專利名稱：一種電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器余電檢測電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及余電檢測技術(shù)，特別是涉及一種電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器余電檢測電路和方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，電動(dòng)車產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，電動(dòng)車以其綠色環(huán)保的優(yōu)勢成為汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向，然而，目前仍有諸多技術(shù)瓶頸制約著電動(dòng)車的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化發(fā)展，其中電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是制約電動(dòng)車發(fā)展的突出因素之一，電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行是影響電動(dòng)車整體性能最關(guān)鍵的因素。在電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主電路中并聯(lián)電容器可以有效保障電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，但由于電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作原理的需要，在工作過程中電容器必須儲(chǔ)存有高電壓、大電荷才能發(fā)揮有效的作用，而這些電荷有可能在電動(dòng)車停止工作時(shí)仍然存在 而嚴(yán)重危及到維修人員的人身安全，因此，對(duì)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中所并聯(lián)的電容器進(jìn)行剩余電量的檢測是非常必要的。經(jīng)過分析，傳統(tǒng)的余電檢測方法是在電容器兩端串聯(lián)數(shù)十千歐姆到數(shù)百千歐姆阻值的電阻和發(fā)光二級(jí)管，當(dāng)電容器殘留有余電時(shí)，電容器中的電量驅(qū)動(dòng)發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，警示操作人員，而為了增強(qiáng)直觀性和方便性，諸如發(fā)光二級(jí)管類的提示裝置大多數(shù)都安裝在控制器外殼上，這樣就將電容器兩端的強(qiáng)電直接引到了控制器表面，嚴(yán)重危及了人身與車輛安全，并且這種傳統(tǒng)檢測方式的穩(wěn)定性較差，無法準(zhǔn)確檢測到電容器中所殘留的余電，而經(jīng)過檢索，目前還沒有對(duì)電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的電容器的余電進(jìn)行安全準(zhǔn)確檢測的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器余電檢測電路和方法，采用了電氣隔離的方式采集電容器兩端的電壓，并采用MCU (微處理單元)對(duì)采集到的信號(hào)快速的進(jìn)行處理和邏輯判斷，并以電氣隔離的方式輸出提示信號(hào)表示電容的余電是否在安全范圍以內(nèi)，可以有效準(zhǔn)確可靠地檢測電容器中殘留的高壓余電，有效降低其對(duì)人身及車輛的危害性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
一種電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器余電檢測電路，其特征在于包括
電壓傳感器，連接于電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的主電路電容器的兩端之間，用于采集電容器兩端的電壓，并將采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行線性變換為電流信號(hào)，輸出電流信號(hào)；
調(diào)理電路，與電壓傳感器連接，用于將電壓傳感器輸出的電流信號(hào)進(jìn)行線性變換和偏置處理并轉(zhuǎn)換成可供MCU可采集處理的電壓信號(hào)；
MCU，與調(diào)理電路連接，用于采集調(diào)理電路輸出的電壓信號(hào)，并對(duì)采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理和邏輯判斷，輸出控制信號(hào)；
