专利名称：一种电动汽车用电机控制器电压检测电路的制作方法
技术领域：
本发明属于电动汽车电机和其控制器设计领域，具体涉及一种电动汽车用电机控制器电压检测电路。
背景技术：
目前纯电动车是研究和开发的热门领域，而永磁同步电机在电动车上的应用日趋广泛。为了保证电机控制器系统在一定的供电电压范围内正常工作，须对控制器的供电电源电压值进行监控。因此采用硬件电路进行电压信号的采集。由于一般的电压采集电路受环境噪声影响，出现电压信号不稳，采集的信号误差较大，另外使用霍尔电压传感器来实现直流电压的隔离和转换也是常用方法，但国外生产的高性能电压传感器件的造价较高，而国产传感器在转换精度和电气隔离等性能上比较欠缺，并且价格也不低。如图1所示，简单的电压采集电路，分为两个部分1.分压限流电路以及信号滤波电路。输入电压通过电阻分压，将电压值限定在处理器允许的输入范围以内，通过低通滤波器及跟随器后将信号输入到主控芯片。如图2所示，电路采用霍尔型电压传感器作为电压采集电路的主要组成部分，被采集电压量输入传感器出入端，输出端感应出的模拟值再通过滤波器及跟随器处理。上述电路中虽然结构简单，易于实现，图1适用于环境噪声较少的情况线，但在复杂环境下使用，容易受到外部环境的影响，窜入干扰，使得采集出来的电压值与实际值偏差较大，影响系统的稳定性。图2虽然避免了图1的弊端，但电压传感器的价格昂贵，体积较大，控制电路PCB布局受限，提高了控制器的制作成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动汽车用电机控制器电压检测电路，使得控制器系统的电源电压检测结果更精确，从而保证电机系统的稳定运行。本发明具体采用以下技术方案。一种电动汽车用电机控制器电压检测电路，所述电压检测电路包括电压输入电路、输入差分运算电路、模拟光耦隔离电路、电压跟随器和DSP处理器，其特征在于
所述电压输入电路的输入端连接至电动汽车电机控制器供电电源； 所述电压输入电路的输出端连接至所述输入差分运算电路的输入端，通过输入差分运算电路中的运算放大器按比例将电压输入电路传送的电压信号换算成0-3V的电压值；
所述输入差分运算电路的输出端连接至所述模拟光耦隔离电路的输入端，将差分电路输出0-3V的电压值信号进行电气隔离；
所述模拟光耦隔离电路的输出端连接至电压跟随器的正向输入端，所述电压跟随器的输出端与DSP处理器的输入端相连，将处理后的电动汽车电机控制器供电电源信号输入至 DSP处理器，实现对电动汽车用电机控制器的电压检测。
本发明提供的对电压采集电路主要采用高线性度的模拟光耦合器及运放组成。在测量系统中，由于环境负杂，干扰信号会随着采集信号进入采集系统，不利于信号处理和测量的准确度。故在硬件中必须使采集系统与采集信号实现有效的电器隔离。光电隔离可以避免高压窜入低压的采集系统，且光电耦合器输入阻抗小于干扰源的内阻，因而叠加于被测信号上的干扰信号被极大衰减，从而保证采集信号的准确度。本发明提供的一种电动汽车用电机控制器电压检测电路同现有的电压检测电路相比，成本低，使得采集的电源电压精度更高，信号抗干扰能力更强，保证整个电机控制器运行可靠，安全。本发明使用线性光耦转换电路，由于线性光耦输入端和输出端是通过光耦进行耦合的，并且芯片本身的电气隔离性能比较可靠，因此不仅能够实现直流电压的高精度检测，而且不会将强电侧电磁干扰耦合到控制系统，从而实现直流电压侧和控制系统的高强度电气隔离。
图1是电阻分压式电压信号采集电路图； 图2是电压传感器式信号采集电路图3是线性光藕HCNR201模拟信号光电耦合器示意图； 图4是本发明的电路结构框图； 图5是本发明的电路原理图。
具体实施例方式下面结合本发明附图做详细说明。如图4所示为本发明电动汽车用电机控制器电压检测电路原理框图，
