在zai無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji控kong製zhi係xi統tong中zhong，電dian流liu采cai樣yang及ji保bao護hu電dian路lu作zuo為wei其qi中zhong的de一yi個ge反fan饋kui環huan節jie，作zuo用yong是shi對dui電dian機ji運yun行xing時shi的de電dian流liu進jin行xing實shi時shi檢jian測ce采cai集ji，經jing過guo處chu理li後hou，把ba電dian流liu信xin號hao轉zhuan換huan為wei控kong製zhi係xi統tong可ke以yi識shi別bie的de小xiao電dian壓ya信xin號hao，讓rang控kong製zhi係xi統tong可ke以yi做zuo出chu相xiang應ying的de控kong製zhi和he保bao護hu動dong作zuo。由you於yu電dian機ji電dian流liu是shi交jiao流liu電dian流liu，因yin此ci電dian流liu采cai樣yang及ji保bao護hu電dian路lu需xu要yao具ju備bei整zheng流liu功gong能neng，普pu通tong整zheng流liu電dian路lu的de核he心xin元yuan件jian是shi具ju有you單dan向xiang導dao電dian性xing能neng的de二er極ji管guan

，通tong常chang使shi用yong1個
、2個或4個二極管組成半波

、全波或者橋式整流電路。但二極管在小信號時表現為非線性
，這將使整流的波形產生失真(小信號部分)，更(geng)為(wei)嚴(yan)重(zhong)的(de)是(shi)，二(er)極(ji)管(guan)存(cun)在(zai)死(si)區(qu)電(dian)壓(ya)，在(zai)輸(shu)人(ren)信(xin)號(hao)小(xiao)於(yu)死(si)區(qu)電(dian)壓(ya)時(shi)，二(er)極(ji)管(guan)並(bing)未(wei)導(dao)通(tong)
，因(yin)此(ci)使(shi)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)嚴(yan)重(zhong)畸(ji)變(bian)，引(yin)起(qi)誤(wu)差(cha)，小(xiao)信(xin)號(hao)時(shi)這(zhe)種(zhong)誤(wu)差(cha)將(jiang)不(bu)可(ke)忽(hu)略(lve)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)精(jing)度(du)
，文(wen)中(zhong)利(li)用(yong)集(ji)成(cheng)運(yun)放(fang)的(de)放(fang)大(da)作(zuo)用(yong)和(he)深(shen)度(du)負(fu)反(fan)饋(kui)產(chan)生(sheng)的(de)特(te)性(xing)來(lai)克(ke)服(fu)二(er)極(ji)管(guan)的(de)非(fei)線(xian)性(xing)造(zao)成(cheng)的(de)誤(wu)差(cha)，為(wei)某(mou)型(xing)號(hao)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)設(she)計(ji)了(le)一(yi)種(zhong)可(ke)靠(kao)性(xing)高(gao)
、精度高的采樣保護電路。1 高精度半波整流電路

 

整流電路是把正、負fu交jiao變bian的de電dian壓ya轉zhuan換huan為wei單dan極ji性xing電dian壓ya的de電dian路lu。本ben文wen的de半ban波bo高gao精jing度du整zheng流liu電dian路lu是shi在zai比bi例li放fang大da電dian路lu中zhong加jia入ru二er極ji管guan，利li用yong二er極ji管guan的de單dan向xiang導dao電dian性xing實shi現xian正zheng副fu兩liang半ban周zhou內nei引yin入ru不bu同tong深shen度du的de負fu反fan饋kui。按an這zhe種zhong思si路lu構gou成cheng的de半ban波bo高gao精jing度du整zheng流liu電dian路lu如ru圖tu1所示。

圖1 高精度半波整流電路
 

 

在ui<0期間(t1～t2)。當|ui|還很小時，D1和D2均為導通
，這時運算放大器處於開環狀態，其開環放大倍數很大，因此|ui|隻需稍大一些，運放輸出u0’就會很大
，且為負值，這使二極管D1截止、D2導通
，D2的導通給運放引入了深度的負反饋。由於a點電位為零(虛地)，故u0’≈-0.7 V;而D1截止，且a點電位為零，故u0=0
，即u0端波無波形。整個過程如圖2所示。

圖2 半波整流波形圖

例如假設輸入信號的頻率為50 Hz，在該頻率下運放的開環電壓放大倍數為5x104
，二極管的起始導通電壓為0.5V，則最小整流電壓(即輸入信號)僅為10μA。也就是說隻要輸入信號大於10 μA，整流器就進入正常工作狀態;而對於普通二極管半波整流器
，輸入電壓必須大於0.5 V(5×105μV)才能正常工作
，其輸入電壓是前者的5萬倍，可見該電路大大提高了整流精度。圖3為該整流電路的傳輸特性
，它是一條過原點斜率為Rf/R1的直線。

圖3 整流電路的傳輸特性

 

 

 