提示裝置，安裝于電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的外殼上，與MCU連接，用于接收MCU輸出的控制信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析，輸出提示信號(hào)。
所述電壓傳感器包括輸入電阻、初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，輸入電阻連接在初級(jí)線圈上，傳感器輸入電壓加在輸入電阻和初級(jí)線圈兩端產(chǎn)生輸入電流，次級(jí)線圈中感應(yīng)出輸出電流，輸入電流值和輸出電流值之間成線性關(guān)系，輸入電流和輸出電流之間電氣隔離。所述調(diào)理電路包括線性變換電路和偏置電路，線性變換電路與電壓傳感器的次級(jí)線圈相連組成次級(jí)回路，線性變換電路將次級(jí)線圈中的輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并進(jìn)行合適比例的調(diào)整，次級(jí)回路輸出電壓再經(jīng)過偏置電路處理后變換為MCU可采集處理的低壓信號(hào)；或者將偏置電路與電壓傳感器的次級(jí)線圈相連組成次級(jí)回路，偏置電路將次級(jí)線圈中的輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并進(jìn)行合適的偏置調(diào)整，次級(jí)回路輸出電壓再經(jīng)過線性變換電路線性調(diào)整處理后變換為MCU可采集處理的低壓信號(hào)，即調(diào)理電路輸出電壓為線性變換電路產(chǎn)生的電壓與偏置電路產(chǎn)生的偏置電壓之和。調(diào)理電路輸出電壓與次級(jí)線圈輸出電流的關(guān)系由調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)形式和阻抗特性決定。所述MCU包括一階低通濾波器和邏輯判斷模塊，一階低通濾波器對(duì)調(diào)理電路的輸出電壓進(jìn)行濾波處理，然后通過邏輯判斷模塊對(duì)濾波后的電壓值進(jìn)行比較判斷，MCU根據(jù)判 斷結(jié)構(gòu)輸出高電平或低電平。所述提示裝置的工作狀態(tài)由MCU輸出的電平狀態(tài)決定當(dāng)MCU輸出為低電平時(shí)，提示裝置警示燈工作，以警示操作人員電容器的余電處于危險(xiǎn)狀態(tài)；當(dāng)MCU輸出為高電平時(shí)，提示裝置警示燈不工作，以提示操作人員電容器的余電處于安全狀態(tài)。和上述電路對(duì)應(yīng)的電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器余電檢測方法，其特征在于首先對(duì)電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的主電路電容器的兩端的電壓進(jìn)行采集，將采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行線性變化成輸入電流信號(hào)，將該輸入電流信號(hào)隔離變換成輸出電流信號(hào)，然后對(duì)輸出電流信號(hào)進(jìn)行線性變換和偏置處理得到低壓信號(hào)，該低壓信號(hào)依次經(jīng)過濾波處理和邏輯判斷，最后根據(jù)判斷結(jié)果輸出警示信號(hào)。 所述采集是通過電壓傳感器來進(jìn)行采集的，將電壓傳感器并聯(lián)在電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器主電路上的電容器兩端，電容器兩端的電壓Uin通過輸入電阻Rin和電壓傳感器的初級(jí)線圈后形成初級(jí)回路，產(chǎn)生輸入電流信號(hào)iin=uin/rin，電壓傳感器將初級(jí)回路中的輸入電流信號(hào)Iin進(jìn)行線性隔離變換，形成次級(jí)線圈的輸出電流信號(hào)V Ifk1Ira，其中Ic1為電容器兩端的電壓Uin與次級(jí)線圈的輸出電流信號(hào)Itj的線性比例，Ic1由輸入電阻Rin的電阻值和初級(jí)線圈、次級(jí)線圈的變比決定。所述對(duì)輸出電流信號(hào)進(jìn)行線性變換和偏置處理是指將輸出電流信號(hào)Itj流經(jīng)包括電流傳感器的次級(jí)線圈和調(diào)理電阻R1的次級(jí)回路，產(chǎn)生電壓U1=ItjR1,電壓U1再經(jīng)過縮放和偏置處理后變換為低壓信號(hào)，即調(diào)理電路輸出電壓為電阻R1產(chǎn)生的電壓經(jīng)縮放后與偏置電路產(chǎn)生的偏置電壓之和。調(diào)理電路輸出電壓與次級(jí)線圈輸出電流的關(guān)系由調(diào)理電路的結(jié)構(gòu)形式和阻抗特性決定。所述對(duì)低壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理是采用MCU的一階低通濾波器實(shí)現(xiàn)，其中所述一階低通濾波器的濾波時(shí)間常數(shù)需根據(jù)實(shí)際輸入信號(hào)的情況進(jìn)行調(diào)整。在確定低通濾波器濾波時(shí)間常數(shù)時(shí)，可以對(duì)實(shí)際的輸入信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，根據(jù)輸入信號(hào)中含有的諧波成分選擇適合的濾波時(shí)間常數(shù)實(shí)現(xiàn)濾波環(huán)節(jié)。所述邏輯判斷是設(shè)置一個(gè)電壓的設(shè)定值V0，然后將濾波處理后的電壓信號(hào)值Vl與設(shè)定值VO進(jìn)行比較，比較的原則是若Vl 3V0，則表示電容器兩端電壓大于人身及設(shè)備安全電壓設(shè)定值，即電容器中的余電超出了規(guī)定的安全范圍，輸出低電平；