本发明采用了高线性度的模拟光耦HCNR201，该芯片的示意图如图3所示。该芯片为模拟信号光电隔离器件，可以较好地实现模拟量与数字量之间的隔离，输出随输入变化，线性度达到0.01%，并且可以避免内部外部电路因接地不同而带来的误差。如图3所示，该芯片包括一只高性能的铝砷化镓发光二极管(图3中的LED)，PD1，PD2是两个相邻匹配的光敏二极管，这种封装结构决定了每一个光敏二极管都能从LED得到近似的光照，因而消除了 LED 的非线性和偏差特性所带来的误差。当电流流过LED时，LED发出的光被耦合到PD1，PD2， 从而在器件输出端产生与光强成正比的输出电流。当LED中流过电流If时，LED发出的光会在PDl和PD2中感应出正比于LED发光强度的光电流Ipdi和I PD2。由于PDl和PD2的特性非常相似，再加上安装位置精确性以及元件先进的封装设计保证了该元件的高线性度和增益的稳定性，使得
Ipdi=KIIf, IPD2=K2If(1)
其中K1, K2分别为Ipdi和Ipd2随If的变化参数，对于HCNR201，其参数变化应该是一致的。故上式可转化为
K3等于Kl和K2的比值近似为1.图4给出了本发明采用的电压检测电路的原理框图，主要由电压输入电路，输入差分运算电路，模拟光耦隔离电路，以及输出电压跟随电路组成。电压输入电路时将需要检测的电源电压信号进行滤波处理后输出给后级的电压输入差分电路输入差分电路将电源的输入电压值通过运算放大器按比例换算成0-3V的电压值，因为DSP的AD通道的输入电压范围必须满足0-3V，电压过高会造成AD管脚的损坏，然后将该电压输入到模拟光耦隔离电路。模拟光耦隔离电路是将前级的差分电路输出电压值电气隔离并线性的传输到后一级电压跟随器电路。电压跟随器该电压信号输入到电压跟随器的正向输入端。电压跟随器在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作，输出电压又不受后级阻抗影响。图5是本发明的电路原理图。该电路由四部分组成
其中所述电压输入电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容Cl，其中第一电阻Rl的一端连接电动汽车电机控制器供电电源的接地端，所述第一电阻Rl的另一端连接至输入差分运算电路中第一运算放大器的反相输入端；所述第二电阻R2的一端连接至电动汽车电机控制器供电电源的正极性端，第二电阻R2的另一端连接至输入差分运算电路中第一运算放大器的正相输入端；所述第三电阻R3与第一电容Cl并联连接在所述输入差分运算电路中第一运算放大器的正相输入端和地之间。其中所述的输入差分运算电路包括第一运算放大器(U1)、第四电阻R4、第二电容 C2，所述第四电阻R4和第二电容C2并联连接在所述第一运算放大器(Ul)的反相输入端和输出端之间；所述电压输入电路第一电阻Rl的另一端连接至输入差分运算电路中第一运算放大器的反相输入端；所述第二电阻R2的一端连接至电动汽车电机控制器供电电源的正极性端，第二电阻R2的另一端连接至输入差分运算电路中第一运算放大器的正相输入端；
其中所述模拟光耦隔离电路包括线性光耦HCR201、第二运算放大器U2、第三运算放电器U3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3、第五电容C5。第五电阻R5 的一端连接至第一运放Ul的输出端，另一端连接至HCR201的PDl-端和第二运放U2的反向输入端；第二运放的U2的正相端连接至地平面。第三电容C3—端连接至第二电容U2的反向端，另一端连接至第六电阻R6，R6的另一端连接至HCNR201的LED-脚。HCNR201的输出脚PD2-连接第三运放U3的反向输入端，第五电容C5与第七电阻R7并联后一端接在第三运放U3的反向端，一端连接在运放的输出端。其中所述的电压跟随器电路包括第四运算放大器U4、第八电阻R8和第九电阻R9， 第八电阻R8的一端连接在第三运放U3的输出端，一端连接在第四运放的正相端，第四运放 U4的反向端与输出端相连，第九电阻的一端连接在第四运放U4的输出端，另一端连接至信号接收端。第一运放Ul与外围电阻构成电压输入电路以及差分比例运算电路；第二运放U2 与第三运放U3以及线性光耦HCNR201构成模拟光耦隔离电路；第四运放U4以及第九电阻 R9,第八电阻R8构成电压跟随器输出回路。电压输入电路的输出端与输入差分运算电路
5的输入端相连接；输入差分运算电路的输出端与模拟光耦隔离电路的输入端相连，模你光耦隔离电路的输出端与电压跟随器的输入端相连接；电压跟随器的输出端与DSP的检测端口相连接。该电路的信号实现原理为为提高测量的准确度，故电路才用差分输入的方式。 第一运放运放Ul构成的差分电路放大倍数计算公式为
