專利名稱：無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置。
背景技術：
由于永磁同步電機具有體積小、重量輕、效率高、動態響應快和高可靠性等特點，其在數控系統、機械手和伺服轉臺等高精密控制系統中應用廣泛。永磁同步電機驅動技術中關鍵的信號為轉子位置反饋信號和電樞電流反饋信號。對于無位置傳感器永磁同步電機，位置反饋信號常使用電流反饋信號計算得到，其方法是:先根據電流反饋信號計算到電機電樞的電感值，再根據電感和轉子位置的函數關系計算到位置反饋信號，但由于轉子位置與電感曲線的斜率比較小，所以該方法依賴于高精度的電流檢測技木。無位置傳感器永磁同步電機的電流反饋信號不僅用于電流閉環控制算法和位置信號檢測技術，還用于實現限流保護功能。在現有大多實例中都是通過控制器采樣電流反饋信號，而限流保護功能都是通過另外限流保護設備的方法實現保護，該方法的特點是能夠快速的響應限流保護功能，對硬件起到較好的保護，缺點是參數設置不夠靈活，而且電流反饋信號已經由控制器采樣，通過限流保護設備方式實現限流保護功能，方法冗余，同時增加設計電路的復雜性和成本。無位置傳感器永磁同步電機的復雜エ況使得電機電樞電流的雜波比較多，需要對電樞電流信號進行濾波以獲取電流保護信號。在某些場合，例如，當控制電路異常工作導致現有的電流檢測裝置的逆變橋單臂導通時，逆變橋電源和地短路，逆變橋的MOS管上出現大電流，幾微秒的時間內可能使MOS管損壞，所以要求電流保護信號的刷新頻率非常高，對電流保護信號的濾波時間要求嚴格控制。同吋，由于無位置傳感器永磁同步電機的電流采樣信號對信號的精度要求較高，所以需要電流檢測裝置解碼出高精度的電流反饋信號，這樣會使電流檢測裝置得到有效的電流反饋信號的時間較長，所以電流反饋信號和限流保護信號在濾波時間和精度上存在矛盾。申請號為02819751.8、發明名稱為“電機控制電路過電流保護”中國專利申請從電流保護信號的響應時間要求方面分析了電流保護電路的實現方法，該專利能具有保護信號響應快和閥值參數設定的特點，但該保護方式沒有提及電流反饋信號的相關信息。申請號為201120012668.X、發明名稱為“ー種交流永磁同步電機控制系統的電流檢測器”中國專利申請中使用霍爾電流傳感器采樣電樞電流，再經過后續運算放大電路調理得到真實的電流信號，由于霍爾元件的尺寸較大，而且后續處理電路復雜，該采樣電流在集成度和成本控制方面較差，而且沒有具體提出電流保護信號的實施方案。申請號為201120149571.3、發明名稱為“電動車電機控制器相電流采樣電路”的中國專利申請介紹了電流反饋信號采樣方法和電流保護信號的實現方法，電流保護信號使用硬件的方法實現，而電流反饋信號送到控制器。電流反饋信號進入控制器后可以通過控制器判斷電流是否進入故障，并發出保護信號，該方法在硬件實現上有冗余。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供ー種無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，采用雙數字濾波器來解決電流反饋信號和電流保護信號在精度和響應時間上的矛盾問題，使第一數字濾波器濾波生成響應能力要求高且精度要求較低的電流保護信號，使第二數字濾波器濾波生成精度要求高且響應能力要求相對較低的電流反饋信號，并使過流保護信號的上下限閾值實現可調。為解決上述問題，本實用新型提供ー種無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，包括:與無位置傳感器永磁同步電機連接的功率線性放大電路，所述功率線性放大電路與一功率電源連接；與所述功率線性放大電路連接的電樞電流采樣電路；分別與所述電樞電流采樣電路連接的第一數字濾波器和第二數字濾波器；與第一數字濾波器連接的過流保護裝置，所述過流保護裝置與所述功率線性放大電路連接；與所述過流保護裝置連接的用于設定所述過流保護裝置的過流保護信號的上下限閾值的上位機通訊裝置；與所述第二數字濾波器連接的閉環控制裝置，所述閉環控制裝置與所述功率線性放大電路連接。進ー步的，在上述裝置中，所述電樞電流采樣電路采樣無位置傳感器永磁同步電機的電流生成電流數字信號，第一數字濾波器對所述電流數字信號濾波得到電流保護信號，所述第二數字濾波器對所述電流數字信號濾波得到電流反饋信號，所述過流保護裝置根據過流保護信號的上下限閾值對所述電流保護信號進行判斷生成過流保護信號，所述閉環控制裝置根據預設的電流指令信號和所述電流反饋信號進行矢量控制輸出脈沖寬度調制信號。