本實(shí)用新型涉及一種電流檢測(cè)裝置，尤其涉及一種電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

三相異步電動(dòng)機(jī)在進(jìn)行雙閉環(huán)控制時(shí),必須檢測(cè)兩相定子電流，定子的電壓波形為近似方波信號(hào)，而電流波形為正弦波，在對(duì)電流進(jìn)行控制時(shí)需要取出電流的有效值和相位關(guān)系，實(shí)際車(chē)用的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電機(jī)控制器的功率密度和成本要求很高，因此如何利用簡(jiǎn)單的電路和器件來(lái)檢測(cè)兩相定子電流是實(shí)現(xiàn)三相異步電機(jī)雙閉環(huán)控制的關(guān)鍵。

三相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器為電壓型逆變器，驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電壓為方波信號(hào)，由于電機(jī)為阻感性負(fù)載，因此在采用SPWM控制或者SVPWM控制時(shí)其電流波形為正弦波，在采用雙閉環(huán)控制或者矢量控制時(shí)，必須對(duì)電機(jī)的兩相電流進(jìn)行計(jì)算，鑒于電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)對(duì)電流取樣電路的精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的要求，通常在小功率電機(jī)控制器中對(duì)電流取樣的硬件電路和算法主要有一下幾種：

一是通過(guò)全波整流的方式將交流信號(hào)變成脈動(dòng)的直流信號(hào)，然后再通過(guò)無(wú)源或者有源濾波將脈動(dòng)的直流編程恒定的直流信號(hào)，該恒定的直流信號(hào)經(jīng)過(guò)一定的阻抗匹配后送入控制核心的AD通道，再利用軟件的方法計(jì)算出峰值，最后將峰值轉(zhuǎn)換為有效值。這種方法成本低，電路簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)是由于取樣傳感電路輸出的電壓信號(hào)的頻率從1HZ到120HZ，因此濾波電路的帶寬要很快，造成取樣電路在低頻時(shí)動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度慢，無(wú)法達(dá)到控制器對(duì)其響應(yīng)速度的要求。

二是通過(guò)峰值取樣電路，利用二極管和電容的組合來(lái)直接取出脈沖的峰值，該電路相對(duì)于一種方式來(lái)說(shuō)電路更加簡(jiǎn)單，但是該電路僅僅在信號(hào)頻率比較固定、電壓波形比較干凈的場(chǎng)合時(shí)使用時(shí)精度和動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度能夠得到保證，而在電機(jī)控制器中由于頻率變化范圍大，因此該電路仍然存在精度和 動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度的問(wèn)題。

三是傳感器的信號(hào)經(jīng)過(guò)有源濾波后送入控制核心的AD采樣通道，利用有效值算法采用軟件的形式直接計(jì)算出正弦信號(hào)的有效值。該方法成本低、使用簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，但是這種方法依賴(lài)于電壓信號(hào)的波形質(zhì)量和控制核心的計(jì)算能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、精度高、抗干擾性強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足電機(jī)控制中對(duì)電流的技術(shù)要求的電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置。

本實(shí)用新型是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

上述的電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置，其主要由傳感電流取樣單元、隔直單元、有效值處理單元、阻抗匹配單元、電流計(jì)算單元以及數(shù)字濾波單元組成；所述傳感電流取樣單元一端電連接隔直單元，所述隔直單元一端電連接所述有效值處理單元，所述有效值處理單元一端電連接所述阻抗匹配單元；所述傳感電流取樣單元、隔直單元、有效值處理單元和阻抗匹配單元集成為一體且集成后形成有定子電流檢測(cè)硬件處理電路；所述電流計(jì)算單元一端電連接所述傳感電流取樣單元、隔直單元、有效值處理單元和阻抗匹配單元的集成體，另一端連接所述數(shù)字濾波單元。

所述電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置，其中：所述定子電流檢測(cè)硬件處理電路是由霍爾芯片(A1)、瞬態(tài)抑制二極管TVS2和TVS3、電容C10～C20、電阻R18～R28、芯片U3、運(yùn)算放大器Q4和Q5連接組成；所述霍爾芯片(A1)的型號(hào)為A1301；

