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CN109633259B - 一种无刷电机功率检测方法 - Google Patents

一种无刷电机功率检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无刷电机功率检测方法，现有技术中通过电机两端的电压值即供电电源电压来计算电机功率，但是，当电机电流较大时，功率驱动管的功耗不能完全忽略及电源的正负极引线电阻不能忽略时，按照该方法计算的电机功率误差较大；本发明提供一种更精确的检测方法，首先检测电机两端的电压瞬时值，同时检测采样电阻的两端电压，进一步计算获得电压两端的电流瞬时值，根据电压瞬时值和电流瞬时值计算电机的功率，该检测方法检测的电机功率排除了驱动管的功耗和电源的正负极引线电阻，提高检测电机功率的精度。

Description

一种无刷电机功率检测方法
技术领域
本发明涉及电机的实时检测领域，尤其涉及无刷电机的功率检测方法。
背景技术
目前大多数电机检测模块，仅仅检测电机电流的瞬时值，默认电机两端的电压值即为供电电源电压来计算电机功率，但是，当电机电流较大时，功率驱动管或场效应管的功耗不能完全忽略，电源的正负极引线电阻也不能忽略，此时按照前述方式计算的电机功率误差较大。
为了提高检测电机功率的精度，本发明通过检测电机电压的瞬时值和电流瞬时值计算电机功率。
发明内容
本发明提供电机功率的监测方式，在电机电流较大时，能够获得准确的电机功率。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种无刷电机功率检测方法，采用电机功率检测电路检测和计算获得电机的功率值，所述电机功率检测电路包括驱动电路、主控器、霍尔传感器、电机、逆变器、电阻网络、电源Vin、地GND，所述电机内部包括电机绕组，所述电阻网络包括由多个电阻和电容组成的电压检测模块和采样电阻R4，所述逆变器包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4，所述采样电阻R4串联在第二场效应管Q2和第四场效应管Q4与地GND之间；所述主控器包括主控芯片以及位于所述主控芯片内部的模数转换器；所述电压检测模块与所述电机并联，所述主控芯片内部的模数转化器读取采样电阻R4两端的电压Vis，通过计算得到电机绕组的瞬时电流值；所述主控芯片内部的模数转化器读取电机两端瞬时电压值，通过计算得到电机绕组的瞬时电压值，所述电机绕组的瞬时电压值与所述电机绕组的瞬时电流值相乘计算得到电机的瞬时功率。
本发明的另一种方案是在上述方案的基础上，所述电压检测模块包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2；
所述驱动电路包括六个脚，所述主控器包括六个脚，所述霍尔传感器包括一个脚，所述电机包括两个脚，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2、采样电阻R4分别包括两个脚；所述第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4分别包括三个脚；
所述电机功率检测电路连接方式如下：
所述采样电阻R4的第二脚连接到主控器的第四脚，采样电阻R4的第一脚连接到地GND；采样电阻R4的第二脚、第二场效应管Q2的第二脚及第四场效应管Q4的第二脚连接在一起；
所述第一电阻R1的第二脚与所述电机的第一脚连接，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联，所述第一电阻的R1的第一脚与所述第二电阻R2的第二脚及所述第三电阻R3的第一脚连接在一起，所述第三电阻R3的第二脚与所述第一电容C1的第二脚在P1点连接，P1点连接到所述主控器的第五脚，所述第一电容C1的第一脚与地GND连接；
所述第五电阻R5的第二脚与所述电机的第二脚连接，所述第五电阻R5和所述第六电阻R6串联，所述第五电阻的R5的第一脚与所述第六电阻R6的第二脚及所述第七电阻R7的第二脚连接在一起，所述第七电阻R7的第一脚与所述第二电容C2的第二脚在P2点连接，P2点连接到所述主控器的第六脚，所述第二电容C2的第一脚与地GND连接；
所述第一场效应管Q1的第三脚、所述第三场效应管Q3的第三脚一起与电源Vin连接；
所述第一场效应管Q1的第二脚、所述第二场效应管Q2的第三脚共同连接在所述电机的第一脚M1点；
所述第三场效应管Q3的第二脚、所述第四场效应管Q4的第三脚共同连接在所述电机的第二脚M2点；