若Vl <vo，則表示電容器兩端電壓小于人身及設(shè)備安全電壓設(shè)定值，及電容器中的余電在規(guī)定的安全范圍以內(nèi)，輸出高電平。當(dāng)根據(jù)邏輯判斷得到電容器中的余電超出了規(guī)定的安全范圍，輸出低電平時(shí)，則會(huì)輸出警示信號(hào)，通過提示裝置實(shí)現(xiàn)的。本發(fā)明的有益效果是
1.在安全性方面，提高了控制器對(duì)維護(hù)人員的警示作用；在采集和輸出的過程中均采用了電氣隔離，有效提高了電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)電氣危險(xiǎn)的監(jiān)測能力；
2.在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上，拓寬了適用的余電電壓檢測范圍，通過調(diào)整初級(jí)回路中的輸入電阻和電壓傳感器初次級(jí)線圈的變比可有效調(diào)節(jié)余電電壓的檢測范圍；
3.采集信號(hào)傳輸?shù)妮d體選用電流信號(hào)，輸出信號(hào)采用低電平有效的方式，有效提高了電動(dòng)車強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的信號(hào)質(zhì)量，提高了抗干擾能力；
4.對(duì)MCU采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行了濾波處理，提高了信號(hào)采集的真實(shí)度和精確度；
5.采用了簡單的電路形式和少量的電子器件，僅占用MCU兩個(gè)I/O(輸入輸出)端口，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性高；
6.將不可見的電容器余電直接轉(zhuǎn)化為可見的警示燈形式，極大方便了操作人員的觀察，較為直觀。


圖I是本發(fā)明的檢測電路示意圖 圖2是本發(fā)明的提示裝置電路示意圖 圖3是本發(fā)明的邏輯判斷流程圖
圖4是本發(fā)明的邏輯判斷結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I
如圖I所示，并聯(lián)在主電路上的電容器兩端電壓Uin的變化范圍為(T600VDC，施加在輸入電阻RIN=300kQ后，在電壓傳感器的初級(jí)回路產(chǎn)生的電流Iin為(T2mA，電壓傳感器初次級(jí)線圈變比為2. 5，即k1=2. 5，次級(jí)線圈中的輸出電流It/變化范圍為0飛mA，次級(jí)線圈中的輸出電流Itj流經(jīng)次級(jí)回路中的調(diào)理電阻R1=SOOQ，產(chǎn)生的電壓U1為(T2. 5V，調(diào)理電路將電壓U1經(jīng)過偏置調(diào)節(jié)后轉(zhuǎn)換為MCU可采集的合適的范圍0. 3疒2. 8V，即偏置電路的偏置電壓U3=O. 3V。如圖2所示，MCU與提示裝置之間的信號(hào)傳輸采用隔離的方式，提示裝置的供電也采用與MCU供電隔離的電源，從而實(shí)現(xiàn)提示裝置與MCU的完全電氣隔離。如圖3所示，MCU采集到電壓信號(hào)U2后進(jìn)行濾波和數(shù)據(jù)運(yùn)算，并將濾波處理后的信號(hào)值V1與設(shè)定值Vtl=O. 45進(jìn)行比較。如圖4所示，邏輯判斷結(jié)果為
若V1 > V0,即當(dāng)Uin ^ U00時(shí)(設(shè)定值U0對(duì)應(yīng)的電容器兩端電壓)時(shí)，則MCU輸出低電平，警告輸出；
若V1 < Vtl,即當(dāng)Uin < Ucici時(shí)，則MCU輸出高電平，不輸出警告。對(duì)于提示裝置的工作狀態(tài)為
當(dāng)Uin ^ U00 (設(shè)定值Vtl對(duì)應(yīng)的電容器兩端電壓)時(shí)，提示裝置低有效；警示燈發(fā)光，提示操作人員余電狀態(tài)處于危險(xiǎn)狀態(tài)；
當(dāng)Uin < U00時(shí)，提示裝置高電平關(guān)斷，警示燈熄滅，提示操作人員電容器中的余電在規(guī)定的安全范圍以內(nèi)。實(shí)施例2