所述霍爾芯片(A1)的1號(hào)引腳連接+5V電源，2號(hào)引腳接地；所述瞬態(tài)抑制二極管TVS2的陽(yáng)極端接地，陰極端連接所述霍爾芯片(A1)的3號(hào)引腳；所述電容C10一端接地，另一端連接+5V電源；所述電容C11一端連接所述霍爾芯片(A1)的3號(hào)引腳，另一端接地；所述電容C12一端連接所述霍爾芯片(A1)的3號(hào)引腳，另一端連接所述電阻R20并通過(guò)所述電阻R20連接至所述芯片U3；所述電阻R18一端接地，另一端連接于所述霍爾芯片(A1)的3號(hào)引腳與所述電容C12的連接點(diǎn)；所述電阻R19一端接地，另一端連接于所 述電容C12與電阻R20的連接點(diǎn)；所述電容C13一端連接+5V電源，另一端接地；所述電容C14為極性電容；所述電阻R21一端連接所述芯片，另一端連接所述電阻R23并通過(guò)所述電阻R23連接所述運(yùn)算放大器Q4的同相輸入端；所述電容C15一端連接所述電阻R21與電阻R23的連接點(diǎn)，另一端接地；所述電阻R22一端連接所述電阻R21與電阻R23的連接點(diǎn)，另一端接地；所述運(yùn)算放大器Q4的正極端連接+5V電源，負(fù)極端接地，反相輸入端連接所述電阻R24并通過(guò)所述電阻R24接地；所述電容C16一端連接于所述運(yùn)算放大器Q4的同相輸入端與反相輸入端之間；所述電阻R25連接于所述運(yùn)算放大器Q4的反相輸入端與輸出端之間；所述電容C17并聯(lián)于所述電阻R25兩端；所述電容C18一端連接于所述運(yùn)算放大器Q4的輸出端，另一端接地；所述電阻R26并聯(lián)于所述電容C18兩端；所述電阻R27一端連接于所述運(yùn)算放大器Q4的輸出端，另一端連接于所述運(yùn)算放大器Q5的同相輸入端；所述運(yùn)算放大器Q4的反相輸入端與輸出端相連；所述電阻R28一端連接所述運(yùn)算放大器Q4的輸出端，另一端連接有端子ADCIN5；所述電容C19一端連接端子ADCIN5，另一端接地；所述瞬態(tài)抑制二極管TVS3的陽(yáng)極端接地，陰極端連接端子ADCIN5；所述電容C20一端連接+5V電源，另一端接地。

所述電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置，其中：所述霍爾芯片A1為由A1301霍爾芯片和帶缺口的磁環(huán)構(gòu)成的傳感器。

所述電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置，其中：所述隔直單元的電路是由所述電阻R18、電阻R19和電容C12組成。

所述電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置，其中：所述有效值處理單元的電路是由電阻R20～R22、芯片U3、電容C13～C15組成。

所述電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置，其中：所述阻抗匹配單元的電路是由所述電阻R23～R28、電容C16～C19、運(yùn)算放大器Q4～Q5、瞬態(tài)抑制二極管TVS3組成。

有益效果：

本實(shí)用新型電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，其首先利用磁環(huán)和霍爾電流芯片電流傳感器取出定子電流信號(hào)，對(duì)取出的電流信號(hào)進(jìn)行隔直處理后利用有效值芯片取出電流的有效值為一個(gè)0～5V電壓信號(hào)，將該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)分壓和電壓跟隨器以后輸入電機(jī)控制器控制核心并處 理，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確的檢測(cè)電機(jī)定子的線(xiàn)電流值，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、精度高、抗干擾性強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足電機(jī)控制中對(duì)電流的技術(shù)要求。

同時(shí)，傳感電流取樣單元輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直電路后輸入有效值處理單元，有效值處理單元直接將正弦信號(hào)的有效值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電壓值，該電壓值經(jīng)過(guò)阻抗匹配單元后進(jìn)入AD采樣通道，然后得出電流信號(hào)的有效值，得出的數(shù)值經(jīng)過(guò)中值濾波、插值算法和滑動(dòng)平均濾波，保證了電流計(jì)算的精度和實(shí)時(shí)性。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置的定子電流檢測(cè)硬件處理電路圖；

圖3為本實(shí)用新型電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置的傳感電流取樣單元、隔直單元、有效值處理單元和阻抗匹配單元處理后的波形圖；

