[发明专利]一种高可靠性交流伺服电机电流采样电路

说明书

本发明公开了一种高可靠性交流伺服电机电流采样电路，包括：电阻采样单元，用于将交流伺服电机的相电流信号转变为交变电压信号进行传输；隔离放大器单元，用于将交变电压信号转变为差分电压信号；差分调理单元，用于将差分电压信号进行缩放和滤波处理；Σ‑Δ调制单元，用于将差分调理单元处理后的差分电压信号转变为数字量信号；中央处理器单元，用于对数字量信号进行运算，获取采样电流值。本发明通过采用电阻采样单元和隔离放大器单元将交流伺服电机相电流信号转变为差分式电压信号进行传输并实现了信号的隔离，同时利用差分放大器单元和Σ‑Δ调制单元对差分电压信号进行调理整形和模数转换。具有低成本、高抗干扰性能、隔离效果佳和高可靠性的特点。

技术领域

本发明涉及到电机电流检测技术领域，尤其涉及一种高可靠性交流伺服电机电流采样电路。

背景技术

工业运动控制涵盖一系列应用，包括基于逆变器的风扇或泵控制、具有更为复杂的交流驱动控制的工厂自动化以及高级自动化应用(如具有高级伺服控制的机器人)。这些系统需要检测和反馈多个变量，例如电机绕组电流或电压、直流链路电流或电压、转子位置和速度。变量的选择和所需的测量精度取决于终端应用需求、系统架构、目标系统成本或系统复杂度。在交流伺服电机控制策略中，电流采样性能是一个及其重要的指标。在交流伺服驱动控制系统中一般采用典型的三闭环控制结构，包括位置环、速度环与电流环，其中电流环作为最内层环节，需要对实际电流进行精确复现，才能够保证电机达到最快的动态调整特性，并保证电机转矩的快速响应。然而，交流伺服驱动系统由于使用环境复杂，开关频率较高，故交流伺服电机相电流具有高谐波含量的特点，从而电流采样成为交流伺服控制系统硬件中的一大难点。

目前电机控制中最常用的电流采样方式为高精度低阻值电阻采样、霍尔效应传感器(HES)以及电流互感器(CT)。高精度低阻值电阻采样方式最具线性、成本最低且同时适用于交流和直流测量，但不具有隔离功能且会引起损耗；电流互感器和霍尔效应传感器虽然提供了固有隔离，也能够用于电流较高的系统，但是此类传感器本身的初始精度以及在温度方面的精度较差，而且成本相对较高。

鉴于此，研究一种低成本且高可靠性的交流伺服电机电流采样电路是本技术领域人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种高可靠性交流伺服电机电流采样电路，通过采用电阻采样单元和隔离放大器单元实现了信号隔离以及将交流电机电流信号转变为差分式电压信号进行传输，不仅能够同时适用于交流和直流测量，而且还具有较强的抗干扰性能，同时利用差分调理单元和Σ-Δ调制单元对差分电压信号进行调理整形和模数转换，即使在较低的输入信号水平下也能提供出色的性能，满足较宽范围的采样要求，从而大大降低了硬件成本。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高可靠性交流伺服电机电流采样电路，包括：

电阻采样单元，用于将交流伺服电机的相电流信号转变为交变电压信号进行传输；

隔离放大器单元，用于将所述电阻采样单元的交变电压信号转变为差分电压信号；

差分调理单元，用于将隔离放大器单元的差分电压信号进行缩放和滤波处理；

Σ-Δ调制单元，用于将差分调理单元处理后的差分电压信号转变为数字电压信号；

中央处理器单元，用于接收Σ-Δ调制单元的数字电压信号并进行滤波处理，从而获得伺服电机的采样电流值。

优选地，所述电阻采样单元包括高精密合金电阻R1，所述高精密合金电阻R1直接串接于交流伺服电机的相线之中。

优选地，所述隔离放大器单元包括隔离放大器U1，所述隔离放大器采用TI公司的AMC1100芯片。

优选地，所述差分调理单元包括全差分放大器U2，全差分放大器U2采用TI公司的THS4531芯片。