电机控制用三相电压采样电路

摘要

本发明电机控制用三相电压采样电路包括：三组比例运算电路，各个比例运算电路分别具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，各个比例运算电路的第一输入端分别连接电机的三相电压输出端；参考基准电路，用以产生一基准电压，并分别叠加到各个比例运算电路的第一输入端；主控单元，各个AD端分别和各个比例运算电路的输出端连接。各比例运算电路的第一输入端分别连接三相电压端；基准电压分别叠加到各比例运算电路的第一输入端，从而将三相电压接到同一个端子上，三相电压便得到了一个参考中心点；再经比例运算电路转换为低压信号，通过主控单元采样、处理后则可得到电机三相电压。本发明具有成本低、抗干扰能力强、可靠性高的优点。

权利要求

1.一种电机控制用三相电压采样电路，其特征在于，包括：

三组比例运算电路，各个所述比例运算电路分别具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，各个所述比例运算电路的第一输入端分别连接电机的三相电压输出端；

参考基准电路，用以产生一基准电压；所述参考基准电路根据所述基准电压产生一参考电压，所述参考电压分别传送到所述各个比例运算电路的第二输入端；所述参考基准电路包括用以产生所述基准电压的基准电压产生器、电阻R8、电阻R31、电阻R32、电阻R33、参考电压端子和基准电压端子，所述电阻R31、电阻R32、电阻R33的一端共同连接于所述电阻R8的第一端，所述电阻R8的第二端连接所述基准电压端子，所述基准电压端子用以连接所述基准电压，所述参考电压端子连接在所述电阻R8、电阻R31、电阻R32、电阻R33连接的分压节点上，且分别和所述各个比例运算电路第二输入端连接；

主控单元，具有编程功能及多个AD端，各个所述AD端分别和所述各个比例运算电路的输出端连接；

每一所述比例运算电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和运算放大器A1；

所述电阻R1的第一端作为所述比例运算电路的第一输入端，所述电阻R1的第二端通过所述电阻R5连接于所述运算放大器A1的反相输入端，所述电阻R2连接于所述电阻R1的第二端和所述运算放大器A1的输出端之间，所述电阻R4的第一端作为所述比例运算电路的第二输入端，所述电阻R4的第二端连接于所述运算放大器A1的同相输入端，所述运算放大器A1的输出端还通过所述电阻R6连接于所述AD端；

所述基准电压端子的电压为Ud，同时根据电路及三相电压原理可得：

Ua+Ub+Uc＝0

所述参考基准电路为电压跟随运算电路，输出端电压U0等于输入端电压Ud：Ud＝Uo其中，R31＝R32＝R33可得：

由所述比例运算电路结构可知：

可得，所述主控单元根据以下公式计算得到所述电机的三相电压：

其中：

其中，Ua、Ub和Uc分别为所述电机的U、V、W三相的相电压，R1为电阻R1的阻值，R2为电阻R2的阻值，VREF为所述比例运算电路的参考电压，即U，V，W三相电压的参考中心点电压，Uo1、Uo2和Uo3分别为Ua、Ub和Uc所对应的所述比例运算电路的输出端电压，Uo为所述基准电压产生器输入至所述主控单元AD端的电压，且Uo＝Ud，Ud为所述基准电压端子的基准电压。

2.如权利要求1所述的电机控制用三相电压采样电路，其特征在于：所述比例运算电路还连接一滤波电路。

3.如权利要求2所述的电机控制用三相电压采样电路，其特征在于：所述滤波电路包括电容C1、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6，所述电阻R1的第二端通过所述电容C1接地，所述电阻R4的第一端通过所述电容C3接地，所述电阻R4的第二端通过所述电容C4接地，所述电容C5连接于所述电阻R5和所述运算放大器A1的输出端之间，所述电阻R6的连接于所述AD端的一端通过所述电容C6接地。

4.如权利要求1所述的电机控制用三相电压采样电路，其特征在于：所述基准电压产生器包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C13、电容C14、5V电压端子和运算放大器A2；

所述5V电压端子连接于所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端连接于所述运算放大器A2的同相输入端，所述电阻R12的第二端还通过所述电阻R13接地，所述电阻R13的接地端还通过所述电容C13连接于所述运算放大器A2的同相输入端，所述运算放大器A2的反相输入端连接于所述运算放大器A2的输出端和所述基准电压端子，所述运算放大器A2的输出端还通过电阻R14连接于所述电容C14的第一端，所述电容C14的第二端接地，所述电容C14的第一端还连接于所述AD端。