其中，圖3(a)為霍爾芯片A1的輸出電壓信號(hào)波形圖；

圖3(b)為電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直單元后輸出電壓信號(hào)波形圖；

圖3(c)為經(jīng)隔直處理后的電壓信號(hào)經(jīng)有效值處理單元后得到的波形圖；

圖3(d)為電壓波形經(jīng)阻抗匹配單元后得到的波形圖。

具體實(shí)施方式

如圖1至3所示，本實(shí)用新型電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置，主要由傳感電流取樣單元1、隔直單元2、有效值處理單元3、阻抗匹配單元4、電流計(jì)算單元5以及數(shù)字濾波單元6組成。

該傳感電流取樣單元1一端電連接隔直單元2，其主要功能利用磁環(huán)和霍爾芯片組成的電流取樣電路，提取定子電流信號(hào)，同時(shí)通過(guò)一定的比例變換將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成一定幅值的電壓信號(hào)輸出。

該隔直單元2一端電連接有效值處理單元3，其主要功能是對(duì)傳感電流取樣單元1輸出的信號(hào)進(jìn)行隔直，將其中的直流信號(hào)隔直掉，該傳感電流取樣單元1輸出的信號(hào)為正弦信號(hào)。

該有效值處理單元3一端電連接阻抗匹配單元4，其主要功能是對(duì)隔直單 元2輸出的正弦信號(hào)通過(guò)有效值處理單元3，將正弦信號(hào)的有效值轉(zhuǎn)換成一定比例關(guān)系的電壓信號(hào)。

該阻抗匹配單元4主要功能是經(jīng)過(guò)有效值處理單元3的信號(hào)經(jīng)過(guò)后，減小輸出電阻，與控制器的內(nèi)部阻抗進(jìn)行匹配，使得取出的正脈沖信號(hào)衰減最小。

其中，該傳感電流取樣單元1、隔直單元2、有效值處理單元3和阻抗匹配單元4集成為一體；該傳感電流取樣單元1、隔直單元2、有效值處理單元3和阻抗匹配單元4集成后形成定子電流檢測(cè)硬件處理電路。

該定子電流檢測(cè)硬件處理電路是由霍爾芯片A1、瞬態(tài)抑制二極管TVS2和TVS3、電容C10～C20、電阻R18～R28、芯片U3、運(yùn)算放大器Q4和Q5連接組成；該霍爾芯片A1的型號(hào)為A1301；其中，該霍爾芯片A1的1號(hào)引腳連接+5V電源，2號(hào)引腳接地；該瞬態(tài)抑制二極管TVS2的陽(yáng)極端接地，陰極端連接霍爾芯片A1的3號(hào)引腳；該電容C10一端接地，另一端連接+5V電源；該電容C11一端連接霍爾芯片A1的3號(hào)引腳，另一端接地；該電容C12一端連接霍爾芯片A1的3號(hào)引腳，另一端連接電阻R20并通過(guò)電阻R20連接至芯片U3的引腳IN1；該電阻R18一端接地，另一端連接于霍爾芯片A1的3號(hào)引腳與電容C12的連接點(diǎn)；該電阻R19一端接地，另一端連接于電容C12與電阻R20的連接點(diǎn)；該芯片U3通過(guò)引腳IN2接地，通過(guò)引腳V+連接+5V電源；電容C13一端連接+5V電源，另一端接地；該電容C14為極性電容，其正極端連接芯片U3的引腳Vout，負(fù)極端分別連接芯片U3的引腳OUT_RIN、引腳EN和引腳GND；電阻R21一端連接芯片U3的引腳Vout，另一端連接電阻R23并通過(guò)電阻R23連接運(yùn)算放大器Q4的同相輸入端；電容C15一端連接電阻R21與電阻R23的連接點(diǎn)，另一端接地；電阻R22一端連接電阻R21與電阻R23的連接點(diǎn)，另一端接地；該運(yùn)算放大器Q4的正極端連接+5V電源，負(fù)極端接地，反相輸入端連接電阻R24并通過(guò)電阻R24接地；該電容C16一端連接于運(yùn)算放大器Q4的同相輸入端與反相輸入端之間；該電阻R25連接于運(yùn)算放大器Q4的反相輸入端與輸出端之間；該電容C17并聯(lián)于電阻R25兩端；電容C18一端連接于運(yùn)算放大器Q4的輸出端，另一端接地；該電阻R26并聯(lián)于該電容C18兩端；該電阻R27一端連接于運(yùn)算放大器Q4的輸出端，另一端連接于運(yùn)算放大器Q5的同相輸入端；該運(yùn)算放大器Q4的反相輸入端與輸出端相連；該電阻R28一端連接運(yùn)算放大器Q4的輸出端，另一端連接有端子ADCIN5；該電容C19一端連接端子ADCIN5，另一端接地；該瞬態(tài)抑制二極管TVS3的陽(yáng)極端接地，陰極 端連接端子ADCIN5；電容C20一端連接+5V電源，另一端接地。

