CN102426302B - 一种三相电源输入缺相检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及三相电源输入缺相检测电路,包括:第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻、上拉电阻、第一二极管、第二二极管,第三二极管、第四二极管和第五二极管;连接到所述第一二极管阴极与第二二极管阳极的第一滤波电容、第一稳压二极管,一端连接于所述第一二极管阴极的第四限流电阻;还包括输出端集电极连接于上拉电阻和输出端射极连接于信号地的光耦,以及集电极与所述光耦的输入端阴极相连、基极与所述第五限流电阻相连、射极与所述第二二极管阳极相连的三极管;一端连接于所述第五二极管阴极的第五限流电阻;连接到所述第五二极管阴极、第二二极管阳极的第二滤波电容。本发明解决了现有电路成本高、软件处理复杂、可靠性低的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及变频器领域,特别涉及一种三相电源输入缺相检测电路。
背景技术
变频调速已成为主流的调速方式,而变频器作为其调速系统核心部分,近年来随着工艺要求及节能要求的提高,变频器在工业控制领域中应用得越来越广泛,而要保证变频器可靠、安全地工作,就需要对变频器提供多种保护。输入缺相保护电路作为变频器中最常用和重要的保护电路,已经在变频器中得到广泛应用。
如图1所示,是通用的变频器缺相保护电路的示意图。与三相输入端相连的三个电阻(R1-R3)用于对三相电源输入进行限流,六个二极管(D1-D6)组成三相全波整流电路;光耦U1实现输入缺相信号的隔离传送,在三相全波整流电路的输出电流为零时截止,此时缺相电路的输出端PL为高电平;在三相全波整流电路输出电流非零时导通,此时缺相电路输出端PL为低电平。
在变频器的三相输入不缺相时,三相全波整流部分输出的电流为一个叠加有六次谐波的直流,且不过零点。此时光耦U1一直导通,电路输出恒定的低电平信号送至变频器的控制与保护电路。控制电路DSP芯片接收到连续的低电平信号时,通过计算方波脉冲个数为零,判定电源输入状态为不缺相状态。
在变频器的三相输入缺相时,三相全波整流电路的输出是频率为两倍输入电源频率的脉动直流,且该电流过零点,从而光耦U1在导通与截止状态间切换,电路输出一个周期性的方波信号送至变频器的控制与保护电路。控制电路DSP芯片接收到周期性的方波信号时,通过计算方波脉冲个数是否等于或大于设定脉冲个数,从而判定电源输入是否缺相,即在方波脉冲个数等于或大于设定脉冲个数时,判定电源输入缺相;否则判定电源输入不缺相。
为保证缺相时光耦电流波形过零,扰干扰电容C2电容量小,降低了电路的抗干扰能力。该电路的输出为方波脉冲信号,需通过软件计算方波脉冲个数并与设定的脉冲个数比较,从而对输入是否缺相作出判断,一方面增加了电路的复杂性,另一方面极容易受外界脉冲信号干扰而导致误判断,降低了电路的可靠性。输出脉冲个数随输入电源频率的变化而变化,不能兼容所有输入频率范围的电源输入。通过电磁兼容测试发现,上述缺相检测电路抗干扰性非常差,容易出现误报缺相故障,不能保证设备在恶劣的电磁环境下正常可靠地工作。
图2是2009年4月22日公开的公开号为CN101413975A(专利申请号为200710124003.6)发明名称为一种三相电源输入缺相检测电路的第一实施电路图。与三相输入端连接的电阻R1、R2、R3起限流作用,二极管D1、D3用于对R、T相间进行半波整流,当R相电压大于T相电压时光耦U1导通;二极管D2、D3用于对S、T相间进行半波整流,当S相大于T相时光耦U2导通。
在三相输入不缺相时,第一光耦U1和第二光耦U2间歇导通,从而检测电路的输出端输出方波(当R相和S相电压幅值均大于T相幅值时,第一光耦U1和第二光耦U2都导通,检测电路的输出端输出低电平0V;否则第一光耦U1和第二光耦U2中至少一个不导通,检测电路的输出端输出高电平),控制电路DSP芯片接收到周期性的方波信号时,通过计算方波脉冲个数是否等于或大于设定脉冲个数,从而判定电源输入是否缺相。