权利要求
1.一种电动汽车用电机控制器电压检测电路，所述电压检测电路包括电压输入电路、 输入差分运算电路、模拟光耦隔离电路、电压跟随器和DSP处理器，其特征在于所述电压输入电路的输入端连接至电动汽车电机控制器供电电源； 所述电压输入电路的输出端连接至所述输入差分运算电路的输入端，通过输入差分运算电路中的运算放大器按比例将电压输入电路传送的电压信号换算成0-3V的电压值；所述输入差分运算电路的输出端连接至所述模拟光耦隔离电路的输入端，将差分电路输出0-3V的电压值信号进行电气隔离；所述模拟光耦隔离电路的输出端连接至电压跟随器的正向输入端，所述电压跟随器的输出端与DSP处理器的输入端相连，将处理后的电动汽车电机控制器供电电源信号输入至 DSP处理器，实现对电动汽车用电机控制器的电压检测。
2.根据权利要求1所述的电动汽车用电机控制器电压检测电路，其特征在于其中所述电压输入电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容Cl，其中第一电阻Rl的一端连接电动汽车电机控制器供电电源的接地端，所述第一电阻Rl的另一端连接至输入差分运算电路中第一运算放大器的反相输入端；所述第二电阻R2的一端连接至电动汽车电机控制器供电电源的正极性端，第二电阻R2的另一端连接至输入差分运算电路中第一运算放大器的正相输入端；所述第三电阻R3与第一电容Cl并联连接在所述输入差分运算电路中第一运算放大器的正相输入端和地之间。
3.根据权利要求1或2所述的电动汽车用电机控制器电压检测电路，其特征在于其中所述的输入差分运算电路包括第一运算放大器U1、第四电阻R4、第二电容C2，所述第四电阻R4和第二电容C2并联连接在所述第一运算放大器Ul的反相输入端和输出端之间；所述电压输入电路第一电阻Rl的另一端连接至输入差分运算电路中第一运算放大器的反相输入端；所述第二电阻R2的一端连接至电动汽车电机控制器供电电源的正极性端，第二电阻R2的另一端连接至输入差分运算电路中第一运算放大器的正相输入端。
4.根据权利要求1所述的电动汽车用电机控制器电压检测电路，其特征在于其中所述模拟光耦隔离电路包括线性光耦HCR201、第二运算放大器U2、第三运算放电器U3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第三电容C3、第五电容C5 ；第五电阻R5的一端连接至第一运放Ul的输出端，另一端连接至HCR201的PDl-端和第二运放U2的反向输入端；第二运放的U2的正相端连接至地平面；第三电容C3 —端连接至第二电容U2的反向端，另一端连接至第六电阻R6，R6的另一端连接至HCNR201的LED-脚；HCNR201的输出脚PD2-连接第三运放U3的反向输入端，第五电容C5与第七电阻R7并联后一端接在第三运放U3的反向端，一端连接在运放的输出端。
5.根据权利要求1所述的电动汽车用电机控制器电压检测电路，其特征在于 其中所述的电压跟随器电路包括第四运算放大器U4、第八电阻R8和第九电阻R9，第八电阻R8的一端连接在第三运放U3的输出端，一端连接在第四运放的正相端，第四运放U4 的反向端与输出端相连，第九电阻的一端连接在第四运放U4的输出端，另一端连接至信号接收端。
全文摘要
本发明公开了一种电动汽车用电机控制器电压检测电路，包括电压输入电路、输入差分运算电路、模拟光耦隔离电路、电压跟随器和DSP处理器；电压输入电路的输出端与输入差分运算电路的输入端相连接；输入差分运算电路的输出端与模拟光耦隔离电路的输入端相连，模你光耦隔离电路的输出端与电压跟随器的输入端相连接；电压跟随器的输出端与DSP的检测端口相连接。它能够在节省成本的同时，硬件实现实时监控电机控制器供电电源电压的电压值，为纯电动汽车电机控制系统提供控制器电源电压参数。
文档编号G01R15/22GK102508016SQ20111033584
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者应翔, 张正兴, 张辉, 滕波, 薛山 申请人:重庆长安新能源汽车有限公司, 重庆长安汽车股份有限公司