專利名稱：無刷直流電動機系統(tǒng)及無刷直流電動機力矩電流檢測電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及無刷直流電動機技術領域，尤其涉及一種無刷直流電動機系統(tǒng)及其無刷直流電動機力矩電流檢測電路。
背景技術：
目前，三相無刷直流電動機通常采用檢測相電流瞬時值或母線電流瞬時值的方法來實現(xiàn)電機繞組內產(chǎn)生力矩的電流(即，力矩電流)的閉環(huán)控制，從而有效地抑制無刷直流電動機的轉矩波動。其中，相電流瞬時值方法需要3個獨立的電流傳感器以及電流調節(jié)器， 電路冗余，軟件實現(xiàn)復雜；母線電流瞬時值方法忽略了電動機繞組電感的續(xù)流作用，續(xù)流電流在逆變電路和電動機繞組中形成內環(huán)流，無法通過安裝于母線上的電流傳感器檢測。針對以上問題，在逢格民等人發(fā)表于《微電機》2010年第1期上的“無刷直流電動機新型電流檢測方法”中針對無刷直流電動機系統(tǒng)的逆變電路的下橋臂開關調制方式，提出了一種如圖1所示的新型力矩電流檢測拓撲結構。如圖1所示，該力矩電流檢測拓撲結構在直流電源與逆變電路之間增加了兩個線圈Ldn L2，檢測的力矩電流為i = ii+i2，其中， I1和i2分別為流過線圈L1和L2的電流。這種拓撲結構可簡單有效地檢測電流力矩電流， 進而實現(xiàn)電流的閉環(huán)控制，從而可有效地抑制電機轉矩波動。但是，由于電感本身的自感效應會影響電機電流的大小，并且此檢測電流無法實時地將采集值采集到ECU(電子控制單元)，故采用電感對電機電流檢測會引起力矩電流檢測精度不夠高，也不能實時地反應出電機母線的電流。

發(fā)明內容
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種無刷直流電動機系統(tǒng)及其無刷直流電動機力矩電流檢測電路，以更簡單、更準確地檢測電機繞組內的力矩電流。為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種用于無刷直流電動機系統(tǒng)的無刷直流電動機力矩電流檢測電路，所述無刷直流電動機系統(tǒng)包括直流電源、逆變電路和無刷直流電動機， 其特征在于，所述力矩電流檢測電路包括檢測單元，其一端連接至所述直流電源的正極與所述逆變電路的上橋臂的多個開關管的并聯(lián)二極管的連接點，另一端連接至所述逆變電路的上橋臂的多個開關管的輸入端子的連接點；放大采集單元，其與所述檢測單元并聯(lián)，用于采集通過檢測單元的電流，以獲得所述無刷直流電動機的力矩電流。優(yōu)選地，所述檢測單元為一個電阻。優(yōu)選地，所述放大采集單元為AD8210芯片。優(yōu)選地，所述力矩電流檢測電路還包括濾波單元，其連接在所述放大采集單元與用于控制所述無刷直流電動機的ECU之間。在這種情況下，所述放大采集單元放大所述檢測單元兩端的電壓，所述濾波單元對通過所述放大采集單元放大的電壓進行濾波，并將濾波的電壓輸出到ECU。優(yōu)選地，所述濾波單元為RC濾波器。
另外，本發(fā)明提供相應的無刷直流電動機系統(tǒng)，其包括上述力矩電流檢測電路。本發(fā)明所提供的無刷直流電動機力矩電流檢測電路充分考慮了電動機繞組電感的續(xù)流電流對瞬時相電流的影響，從而準確檢測電機繞組內的力矩電流，且實現(xiàn)電路簡單， 通用性較好。


圖1是現(xiàn)有技術的無刷直流電動機系統(tǒng)的電路圖；圖2是包括本發(fā)明的無刷直流電動機力矩電流檢測電路的無刷直流電動機系統(tǒng)的電路圖；圖3是包括本發(fā)明實施例的無刷直流電動機力矩電流檢測電路的無刷直流電動機系統(tǒng)的電路圖。