说明书

电机控制用三相电压采样电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电机技术领域，具体涉及一种电机控制用三相电压采样电路。

背景技术

[0002] 三相交流电机的相电压在电机控制系统中具有重要的作用，三相电压的检测的准确性直接决定了对三相电动机的转速、转矩等控制的精确性。

[0003] 目前市场上的三相电压采样方案，普遍存在成本较高、抗干扰能力低、可靠性差的问题，故有必要提供一种新的三相电压采样方案，以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

[0004] 为了解决现有的三相电压采样方案中普遍存在成本较高的技术问题，本发明提供了一种电机控制用三相电压采样电路。

[0005] 本发明电机控制用三相电压采样电路包括三组比例运算电路、参考基准电路和主控单元；其中，各个所述比例运算电路分别具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，各个所述比例运算电路的第一输入端分别连接电机的三相电压输出端；参考基准电路用以产生一基准电压，并分别叠加到各个所述比例运算电路的第一输入端；主控单元具有编程功能及多个AD端，各个所述AD端分别和所述各个比例运算电路的输出端连接。

[0006] 根据电机的三相电压之和等于零的定理，设电机的三相电压分别为Ua、Ub和Uc，则有Ua+Ub+Uc＝0。由于三相电机只接出三相线，并没有零线可供参考，故本发明中，通过参考基准电路产生一基准电压(基准电压端子的电压)，U、V、W三相电压分别通过电阻R31，电阻R32，电阻R33连接到一点(即参考电压端子)上，参考电压端子再通过电阻R8连接到基准电压端子上，从而U、V、W三相电压便得到了一个参考中心点；参考中心点又分别叠加到各个比例运算电路的第一输入端，作为比例运算电路的参考电压，U、V、W三相电压通过比例运算电路将高压信号转换为低压信号，输入到主控单元的AD端口进行采样，主控单元处理后则可得到电机三相电压。本发明提供了一种新的电机控制用三相电压采样电路，具有成本低、抗干扰能力强、可靠性高的优点。

[0007] 本发明电机控制用三相电压采样电路的进一步改进在于，所述参考基准电路根据所述基准电压产生一参考电压，所述参考电压分别传送到所述各个比例运算电路的第二输入端。

[0008] 本发明电机控制用三相电压采样电路的进一步改进在于，所述参考基准电路包括用以产生所述基准电压的基准电压产生器、电阻R8、电阻R31、电阻R32、电阻R33、参考电压端子和基准电压端子，所述电阻R31、电阻R32、电阻R33的一端共同连接于所述电阻R8的第一端，所述电阻R8的第二端连接所述基准电压端子，所述基准电压端子用以连接所述基准电压，所述参考电压端子连接在所述电阻R8、电阻R31、电阻R32、电阻R33连接的分压节点上，且分别和所述各个比例运算电路第二输入端连接。

[0009] 本发明电机控制用三相电压采样电路的进一步改进在于，每一所述比例运算电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和运算放大器A1；所述电阻R1的第一端作为所述比例运算电路的第一输入端，所述电阻R1的第二端通过所述电阻R5连接于所述运算放大器A1的反向输入端，所述电阻R2连接于所述电阻R1的第二端和所述运算放大器A1的输出端之间，所述电阻R4的第一端作为所述比例运算电路的第二输入端，所述电阻R4的第二端连接于所述运算放大器A1的同向输入端，所述运算放大器A1的输出端还通过所述电阻R6连接于所述AD端。

[0010] 本发明电机控制用三相电压采样电路的进一步改进在于，所述比例运算电路还连接一滤波电路。

[0011] 本发明电机控制用三相电压采样电路的进一步改进在于，所述滤波电路包括电容C1、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6，所述电阻R1的第二端通过所述电容C1接地，所述电阻R4的第一端通过所述电容C3接地，所述电阻R4的第二端通过所述电容C4接地，所述电容C5连接于所述电阻R5和所述运算放大器A1的输出端之间，所述电阻R6的连接于所述AD端的一端通过所述电容C6接地。

[0012] 本发明电机控制用三相电压采样电路的进一步改进在于，所述基准电压产生器包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C13、电容C14、5V电压端子和运算放大器A2；所述5V电压端子连接于所述电阻R12的第一端，所述电阻R12的第二端连接于所述运算放大器A2的同相输入端，所述电阻R12的第二端还通过所述电阻R13接地，所述电阻R13的接地端还通过所述电容C13连接于所述运算放大器A2的同相输入端，所述运算放大器A2的反相输入端连接于所述运算放大器A2的输出端和所述基准电压端子，所述运算放大器A2的输出端还通过电阻R14连接于所述电容C14的第一端，所述电容C14的第二端接地，所述电容C14的第一端还连接于所述AD端。