所述第一场效应管Q1的第一脚与所述驱动电路的第一脚连接；所述第二场效应管Q2的第一脚与所述驱动电路的第二脚连接；所述第三场效应管Q3的第一脚与驱动电路的第三脚连接；所述第四场效应管Q4的第一脚与所述驱动电路的第四脚连接；
所述主控器的第一脚与所述驱动电路的第五脚连接；所述主控器的第二脚与所述驱动电路的第六脚连接；
所述无刷电机功率的检测方法如下：
(1)实时检测电机功率检测电路中P1点、P2点的电压瞬时值，检测方法为：所述主控芯片内部的模数转换器根据所述主控器第五脚输入的信号转换得到P1点的电压值VP1；所述主控芯片内部的模数转换器根据所述主控器(102)第六脚输入的信号转换得到P2点的电压值VP2；
(2)分别计算电机绕组两端点M1、M2的电压瞬时值VM2、VM1，
VM2计算方式如下：
VM2＝IM2*(R5+R6)，IM2＝VP2/R6，
VM2＝VP2/R6*(R5+R6)＝(1+R5/R6)*VP2
VM1计算方式如下：
VM1＝IM1*(R1+R2)，IM1＝VP1/R2，
VM1＝VP1/R2*(R1+R2)＝(1+R1/R2)*VP1
电机绕组的电压瞬时值VMOTOR根据以下公式计算获得：
VMOTOR＝|VM2-VM1|＝|(1+R5/R6)*VP2-(1+R1/R2)*VP1|
(3)实时检测电机的电流瞬时值，检测方法为：经主控器的第四脚通过模数转化，检测得到电阻R4上的电压Vis，根据Iis＝Vis/R4计算得到流过电阻R4的电流瞬时电流值Iis，所述电机绕组的瞬时电流值等于所述流过电阻R4的电流瞬时电流值；
(4)根据所述电机绕组两端的电压瞬时值和所述电机绕组的电流瞬时值计算电机的功率PMOTOR，计算方法为：PMOTOR＝VMOTOR*Iis。
本发明以上技术方案涉及的原理包括：根据串联电路的电流值一样，并联电路的电压值一样，电压＝电流*电阻，电机绕组功率＝电机绕组瞬时电压*电机绕组瞬时电流。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：
(1)实时监测电机的瞬时功率；
(2)消除功率驱动管的功耗和电源的正负极引线电阻对电机功率计算的误差；
(3)实时监测功率驱动管的功耗，以便及时的发现功率驱动管的异常情况，及时排除故障，避免烧坏电机。
附图说明
图1为电机功率检测原理图；
图2为功率检测架构图。
附图标记说明：
101驱动电路
102主控器
103霍尔传感器
104电机
105电压检测模块
106逆变器
R1第一电阻、R2第二电阻、R3第三电阻、R5第五电阻、R6第六电阻、R7第七电阻
C1第一电容、C2第二电容
R4采样电阻
Q1第一场效应管、Q2第二场效应管、Q3第三场效应管、Q4第四场效应管
Vin电源
GND地
具体实施方式
本发明的一个实施例是：
一种无刷电机功率检测方法，采用如图1所示的电机功率检测电路检测和计算获得电机的功率值，所述电机功率检测电路包括驱动电路101、主控器102、霍尔传感器103、电机104、逆变器106、电阻网络、电源Vin、地GND，所述电机104内部包括电机绕组，所述电阻网络包括由多个电阻和电容组成的电压检测模块105和采样电阻R4，所述逆变器106包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4，所述采样电阻R4串联在第二场效应管Q2和第四场效应管Q4与地GND之间；所述主控器102包括主控芯片以及位于所述主控芯片内部的模数转换器；所述电压检测模块105与所述电机104并联，所述主控芯片内部的模数转化器读取采样电阻R4两端的电压Vis，通过计算得到电机绕组的瞬时电流值；所述主控芯片内部的模数转化器读取电机104两端瞬时电压值，通过计算得到电机绕组的瞬时电压值，所述电机绕组的瞬时电压值与所述电机绕组的瞬时电流值相乘计算得到电机的瞬时功率。
进一步的，所述电压检测模块105包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2；
如图1和图2所示，所述驱动电路101包括六个脚，所述主控器102包括六个脚，所述霍尔传感器103包括一个脚，所述电机104包括两个脚，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2、采样电阻R4分别包括两个脚；所述第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4分别包括三个脚；
所述电机功率检测电路连接方式如下：