具體實施例方式以下，將參照附圖和實施例對本發(fā)明進行描述。圖2是包括本發(fā)明的無刷直流電動機力矩電流檢測電路的無刷直流電動機系統(tǒng)的電路圖。如圖2所示，該無刷直流電動機系統(tǒng)包括電機驅動模塊、無刷直流電動機和本發(fā)明提供的無刷直流電動機力矩電流檢測電路，其中，電機驅動模塊包括直流電源U和逆變電路，逆變電路由開關管Ktl-Kt6及續(xù)流二極管D1-D6構成；無刷直流電動機包括三個繞組電感，采用三相六拍兩兩導通的控制方式。這里，電機驅動模塊和無刷直流電動機均屬于現(xiàn)有技術，因此本文省略其詳細描述。以下，將對本發(fā)明提供的無刷直流電動機力矩電流檢測電路進行詳細描述。本發(fā)明提供的無刷直流電動機力矩電流檢測電路包括檢測單元和放大采集單元， 其中，檢測單元的一端連接至直流電源U的正極與逆變電路的上橋臂的多個開關管的并聯(lián)二極管的連接點，另一端連接至逆變電路的上橋臂的多個開關管的輸入端子的連接點；放大采集單元與檢測單元并聯(lián)，用于檢測通過檢測單元的電流12，其中，通過檢測單元的電流 12即為所要檢測的電機力矩電流。此外，本發(fā)明提供的無刷直流電動機力矩電流檢測電路還可包括濾波單元，其連接在放大采集單元與用于控制無刷直流電動機的ECU之間。在這種情況下，放大采集單元放大所述檢測單元兩端的電壓，濾波單元對通過放大采集單元放大的電壓進行濾波，并將濾波的電壓輸出到ECU(具體地，ECU的AD端)。這里，由于ECU屬于本領域技術人員公知的技術，因此省略其描述。圖3中顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的無刷直流電動機力矩電流檢測電路。在本實施例中，檢測單元為檢測電阻R4，放大采集單元采用AD8210芯片(公知器件)，濾波單元采用RC濾波器。通過檢測電阻R4的電流12 = 11+13，其中，Il為直流電源U輸出的驅動電流，13為電機繞組電感產(chǎn)生的電流IaUb和Ic經(jīng)上橋臂續(xù)流二極管的續(xù)流電流，其中電流II、12和13的方向以圖2中所示的方向為正方向。需要說明的是，當有續(xù)流電流時， 13不為零，當沒有續(xù)流電流時，13為零。以下，將各相繞組電流分為非換相時刻和換相時刻分別說明電機力矩電流的檢測過程。
如圖2所示，假設無刷直流電動機的切換順序依次為 AB — AC — BC — BA — CA — CB — AB,設置開關管Ktl、Kt3、Kt5在任意時刻始終有一個開關管處在導通狀態(tài)，這樣使得電機驅動模塊有效地驅動無刷直流電動機。在本發(fā)明實施例中，以開關管Ktl始終導通為例說明力矩電流的檢測過程。(一 )在非換相時刻電機轉矩電流的檢測過程在AB狀態(tài)時，開關管Ktl始終導通，此時，電流回路下橋臂開關管Kt6可分為導通 (PWM_0N)和關斷(PWM_0FF)兩種情況。1、當 Kt6 處在 PWM_0N 時在開關管Ktl導通、Kt6導通的情況下，電流回路經(jīng)過Il、Ktl、A相繞組、B相繞組、 Kt6形成閉環(huán)。此時，通過電機A相繞組的電流Ia = I1，B相繞組的電流Λ = _I1，C相繞組的電流Ic = 0，即通過檢測電阻R4的電流為12 = 11(13 = 0)。2、當 Kt6 處在 PWM_0FF 時在開關管Ktl導通、Kt6關斷的情況下，電流回路經(jīng)過I2、Ktl、A相繞組、B相繞組、 續(xù)流二極管D3、13形成閉環(huán)。此時，Ia = 12，Ib = -12，Ic = 0，通過檢測電阻R4的電流為 12 = 13(11 = 0)。因此，在非換相時刻，通過檢測電阻R4的電流12在PWM_0N狀態(tài)時為II，在PWM_ OFF狀態(tài)時為13，即通過檢測電阻R4的電流12實時反映了電機的力矩電流。( 二 )在換相時刻電機轉矩電流的檢測過程以AB狀態(tài)向AC狀態(tài)換相為例進行分析，開關管Ktl始終導通，在換相時B相繞組電流不會瞬間降為零，而是通過二極管D3進行續(xù)流。此時，電流回路下橋臂可分為開關管 Kt2導通(PWM_0N)和關斷(PWM_0FF)兩種情況。 1、當 Kt2 處在 PWM_0N 時當Kt2處在PWM_0N時有兩條電流回路，其中，一條電流回路經(jīng)過II、開關管Ktl、 繞組Α、繞組C、開關管Kt2形成電流閉環(huán)；另外一條為續(xù)流回路，經(jīng)過繞組B、二極管D3、I3、 開關管Ktl、繞組A形成閉環(huán)，此時通過檢測電阻R4的電流為12 = 11+13。