霍爾電流傳感器是一種先進的
、能隔離主電路回路和電子控製電路的電檢測元件。它綜合了互感器和分流器的所有優點，同時又克服了互感器和分流器的不足(互感器隻適用於50 Hz工頻測量;分流器無法進行隔離測量)，可測量任意波形的電流，精度高
，動態性能好
，工作頻帶寬，本文中的霍爾傳感器采用萊姆(lem)公司的LF205-S，該型傳感器的最大電流測量範圍是：±200 A，有效測量範圍是±100 A
，當測量電流在有效範圍之類時，輸出電壓是：±4 V，其測量精度達到1%，動態響應時間小於7μs,跟蹤速度di/dt高於50A/μs。

 

 

TL082是一種通用的J—FET雙運算放大器。其特點有：較低的輸入偏置和偏移電流;輸出設有短路保護;輸入級具有較高的輸入阻抗內建頻率補償電路，在電流保護電路設計中，使用TL082構成高精度半波整流電路和加法器，而由於TL082為雙運算放大器
，所以節省了控製板的空間，使得電路的設計更加的簡潔和精巧。

 

 

TL431是一個有良好的熱穩定性能的三端可調分流基準源。它的輸出電壓用兩個電阻就可以任意地設置到從Vref(2.5 V)到36 V範圍內的任何值(如圖3)。該器件的典型動態阻抗為0.2 Ω，在很多應用中可以用它代替齊納二極管，輸出為一個固定電壓值，計算公式是：Vout=(R1+R2)x2.5/R2

圖4 TL431恒壓5V輸出電路圖

 

當R1取值為0的時候，R2可以省略，在本文中，使用TI431構成恒壓電壓源5 V，給比較器供電。

 

由於霍爾傳感器的體積相對較大，所以本文僅僅使用兩個霍爾電流傳感器對電機A、C兩相繞組電流進行檢測
，將A、C相中的-100 A～100 A大電流轉化為-4 V～4 V的小電壓信號，再根據無刷直流電機三相電流的特性IA+IB+IC=0，計算得出IB=-(IA+IC)
，因此B相電流可以通過對A
、C相求和反相得到
，從而可以減少霍爾電流傳感器的使用數量，縮小體積，削減成本。如圖5所示。

圖5 B相電流的實現

 

再得到B相電流以後，分別對A
、B、C三相相使用TL082構成的高精度半波整流模塊進行半波整流


，再將整流過的A、B、C三相電壓信號求和反相，得到此時進入功率管電流的瞬時值所對應的電壓值。

圖6 無刷直流電機電流采樣保護電路結構圖

 

在電機的運行過程中
，該電路能實時測量電機的電流，並發出兩路信號，一路輸入到DSP的ADC模塊中去，采樣電機電流的數字值，從而可以方便的在DSP中實行電流的閉環PID調節。

 

另一路送到比較電路中，然後DSP采用了兩種方式來對電機進行保護。一種是限流保護

，當電流增大超過限流電流62.5 A(對應電壓值為2.5 V)時
，保護電路向CPLD發出限流信號，進而使控製芯片DSP啟動相應的限流程序進行操作，調節PWM的占空比
，來改變實際加載到電機兩端的電壓，改變電流大小;另一種是停機保護
，如果電流由於某些原因，繼續增大到停機電流80 A(對應電壓值為3.2 V)時，DSP就(jiu)會(hui)啟(qi)動(dong)停(ting)機(ji)程(cheng)序(xu)，立(li)即(ji)關(guan)斷(duan)所(suo)有(you)的(de)功(gong)率(lv)管(guan)
，電(dian)機(ji)馬(ma)上(shang)停(ting)止(zhi)運(yun)行(xing)，這(zhe)樣(yang)可(ke)以(yi)防(fang)止(zhi)由(you)於(yu)電(dian)流(liu)過(guo)大(da)而(er)引(yin)起(qi)的(de)對(dui)功(gong)率(lv)管(guan)或(huo)者(zhe)電(dian)機(ji)的(de)損(sun)壞(huai)
，從(cong)而(er)提(ti)高(gao)係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)。

 

電流采樣及保護電路實驗波形如圖7所示。

圖7 采樣電路實驗波形

 

在圖7中通道1輸入A相經過電流傳感器後的波形曲線，通道2輸入C相經過電流傳感器後的波形曲線，通道1和通道2相位相差120。，幅值，通道3為A
、B、C三相信號經過求和反相後的波形，平均幅值為1.48 V，符合理論分析結果。

 

 

該電路利用了放大器的原理提出了一種高精度電流采樣的方法，並且結合了過流保護、停(ting)機(ji)保(bao)護(hu)的(de)功(gong)能(neng)，從(cong)而(er)能(neng)保(bao)障(zhang)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)安(an)全(quan)運(yun)行(xing)。目(mu)前(qian)該(gai)電(dian)路(lu)已(yi)經(jing)應(ying)用(yong)於(yu)某(mou)型(xing)號(hao)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)中(zhong)，實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)中(zhong)也(ye)證(zheng)明(ming)這(zhe)個(ge)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)對(dui)電(dian)機(ji)的(de)實(shi)時(shi)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)高(gao)精(jing)度(du)檢(jian)測(ce)采(cai)樣(yang)並(bing)且(qie)及(ji)時(shi)、可靠的保護好電機。