）的一端以及电阻二（R2）的一端连接，预驱芯片的CS2M引脚分三路分别与电容三（C815）的另一端、电容四（C823）的一端以及电阻三（R3）的一端连接，电容二（C818）的另一端、电容四（C823）的另一端接地，预驱芯片的CS2O引脚与电阻五（R524）的一端连接，电阻五（R524）的另一端分二路分别与微控制单元的VADCG1引脚以及电容五（C510）的一端连接，电容五（C510）的另一端接地，三相电机（M）的U相分二路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管三（Q3）的源极以及金属氧化物半导体场效应晶体管四（Q4）的漏极连接，三相电机（M）的W相分二路分别与金属氧化物半导体场效应晶体管五（Q5）的源极以及金属氧化物半导体场效应晶体管六（Q6）的漏极连接，金属氧化物半导体场效应晶体管一（Q1）的漏极、金属氧化物半导体场效应晶体管三（Q3）的漏极、金属氧化物半导体场效应晶体管五（Q5）的漏极连接后，与蓄电池的负极连接，电阻三（R3）的另一端、电阻二（R2）的另一端、电阻四（R819）的另一端、金属氧化物半导体场效应晶体管二（Q2）的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管四（Q4）的源极、金属氧化物半导体场效应晶体管六（Q6）的源极连接后接地。

2.根据权利要求1所述的一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，其特征在于：所述的预驱芯片的型号为A4911。

3.根据权利要求1所述的一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，其特征在于：所述的预驱芯片内设有差分放大器、偏置器，预驱芯片的CS2P引脚与差分放大器的同相输入端连接，预驱芯片的CS2M引脚与差分放大器的反相输入端连接，差分放大器的输出端与偏置器的输入端连接，偏置器的输出端与预驱芯片的CS2O引脚连接。

4.根据权利要求1所述的一种汽车EPS系统电机相电流采样电路，其特征在于：所述的微控制单元的型号为TC377。