專利名稱：一種電動車電機驅(qū)動控制器余電檢測電路和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及余電檢測技術，特別是涉及一種電動車電機驅(qū)動控制器余電檢測電路和方法。
背景技術：
當前，電動車產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，電動車以其綠色環(huán)保的優(yōu)勢成為汽車產(chǎn)業(yè)未來的發(fā)展方向，然而，目前仍有諸多技術瓶頸制約著電動車的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化發(fā)展，其中電驅(qū)動系統(tǒng)是制約電動車發(fā)展的突出因素之一，電驅(qū)動系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行是影響電動車整體性能最關鍵的因素。在電驅(qū)動系統(tǒng)主電路中并聯(lián)電容器可以有效保障電驅(qū)動系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行，但由于電驅(qū)動系統(tǒng)工作原理的需要，在工作過程中電容器必須儲存有高電壓、大電荷才能發(fā)揮有效的作用，而這些電荷有可能在電動車停止工作時仍然存在 而嚴重危及到維修人員的人身安全，因此，對電驅(qū)動系統(tǒng)中所并聯(lián)的電容器進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)光二級管，當電容器殘留有余電時，電容器中的電量驅(qū)動發(fā)光二級管發(fā)光，警示操作人員，而為了增強直觀性和方便性，諸如發(fā)光二級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電直接引到了控制器表面，嚴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，目前還沒有對電動車電機驅(qū)動控制器的電容器的余電進行安全準確檢測的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種電動車電機驅(qū)動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)對采集到的信號快速的進行處理和邏輯判斷，并以電氣隔離的方式輸出提示信號表示電容的余電是否在安全范圍以內(nèi)，可以有效準確可靠地檢測電容器中殘留的高壓余電，有效降低其對人身及車輛的危害性。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術方案如下
一種電動車電機驅(qū)動控制器余電檢測電路，其特征在于包括
電壓傳感器，連接于電動車電機驅(qū)動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進行線性變換為電流信號，輸出電流信號；
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進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；
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，并對采集到的電壓信號進行濾波處理和邏輯判斷，輸出控制信號；
提示裝置，安裝于電動車電機驅(qū)動控制器的外殼上，與MCU連接，用于接收MCU輸出的控制信號，并對信號進行解析，輸出提示信號。
所述電壓傳感器包括輸入電阻、初級線圈和次級線圈，輸入電阻連接在初級線圈上，傳感器輸入電壓加在輸入電阻和初級線圈兩端產(chǎn)生輸入電流，次級線圈中感應出輸出電流，輸入電流值和輸出電流值之間成線性關系，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線圈相連組成次級回路，線性變換電路將次級線圈中的輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并進行合適比例的調(diào)整，次級回路輸出電壓再經(jīng)過偏置電路處理后變換為MCU可采集處理的低壓信號；或者將偏置電路與電壓傳感器的次級線圈相連組成次級回路，偏置電路將次級線圈中的輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并進行合適的偏置調(diào)整，次級回路輸出電壓再經(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，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線圈輸出電流的關系由調(diào)理電路的結構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，一階低通濾波器對調(diào)理電路的輸出電壓進行濾波處理，然后通過邏輯判斷模塊對濾波后的電壓值進行比較判斷，MCU根據(jù)判 斷結構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MCU輸出為低電平時，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狀態(tài)；當MCU輸出為高電平時，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)。和上述電路對應的電動車電機驅(qū)動控制器余電檢測方法，其特征在于首先對電動車電機驅(qū)動控制器的主電路電容器的兩端的電壓進行采集，將采集到的電壓信號進行線性變化成輸入電流信號，將該輸入電流信號隔離變換成輸出電流信號，然后對輸出電流信號進行線性變換和偏置處理得到低壓信號，該低壓信號依次經(jīng)過濾波處理和邏輯判斷，最后根據(jù)判斷結果輸出警示信號。 所述采集是通過電壓傳感器來進行采集的，將電壓傳感器并聯(lián)在電動車電機驅(qū)動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線圈后形成初級回路，產(chǎn)生輸入電流信號iin=uin/rin，電壓傳感器將初級回路中的輸入電流信號Iin進行線性隔離變換，形成次級線圈的輸出電流信號V Ifk1Ira，其中Ic1為電容器兩端的電壓Uin與次級線圈的輸出電流信號Itj的線性比例，Ic1由輸入電阻Rin的電阻值和初級線圈、次級線圈的變比決定。所述對輸出電流信號進行線性變換和偏置處理是指將輸出電流信號Itj流經(jīng)包括電流傳感器的次級線圈和調(diào)理電阻R1的次級回路，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，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線圈輸出電流的關系由調(diào)理電路的結構形式和阻抗特性決定。所述對低壓信號進行濾波處理是采用MCU的一階低通濾波器實現(xiàn)，其中所述一階低通濾波器的濾波時間常數(shù)需根據(jù)實際輸入信號的情況進行調(diào)整。在確定低通濾波器濾波時間常數(shù)時，可以對實際的輸入信號進行傅里葉變換，根據(jù)輸入信號中含有的諧波成分選擇適合的濾波時間常數(shù)實現(xiàn)濾波環(huán)節(jié)。所述邏輯判斷是設置一個電壓的設定值V0，然后將濾波處理后的電壓信號值Vl與設定值VO進行比較，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備安全電壓設定值，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備安全電壓設定值，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，則會輸出警示信號，通過提示裝置實現(xiàn)的。本發(fā)明的有益效果是
1.在安全性方面，提高了控制器對維護人員的警示作用；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)動系統(tǒng)電氣危險的監(jiān)測能力；
2.在傳統(tǒng)方法的基礎上，拓寬了適用的余電電壓檢測范圍，通過調(diào)整初級回路中的輸入電阻和電壓傳感器初次級線圈的變比可有效調(diào)節(jié)余電電壓的檢測范圍；
3.采集信號傳輸?shù)妮d體選用電流信號，輸出信號采用低電平有效的方式，有效提高了電動車強電磁干擾環(huán)境下的信號質(zhì)量，提高了抗干擾能力；
4.對MCU采集到的電壓信號進行了濾波處理，提高了信號采集的真實度和精確度；
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I/O(輸入輸出)端口，結構簡單，實用性高；
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)明的邏輯判斷結果圖。
具體實施例方式實施例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回路產(chǎn)生的電流Iin為(T2mA，電壓傳感器初次級線圈變比為2. 5，即k1=2. 5，次級線圈中的輸出電流It/變化范圍為0飛mA，次級線圈中的輸出電流Itj流經(jīng)次級回路中的調(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U2后進行濾波和數(shù)據(jù)運算，并將濾波處理后的信號值V1與設定值Vtl=O. 45進行比較。如圖4所示，邏輯判斷結果為
若V1 > V0,即當Uin ^ U00時(設定值U0對應的電容器兩端電壓)時，則MCU輸出低電平，警告輸出；
若V1 < Vtl,即當Uin < Ucici時，則MCU輸出高電平，不輸出警告。對于提示裝置的工作狀態(tài)為
當Uin ^ U00 (設定值Vtl對應的電容器兩端電壓)時，提示裝置低有效；警示燈發(fā)光，提示操作人員余電狀態(tài)處于危險狀態(tài)；
當Uin < U00時，提示裝置高電平關斷，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回路產(chǎn)生的電流1 為(TlOmA，電壓傳感器初次級線圈變比為2，即k1=2，次級線圈中的輸出電流Itj變化范圍為(T20mA，次級線圈中的輸出電流Itj流經(jīng)次級回路中的調(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U2后進行濾波和數(shù)據(jù)運算，并將濾波處理后的信號值V1與設定值Vtl=O. 42進行比較。如圖4所示，邏輯判斷結果為
若V1 > V0,即當Uin ^ U00時(設定值U0對應的電容器兩端電壓)時，則MCU輸出低電平，警告輸出；
若V1 < Vtl,即當Uin < Ucici時，則MCU輸出高電平，不輸出警告。對于提示裝置的工作狀態(tài)為
當Uin ^ U00 (設定值Vtl對應的電容器兩端電壓)時，提示裝置低有效；警示燈發(fā)光，提示操作人員余電狀態(tài)處于危險狀態(tài)；
當Uin < U00時，提示裝置高電平關斷，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)。
權利要求
1.一種電動車電機驅(qū)動控制器余電檢測電路，其特征在于包括 電壓傳感器，連接于電動車電機驅(qū)動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進行線性變換為電流信號，輸出電流信號； 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進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； 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，并對采集到的電壓信號進行濾波處理和邏輯判斷，輸出控制信號； 提示裝置，安裝于電動車電機驅(qū)動控制器的外殼上，與MCU連接，用于接收MCU輸出的控制信號，并對信號進行解析，輸出提示信號。
2.根據(jù)權利要求I所述的電路，其特征在于所述電壓傳感器包括輸入電阻、初級線圈和次級線圈，輸入電阻連接在初級線圈上，傳感器輸入電壓加在輸入電阻和初級線圈兩端 產(chǎn)生輸入電流，次級線圈中感應出輸出電流，輸入電流值和輸出電流值之間成線性關系，輸入電流和輸出電流之間電氣隔離。
3.根據(jù)權利要求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線圈相連組成次級回路，線性變換電路將次級線圈中的輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并進行合適比例的調(diào)整，次級回路輸出電壓再經(jīng)過偏置電路處理后變換為MCU可采集處理的低壓信號；或者將偏置電路與電壓傳感器的次級線圈相連組成次級回路，偏置電路將次級線圈中的輸出電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并進行合適的偏置調(diào)整，次級回路輸出電壓再經(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，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，一階低通濾波器對調(diào)理電路的輸出電壓進行濾波處理，然后通過邏輯判斷模塊對濾波后的電壓值進行比較判斷，MCU根據(jù)判斷結構輸出高電平或低電平。
5.根據(jù)權利要求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MCU輸出為低電平時，提示裝置警示燈工作；當MCU輸出為高電平時，提示裝置警示燈不工作。
6.一種電動車電機驅(qū)動控制器余電檢測方法，其特征在于首先對電動車電機驅(qū)動控制器的主電路電容器的兩端的電壓進行采集，將采集到的電壓信號進行線性變化成輸入電流信號，將該輸入電流信號隔離變換成輸出電流信號，然后對輸出電流信號進行線性變換和偏置處理后得到低壓信號，該低壓信號依次經(jīng)過濾波處理和邏輯判斷，最后根據(jù)判斷結果輸出警不彳目號。
7.根據(jù)權利要求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行采集的，將電壓傳感器并聯(lián)在電動車電機驅(qū)動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線圈后形成初級回路，產(chǎn)生輸入電流信號Iin=Uin/Rin,電壓傳感器將初級回路中的輸入電流信號Iin進行線性隔離變換，形成次級線圈的輸出電流信號V Ifk1 Iin，其中Ic1為電容器兩端的電壓Uin與次級線圈的輸出電流信號Itj的線性比例，k:由輸入電阻Rin的電阻值和初級線圈、次級線圈的變比決定。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于所述對輸出電流信號進行線性變換和偏置處理是指將輸出電流信號Itj流經(jīng)包括電流傳感器的次級線圈和調(diào)理電阻&的次級回路，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，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)權利要求6或8所述的方法，其特征在于所述對低壓信號進行濾波處理是采用MCU的一階低通濾波器實現(xiàn)，其中所述一階低通濾波器的濾波時間常數(shù)需根據(jù)實際輸入信號的情況進行調(diào)整。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于所述邏輯判斷是設置一個電壓的設定值V0，然后將濾波處理后的電壓信號值Vl與設定值VO進行比較，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備安全電壓設定值，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備安全電壓設定值，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，則會輸出警示信號。
全文摘要
本發(fā)明涉及余電檢測技術，特別涉及一種電動車電機驅(qū)動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對采集到的信號快速的進行處理和邏輯判斷，并以電氣隔離的方式輸出提示信號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，結構簡單、實用性高，有效降低其對人身及車輛的危害性。
文檔編號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:中國東方電氣集團有限公司