[0013] 本发明电机控制用三相电压采样电路的进一步改进在于，所述主控单元根据以下公式计算得到所述电机的三相电压：

[0014]

[0015]

[0016]

[0017] 其中：

[0018]

[0019] 其中，Ua、Ub和Uc分别为所述电机的U、V、W三相的相电压， 为所述比例运算电路的放大系数，VREF为所述比例运算电路的参考电压，即U，V，W三相电压的参考中心点电压，Uo1、Uo2和Uo3分别为Ua、Ub和Uc所对应的所述比例运算电路的输出端电压，Uo为所述基准电压产生器输入至所述主控单元AD端的电压。

附图说明

[0020] 图1为本发明实施例的电机控制用三相电压采样电路的电路结构示意图。

[0021] 图2为图1中实施例的放大电路的电路结构示意图。

[0022] 图3为图1中实施例的参考基准电路的电路结构示意图。

具体实施方式

[0023] 为了解决现有的三相电压采样方案中普遍存在成本较高、抗干扰能力低、可靠性差的技术问题，本发明提供了一种电机控制用三相电压采样电路。

[0024] 下面结合附图和具体实施例对本发明电机控制用三相电压采样电路的较佳实施例作进一步说明。本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。

[0025] 结合图1至图3所示，本发明一种电机控制用三相电压采样电路，包括三组比例运算电路20、参考基准电路10和主控单元30；其中，各个比例运算电路20分别具有一第一输入端、一第二输入端和一输出端，各个比例运算电路20的第一输入端分别连接电机M的三相电压输出端；参考基准电路10用以产生一基准电压，并分别叠加到各个比例运算电路20的第一输入端；主控单元30具有编程功能及多个AD端，各个AD端分别和各个比例运算电路20的输出端连接。具体地，主控单元30为单片机，将采集到的数据进行处理，结合软件算法对电机M进行控制。

[0026] 根据电机的三相电压之和等于零的定理，设电机M的三相电压分别为Ua、Ub和Uc，则有Ua+Ub+Uc＝0。由于三相电机M只接出三相线，并没有零线可供参考，故本发明中，通过参考基准电路10产生一基准电压(基准电压端子Ud的电压)，U、V、W三相电压分别通过电阻R31，电阻R32，电阻R33连接到一点(即参考电压端子VREF)上，参考电压端子VREF再通过电阻R8连接到基准电压端子Ud上，从而U、V、W三相电压便得到了一个参考中心点；参考中心点又分别叠加到各个比例运算电路20的第一输入端，作为比例运算电路20的参考电压，U、V、W三相电压通过比例运算电路20将高压信号转换为低压信号，输入到主控单元的AD端口进行采样，主控单元处理后则可得到电机M三相电压。本发明提供了一种新的电机控制用三相电压采样电路，具有成本低、抗干扰能力强、可靠性高的优点。

[0027] 进一步地，参考基准电路10根据基准电压产生一参考电压，参考电压分别传送到各个比例运算电路20的第二输入端。参考基准电路10根据基准电压产生一参考电压，即为参考中心点的电压。

[0028] 更进一步地，参考基准电路10包括用以产生基准电压的基准电压产生器40、电阻R8、电阻R31、电阻R32、电阻R33、基准电压端子Ud和参考电压端子VREF，电阻R31、电阻R32、电阻R33的一端共同连接于电阻R8的第一端，电阻R8的第二端连接基准电压端子Ud，参考电压端子VREF连接在电阻R8、电阻R31、电阻R32、电阻R33连接的分压节点上，且分别和各个比例运算电路20第二输入端连接。本实施例中的参考电压端子VREF即为U，V，W三相电压的参考中心点。

[0029] 更进一步地，每一比例运算电路20包括电阻R1、电阻R2、电阻R4、电阻R5、电阻R6和运算放大器A1；电阻R1的第一端作为比例运算电路20的第一输入端，电阻R1的第二端通过电阻R5连接于运算放大器A1的反向输入端，电阻R2连接于电阻R1的第二端和运算放大器A1的输出端之间，电阻R4的第一端作为比例运算电路20的第二输入端，电阻R4的第二端连接于运算放大器A1的同向输入端，运算放大器A1的输出端还通过电阻R6连接于AD端。

