非隔离式电机相电流采样装置及电机驱动系统制造方法及图纸

本公开提供了一种非隔离式电机相电流采样装置，包括：采样电阻，采样电阻的第一端连接至三相逆变电路的一相全桥电路的上桥臂开关管与下桥臂开关管的连接点，以便对该相的电流进行采样；隔离运算放大器，隔离运算放大器的正输入端和负输入端分别与采样电阻的第二端和第一端连接，从而基于采样电阻的两端电压生成输出信号；以及自举电路，自举电路接收系统电压并且包括自举电容，通过自举电容的正压端和负压端之间的自举电压为隔离运算放大器的原边供电，并且负压端连接上桥臂开关管与下桥臂开关管的连接点。本公开还提供了一种电机驱动系统。动系统。动系统。

【技术实现步骤摘要】
非隔离式电机相电流采样装置及电机驱动系统


[0001]本公开提供了一种非隔离式电机相电流采样装置及电机驱动系统。

技术介绍

[0002]目前高压(48V以上)驱动电机应用中，检测相电流的方式有霍尔元件检测和电阻检测。
[0003]霍尔元件检测属于非接触检测，成本较高、精度有限，多用于检测大电流的场合。电机相电流高压侧采用霍尔元件检测，通过将霍尔元件串联在三相逆变输出电路中，将电流信号转换为电压信号，然后将霍尔元件输出的电压信号经过运放调理，经调理后的采样信号接入MCU中的ADC单元，进行电机电流控制。由于霍尔元件供电相对于电源地，所以普通运放即可实现，但该技术方案适用于大电流检测，电流的采样精度受限。
[0004]电阻检测通过直接的电气连接，成本低、采样精度高，多用于精密的伺服控制领域。电阻检测常分为两种方式。
[0005]一种方式为将采样电阻串联于三相逆变电路的下桥臂中，该方式属于低压侧采样，易受地电平的干扰影响，而且应用电流环控制时，该采样方式限制了三相电压的输出幅值，实现三相电压过调制时变得尤其困难。
[0006]另一种方式将采样电阻串联在三相逆变电路的输出回路中，该方式属于高压侧采样，能够准确检测电机相电流，且能满足电流环中使用过调制技术全电压输出。目前对电机相电流高压侧采样多采用霍尔元件检测，精度低，不利于精密伺服控制中应用；采样电阻检测高压侧相电流多使用隔离电源驱动三相逆变电路上桥臂功率开关，不仅成本高而且体积大。在采用电阻检测方式情况下，电机相电流高压侧采用隔离式采样电阻检测，通过将采样电阻串联在三相逆变输出电路中，将采样电阻两端电压信号接入隔离式差分运放进行信号调理，经调理后的采样信号接入MCU中的ADC单元，进行电机电流控制。电机驱动采用脉冲调制技术，采样电阻的两端电压含有0V和母线电压交替变化的共模电压，所以需要额外的隔离电源为隔离运放输入侧和三相逆变电路上桥臂功率开关驱动电路供电，不仅增加了体积而且成本高。