該霍爾芯片A1為由霍爾芯片A1301和帶缺口磁環(huán)構(gòu)成的傳感器，該傳感器為一跟隨性質(zhì)的傳感器，能夠?qū)⑼ㄟ^(guò)磁環(huán)中的信號(hào)等比例縮小，然后通過(guò)A1301進(jìn)行輸出，該霍爾芯片A1的外圍電路還包括電容C10～C11、瞬態(tài)抑制二極管TVS2和電阻R18。該隔直單元2是由電阻R18、電阻R19和電容C12組成。該有效值處理單元3由電阻R20～R22、芯片U3、電容C13～C15組成，在電阻R20的輸入端為交流信號(hào)，在芯片U3的Vout端變成了直流信號(hào)。該阻抗匹配單元4是由電阻R23～R28、電容C16～C19、運(yùn)算放大器Q4～Q5、瞬態(tài)抑制二極管TVS3組成，該電阻R23～R26、電容C16～C18和運(yùn)算放大器Q4組成的電路將較小的直流信號(hào)進(jìn)行放大，電壓放大后的范圍在0—2.5V，電阻R27、R28和運(yùn)算放大器Q5組成的電路的功能是電壓跟隨器，該電容C19和瞬態(tài)抑制二極管TVS3具有無(wú)源濾波和限幅功能，防止端子ADCIN5的電壓超過(guò)3V，超過(guò)3V以后就鉗位在3V。

該電流計(jì)算單元5主要功能是通過(guò)控制核心將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，通過(guò)利用過(guò)采樣和程序判斷方式提高其可靠性，其一端電連接該傳感電流取樣單元1、隔直單元2、有效值處理單元3和阻抗匹配單元4的集成體，另一端連接該數(shù)字濾波單元6。其中，該電流計(jì)算單元5主要功能為對(duì)輸入的模擬量進(jìn)行過(guò)采樣算法，同時(shí)將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。

該數(shù)字濾波單元6主要功能是對(duì)電流計(jì)算單元得到的電流值進(jìn)行中值濾波、插值排序?yàn)V波以及滑動(dòng)平均濾波，進(jìn)一步提高電流測(cè)量的精度和提高其抗干擾性。

本實(shí)用新型電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置的工作原理：

由磁環(huán)和霍爾芯片A1組成的電流傳感取樣電路對(duì)定子電流進(jìn)行取樣，霍爾芯片A1的輸出電壓信號(hào)如附圖3(a)所示，該電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)隔直單元2后輸出電壓波形信號(hào)如附圖3(b)所示,經(jīng)隔直處理后的電壓信號(hào)經(jīng)有效值處理單元3后得到如附圖3(c)所示,該電壓波形經(jīng)阻抗匹配單元4后得到如附圖3(d)所示,該電壓信號(hào)送入控制核心進(jìn)行處理；在AD中斷程序中，分別同時(shí)用CH0、CH1、CH4三個(gè)通道對(duì)AD1電壓信號(hào)進(jìn)行采樣處理，采集到數(shù)字量分別存放在對(duì)應(yīng)的結(jié)果寄存器中，對(duì)這三個(gè)采樣的數(shù)值進(jìn)行排序，剔除最大值和最小值，取中間值，該取出的中間值再次經(jīng)過(guò)中值平均、插值排序、滑動(dòng)平均后作為最終的電流值計(jì)算值賦值給控制量。

本實(shí)用新型電動(dòng)車(chē)用電機(jī)定子線(xiàn)電流檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、合理，動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快、精度高、抗干擾性強(qiáng)，能夠滿(mǎn)足電機(jī)控制中對(duì)電流的技術(shù)要求，適于推廣與應(yīng)用。