[0030] 更进一步地，比例运算电路20还连接一滤波电路。

[0031] 更进一步地，滤波电路包括电容C1、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6，电阻R1的第二端通过电容C1接地，电阻R4的第一端通过电容C3接地，电阻R4的第二端通过电容C4接地，电容C5连接于电阻R5和运算放大器A1的输出端之间，电阻R6的连接于AD端的一端通过电容C6接地。

[0032] 更进一步地，基准电压产生器40包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C13、电容C14、5V电压端子和运算放大器A2；5V电压端子连接于电阻R12的第一端，电阻R12的第二端连接于运算放大器A2的同相输入端，电阻R12的第二端还通过电阻R13接地，电阻R13的接地端还通过电容C13连接于运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A2的反相输入端连接于运算放大器A2的输出端和基准电压端子Ud，运算放大器A2的输出端还通过电阻R14连接于电容C14的第一端，电容C14的第二端接地，电容C14的第一端还连接于AD端。本实施例中此运算电路为电压跟随运算电路，特点为运算放大器输出端电压等于运算放大器输入端电压，同相输入端电压为5V经过电阻R12和电阻R13分压得到的电压Ue，一般将电阻R12和电阻R13设置相等，使电压Ue为2.5V左右，反相输入端与运算放大器的输出端相连，故输出端电压Uo等于电压Ue；基准电压端子Ud连接于运算放大器A2的输出端，则基准电压端子Ud的电压值Ud等于Uo，则根据基准电压产生器40可知Uo和Ud等于Ue；运算放大器A2的输出端连接于主控单元的AD端。

[0033] 具体地，以其中一个相电压Ua的采样过程为例，Ua相电压连接到运算放大器的同相输入端和反相输入端，电阻R1一般是由4颗阻值为兆级的电阻串联组成，防止单颗电阻由于功率不足而损坏，电阻R1和电阻R2与运算放大器共同构成了比例运算电路20，将高压信号转换为在主控单元30采集范围内的低压信号，各个电阻和电容的参数可以根据实际情况进行调整。

[0034] 此外，本实施例中前级采用了无限增益多路反馈二阶有源低通滤波电路，由电阻R1，电容C1，电阻R5，电容C5，电阻R2和运算放大器A1共同构成此滤波网络，使用此滤波网络的好处为避免通带放大倍数过大而产生自激振荡，而造成采样电路无法正常工作的问题，同时在运放的输出端又增加一级RC滤波，由电阻R6和电容C6组成，增强了整个采样过程中抗干扰能力，提高了三相电压的采样精度。

[0035] 本实施例中，电机M的三相电压输出端分别通过电阻R31、电阻R32、电阻R33连接于电阻R8，其中，电阻R32和电阻R33的阻值均等于电阻R31，且电阻31的阻值远远大于电阻R8。参考电压端子VREF为参考中心点，电机M的U相输出端Ua通过电阻R31连接于参考电压端子VREF，电机M的V相输出端Ub通过电阻R32连接于参考电压端子VREF，电机M的W相输出端Uc通过电阻R33连接于参考电压端子VREF，参考电压端子VREF还通过电阻R8连接于基准电压端子Ud。

[0036] 基准电压端子Ud的电压为Ud，同时根据电路及三相电压原理可得：

[0037] Ua+Ub+Uc＝0

[0038]

[0039] 由本实施例中基准电压产生器40可知：

[0040] Ud＝Uo

[0041] 又因为本实施例中R31＝R32＝R33

[0042] 可得：

[0043]

[0044] 由本实施例的比例运算电路20结构可知：

[0045]

[0046]

[0047]

[0048] 可得，主控单元30可根据以下公式计算得到电机M的三相电压：

[0049]

[0050]

[0051]

[0052] 其中：

[0053]

[0054] 其中，Ua、Ub和Uc分别为电机M的U、V、W三相的相电压， 为比例运算电路20的放大系数，VREF为比例运算电路20的参考电压，即U，V，W三相电压的参考中心点电压，参考基准电路10的参考电压，Uo1、Uo2和Uo3分别为Ua、Ub和Uc所对应的比例运算电路20的输出端电压，Uo为基准电压产生器40输入至主控单元30的AD端的电压。

[0055] 将运放输出端的三相电压采样信号Uo1、Uo2和Uo3以及基准电压产生器输出电压Uo送入到主控单元30的AD端，主控单元30便可得到三相电压采样信号以及基准电压产生器输出电压Uo的具体的AD值，根据上式，以及主控单元30通过软件内部计算便得出三相电压的瞬时电压值，进一步便可利用三相电压值对电机M的转速、转矩进行控制。

[0056] 以上仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

[0057] 需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容的能涵盖的范围内。