一種電機控制器高壓隔離採樣電路的製作方法

2023-05-01 16:03:17 1

本實用新型涉及電機控制
技術領域：
，具體涉及一種電機控制器高壓隔離採樣電路。
背景技術：
：在電動汽車中，動力電池電壓往往都屬於高壓大電流部分，電機控制器作為車輛驅動部分的核心部件，需要可靠穩定的高壓採樣電路，來實現電機控制器的驅動。現有技術中，為了避免高壓幹擾，大多數設計者會將高壓信號採樣電路和電源電路進行隔離，因此信號隔離器件有多種：如隔離光耦、隔離變壓器、隔離運放等等。而電源的隔離一般都用DC-DC隔離電源，將IGBT驅動電源進行轉換隔離。現有高壓採樣電路技術，如圖1所示：電路由圖中的1-1部分和1-2部分組成，1-1部分為電機控制器驅動拓撲框圖(由電池、電機、IGBT和GateDriver組成)，1-2部分為高壓採樣電路(包括電源轉換電路、電阻分壓電路、RC濾波電路、光耦隔離採樣電路和信號放大電路組成)。其中GateDriver的電源與隔離電源的MEV1S1505DC電源模塊的輸入相連，MEV1S1505DC電源將輸入電源15V轉換成5V，給光耦的初級供電，高壓信號經過R1、R2分壓之後，通過RC濾波(39Ω和10nF)到光耦的輸入端，衰減後的高壓信號經過光耦ACPL-C87AT/BT耦合到運算放大器的輸入端，經過放大之後輸出。隔離電源利用的是IGBT驅動電源，因此未對高壓地進行完全隔離，在電機高速運行時，可能會干擾線性光耦性能，導致高壓採樣不穩定；其次，由於IGBT開關管的特性，採樣電路與線性光耦元件的故障率，會影響到IGBT驅動電路部分。綜上所述，急需一種結構精簡且能實現高低壓之間的完全隔離的電路系統以解決現有技術中存在的問題。技術實現要素：本實用新型目的在於提供一種結構精簡且能實現高低壓之間的完全隔離的電機控制器高壓隔離採樣電路，具體技術方案如下：一種電機控制器高壓隔離採樣電路，包括信號輸入濾波電路、電阻分壓電路、電源隔離電路、光耦隔離採樣電路、差分放大電路以及鉗位電路，所述信號輸入濾波電路、電阻分壓電路、光耦隔離採樣電路、差分放大電路以及鉗位電路依次串聯，所述電源隔離電路與所述光耦隔離採樣電路連接；所述電源隔離電路為將VCCA電源與5V_VCC1隔離且用於給所述光耦隔離採樣電路提供電源的電路，其包括電容C3、電容C4、隔離電源U1、電容C5以及電容C6，所述電容C5和所述電容C6均與所述隔離電源U1的輸入端並聯，所述電容C3和所述電容C4均與所述隔離電源U1的輸出端並聯；所述光耦隔離採樣電路為將所述電阻分壓電路濾波之後的高壓信號通過光耦隔離輸出給所述差分放大電路中差分放大器的輸入端的電路，其包括光耦U2、電容C2、電容C7以及電容C8；所述電容C2為所述光耦U2的去耦電容，其與所述光耦U2的初級電源並聯；所述電容C7和所述電容C8並聯後形成的電容為所述光耦U2的電源去耦電容，所述電容C7和所述電容C8並聯後形成的電容與所述光耦U2的電源供電端並聯。以上技術方案中優選的，所述信號輸入濾波電路包括總正的高壓信號輸入端子、總負的高壓信號輸入端子、濾波器L1以及濾波器L2，所述總正的高壓信號輸入端子與濾波器L1的第一端串聯，所述濾波器L1的第二端與所述電阻分壓電路連接；總負的高壓信號輸入端子與濾波器L2的第一端串聯，所述濾波器L2的第二端與地GND1連接。以上技術方案中優選的，所述電阻分壓電路包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9以及電容C1，所述電阻R1、電阻R2以及電阻R3並聯形成電阻RA，所述電阻R4、電阻R5以及電阻R6並聯形成電阻RB，所述電阻RA一端連接所述濾波器L1的第二端，另一端與所述電阻RB串聯；電阻RB、電阻R7和電阻R8依次串聯，所述電阻R9和電容C1串聯後與所述電阻R8並聯；所述電阻R9和所述電容C1之間的連接線路以及所述電阻R8和所述電容C1之間的連接線路均與所述光耦隔離採樣電路連接；電阻R8和電容C1之間的連接線路還與地GND1連接。以上技術方案中優選的，所述差分放大電路為將光耦輸出的信號進行放大、抑制噪聲後輸出給所述鉗位電路，其包括電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電容C9、電容C10、運算放大器U3A以及電容C11，所述電阻R10分別與所述光耦U2和所述運算放大器U3A的第2腳串聯；所述電容C10與所述電阻R13並聯，所述運算放大器U3A的第2腳和第1腳並聯；所述電阻R11與所述光耦U2串聯，且其與所述電阻R12、電容C9、運算放大器U3A的第3腳同時並聯；所述電容C11與所述運算放大器U3A的第8腳並聯。