過流保護(hù)自恢復(fù)電路圖（五）

電流采樣及信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)

常用的電流采樣方式有采樣電阻法和霍爾電流互感器法兩種。在采樣電流精度要求不高的場(chǎng)達(dá)母線電流進(jìn)行采樣，然后對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，再將調(diào)理過后的信號(hào)輸入到過流故障保護(hù)電路。本文設(shè)計(jì)了三種過流保護(hù)，分別是瞬時(shí)過流保護(hù)電路、軟件平均電流保護(hù)電路和硬件平均電合下，釆樣電阻法有著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和成本低的優(yōu)勢(shì)。采樣電阻法是在三相全橋電路下橋臂的COM端接一個(gè)高精度電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，通過檢測(cè)采樣電阻的電壓值就可以計(jì)算出此時(shí)三相全橋電路的電流，即馬達(dá)母線電流。在本電路設(shè)計(jì)中，選用了阻值為0.10、精度為1%的電阻作為電流采樣電阻。電流采樣及信號(hào)調(diào)理電路的硬件設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1：電流采樣及信號(hào)調(diào)理電路

在圖1的電路中，采樣電阻的電壓K通過信號(hào)調(diào)理電路放大到1?1.5V之間，輸入微控制器的AD釆用單元。釆樣信號(hào)上疊加了高頻干信號(hào)，特別是由馬達(dá)換相引起的瞬時(shí)尖峰信號(hào)，因此在采樣信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)了低通濾波器，用于吸收采樣電阻的高頻干擾信號(hào)，減小輸入信號(hào)的高頻波動(dòng)。同時(shí)在運(yùn)算放大器的反饋環(huán)節(jié)上設(shè)計(jì)了積分電容，減小高頻增益，穩(wěn)定直流分量，降低高頻干擾信號(hào)對(duì)輸出信號(hào)的影響。

電流保護(hù)電路設(shè)計(jì)

本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)了三種電流保護(hù)電路，分別是軟件平均電流保護(hù)電路、硬件電流保護(hù)電路和瞬時(shí)電流保護(hù)電路。

（1）軟件平均電流保護(hù)電路

微控制器的AD單元對(duì)信號(hào)調(diào)理電路的模擬輸出信號(hào)進(jìn)行周期性的采樣，轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并計(jì)算馬達(dá)母線電流，軟件程序通過滑動(dòng)窗口的方式計(jì)算平均電流，對(duì)母線的平均電流做窗口限制，并進(jìn)行故障處理。

（2）硬件電流保護(hù)電路

硬件電流保護(hù)是通過信號(hào)調(diào)理電路和過流故障保護(hù)電路來實(shí)現(xiàn)的，信號(hào)調(diào)理電路輸出的模擬電壓輸入到過流故障保護(hù)電路，并在過流時(shí)做故障處理。過流故障保護(hù)電路的原理圖如圖2所示。

圖2：過流故障保護(hù)電路

在過流故障保護(hù)電路的設(shè)計(jì)中，比較器輸出端幵漏，其同相輸入端為信號(hào)調(diào)理電路的輸出值，反相輸入端為限流電壓。D觸發(fā)器Q端的輸出信號(hào)用于控制VEE開關(guān)電路的使能與失能。當(dāng)運(yùn)行出現(xiàn)故障導(dǎo)致電流大于限定值時(shí)，限流比較器輸出高電平，在電平的上升沿，D觸發(fā)器的Q端輸出高電平，Q輸出低電平并保持鎖定。M_PTR_OUT控制VEE開關(guān)電路關(guān)閉。

通過調(diào)節(jié)信號(hào)處理電路的濾波電容和積分電容，濾除高頻波動(dòng)信號(hào)，穩(wěn)定直流分量，提升硬件電流保護(hù)性能。

（3）瞬時(shí)電流保護(hù)電路

瞬時(shí)電路保護(hù)電路主要是在運(yùn)行中對(duì)全橋電路的瞬時(shí)電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，減小電路中的高能量尖峰對(duì)全橋MOS管的影響。當(dāng)全橋電路中瞬時(shí)電流高于限定值時(shí)，保護(hù)電路將關(guān)閉6路PWM輸出，并開啟報(bào)警指示燈；當(dāng)高壓瞬時(shí)電流小于限定值時(shí)，將自動(dòng)開啟PWM驅(qū)動(dòng)輸出。瞬時(shí)電流保護(hù)電路如圖3所示。

圖3：瞬時(shí)電流保護(hù)電路的電路

瞬時(shí)過流保護(hù)電路是通過STM32的BREAK功能來實(shí)現(xiàn)的，發(fā)生瞬時(shí)過流時(shí)，比較器輸出反轉(zhuǎn)置高電平，STM32的主輸出使能位MOE被異步清除，關(guān)閉定時(shí)器的互補(bǔ)輸出；當(dāng)瞬時(shí)電流降低后，比較器輸出低電平，BREAK剎車無(wú)效，主輸出使能位MOE將在定時(shí)器的更新事件時(shí)自動(dòng)置1，定時(shí)器的互補(bǔ)輸出恢復(fù)。