進ー步的，在上述裝置中，所述第二數字濾波器為帶通濾波器。進ー步的，在上述裝置中，所述功率線性放大電路包括:分別與所述過流保護裝置和閉環控制裝置連接的MOSFET驅動電路；分別與所述MOSFET驅動電路和無位置傳感器永磁同步電機連接的三相逆變橋。進ー步的，在上述裝置中，，所述三相逆變橋包括第一 MOSFET管、第二 MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管、第五MOSFET管和第六MOSFET管，所述功率電源分別與第一 MOSFET管、第二 MOSFET管和第三MOSFET管的漏極連接；第一 MOSFET管的源極與第四MOSFET管的漏極相連接，第一 MOSFET管的源極與第四MOSFET管的漏極的公共點連接到所述無位置傳感器永磁同步電機的W相；第二 MOSFET管的源極與第五MOSFET管的漏極相連接，第二 MOSFET管的源極與第五MOSFET管的漏極的公共點連接到所述無位置傳感器永磁同步電機的V相；第三MOSFET管的源極與第六MOSFET管的漏極相連接，并第三MOSFET管的源極與第六MOSFET管的漏極的公共點連接到所述無位置傳感器永磁同步電機的U相；第四MOSFET管、第五MOSFET管和第六MOSFET管的源極分別連接到所述電樞電流采樣電路；第一MOSFET 管、第二 MOSFET 管、第三 MOSFET 管、第四 MOSFET 管、第五 MOSFET 管和第六MOSFET管的柵級分別與所述MOSFET驅動電路連接。進ー步的，在上述裝置中，所述閉環控制裝置包括:與所述第二數字濾波器連接的位置信號解碼裝置；分別與所述位置信號解碼裝置和第二數字濾波器連接的矢量控制裝置。進ー步的，在上述裝置中，所述位置信號解碼裝置根據所述第二數字濾波器的電流反饋信號解碼出電機轉子的位置信號，所述矢量控制裝置根據預設的電流指令信號和所述電機轉子的位置信號、電流反饋信號輸出三對互補的脈沖寬度調制信號至所述功率線性放大電路。進ー步的，在上述裝置中，所述過流保護裝置包括:分別與所述第一數字濾波器連接的第一比較器和第二比較器；或門電路，所述或門電路的輸入端分別與所述第一比較器和第二比較器的輸出端連接，所述或門電路的輸出端與所述功率線性放大電路連接。進ー步的，在上述裝置中，所述第二比較器將第一數字濾波器輸出的電流保護信號與過流保護信號的下限閾值進行比較，如果小于過流保護信號的下限閾值，所述第二比較器輸出第二電流溢出信號至所述或門電路；如果大于過流保護信號的下限閾值，所述第一比較器將第一數字濾波器輸出的電流保護信號再與過流保護信號的上限閾值進行比較，如果大于過流保護信號的上限閾值，所述第一比較器輸出第一電流溢出信號至所述或門電路。進ー步的，在上述裝置中，所述或門電路根據所述第二電流溢出信號和第一電流溢出信號輸出過流保護信號至所述功率線性放大電路。與現有技術相比，本實用新型通過與無位置傳感器永磁同步電機連接的功率線性放大電路，所述功率線性放大電路與一功率電源連接，與所述功率線性放大電路連接的電樞電流采樣電路，分別與所述電樞電流采樣電路連接的第一數字濾波器和第二數字濾波器，與第一數字濾波器連接的過流保護裝置，所述過流保護裝置與所述功率線性放大電路連接，與所述過流保護裝置連接的用于設定所述過流保護裝置的過流保護信號的上下限閾值的上位機通訊裝置，與所述第二數字濾波器連接的閉環控制裝置，所述閉環控制裝置與所述功率線性放大電路連接，實現采用雙數字濾波器來解決電流反饋信號和電流保護信號在精度和響應時間上的矛盾問題，使第一數字濾波器濾波生成響應能力要求高且精度要求較低的電流保護信號，使第二數字濾波器濾波生成精度要求高且響應能力要求相對較低的電流反饋信號，并通過上位機通信裝置使過流保護信號的上下限閾值實現可調。