所述采样电阻R4的第二脚连接到主控器102的第四脚，采样电阻R4的第一脚连接到地GND；采样电阻R4的第二脚、第二场效应管Q2的第二脚及第四场效应管Q4的第二脚连接在一起；
所述第一电阻R1的第二脚与所述电机104的第一脚连接，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联，所述第一电阻的R1的第一脚与所述第二电阻R2的第二脚及所述第三电阻R3的第一脚连接在一起，所述第三电阻R3的第二脚与所述第一电容C1的第二脚在P1点连接，P1点连接到所述主控器102的第五脚，所述第一电容C1的第一脚与地GND连接；
所述第五电阻R5的第二脚与所述电机104的第二脚连接，所述第五电阻R5和所述第六电阻R6串联，所述第五电阻的R5的第一脚与所述第六电阻R6的第二脚及所述第七电阻R7的第二脚连接在一起，所述第七电阻R7的第一脚与所述第二电容C2的第二脚在P2点连接，P2点连接到所述主控器102的第六脚，所述第二电容C2的第一脚与地GND连接；
所述第一场效应管Q1的第三脚、所述第三场效应管Q3的第三脚一起与电源Vin连接；
所述第一场效应管Q1的第二脚、所述第二场效应管Q2的第三脚共同连接在所述电机104的第一脚M1点；
所述第三场效应管Q3的第二脚、所述第四场效应管Q4的第三脚共同连接在所述电机104的第二脚M2点；
所述第一场效应管Q1的第一脚与所述驱动电路101的第一脚连接；所述第二场效应管Q2的第一脚与所述驱动电路101的第二脚连接；所述第三场效应管Q3的第一脚与驱动电路101的第三脚连接；所述第四场效应管Q4的第一脚与所述驱动电路101的第四脚连接；
所述主控器102的第一脚与所述驱动电路101的第五脚连接；所述主控器102的第二脚与所述驱动电路101的第六脚连接；
所述无刷电机功率的检测方法如下：
(1)实时检测电机功率检测电路中P1点、P2点的电压瞬时值，检测方法为：所述主控芯片内部的模数转换器根据所述主控器102第五脚输入的信号转换得到P1点的电压值VP1；所述主控芯片内部的模数转换器根据所述主控器102第六脚输入的信号转换得到P2点的电压值VP2；
(2)分别计算电机绕组两端点M1、M2的电压瞬时值VM2、VM1，
VM2计算方式如下：
VM2＝IM2*(R5+R6)，IM2＝VP2/R6，
VM2＝VP2/R6*(R5+R6)＝(1+R5/R6)*VP2
VM1计算方式如下：
VM1＝IM1*(R1+R2)，IM1＝VP1/R2，
VM1＝VP1/R2*(R1+R2)＝(1+R1/R2)*VP1
电机绕组的电压瞬时值VMOTOR根据以下公式计算获得：
VMOTOR＝|VM2-VM1|＝|(1+R5/R6)*VP2-(1+R1/R2)*VP1|
(3)实时检测电机104的电流瞬时值，检测方法为：经主控器102的第四脚通过模数转化，检测得到电阻R4上的电压Vis，根据Iis＝Vis/R4计算得到流过电阻R4的电流瞬时电流值Iis，所述电机绕组的瞬时电流值等于所述流过电阻R4的电流瞬时电流值；
(4)根据所述电机绕组两端的电压瞬时值和所述电机绕组的电流瞬时值计算电机104的功率PMOTOR，计算方法为：PMOTOR＝VMOTOR*Iis。
进一步的，驱动电路的第一脚为Vgs1，第二脚为Vgs2，第三脚为Vgs3，第四脚为Vgs4，第五脚为为DRV1，第六脚为为DRV1。
进一步的，主控器的第一脚为DRV1，第二脚为DRV2，第三脚与HALL端口(霍尔信号输入口)连接，第四脚与采样电流Is输入端口连接，第五脚为AD1，第六脚为AD2。
所述Vgs指场效应管的栅极驱动电压、DRV指驱动信号，AD1和AD2分别为第一数输入端口和第二模数输入端口。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和变换，应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种无刷电机功率检测方法，采用电机功率检测电路检测和计算获得电机的功率值，其特征在于，所述电机功率检测电路包括驱动电路(101)、主控器(102)、霍尔传感器(103)、电机(104)、逆变器(106)、电阻网络、电源Vin、地GND，所述电机(104)内部包括电机绕组，所述电阻网络包括由多个电阻和电容组成的电压检测模块(105)和采样电阻R4，所述逆变器(106)包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4，所述采样电阻R4串联在第二场效应管Q2和第四场效应管Q4与地GND之间；所述主控器(102)包括主控芯片以及位于所述主控芯片内部的模数转换器；所述电压检测模块(105)与所述电机(104)并联，所述主控芯片内部的模数转化器读取采样电阻R4两端的电压Vis，通过计算得到电机绕组的瞬时电流值；所述主控芯片内部的模数转化器读取电机(104)两端瞬时电压值，通过计算得到电机绕组的瞬时电压值，所述电机绕组的瞬时电压值与所述电机绕组的瞬时电流值相乘计算得到电机的瞬时功率；