如圖I所示，并聯(lián)在主電路上的電容器兩端電壓Uin的變化范圍為(T1000V，施加在輸 入電阻Rra=IOOkQ后，在電壓傳感器的初級(jí)回路產(chǎn)生的電流1 為(TlOmA，電壓傳感器初次級(jí)線圈變比為2，即k1=2，次級(jí)線圈中的輸出電流Itj變化范圍為(T20mA，次級(jí)線圈中的輸出電流Itj流經(jīng)次級(jí)回路中的調(diào)理電阻R1=IOO Q，產(chǎn)生的電壓U1為0 2V，偏置電路產(chǎn)生的為0. 2V，即偏置電路輸出電壓范圍為0. 2 2. 2V，偏置電路的輸出電壓經(jīng)線性變換電路2倍放大后輸出電壓為MCU可采集的合適的范圍0. 4疒4. 4V。如圖2所示，MCU與提示裝置之間的信號(hào)傳輸采用隔離的方式，提示裝置的供電也采用與MCU供電隔離的電源，從而實(shí)現(xiàn)提示裝置與MCU的完全電氣隔離。如圖3所示，MCU采集到電壓信號(hào)U2后進(jìn)行濾波和數(shù)據(jù)運(yùn)算，并將濾波處理后的信號(hào)值V1與設(shè)定值Vtl=O. 42進(jìn)行比較。如圖4所示，邏輯判斷結(jié)果為
若V1 > V0,即當(dāng)Uin ^ U00時(shí)(設(shè)定值U0對(duì)應(yīng)的電容器兩端電壓)時(shí)，則MCU輸出低電平，警告輸出；
若V1 < Vtl,即當(dāng)Uin < Ucici時(shí)，則MCU輸出高電平，不輸出警告。對(duì)于提示裝置的工作狀態(tài)為
當(dāng)Uin ^ U00 (設(shè)定值Vtl對(duì)應(yīng)的電容器兩端電壓)時(shí)，提示裝置低有效；警示燈發(fā)光，提示操作人員余電狀態(tài)處于危險(xiǎn)狀態(tài)；
當(dāng)Uin < U00時(shí)，提示裝置高電平關(guān)斷，警示燈熄滅，提示操作人員電容器中的余電在規(guī) 定的安全范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器余電檢測電路，其特征在于包括 電壓傳感器，連接于電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的主電路電容器的兩端之間，用于采集電容器兩端的電壓，并將采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行線性變換為電流信號(hào)，輸出電流信號(hào)； 調(diào)理電路，與電壓傳感器連接，用于將電壓傳感器輸出的電流信號(hào)進(jìn)行線性變換和偏置處理并轉(zhuǎn)換成MCU可采集處理的電壓信號(hào)； MCU，與調(diào)理電路連接，用于采集調(diào)理電路輸出的電壓信號(hào)，并對(duì)采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理和邏輯判斷，輸出控制信號(hào)； 提示裝置，安裝于電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的外殼上，與MCU連接，用于接收MCU輸出的控制信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行解析，輸出提示信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于所述電壓傳感器包括輸入電阻、初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，輸入電阻連接在初級(jí)線圈上，傳感器輸入電壓加在輸入電阻和初級(jí)線圈兩端 產(chǎn)生輸入電流，次級(jí)線圈中感應(yīng)出輸出電流，輸入電流值和輸出電流值之間成線性關(guān)系，輸入電流和輸出電流之間電氣隔離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其特征在于所述調(diào)理電路包括線性變換電路和偏置電路，線性變換電路與電壓傳感器的次級(jí)線圈相連組成次級(jí)回路，線性變換電路將次級(jí)線圈中的輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并進(jìn)行合適比例的調(diào)整，次級(jí)回路輸出電壓再經(jīng)過偏置電路處理后變換為MCU可采集處理的低壓信號(hào)；或者將偏置電路與電壓傳感器的次級(jí)線圈相連組成次級(jí)回路，偏置電路將次級(jí)線圈中的輸出電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，并進(jìn)行合適的偏置調(diào)整，次級(jí)回路輸出電壓再經(jīng)過線性變換電路線性調(diào)整處理后變換為MCU可采集處理的低壓信號(hào)，即調(diào)理電路輸出電壓為線性變換電路產(chǎn)生的電壓與偏置電路產(chǎn)生的偏置電壓之和。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或3所述的電路，其特征在于所述MCU包括一階低通濾波器和邏輯判斷模塊，一階低通濾波器對(duì)調(diào)理電路的輸出電壓進(jìn)行濾波處理，然后通過邏輯判斷模塊對(duì)濾波后的電壓值進(jìn)行比較判斷，MCU根據(jù)判斷結(jié)構(gòu)輸出高電平或低電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電路，其特征在于所述提示裝置的工作狀態(tài)由MCU輸出的電平狀態(tài)決定當(dāng)MCU輸出為低電平時(shí)，提示裝置警示燈工作；當(dāng)MCU輸出為高電平時(shí)，提示裝置警示燈不工作。
