[发明专利]一种电阻采样隔离电流检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流检测电路，特别是关于一种用于电机控制系统中的电阻采样隔离电流检测电路。

背景技术

在电机控制系统中，控制器需要及时、准确地测量绕组中的电流，以实现电流闭环控制和电流保护电路的设计，为此需要对电流信号进行检测。电流检测必须实时、准确可靠，并且在高压系统中要求被测电路和控制电路的可靠隔离。通常电流检测用霍尔电流传感器和采样电阻，霍尔电流传感器价格较高，在一些低成本和小功率场合，应用采样电阻是一个很好的选择。采样电阻可以直接将主电路的电流信号转化为电压信号送给控制电路，简单、方便，而且频响好，输出电压直接正比于主电路流过的电流。

在电机相电流检测中，一种是在两相绕组中分别串入两个采样电阻；另一种是将电阻串入低端母线中。传统的电阻采样电流检测通常选用隔离功能的运算放大器或线性光耦进行隔离放大，然后送到控制器。这种方法很难应用于两相绕组串联采样电阻的电流检测，因为相绕组电压很高，运算放大器或线性光耦要么就是不能满足高电压的要求，要么就是价格太高。国际整流器公司(IR)推出了系列高性能线性电流传感器芯片IR217x，它能够将采样到的电流信号转换成一定频率的PWM信号(脉宽调制信号)，带有电压高达600V的浮置输入通道，有很强的共模信号干扰抑制能力。

如图1所示，常用的线性电流传感器芯片IR217x电流检测电路，其包括半桥电路1和线性电流传感器电路2，线性电流传感器电路2采集半桥电路1输出到电机相绕组的采样电阻R1两端电压，并将采样电阻R1两端的压差变成PWM信号，由线性电流传感器电路2输出给后级控制电路处理。

其中，半桥电路1包括上桥晶体管T1、下桥晶体管T2和采样电阻R1，上桥晶体管T1的漏极(或集电极)与电源VBAT相连，上桥晶体管T1的源极(或发射极)与下桥晶体管T2的漏极(或集电极)相连，下桥晶体管的源极(或发射极)与功率地相连，采样电阻R1连接在上、下晶体管T1、T2的公共端和电机相绕组之间。

线性电流传感器电路2包括线性电流传感器芯片21、自举电容充电电路22、稳压电容C1和输出上拉电阻R2。以线性电流传感器芯片21采用IR217x系列的IR2175线性电流传感器芯片为例，线性电流传感器芯片21浮动地端(引脚VS)和输入端(引脚VIN+)分别与采样电阻R1两端连接。自举电容充电电路22由二极管D1和充电电容器C2组成，二极管D1阳极与供电电压连接，阴极与线性电流传感器芯片21浮动电源端(引脚VB)连接；充电电容器C2正端连接浮动电源端(引脚VB)，负端连接浮动地端(引脚VS)。线性电流传感器芯片21的电压输入端(引脚VCC)是供电引脚，电压通常为12～15V，与功率地接入一稳压电容器C1，功率地端(引脚COM)直接与功率地连接；信号输出端(引脚PO)与输出电压之间接一上拉电阻R2输出。

由于上桥晶体管T1的源极(或发射极)的电压是浮动的，因此线性电流传感器芯片21正常工作时，需要在上桥晶体管T1门极(或栅极)上提供一浮动的且高于源极(或发射极)的电压，即需要在线性电流传感器芯片21浮动电源端(引脚VB)与浮动地端(引脚VS)之间维持一定的电压。当下桥晶体管T2打开时，线性电流传感器芯片21的浮动地端(引脚VS)与功率地处于相同的电位上，电压VEE通过二极管D1给充电电容器C2充电，使充电电容器C2两端的电压与电压VEE相同(忽略二极管D1的正向压降)；当下桥晶体管T2关闭的时候，线性电流传感器芯片21的浮动地端(引脚VS)电位上升，充电电容器C2正端电位也相应上升，二极管D1反向截止，防止充电电容器C2中的电荷倒流。充电电容器C1提供了浮动电源端(引脚VB)所需的电压，而且由于静态电流的消耗，需要及时充电，以保证线性电流传感器芯片21能正常工作。

如果下桥晶体管T2长时间关断，无法通过二极管D1对充电电容器C2进行充电。充电电容器C2中的电荷得不到补充，电压逐渐降低，当充电电容器C2两端的电压低于一定值的时候，线性电流传感器芯片21无法正常工作。当半桥电路1刚上电的时候，充电电容器C2两端的电压为0，而半桥电路1的公共端存在较高的初始电压，即线性电流传感器芯片21浮动地端(引脚VS)的初始电位较高，甚至高于输入电压VEE的电压。在这种情况下，输入电压VEE也无法通过二极管D1给充电电容器C2进行充电，线性电流传感器芯片21无法正常工作。在高压应用场合中，为了保证用电安全，需要对功率电路与控制电路进行隔离，但是，线性电流传感器芯片21没有隔离功能，因此其适用范围较窄。

发明内容