以上技術方案中優選的，所述電阻R10的阻值與所述電阻R11的阻值相等，所述電阻R12的阻值和所述電阻R13的阻值相等。以上技術方案中優選的，所述鉗位電路包括電阻R14、電容C12、二極體D1以及輸出端μC_ADC，所述電阻R14與所述運算放大器U3A串聯，且其與所述電容C12並聯；所述電阻R14和所述電容C12形成的並聯電路與所述二極體D1並聯後通過輸出端μC_ADC輸出。應用本實用新型的技術方案，具有以下有益效果：(1)採用電源隔離電路，對光耦隔離採樣電路的供電電源進行隔離，為線性光耦初級提供電源，從而實現高低壓之間的完全隔離，高壓採用穩定，採樣精度高。(2)電阻分壓電路的作用是：高壓信號通過電阻分壓之後在電阻R8上產生所需要的電壓信號，通過電阻R9和電容C1組成RC濾波電路，輸出給光耦隔離採樣電路的光耦輸入端，即通過電阻分壓而對高壓信號進行衰減。(3)電路中的信號輸入濾波電路、電阻R9和電容C1所組成RC濾波電路、電容C5和電容C6所組成的隔離電源U1的輸入濾波電容、電容C3和電容C4所組成的隔離電源U1的輸出濾波電容、電阻R14與電容C12所組成得RC濾波電路均起到濾出電路中的幹擾信號的作用，提高採樣精度。(4)差分放大電路的作用是：將光耦輸出的信號進行放大，抑制噪聲，並輸出給鉗位電路，即放大差模信號，抑制共模信號。(5)各部分電路精簡，且能實現相應的功能，實用性強。除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本實用新型還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本實用新型作進一步詳細的說明。附圖說明構成本申請的一部分的附圖用來提供對本實用新型的進一步理解，本實用新型的示意性實施例及其說明用於解釋本實用新型，並不構成對本實用新型的不當限定。在附圖中：圖1為現有技術中高壓採樣電路結構圖；圖2是實施例1中電機控制器高壓隔離採樣電路的整體結構示意圖；圖3是圖2的電路結構示意圖；其中，1、信號輸入濾波電路，1.1、濾波器L1，1.2、濾波器L2；2、電阻分壓電路，2.1、電阻R1，2.2、電阻R2，2.3、電阻R3，2.4、電阻R4，2.5、電阻R5，2.6、電阻R6，2.7、電阻R7，2.8、電阻R8，2.9、電阻R9，2.10、電容C1；3、電源隔離電路，3.1、電容C3，3.2、電容C4，3.3、隔離電源U1，3.4、電容C5，3.5、電容C6；4、光耦隔離採樣電路，4.1光耦U2，4.2、電容C2，4.3、電容C7，4.4、電容C8；5、差分放大電路，5.1、電阻R10，5.2、電阻R11，5.3、電阻R12，5.4、電阻R13，5.5、電容C9，5.6、電容C10，5.7、運算放大器U3A，5.8、電容C11；6、鉗位電路，6.1、電阻R14，6.2、電容C12，6.3、二極體D1，6.4、輸出端μC_ADC。具體實施方式以下結合附圖對本實用新型的實施例進行詳細說明，但是本實用新型可以根據權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。實施例1：參見圖2和圖3，一種電機控制器高壓隔離採樣電路，各部件的標號如下：1、信號輸入濾波電路，1.1、濾波器L1，1.2、濾波器L2，2、電阻分壓電路，2.1、電阻R1，2.2、電阻R2，2.3、電阻R3，2.4、電阻R4，2.5、電阻R5，2.6、電阻R6，2.7、電阻R7，2.8、電阻R8，2.9、電阻R9，2.10、電容C1，3、電源隔離電路，3.1、電容C3，3.2、電容C4，3.3、隔離電源U1，3.4、電容C5，3.5、電容C6，4、光耦隔離採樣電路，4.1光耦U2，4.2、電容C2，4.3、電容C7，4.4、電容C8，5、差分放大電路，5.1、電阻R10，5.2、電阻R11，5.3、電阻R12，5.4、電阻R13，5.5、電容C9，5.6、電容C10，5.7、運算放大器U3A，5.8、電容C11，6、鉗位電路，6.1、電阻R14，6.2、電容C12，6.3、二極體D1，6.4、輸出端μC_ADC。圖3中a1和a1位置連接，a2和a2位置連接。本實施例採用電路的具體結構是：包括信號輸入濾波電路、電阻分壓電路、電源隔離電路、光耦隔離採樣電路、差分放大電路以及鉗位電路，所述信號輸入濾波電路、電阻分壓電路、光耦隔離採樣電路、差分放大電路以及鉗位電路依次串聯，所述電源隔離電路與所述光耦隔離採樣電路連接。其中：所述信號輸入濾波電路1包括總正的高壓信號輸入端子、總負的高壓信號輸入端子、濾波器L1以及濾波器L2，所述總正的高壓信號輸入端子與濾波器L1的第一端串聯，所述濾波器L1的第二端與所述電阻分壓電路連接；總負的高壓信號輸入端子與濾波器L2的第一端串聯，所述濾波器L2的第二端與地GND1連接。