6.一種電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器余電檢測方法，其特征在于首先對(duì)電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器的主電路電容器的兩端的電壓進(jìn)行采集，將采集到的電壓信號(hào)進(jìn)行線性變化成輸入電流信號(hào)，將該輸入電流信號(hào)隔離變換成輸出電流信號(hào)，然后對(duì)輸出電流信號(hào)進(jìn)行線性變換和偏置處理后得到低壓信號(hào)，該低壓信號(hào)依次經(jīng)過濾波處理和邏輯判斷，最后根據(jù)判斷結(jié)果輸出警不彳目號(hào)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述采集是通過電壓傳感器來進(jìn)行采集的，將電壓傳感器并聯(lián)在電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器主電路上的電容器兩端，電容器兩端的電壓Uin通過輸入電阻Rin和電壓傳感器的初級(jí)線圈后形成初級(jí)回路，產(chǎn)生輸入電流信號(hào)Iin=Uin/Rin,電壓傳感器將初級(jí)回路中的輸入電流信號(hào)Iin進(jìn)行線性隔離變換，形成次級(jí)線圈的輸出電流信號(hào)V Ifk1 Iin，其中Ic1為電容器兩端的電壓Uin與次級(jí)線圈的輸出電流信號(hào)Itj的線性比例，k:由輸入電阻Rin的電阻值和初級(jí)線圈、次級(jí)線圈的變比決定。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述對(duì)輸出電流信號(hào)進(jìn)行線性變換和偏置處理是指將輸出電流信號(hào)Itj流經(jīng)包括電流傳感器的次級(jí)線圈和調(diào)理電阻&的次級(jí)回路，產(chǎn)生電壓U1=ItjR1,電壓U1再經(jīng)過偏置處理后變換為低壓信號(hào)，即調(diào)理電路輸出電壓為電阻R1產(chǎn)生的電壓與偏置電路產(chǎn)生的偏置電壓之和。
9.根據(jù)權(quán)利要求6或8所述的方法，其特征在于所述對(duì)低壓信號(hào)進(jìn)行濾波處理是采用MCU的一階低通濾波器實(shí)現(xiàn)，其中所述一階低通濾波器的濾波時(shí)間常數(shù)需根據(jù)實(shí)際輸入信號(hào)的情況進(jìn)行調(diào)整。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于所述邏輯判斷是設(shè)置一個(gè)電壓的設(shè)定值V0，然后將濾波處理后的電壓信號(hào)值Vl與設(shè)定值VO進(jìn)行比較，比較原則如下 若Vl > V0，則表示電容器兩端電壓大于人身及設(shè)備安全電壓設(shè)定值，即電容器中的余電超出了規(guī)定的安全范圍，輸出低電平； 若Vl < V0，則表示電容器兩端電壓小于人身及設(shè)備安全電壓設(shè)定值，即電容器中的余電在規(guī)定的安全范圍以內(nèi)，輸出高電平；當(dāng)根據(jù)邏輯判斷得到電容器中的余電超出了規(guī)定的安全范圍，輸出低電平時(shí)，則會(huì)輸出警示信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明涉及余電檢測技術(shù)，特別涉及一種電動(dòng)車電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器余電檢測電路和方法，該電路包括電壓傳感器，調(diào)理電路、MCU和提示裝置，電壓傳感器與調(diào)理電路連接，調(diào)理電路與MCU連接，MCU連接有提示裝置，通過電壓傳感器的電氣隔離方式采集電容器兩端的電壓，并采用MCU對(duì)采集到的信號(hào)快速的進(jìn)行處理和邏輯判斷，并以電氣隔離的方式輸出提示信號(hào)表示電容的余電是否在安全范圍以內(nèi)；本發(fā)明可以有效準(zhǔn)確可靠地檢測電容器中殘留的高壓余電，拓寬了適用的余電電壓檢測范圍，抗干擾能力較高，結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用性高，有效降低其對(duì)人身及車輛的危害性。
文檔編號(hào)G01R27/26GK102749494SQ20121022180
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月1日
發(fā)明者任亞輝, 張登, 蒲曉珉, 鄭剛 申請人:中國東方電氣集團(tuán)有限公司