在三相输入缺相时,第一光耦U1和第二光耦U2至少有一个不导通或都不导通,此时检测电路的输出端一直输出高电平(5V)。通过判断检测电路输出端输出的电平可判断是否缺相,即检测电路输出高电平时判定缺相;否则判定不缺相。
由于该电路使用两个光耦对输入电压进行检测,电路成本较高;并且由于普通光耦本身存在0.7V左右的导通压降,当两个光耦输出端都导通时检测电路输出与电源地之间仍存在较高的压降,不能可靠地输出低电平,使在一些低电压供电的场合(如目前的以DSP为主芯片的控制电路其引脚端口电压通常为3.3V),容易受干扰而误输出,或需电平转换电路才能与主控电路相连接,增加了电路的复杂性。
图2所示的缺相检测电路也存在如前所述的图1的缺陷:需通过软件计算方波脉冲个数并与设定的脉冲个数比较,从而对输入是否缺相作出判断,增加了电路的复杂性,降低了电路的可靠性。输出脉冲个数随输入电源频率的变化而变化。
图3是上述专利的第二实施例,与第一实施例相比,此实施例的检测电路还包括输入端连接到上述上拉电阻R6、输出端连接到检测电路输出端PL的方波产生电路。检测光耦U1的输出与上述的方波产生电路输入相连,方波产生电路的输出连接到DSP电路。而上述方波产生电路的输出的周期性方波频率固定,不受电源输入频率的影响,振荡频率完全由振荡电路决定,使后面的DSP判定更容易和准确。
图3改善了图2中因输入电源频率变化导致脉冲计算错误的情况,以及输出电平与低压DSP匹配的问题,但同时也增加了电路的复杂度与成本,而且还是需要脉冲计数的方式来判定检测结果,对由于脉冲干扰或脉冲丢失造成程序误判的情况无改善作用。
因此如何设计一个三相电源输入缺相检测电路,并且无需软件计算输出方波脉冲个数,使电路能达到可靠、稳定、简单是本领域的技术人员所要解决的方向所在。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种三相电源输入缺相检测电路,无需经过软件计算和比较,就能判断输入是否缺相。
为了达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
一种三相电源输入缺相检测电路,包括分别连接到第一相线、第二相线和第三相线的第一限流电阻、第二限流电阻以及第三限流电阻;连接到缺相检测电路输出端的上拉电阻;输出端集电极连接于上拉电阻和输出端射极连接于信号地的光耦;阳极分别连接于第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻的第一二极管、第三二极管、第五二极管,阴极分别连接于第一限流电阻、第二限流电阻的第二二极管、第四二极管,其中第一二极管阴极与第三二极管阴极相连,第二二极管阳极与所述第四二极管阳极连接;
一端连接于所述第一二极管阴极的第四限流电阻;以及连接到所述第一二极管阴极与第二二极管阳极的第一滤波电容和第一稳压二极管;
还包括集电极与所述光耦的输入端阴极相连、基极与第五限流电阻相连、射级与所述第二二极管阳极相连的三极管;
与所述第五二极管阴极相连接的第五限流电阻;
以及连接到所述第五二极管阴极、第二二极管阳极的第二滤波电容,所述第二滤波电容用于维持三极管基极在整个工频周期的电流。
优选的,本发明三相电源输入缺相检测电路还包括第二稳压二极管,所述第二稳压二极管与所述第二电容并联。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果:
1、由于本发明只使用了一个光耦,外围元件少,电路结构简单,电路成本较低;输出低电平能力强,在低电压供电场合适应性更强。
2、本发明的三相电源输入缺相检测电路可通过简单的高低电平判断检测结果,不需通过软件进行脉冲计数处理,扰干扰能力强,可靠性高,可直接与DSP、运放、或逻辑门电路连接,简化了与控制电路的连接。
附图说明
图1是现有三相电源输入缺相检测电路的电路图;
图2是专利公开号为CN101413975A的三相电源输入缺相检测电路的第一实施例电路图;
图3是专利公开号为CN101413975A的三相电源输入缺相检测电路的第二实施例电路图;