所述電阻分壓電路2包括電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R5、電阻R6、電阻R7、電阻R8、電阻R9以及電容C1，所述電阻R1、電阻R2以及電阻R3並聯形成電阻RA，所述電阻R4、電阻R5以及電阻R6並聯形成電阻RB，所述電阻RA一端連接所述濾波器L1的第二端，另一端與所述電阻RB串聯；電阻RB、電阻R7和電阻R8依次串聯，所述電阻R9和電容C1串聯後與所述電阻R8並聯；所述電阻R9和所述電容C1之間的連接線路以及所述電阻R8和所述電容C1之間的連接線路均與所述光耦隔離採樣電路連接；所述電阻R8和所述電容C1之間的連接線路還與地GND1連接。所述電源隔離電路3為將VCCA電源與5V_VCC1隔離且用於給所述光耦隔離採樣電路提供電源的電路，其包括電容C3、電容C4、隔離電源U1、電容C5以及電容C6，所述電容C5和所述電容C6均與所述隔離電源U1的輸入端並聯，所述電容C3和所述電容C4均與所述隔離電源U1的輸出端並聯。電容C3的一端與5V_VCC1連接，另一端與地GND1連接；電容C6一端與VCCA連接，另一端與AGND連接。所述光耦隔離採樣電路4為將所述電阻分壓電路濾波之後的高壓信號通過光耦隔離輸出給所述差分放大電路中差分放大器的輸入端的電路，其包括光耦U2、電容C2、電容C7以及電容C8；所述電容C2為所述光耦U2的去耦電容，其與所述光耦U2的初級電源並聯；所述電容C7和所述電容C8並聯後形成的電容為所述光耦U2的電源去耦電容，所述電容C7和所述電容C8並聯後形成的電容與所述光耦U2的電源供電端並聯。光耦U2的第五接口與AGND連接。所述差分放大電路5為將光耦輸出的信號進行放大、抑制噪聲後輸出給所述鉗位電路，其包括電阻R10、電阻R11、電阻R12、電阻R13、電容C9、電容C10、運算放大器U3A以及電容C11，所述電阻R10分別與所述光耦U2(具體是與光耦U2的OUT-連接)和所述運算放大器U3A的第2腳串聯；所述電容C10與所述電阻R13並聯，所述運算放大器U3A的第2腳和第1腳並聯；所述電阻R11與所述光耦U2串聯(具體是與光耦U2的OUT+連接)，且其與所述電阻R12、電容C9、運算放大器U3A的第3腳同時並聯；所述電容C11與所述運算放大器U3A的第8腳並聯。所述電阻R10的阻值與所述電阻R11的阻值相等，所述電阻R12的阻值和所述電阻R13的阻值相等。運算放大器U3A的第4腳以及電容C11一端均與AGND連接；運算放大器U3A的第8腳還與VCCA(電源)連接。所述鉗位電路6包括電阻R14、電容C12、二極體D1以及輸出端μC_ADC，所述電阻R14與所述電容C12並聯；所述電阻R14與所述運算放大器U3A串聯，且其與所述電容C12形成的並聯電路與所述二極體D1並聯後通過輸出端μC_ADC輸出。所述電容C12以及二極體D1均與AGND(模擬的公共地)連接。應用本實施例的採用電路，詳情如下：高壓通過電阻分壓，得到一個適合線性光耦的允許電壓範圍，計算公式如下：1/RA＝1/R1+1/R2+1/R3，其中：RA電阻為R1、R2、R3並聯的總電阻值；1/RB＝1/R4+1/R5+1/R6，其中：RB電阻為R4、R5、R6並聯的總電阻值；U1＝VCC/(RA+RB+R7+R8)×R8，其中：U1為電阻分壓後的電壓值，VCC為輸入的高壓電壓值；VO＝(Vi+-Vi-)×R13/R10，其中：R13＝R12，R10＝R11，VO為信號輸出電壓，Vi+、Vi-為光耦輸出的電壓。電路工作原理為：動力電池組電壓經過濾波器L1和濾波器L2之後，通過電阻分壓電路進行電阻分壓得到U1值；經過由電阻R9和電容C1所組成RC濾波電路後進入線性光耦的初級，線性光耦器件為一比一隔離光耦；在差分放大電路中的差分運算放大器之後，可得到需要信號輸出電壓VO。將本實施例的技術方案與現有技術中幾種常見的方法進行比較，詳見表1：表1本實施例和現有技術中幾種常規方法比較表案例/參數輸入值範圍隔離耐壓精度穩定性成本隔離光耦(HCNR200)0V-600V5000V±0.05％一般一般隔離運放(AMC1200)0V-600V4000V±0.075％一般一般隔離變壓器0V-600V依繞組與工藝決定±0.5％一般較低實施例10V-600V5000V±0.01％較高較高從表1中可以看出，在輸入DC0V-600V範圍內，精度為±0.01％，明顯高於現有技術。以上所述僅為本實用新型的優選實施例而已，並不用於限制本實用新型，對於本領域的技術人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp