一种电机驱动电路、系统和方法

技术领域

本发明涉及电机控制领域，尤其涉及一种电机驱动电路、系统和方法。

背景技术

由于具有较高的功率密度和控制性能，伺服电机被广泛应用于工业、商业及民用领域，数控机床、机器人、电动汽车、轨道交通以及各种家用电器上均可以看到伺服电机的身影。伺服电机的控制性能与伺服驱动器控制算法息息相关，目前广泛应用的是矢量控制算法，其核心在于控制电机的定子电流。因此伺服驱动器的电流采样精度对于伺服电机的控制性能至关重要。

为了获得准确的电机三相电流值，电流传感器以及对应的模拟信号调理电路、AD转换模块必不可少。由于实际电路中即使相同型号的器件也不能保证特性、参数完全一致，导致电机各相采样电路得到的采样电流增益比例不一致，即存在增益误差。增益误差会引入转矩二次基波频率波动，偏移误差会引入转矩一次基波频率波动，导致电机转矩和转速波动增大。

发明内容

鉴于此，本发明公开了一种电机驱动电路、系统和方法，用以解决现有伺服驱动器采用多电流采样电路对伺服电机相电流进行采样时，因器件一致性问题造成各相采样电路对采样电流信号的增益不一致，导致转矩引入二倍基波频率波动的问题。

本发明为实现上述的目标，采用的技术方案是：

本发明第一方面公开了一种电机驱动电路，该电机驱动电路包括：

逆变电路，逆变电路的输入端连接母线；

电压采样电路，连接在母线正、负极之间；

两个电流采样电路，分别连接在逆变电路的U、V、W三相输出端的任意两相输出端上；

动态制动电路，包括：电阻R

控制器，与电压采样电路、两个电流采样电路和动态制动电路分别连接，控制器被设计为：

当电路用于误差标定时，控制动态制动电路，使两个电流采样电路、电阻R

获取电压采样电路采集的母线电压、两个电流采样电路分别采集的第一检测电流和第二检测电流；

根据母线电压、电阻R

根据实际电流I

进一步可选地，两个电流采样电路分别连接在U相输出端、V相输出端；

动态制动电路，还包括：开关K1、开关K2和开关K3，开关K1和电阻R

控制动态制动电路，使两个电流采样电路、电阻R

控制开关K1闭合、开关K2断开，开关K3断开，使两个电流采样电路、电阻R

进一步可选地，根据实际电流I

I

G

G

其中，G

进一步可选地，控制器还被设计为：

在电机进行动态制动时，控制开关K1、开关K2和开关K3均闭合；以及

在电机正常运行过程中，控制开关K1、开关K2均断开，控制开关K3闭合。

进一步可选地，在电机正常运行过程中，控制器还被设计为：

获取两个电流采样电路采集的第一检测电流I

根据第一检测电流I

进一步可选地，两个电流采样电路分别连接在U相输出端、V相输出端；根据第一检测电流I

I

I

I

其中，I

进一步可选地，电压采样电路包括：至少一个采样电阻、第一调理电路和第一A/D转换电路，通过至少一个采样电阻采集的母线电压经第一调理电路、第一A/D转换电路输出至控制器。

进一步可选地，至少一个采样电阻包括电阻R1和电阻R2；

第一调理电路包括电阻R3、电阻R4和比较器，其中电阻R3的一端与电阻R1和电阻R2的公共端连接，R3的另一端与比较器的第一输入端连接，比较器的第二输入端接地，比较器的输出端与第一A/D转换电路连接，电阻R4连接在比较器的第一输入端与比较器的输出端。

