技术领域
[0001] 本
发明涉及一种电机内部的检测电路，尤其涉及一种直流无刷电机母线电流换相时刻的检测电路。
背景技术
[0002] 直流无刷电机是随着电
力电子技术和高性能永磁材料而迅速发展并得到广泛应用的新机种。无刷直流电机不仅保持了传统直流
电动机良好的动、静态调速的特性,而且具有交流电机结构简单,运行可靠,易于控制,维护方便,寿命长等优点。它的应用从最初的军事工业,向航空航天、信息、家电、医疗等领域迅速发展。在医疗行业使用以无刷直流电机
涡轮供气，不仅可以大幅度缩小气源的体积，节省
能源，降低成本，还可以对涡轮进行准确可靠的控制，从而获得稳定的气流与压力。
[0003] 以三相全桥驱动方式下的三相无刷直流电机为例，其采用两项导通的工作方式，正常运行时，无刷直流电机在两相导通状态和换相过程之间不断切换。一般两相导通持续时间较长；换相过程虽然持续时间较短，但也对电机的性能产生了重要的作用。由无刷直流电机的电磁转矩方程可知，影响电磁转矩的因素主要有相电流及相反电动势。在换相过程中，相反电动势受磁漏等因素的影响，同时相反电动势又影响着相电流。因此，通过检测与分析直流无刷电机换相过程中相电流的变化情况，可以达到分析电磁转矩的目的。
[0004] 在通常的电机控制使用中，只对母线电流进行监测，得到的平均电流作为电机的控制输入变量，不考虑电机换相时刻的母线电流变化。实际上，直流无刷电机换相过程中电流变化直接影响到母线电流，通过检测母线电流的变化，就可以反映出电机换相时刻的相电流变化，从而间接的得到电机相电流的变化。在麻醉机通气的过程中，需要电机平稳运转，转速不能有剧烈的变化；从而使麻醉机提供稳定的通气流速。
现有技术无法对母线电流换相时刻的变化进行检测。
发明内容
[0005] 本发明提供一种直流无刷电机母线电流换相时刻的检测电路，其目的在于解决现有技术中无法对母线电流换相时刻的变化进行检测的
缺陷。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0007] 一种无刷直流电机母线电流换相时刻的检测电路，包括：用于
采样电流的母线电流采样电路，用于对母线电流
波形进行微分的母线电流微分电路，用于将母线电流换相时刻的过零点转化为数字脉冲
信号的
迟滞比较电路；
[0008] 所述的母线电流采样电路包括第一反相运放、第二反相运放、第一
负反馈电路和第二负反馈电路；
[0009] 所述的第一负反馈电路的两端分别与所述第一反相运放的输出端和所述第一反相运放
反相输入端连接；所述第二负反馈电路的两端分别与所述第二反相运放的输出端和第二反相运放反相输入端连接；所述第一反相运放的输出端与第二反相运放的反向输入端连接；
[0010] 所述母线电流采样电路中采样
电阻两端分别与第一反相运放的反相输入端和第二反相运放的反相输入端连接；
[0011] 所述母线电流微分电路包括第三反相运放、第三负反馈电路；
[0012] 所述迟滞比较电路包括第四反相运放、第四负反馈电路、第五正反馈电路；
[0013] 所述第三负反馈电路的两端分别于所述第三反相运放的输出端和所述第三反相运放的反相输入端连接；所述第四反馈电路的两端分别与所述第四反相运放的输出端和第四反相运放反相输入端连接；所述第五正反馈电路的两端分别于所述第四反相运放的输出端和第四反相运放的正向输入端连接；所述第三反相运放的输出端与第四运放的反相输入端连接；
[0014] 所述第二反相运放的输出端与第三反相运放的输入端连接。
[0015] 进一步的，所述母线电流采样电路中还包括第一电阻和第二电阻，且母线电流采样电路中的第一反相运放的反相输入端与第一电阻的一端连接，第一电阻的另一端与采样电阻一端连接；母线电流采样电路中的第二反相运放的反相输入端与第二电阻的一端连接，第二电阻的另一端与采样电阻的另一端连接。
[0016] 进一步的，所述母线电流采样电路中还包括第三电阻，且母线电流采样电路中的第一反相运放的输出端与第三电阻的一端连接，第三电阻的另一端与母线电流采样电路中第二反相运放的反相输入端连接。
[0017] 进一步的，所述母线电流采样电路中还包括第四电阻、第五电阻、第一电容和第二电容，所述母线电流微分电路中还包括第六电阻和第三电容，所述迟滞比较电路中还包括第七电阻、第八电阻和第九电阻；所述母线电流采样电路中的第一负反馈电路包括并联的第四电阻和第一电容，所述第二反馈电路包括并联的第二电容和第五电阻；所述母线电流微分电路中第三反馈电路包括并联的第三电容和第六电阻，所述迟滞比较电路中第四反馈电路包括
串联的第七电阻和第八电阻，所述第五正反馈电路中串联第九电阻。
[0018] 进一步的，所述母线电流采样电路中还包括第十电阻和第十一电阻，所述母线电流采样电路中的第一反相运放的正相输入端与母线电流采样电路中第十电阻的一端连接，第十电阻的另一端接地；所述母线电流采样电路中的第二反相运放的正相输入端与母线电流采样电路中第十一电阻的一端连接，第六电阻的另一端接地。
[0019] 进一步的，所述第一电阻的阻值与第二电阻的阻值相同；所述第四电阻的阻值与第三电阻的阻值相同；所述第十电阻的阻值与第十一电阻的阻值相同。
[0020] 进一步的，所述检测电路中还包括第十二电阻，且母线电流采样电路中的第二反相运放的输出端与第十二电阻的一端连接，第十二电阻的另一端连接第四电容的一端，第四电容的另一端与母线电流微分电路中的第三反相运放的反相输入端连接。
[0021] 进一步的，所述母线电流微分电路中还包括第十三电阻、所述迟滞比较电路中还包括第十四电阻，且母线电流微分电路中的第三反相运放的正相输入端与第十三电阻一端连接，第十三电阻另一端接地；所述迟滞比较电路中的第四反相运放的正相输入端与第十四电阻一端连接，电阻另一端接地。
[0022] 进一步的，所述母线电流检测电路中第一反相运放、母线电流检测电路中第二反相运放的供电
电压均为+5VA和-5VA；母线电流微分电路第三反相运放和迟滞比较电路中第四反相运放的供电电压为0VA和+5VA。
[0023] 本发明的有益效果是：本发明公开了一种直流无刷电机母线电流换相时刻的检测电路，包括换相时刻的母线电流的采样电路、换相时刻的母线电流的微分电路以及迟滞比较电路。通过上述母线电流的采样电路提取电机上母线电流，得到母线电流的变化波形；之后通过微分电路对电流波形进行微分，得到母线电流的过零点；迟滞比较器将母线过零点变换成数字脉冲，方便后面的CPU进行
数据处理。本发明应用在电机的换相时刻，此时通过检测换相电流的具体变化情况，可以提出此刻对直流无刷电机平稳转速的控制方法，保证麻醉机流速稳定。
附图说明
[0024] 下面结合附图作进一步说明该发明；
[0025] 图1是本发明
实施例中直流无刷电机母线电流换相时刻的检测电路的示意图；
[0026] 图2是图1所示实施例中母线电流采样电路的示意图；
[0027] 图3是图1所示实施例中母线电流微分电路和迟滞比较电路的示意图。
具体实施方式
[0028] 下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
[0029] 本发明实施例中，直流无刷电机的
转子是由永磁材料制成的，具有一定的磁极对数的
永磁体。无刷电机的转子磁
钢的形状呈弧形，产生梯形波感应电动势。直流无刷电机的工作由电子
开关电路驱动，因此由电动机本体、转子
位置传感器和电子开关电路三部分组成了直流无刷电机的控制系统。直流电源通过开关电路向电动机
定子绕组供电，
位置传感器随时检测到转子所处的位置，并根据位置信号来控制开关管的导通和截止，从而自动地控制了哪些绕组通电，哪些绕组断电，实现了电子换相。在电机换相的过程中，电流变化直接影响到母线电流，通过检测母线电流的变化，就可以反映出电机换相时刻的相电流变化，从而间接的得到电机相电流的变化。
[0030] 针对本发明所应用到实施例，为了保证在麻醉机通气过程中，电机运转平稳，电流流速均匀，不会产生剧烈的转速变化；下面对实施例提供的直流无刷电机在换相时刻的母线电流检测电路作进一步说明。
[0031] 如图1所示，一种麻醉机的直流无刷电机母线电流换相时刻的检测电路，包括母线电流采样电路101、母线电流微分电路102、迟滞比较电路103。直流无刷电机母线电流经过上述母线电流采样电路，得到对应的母线电流变化的波形；其后微分电路对上述经过母线电流采样电路所得到的母线电流波形进行微分，得到母线电流的换相时刻，即检测出电流换相时刻的过零点；最后经过迟滞比较电路将母线电流换相时刻的过零点转化为数字脉冲信号，方便下一步对电流信号进行进一步处理。上述的母线电流采样电路、母线电流微分电路和迟滞比较电路即构成了本发明所要保护的麻醉机的直流无刷电机母线电流换相时刻的检测电路。
[0032] 如图2所示，母线电流采样电路的主体是由第一反相运放A和第二反相运放B组成的差分放大电路，经
过采样电阻RS上的电流即为无刷直流电机的母线电流，Vout1作为该差分电路的输出端；采样电阻RS一端为电压信号VS输入端S，另一端为电压信号Vg输入端G。