圖1是本實用新型ー實施例的電流檢測裝置的結構圖；圖2是本實用新型一實施例的功率線性放大電路的結構圖；圖3是本實用新型一實施例的閉環控制裝置的結構圖；圖4是本實用新型ー實施例的過流保護裝置的結構圖；[0044]圖5是本實用新型ー實施例的過流保護流程圖；圖6是本實用新型一實施例的第二數據濾波器的工作流程圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進ー步詳細的說明。如圖1至6所示，本實用新型提供ー種無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，包括:與無位置傳感器永磁同步電機I連接的功率線性放大電路2，所述功率線性放大電路2與一功率電源(Ud) 3連接；與所述功率線性放大電路2連接的電樞電流采樣電路4，所述電樞電流采樣電路4采樣到無位置傳感器永磁同步電機I的三相電樞電流并AD (數摸)轉化為電流數字信號；分別與所述電樞電流采樣電路4連接的第一數字濾波器5和第二數字濾波器6，具體的，設置第一數字濾波器5的電樞電流的采樣次數n，采樣電樞電流的n次數據，排除n次采樣數據中的最大值和最小值取平均值得到電流保護信號，即排除n采樣值中最大值和最小值，然后取采樣數據中未排除的n-2個采樣值的平均數作為電流保護信號，這里針對無位置傳感器永磁同步電機I的電流反饋信號和電流保護信號在響應時間和精度上的不同要求，這里使用雙數字濾波器對電流反饋信號和電流保護信號分別進行濾波，由于電流保護信號對電流的精度要求相對較低，但對信號的響應能力要求在幾微秒，而電流反饋信號要求精度高，對信號的濾波時間相對較長，所以設計第一數字濾波器實現高響應能力的要求，并設計第二數字濾波器實現高精度的要求，所述第一數字濾波器5和第二數字濾波器6可為同一種濾波器，根據不同的要求設定不同的參數； 與第一數字濾波器5連接的過流保護裝置7，所述過流保護裝置7與所述功率線性放大電路2連接；與所述過流保護裝置7連接的用于設定所述過流保護裝置7的過流保護信號的上下限閾值等參數的上位機通訊裝置8 ；與所述第二數字濾波器連接的閉環控制裝置9，所述閉環控制裝置9與所述功率線性放大電路連接2。優選的，所述電樞電流采樣電路4通過所述功率線性放大電路連接2采樣無位置傳感器永磁同步電機I的電流生成電流數字信號，第一數字濾波器5對所述電流數字信號濾波得到電流保護信號，所述第二數字濾波器6對所述電流數字信號濾波得到電流反饋信號，所述過流保護裝置7根據過流保護信號的上下限閾值對所述電流保護信號進行判斷生成過流保護信號，所述閉環控制裝置9根據預設的電流指令信號和所述電流反饋信號進行矢量控制輸出脈沖寬度調制信號(PWM信號)，具體的，所述電樞電流采樣電路4主要完成無位置傳感器永磁同步電機I的電樞電流的采樣，將使電樞電流模擬量轉化為電流數字信號(即所述AD轉換)。在本實施例中，所述第二數字濾波器6為ニ階帶通濾波器。具體的，如圖6所示，第二數字濾波器6的工作流程如下:步驟S21，根據無位置傳感器永磁同步電機I的轉速n和極對數p確定第二數字濾波器6的中心頻率；步驟S22，根據第二數字濾波器6的中心頻率確定濾波傳遞函數參數a，其中，第二數字濾波器6的中心頻率為
權利要求1.ー種無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在于，包括: 與無位置傳感器永磁同步電機連接的功率線性放大電路，所述功率線性放大電路與一功率電源連接； 與所述功率線性放大電路連接的電樞電流采樣電路； 分別與所述電樞電流采樣電路連接的第一數字濾波器和第二數字濾波器； 與第一數字濾波器連接的過流保護裝置，所述過流保護裝置與所述功率線性放大電路連接； 與所述過流保護裝置連接的用于設定所述過流保護裝置的過流保護信號的上下限閾值的上位機通訊裝置； 與所述第二數字濾波器連接的閉環控制裝置，所述閉環控制裝置與所述功率線性放大電路連接。
2.如權利要求1所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，所述電樞電流采樣電路采樣無位置傳感器永磁同步電機的電流生成電流數字信號，第一數字濾波器對所述電流數字信號濾波得到電流保護信號，所述第二數字濾波器對所述電流數字信號濾波得到電流反饋信號，所述過流保護裝置根據過流保護信號的上下限閾值對所述電流保護信號進行判斷生成過流保護信號，所述閉環控制裝置根據預設的電流指令信號和所述電流反饋信號進行矢量控制輸出脈沖寬度調制信號。
3.如權利要求1所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在于，所述第二數字濾波器為帶通濾波器。
4.如權利要求1所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在于，所述功率線性放大電路包括: 分別與所述過流保護裝置和閉環控制裝置連接的MOSFET驅動電路； 分別與所述MOSFET驅動電路和無位置傳感器永磁同步電機連接的三相逆變橋。