进一步可选地，每个电流采样电路均包括：电流传感器、第二调理电路和第二A/D转换电路，经电流传感器采集的电流经第二调理电路、第二A/D转换电路输出至控制器。

本发明第二方面公开了一种电机控制系统，系统包括第一方面中任一项所提供的电机驱动电路。

本发明第三方面公开了一种用于第一方面中任一项所提供的电机驱动电路的控制方法，方法包括：

当电路用于误差标定时，控制动态制动电路，使两个电流采样电路、电阻R

获取电压采样电路采集的母线电压、两个电流采样电路分别采集的第一检测电流和第二检测电流；

根据母线电压、电阻R

根据实际电流I

有益效果：本发明使用母线电压采样电路、动态制动电路将两相电流传感器置于同一回路，通过测量该回路电流进行简单运算即可完成误差标定，能够有效的矫正采样电路的增益误差，减小伺服电机的转矩波动和转速波动。在驱动器内部即可完成误差矫正，不需要使用额外的设备，方便快捷，节约成本。进而可以在驱动器运行时将各相采样电路增益比例调整一致矫正采样电路的增益误差。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施例，本发明公开的上述和其它目标、特征及优点将变得更加显而易见。下面描述的附图仅仅是本发明公开的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示例性地示出了根据本发明一种实施例的电机驱动电路的结构示意图。

图2示例性地示出了根据本发明一种实施例的电压采样电路的结构示意图。

图3示例性地示出了根据本发明一种实施例的动态制动电路的结构示意图。

图4示例性地示出了根据本发明一种实施例的U相电流采样电路的结构示意图。

图5示例性地示出了根据本发明一种实施例的控制方法的流程示意图。

图6示例性地示出了根据本发明一种实施例的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

为解决现有伺服驱动器采用多电流采样电路对伺服电机相电流进行采样时，因器件一致性问题造成各相采样电路对采样电流信号的增益不一致，导致转矩引入二倍基波频率波动的问题，本发明实施例公开了一种电机驱动电路、系统和方法，通过复用母线电压采样电路、动态制动电路将两相电流传感器置于同一回路，测量该回路电流进行简单运算即可完成误差标定，进而可以在驱动器运行时将各相采样电路增益比例调整一致矫正采样电路的增益误差。

结合图1，本实施例的电机驱动电路包括：

逆变电路，逆变电路的输入端连接母线；

电压采样电路，连接在母线正、负极之间；

两个电流采样电路，分别连接在逆变电路的U、V、W三相输出端的任意两相输出端上；

动态制动电路，包括：电阻R

控制器，与电压采样电路、两个电流采样电路和动态制动电路分别连接，控制器被设计为：

当电机驱动电路用于误差标定时，控制动态制动电路，使两个电流采样电路、电阻R

获取电压采样电路采集的母线电压、两个电流采样电路分别采集的第一检测电流和第二检测电流；

根据母线电压、电阻R

根据实际电流I

本实施例的电机驱动电路主要包括电压采样电路、动态制动电路、两个电流采样电路。电压采样电路用于测量母线电压，为电机驱动电路提供精确的母线电压值，以及母线过压、欠压保护。本实施例中精确的母线电压值还用来计算流经任意两相电流传感器的电流。动态制动电路用于电机制动时电机线圈中储存能量的释放。本实施例中动态制动电路还为产生校准电流提供必要的电阻。

本实施例的电机驱动电路，使用母线电压采样电路、动态制动电路将两相电流传感器置于同一回路，通过测量该回路电流进行简单运算即可完成误差标定，能够有效的矫正采样电路的增益误差，减小伺服电机的转矩波动和转速波动。在驱动器内部即可完成误差矫正，不需要使用额外的设备，方便快捷，节约成本。进而可以在驱动器运行时将各相采样电路增益比例调整一致矫正采样电路的增益误差。

优选地，如图1所示，两个电流采样电路分别连接在U相输出端、V相输出端；

结合图3，动态制动电路，还包括：开关K1、开关K2和开关K3，开关K1和电阻R

控制动态制动电路，使两个电流采样电路、电阻R

控制开关K1闭合、开关K2断开，开关K3断开，使两个电流采样电路、电阻R

本实施例复用伺服驱动器动态制动及母线采样电路，通过采样和计算，在驱动器内部对电流采样电路进行离线标定，从而矫正电流采样电路的增益误差。在驱动器内部即可完成误差矫正，不需要使用额外的设备，方便快捷，节约成本。且这样的动态制动所用元器件最少，进一步节约成本。