技术实现思路

[0007]为了解决上述技术问题之一，本公开提供了一种非隔离式电机相电流采样装置及电机驱动系统。
[0008]本公开利用自举技术，无需使用隔离电源，通过自举电容为隔离运放供电，实现电机相电流高压侧采样，在使用电流闭环控制电机的策略中，能够很简单的实现全范围电压过调制输出，此外根据本公开所提供的方案中可以采集两相电流来实现相电流的采样，而不变对三相电流全部进行采集。
[0009]根据本公开的一个方面，一种非隔离式电机相电流采样装置，包括：
[0010]采样电阻，所述采样电阻的第一端连接至三相逆变电路的一相全桥电路的上桥臂
开关管与下桥臂开关管的连接点，以便对该相的电流进行采样；
[0011]隔离运算放大器，所述隔离运算放大器的正输入端和负输入端分别与所述采样电阻的第二端和第一端连接，从而基于所述采样电阻的两端电压生成输出信号；以及
[0012]自举电路，所述自举电路接收系统电压并且包括自举电容，通过所述自举电容的正压端和负压端之间的自举电压为所述隔离运算放大器的原边供电，并且所述负压端连接所述上桥臂开关管与下桥臂开关管的连接点。
[0013]根据本公开的至少一个实施方式，还包括第一电压转换电路，所述第一电压转换电路将所述自举电容的两端的自举电压转换为第一电压，所述第一电压作为所述隔离运算放大器的原边供电电压。
[0014]根据本公开的至少一个实施方式，还包括第二电压转换电路，所述第二电压转换电路将系统电压转换为第二电压，所述第二电压作为所述隔离运算放大器的副边供电电压。
[0015]根据本公开的至少一个实施方式，还包括：
[0016]滤波电路，所述滤波电路对所述隔离运算放大器的输出信号进行低通滤波并且生成滤波信号；
[0017]差分运算放大器，所述差分运算放大器接收所述滤波信号并且由所述第二电压供电；以及
[0018]模数转换器，所述模数转换器接收与所述差分运算放大器的输出信号，以便进行模数转换，从而获取采样电流值。
[0019]根据本公开的至少一个实施方式，所述自举电路还包括自举二极管，所述自举二极管的阳极与系统电压连接，并且所述自举二极管的阴极与所述自举电容的正压端连接，以便在所述自举电容的两端生成所述自举电压。
[0020]根据本公开的至少一个实施方式，所述上桥臂开关管与下桥臂开关管为MOSFET、IGBT、GaN开关和SCI
‑
MOSFET中的一种，并且所述自举电容的自举电压提供所述上桥臂开关管的栅源电压。
[0021]根据本公开的至少一个实施方式，所述采样电阻的第一端与所述自举电容的负压端保持同电位，并且所述隔离运算放大器的原边地与所述隔离运算放大器的负输入端保持同电位。
[0022]根据本公开的另一方面，一种电机驱动系统，包括：
[0023]如上任一项所述的相电流采样装置；以及
[0024]三相逆变电路，所述三相逆变电路的三相全桥电路中的至少两相全桥电路分别连接所述采样装置，以便通过分别连接的采样装置来得到电机的相电流，
[0025]其中，全桥电路所对应的采样电阻的第一端与三相电机的对应相绕组连接。
[0026]根据本公开的至少一个实施方式，还包括驱动电路，所述驱动电路接收控制所述上桥臂开关管与下桥臂开关管的控制信号，并且将所述控制信号提供至所述上桥臂开关管与下桥臂开关管，以便控制所述上桥臂开关管与下桥臂开关管的导通与断开。
[0027]根据本公开的至少一个实施方式，所述上桥臂开关管与下桥臂开关管为MOSFET，并且所述上桥臂开关管的漏极连接为电机供电的母线电压，所述下桥臂开关管的源极接地，所述上桥臂开关管的源极连接下桥臂开关管的漏极作为所述连接点，所述上桥臂开关
管与下桥臂开关管的栅极连接所述控制信号。
附图说明
[0028]附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
[0029]图1示出了根据本公开的一个实施方式的电机驱动系统的示意图。
[0030]图2示出了根据本公开的一个实施方式的电机驱动系统的示意图。
[0031]图3示出了根据本公开的一个实施方式的非隔离式电机相电流采样装置的电路图。
[0032]图4示出了根据本公开的一个实施方式的非隔离式电机相电流采样方法的流程图。
具体实施方式
[0033]下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0034]需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非隔离式电机相电流采样装置，其特征在于，包括：采样电阻，所述采样电阻的第一端连接至三相逆变电路的一相全桥电路的上桥臂开关管与下桥臂开关管的连接点，以便对该相的电流进行采样；隔离运算放大器，所述隔离运算放大器的正输入端和负输入端分别与所述采样电阻的第二端和第一端连接，从而基于所述采样电阻的两端电压生成输出信号；以及自举电路，所述自举电路接收系统电压并且包括自举电容，通过所述自举电容的正压端和负压端之间的自举电压为所述隔离运算放大器的原边供电，并且所述负压端连接所述上桥臂开关管与下桥臂开关管的连接点。2.如权利要求1所述的相电流采样装置，其特征在于，还包括第一电压转换电路，所述第一电压转换电路将所述自举电容的两端的自举电压转换为第一电压，所述第一电压作为所述隔离运算放大器的原边供电电压。3.如权利要求2所述的相电流采样装置，其特征在于，还包括第二电压转换电路，所述第二电压转换电路将系统电压转换为第二电压，所述第二电压作为所述隔离运算放大器的副边供电电压。4.如权利要求3所述的相电流采样装置，其特征在于，还包括：滤波电路，所述滤波电路对所述隔离运算放大器的输出信号进行低通滤波并且生成滤波信号；差分运算放大器，所述差分运算放大器接收所述滤波信号并且由所述第二电压供电；以及模数转换器，所述模数转换器接收与所述差分运算放大器的输出信号，以便进行模数转换，从而获取采样电流值。5.如权利要求1所述的相电流采样装置，其特征在于，所述自举电路还包括自举二极管，所述自举二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏，陈兆芃，王倩，赵越超，杨嘉伟，
申请(专利权)人：北京思灵机器人科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：