2、當 Kt2 處在 PWM_0FF 時當Kt2處在PWM_0FF時也有兩條電流回路，其中，一條經(jīng)過繞組C、二極管D5、13、 開關管Ktl、繞組A形成電流閉環(huán)，該回路為C相續(xù)流環(huán)；另一條為續(xù)流回路，經(jīng)過繞組B、二極管D3、I3、開關管Ktl、繞組A形成電流閉環(huán)，該回路為V相續(xù)流環(huán)。此時通過檢測電阻R4 的電流為12 = 13(11 = 0)。因此在換相時刻，無論是PWM_0N或者PWM_0FF狀態(tài)，通過檢測電阻R4的電流實時反映了電機的力矩電流，并且采集精度比較高。這里指出，在本實施例中采用電阻作為檢測單元，因此與圖1所示的力矩電流檢測電路相比，不存在由于電感本身的自感效應會影響電機電流的大小的問題，因此，可實時地將采集值采集到ECU，而且力矩電流檢測精度高，也能實時地反應出電機母線的電流。此外，由于利用了 AD8210，所以檢測的精度更高，更加能夠實時反應出電機母線的電流。以上已參照附圖和實施例對本發(fā)明進行了詳細描述，但是，應該理解，本發(fā)明并不限于以上所公開的示例性實施例。應該給予權利要求以最廣泛的解釋，以涵蓋所公開的示例性實施例的所有變型、等同結構和功能。例如，除了檢測電阻R4之外，所述檢測單元還可以是專門的電流采集電路；放大采集單元還可以采取其它已知的不同精度的放大采集芯片；濾波單元可以采集專用的濾波芯片。
權利要求
1.一種用于無刷直流電動機系統(tǒng)的無刷直流電動機力矩電流檢測電路，所述無刷直流電動機系統(tǒng)包括直流電源、逆變電路和無刷直流電動機，其特征在于，所述力矩電流檢測電路包括檢測單元，其一端連接至所述直流電源的正極與所述逆變電路的上橋臂的多個開關管的并聯(lián)二極管的連接點，另一端連接至所述逆變電路的上橋臂的多個開關管的輸入端子的連接點；放大采集單元，其與所述檢測單元并聯(lián)，用于采集通過檢測單元的電流，以獲得所述無刷直流電動機的力矩電流。
2.根據(jù)權利要求1所述的無刷直流電動機力矩電流檢測電路，其特征在于，所述檢測單元為一個電阻。
3.根據(jù)權利要求1所述的無刷直流電動機力矩電流檢測電路，其特征在于，所述檢測單元為電流采集電路。
4.根據(jù)權利要求1所述的無刷直流電動機力矩電流檢測電路，其特征在于，所述放大采集單元為AD8210芯片。
5.根據(jù)權利要求1所述的無刷直流電動機力矩電流檢測電路，其特征在于，還包括 濾波單元，其連接在所述放大采集單元與用于控制所述無刷直流電動機的電子控制單元之間，所述放大采集單元放大所述檢測單元兩端的電壓，所述濾波單元對通過所述放大采集單元放大的電壓進行濾波，并將濾波的電壓輸出到所述電子控制單元。
6.根據(jù)權利要求5所述的無刷直流電動機力矩電流檢測電路，其特征在于，所述濾波單元為RC濾波器。
7.一種無刷直流電動機系統(tǒng)，包括根據(jù)權利要求1-6中的任何一個所述的無刷直流電動機力矩電流檢測電路。
全文摘要
本發(fā)明提供一種無刷直流電動機系統(tǒng)及其力矩電流檢測電路。所述力矩電流檢測電路包括檢測單元，其一端連接至直流電源的正極與逆變電路的上橋臂的多個開關管的并聯(lián)二極管的連接點，另一端連接至逆變電路的上橋臂的多個開關管的輸入端子的連接點；放大采集單元，其與檢測單元并聯(lián)，用于采集通過檢測單元的電流，以獲得力矩電流。本發(fā)明所提供的力矩電流檢測電路充分考慮了電動機繞組電感的續(xù)流電流對瞬時相電流的影響，從而準確檢測電機繞組內的力矩電流，且實現(xiàn)電路簡單，通用性較好。
文檔編號G01R19/00GK102426282SQ20111023862
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權日2011年8月18日
發(fā)明者杜金枝, 汪小云, 王陸林, 高國興 申請人:奇瑞汽車股份有限公司