可选地，两个电流采样电路分别连接在V相输出端、W相输出端，则开关K3设置在V相输出端或W相输出端，此时两个电流采样电路和电阻R

可选地，两个电流采样电路分别连接在U相输出端、W相输出端，则开关K3设置在U相输出端或W相输出端，此时两个电流采样电路和电阻R

可选地，动态制动电路还包括电阻R

进一步，根据实际电流I

I

G

G

其中，G

进一步，控制器还被设计为：

在电机进行动态制动时，控制开关K1、开关K2和开关K3均闭合；以及，在电机正常运行过程中，控制开关K1、开关K2均断开，控制开关K3闭合。

进一步，在电机正常运行过程中，控制器还被设计为：

获取两个电流采样电路采集的第一检测电流I

根据第一检测电流I

进一步，两个电流采样电路分别连接在U相输出端、V相输出端；根据第一检测电流I

I

I

I

其中，I

进一步，电压采样电路包括：至少一个采样电阻、第一调理电路和第一A/D转换电路，通过至少一个采样电阻采集的母线电压经第一调理电路、第一A/D转换电路输出至控制器。

可选地，结合图2，至少一个采样电阻包括电阻R1和电阻R2；

第一调理电路包括电阻R3、电阻R4和比较器U1，其中电阻R3的一端与电阻R1和电阻R2的公共端连接，R3的另一端与比较器U1的第一输入端连接，比较器U1的第二输入端接地，比较器U1的输出端与第一A/D转换电路连接，电阻R4连接在比较器的第一输入端与比较器U1的输出端。

进一步，每个电流采样电路均包括：电流传感器、第二调理电路和第二A/D转换电路，经电流传感器采集的电流经第二调理电路、第二A/D转换电路输出至控制器。

进一步，结合图4，第二调理电路包括电阻R5、电阻R6和比较器U2，其中电阻R5的一端与电流传感器连接，R5的另一端与比较器U2的第一输入端连接，比较器U2的第二输入端接地，比较器U2的输出端与第二A/D转换电路连接，电阻R6连接在比较器U2的第一输入端与比较器U2的输出端。

本实施例第二方面公开了一种电机控制系统，系统包括第一方面中任一项所提供的电机驱动电路。

本实施例第三方面公开了一种用于第一方面中任一项所提供的电机驱动电路的控制方法，如图6所示，该方法包括S1～S4，其中：

S1，当电机驱动电路用于误差标定时，控制动态制动电路，使两个电流采样电路、电阻R

S2，获取电压采样电路采集的母线电压、两个电流采样电路分别采集的第一检测电流和第二检测电流；

S3，根据母线电压、电阻R

S4，根据实际电流I

下面结合图1-图5对本实施例提供的电机驱动电路、系统和方法进一步详述：

如图1所示，本实施例主要包括母线电压采样电路、动态制动电路、电流采样电路。母线电压采样电路用于测量母线电压，为伺服驱动器提供精确的母线电压值，以及母线过压、欠压保护。在本实施例中，精确的母线电压值还用来计算流经U、V相电流传感器的电流。动态制动电路用于电机制动时电机线圈中储存能量的释放。本实施例中动态制动电路还为产生校准电流提供必要的电阻。本实施例中电流采样电路采集U、V两相电流，利用I

图2为母线电压采样电路示意图，母线采样电路分为母线采样、运放调理及AD转换三个部分。母线采样部分使用精密电阻分压，随后通过运放进行调理，调理完毕送至AD进行转换后送至MCU处理。图3为动态制动电路示意图，K1、K2、K3为开关管或继电器，R

在进行误差矫正前，需要先获取误差矫正系数，图5为误差矫正系数获取的流程图。首先MCU控制图3所示电路中K1闭合，K2、K3断开，U相桥臂上管和V相桥臂下管导通，使母线、U相桥臂上管和V相桥臂下管、U相和V相电流传感器、R

本实施例能够复用母线电压采样电路、动态制动电路，通过控制动态制动电路将两相电流传感器置于同一回路，通过测量该回路电流进行简单运算即可完成误差标定，能够有效的矫正采样电路的增益误差，减小伺服电机的转矩波动和转速波动。在驱动器内部即可完成误差矫正，不需要使用额外的设备，方便快捷，节约成本。进而可以在驱动器运行时将各相采样电路增益比例调整一致矫正采样电路的增益误差。

在本发明提供的不同实施例中，对于相同参数、名词、逻辑等应当理解为统一的含义，本申请对此不刻意在每个实施例中进行重复说明。

以上具体示出和描述了本公开的示例性实施例。应理解的是，本公开不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本公开意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。