[0033] 该母线电流采样电路包括第一反相运放A、第二反相运放B、第一负反馈电路和第二负反馈电路；且第一负反馈电路的两端分别与所述第一反相运放A的输出端和所述第一反相运放反相输入端连接；第二负反馈电路的两端分别与所述第二反相运放B的输出端和第二反相运放B的反相输入端连接。
[0034] 所述第一反相运放A的输出端与第三电阻R3一端连接，R3另一端与第二反相运放B的反相输入端连接；所述第一负反馈电路是包括并联的第四电阻R4和第一电容C1，第二负反馈电路包括并联的第五电阻R5和第二电容C2；第一反相运放A的正相输入端与第十电阻R10一端连接，R10的另一端接地；第二反相运放B的正相输入端与第十一电阻R11一端连接，R11的另一端接地。
[0035] 所述第一反相运放A的反相输入端与第一电阻R1的一端连接，R1的另一端与采样电阻Rs一端连接；所述第二反相运放B的反相输入端与第二电阻R2的一端连接，R2的另一端与Rs的另一端连接。
[0036] 下面进一步分析该差分放大电路工作过程：
[0037] 设定：流过第一电阻R1的电流为I1，流过第二电阻R2的电流为I2，流第三过电阻R3的电流为I3，流过第五电阻R5的电流为I4。
[0038] 当前电路为稳态，则a，b，d三点的电压为0，c点电压：Vc＝-(Vs/R3)*R2，对d点应用KCL定律：
[0039] I2+I3＝-I4 (1)
[0040] 其中:
[0041] I2＝Vg/R2 (2)
[0042] I3＝Vc/R3＝[-(Vs/R1)*R4]/R3 (3)
[0043] I4＝Vout1/R5 (4)
[0044] 将(2)，(3)，(4)带入(1)式
[0045] Vout1/R5＝-[Vg/R2+(-(Vs/R1)*R4)/R3]
[0046] 因为R10＝R11，R4＝R3，R1＝R2＝10R4，电压增益为Av＝R2/R5[0047] 然后再代入上式,所以可以得到：
[0048] Vout1/R5＝-(Vg/R2-Vs/R2)＝(Vs-Vg)/R2
[0049] 最后得到运放增益：Av＝Vout1/(Vs-Vg)＝R5/R2
[0050] 该采样电路参数的设定在一定程度上，可以通过改变母线电流采样电路中第五电阻R5和第二电阻R2的阻值改变运放的增益，进而能够增加对
输入信号噪声的共模抑制比，提高信号测量的准确度；为之后进行母线电流微分，得出母线电流换相时刻的过零点以及通过电压比较器将所述的过零点转化为相应的脉冲电路做出很好的铺垫。
[0051] 如图3所示，为换相时刻母线电流的微分电路和迟滞比较电路。经过上述母线电流采样电路得到的电机母线电流变化波形经过第十二电阻R12和第四电容C4由第三反相运放C的反相输入端导入，所述第三反相运放C的第三负反馈电路包括并联的第六电阻R6和第三电容C3；该母线电流微分电路可以对经过上诉母线电流采样电路得到的母线电流的变化波形进行微分，能够得到母线电流的换相时刻，即过零点；且该母线电流微分电路中第三反相运放C的正相输入端接第十三电阻R13一端，电阻R13的另一端接地。母线电流微分电路的输出端与第十五电阻R15的一端连接，R15的另一端连接在迟滞比较电路中第四反相运放D的反相输入端上，所述迟滞比较器电路中的第四负反馈电路包括串联的第七电阻R7和第八电阻R8，第四反相运放的正反馈电路串联第九电阻R9，且第四反相运放的正向输入端与第十四R14的一端连接，R14的另一端接地；所述迟滞比较电路能够将上述母线过零点变换成数字脉冲信号由第四反相运放D的输出端输出。
[0052] 另外，本发明实施例中所述的直流无刷电机母线电流检测电路中第一反相运放、母线电流检测电路中第二反相运放的供电电压均为+5VA和-5VA；母线电流微分电路第三反相运放和迟滞比较电路中第四反相运放的供电电压为0VA和+5VA。
[0053] 图3中所示的由第三反相运放C组成微分电路，微分的中心
频率为25kHz，这是因为无刷直流电机的PWM波的频率一般为20kHz-30kHz的范围之内，保证了无刷直流电机母线电流的检测电路频率。所述由第四反相运放D组成迟滞电压比较电路，经过该迟滞比较电路后得到的母线电流换相时刻的脉冲电路，且输出的脉冲电路的下降沿正对应于母线电流微分环节输出的最高点；方便后续对该数字脉冲信号进行数据处理等。
[0054] 以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明
申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的
专利涵盖范围之内。