所述电压检测模块(105)包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2；
所述驱动电路(101)包括六个脚，所述主控器(102)包括六个脚，所述霍尔传感器(103)包括一个脚，所述电机(104)包括两个脚，所述第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2、采样电阻R4分别包括两个脚；所述第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第三场效应管Q3、第四场效应管Q4分别包括三个脚；
所述电机功率检测电路连接方式如下：
所述采样电阻R4的第二脚连接到主控器(102)的第四脚，采样电阻R4的第一脚连接到地GND；采样电阻R4的第二脚、第二场效应管Q2的第二脚及第四场效应管Q4的第二脚连接在一起；
所述第一电阻R1的第二脚与所述电机(104)的第一脚连接，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2串联，所述第一电阻的R1的第一脚与所述第二电阻R2的第二脚及所述第三电阻R3的第一脚连接在一起，所述第三电阻R3的第二脚与所述第一电容C1的第二脚在P1点连接，P1点连接到所述主控器(102)的第五脚，所述第一电容C1的第一脚与地GND连接；
所述第五电阻R5的第二脚与所述电机(104)的第二脚连接，所述第五电阻R5和所述第六电阻R6串联，所述第五电阻的R5的第一脚与所述第六电阻R6的第二脚及所述第七电阻R7的第二脚连接在一起，所述第七电阻R7的第一脚与所述第二电容C2的第二脚在P2点连接，P2点连接到所述主控器(102)的第六脚，所述第二电容C2的第一脚与地GND连接；
所述第一场效应管Q1的第三脚、所述第三场效应管Q3的第三脚一起与电源Vin连接；
所述第一场效应管Q1的第二脚、所述第二场效应管Q2的第三脚共同连接在所述电机(104)的第一脚M1点；
所述第三场效应管Q3的第二脚、所述第四场效应管Q4的第三脚共同连接在所述电机(104)的第二脚M2点；
所述第一场效应管Q1的第一脚与所述驱动电路(101)的第一脚连接；所述第二场效应管Q2的第一脚与所述驱动电路(101)的第二脚连接；所述第三场效应管Q3的第一脚与驱动电路(101)的第三脚连接；所述第四场效应管Q4的第一脚与所述驱动电路(101)的第四脚连接；
所述主控器(102)的第一脚与所述驱动电路(101)的第五脚连接；所述主控器(102)的第二脚与所述驱动电路(101)的第六脚连接；
所述无刷电机功率的检测方法如下：
(1)实时检测电机功率检测电路中P1点、P2点的电压瞬时值，检测方法为：所述主控芯片内部的模数转换器根据所述主控器(102)第五脚输入的信号转换得到P1点的电压值VP1；所述主控芯片内部的模数转换器根据所述主控器(102)第六脚输入的信号转换得到P2点的电压值VP2；
(2)分别计算电机绕组两端点M1、M2的电压瞬时值VM2、VM1，
VM2计算方式如下：
VM2＝IM2*(R5+R6)，IM2＝VP2/R6，
VM2＝VP2/R6*(R5+R6)＝(1+R5/R6)*VP2
VM1计算方式如下：
VM1＝IM1*(R1+R2)，IM1＝VP1/R2，
VM1＝VP1/R2*(R1+R2)＝(1+R1/R2)*VP1
电机绕组的电压瞬时值VMOTOR根据以下公式计算获得：
VMOTOR＝|VM2-VM1|＝|(1+R5/R6)*VP2-(1+R1/R2)*VP1|
(3)实时检测电机(104)的电流瞬时值，检测方法为：经主控器(102)的第四脚通过模数转化，检测得到电阻R4上的电压Vis，根据Iis＝Vis/R4计算得到流过电阻R4的电流瞬时电流值Iis，所述电机绕组的瞬时电流值等于所述流过电阻R4的电流瞬时电流值；
(4)根据所述电机绕组两端的电压瞬时值和所述电机绕组的电流瞬时值计算电机(104)的功率PMOTOR，计算方法为：PMOTOR＝VMOTOR*Iis。
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