5.如權利要求4所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在于，所述三相逆變橋包括第一 MOSFET管、第二 MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管、第五MOSFET管和第六MOSFET管，所述功率電源分別與第一 MOSFET管、第二 MOSFET管和第三MOSFET管的漏極連接； 第一 MOSFET管的源極與第四MOSFET管的漏極相連接，第一 MOSFET管的源極與第四MOSFET管的漏極的公共點連接到所述無位置傳感器永磁同步電機的W相； 第二 MOSFET管的源極與第五MOSFET管的漏極相連接，第二 MOSFET管的源極與第五MOSFET管的漏極的公共點連接到所述無位置傳感器永磁同步電機的V相； 第三MOSFET管的源極與第六MOSFET管的漏極相連接，第三MOSFET管的源極與第六MOSFET管的漏極的公共點連接到所述無位置傳感器永磁同步電機的U相； 第四MOSFET管、第五MOSFET管和第六MOSFET管的源極分別連接到所述電樞電流采樣電路； 第一 MOSFET管、第二 MOSFET管、第三MOSFET管、第四MOSFET管、第五MOSFET管和第六MOSFET管的柵級分別與所述MOSFET驅動電路連接。
6.如權利要求1所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在于，所述閉環控制裝置包括:與所述第二數字濾波器連接的位置信號解碼裝置； 分別與所述位置信號解碼裝置和第二數字濾波器連接的矢量控制裝置。
7.如權利要求6 所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在于，所述位置信號解碼裝置根據所述第二數字濾波器的電流反饋信號解碼出電機轉子的位置信號，所述矢量控制裝置根據預設的電流指令信號和所述電機轉子的位置信號、電流反饋信號輸出三對互補的脈沖寬度調制信號至所述功率線性放大電路。
8.如權利要求1所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在于，所述過流保護裝置包括: 分別與所述第一數字濾波器連接的第一比較器和第二比較器； 或門電路，所述或門電路的輸入端分別與所述第一比較器和第二比較器的輸出端連接，所述或門電路的輸出端與所述功率線性放大電路連接。
9.如權利要求8所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在干， 所述第二比較器將第一數字濾波器輸出的電流保護信號與過流保護信號的下限閾值進行比較， 如果小于過流保護信號的下限閾值，所述第二比較器輸出第二電流溢出信號至所述或門電路； 如果大于過流保護信號的下限閾值，所述第一比較器將第一數字濾波器輸出的電流保護信號再與過流保護信號的上限閾值進行比較，如果大于過流保護信號的上限閾值，所述第一比較器輸出第一電流溢出信號至所述或門電路。
10.如權利要求9所述的無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，其特征在于，所述或門電路根據所述第二電流溢出信號和第一電流溢出信號輸出過流保護信號至所述功率線性放大電路。
專利摘要本實用新型涉及一種無位置傳感器永磁同步電機的電流檢測裝置，所述裝置包括與無位置傳感器永磁同步電機連接的功率線性放大電路，功率線性放大電路與一功率電源連接；與功率線性放大電路連接的電樞電流采樣電路；分別與電樞電流采樣電路連接的第一數字濾波器和第二數字濾波器；與第一數字濾波器連接的過流保護裝置，過流保護裝置與所述功率線性放大電路連接；與過流保護裝置連接的用于設定所述過流保護裝置的過流保護信號的上下限閾值的上位機通訊裝置；與第二數字濾波器連接的閉環控制裝置，閉環控制裝置與所述功率線性放大電路連接。本實用新型采用雙數字濾波器來解決電流反饋信號和電流保護信號在精度和響應時間上的矛盾問題。
文檔編號H02P6/18GK202949385SQ20122061088
公開日2013年5月22日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者曾奇, 田耀杰, 靖書磊, 呂素英 申請人:上海微電子裝備有限公司