图4是本发明三相电源输入缺相检测电路的第一实施例的电路图;
图5是本发明三相电源输入缺相检测电路的第二实施例的电路图;
图6是本发明三相电源输入缺相检测电路输出波形图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图4所示,是本发明三相电源输入缺相检测电路的电路图,该缺相检测电路包括:分别连接到第一相线R、第二相线S和第三相线T的第一限流电阻R1、第二限流电阻R2以及第三限流电阻R3、连接到缺相检测电路输出端的上拉电阻R6;连接到所述第一限流电阻R1的第一二极管D1、第二二极管D2,连接到所述第二限流电阻R2的第三二极管D3、第四二极管D4,连接到所述第三限流电阻R3的第五二极管D5;连接到所述第一二极管D1阴极与第二二极管D2阳极的第一滤波电容C1、第一稳压二极管ZD1,连接到所述第五二极管D5阴极、第二二极管D2阳极的第二滤波电容C2;一端连接于所述第一二极管D1阴极的第四限流电阻R4,一端连接于所述第五二极管D5阴极的第五限流电阻R5;输出端集电极连接于上拉电阻R6和输出端射极连接于信号地的光耦U1,以及集电极与所述光耦U1的输入端阴极相连、基极与所述第五限流电阻R5相连、射极与所述第二二极管D2阳极相连的三极管Q1。
二极管D1-D4组成R、S相间的全波整流电路,其输出经第一滤波电容C1滤波后转换为叠加有交流纹波的直流电压,第一滤波电容C1上的储能主要为维持光耦在整个工频周期内导通所需的电流;二极管D5、D2组成T、R相间的半波整流,D5、D4组成T、S相间的半波整流,第二滤波电容C2输入为两半波电流叠加,C2滤波后转换为叠加有交流纹波的直流电压,第二滤波电容电容C2上的储能主要为维持三极管基极在整个工频周期的电流,由于基极电流非常小,因此半波整流能完全满足要求。在三相输入不缺相时,C1、C2维持三极管Q1在整个工频周期一直导通,从而使光耦U1也一直导通,检测电路的输出端PL一直输出低电平(0V);在三相输入缺相时,三极管Q1和光耦U1都不导通(当缺R相或S相时,D1-D4组成的全波整流电路无输出,电容C1无电压,光耦不导通;当缺T相时,D5组成的半波整流电路无输出,电容C2无电压,三极管截止,光耦也不导通,C1上的电压通过稳压管ZD1钳位),此时检测电路的输出端PL一直输出高电平(5V)。通过判断检测电路输出端PL输出的电平可判断是否缺相,即检测电路输出高电平时判定缺相,检测电路输出低电平时判定不缺相。
如图6所示,本检测电路输入波形如图中R、S、T曲线所示,在T0-T1时段,电路输入为正常三相输入状态;在T1-T2时段,电路输入为缺相输入状态。图中A曲线对应于图2所示电路的输出波形,当三相输入正常时,电路输出方波脉冲;当三相输入缺相时,电路输出高电平。图中B曲线对应于图1所示电路的输出波形,当三相输入正常时,电路输出低电平,当三相输入缺相时,电路输出方波脉冲。图中C曲线对应于本发明如图4所示电路的输出波形,三相输入正常时,电路输出低电平;三相输入缺相时(对应于图中T1时刻),电路立刻跳变为高电平,由于节省了后续的脉冲信号处理,使本电路具有输出稳定、可靠、检测速度快的优点。
上述缺相电路与图1所示的缺相检测电路相比,输出信号处理更简单(输出高电平为输入缺相,输出低电平为输入不缺相),不需通过复杂的脉冲计数来判定检测结果,检测结果不随输入电源频率变化而变化,扰干扰能力更强,电路更可靠。通过EMC测试发现,上述缺相检测电路抗干扰性极强,从而保证了设备在恶劣的电磁环境下,仍能正常可靠地工作,而不会出现误报缺相故障的情况。
上述缺相电路与图2所示的缺相检测电路相比,由于只使用了一个光耦,电路成本较低;输出低电平能力更强,在低电压供电场合适应性更强,简化了与控制电路的连接;输出信号处理更简单(输出高电平为输入缺相,输出低电平为输入不缺相),不需通过复杂的脉冲计数来判定检测结果,检测结果不随输入电源频率变化而变化,扰干扰能力更强,电路更可靠。
实施例2
如图5所示,为了能更好的保护电路的可靠性,还可以包括与所述第二电容并联的第二稳压二极管ZD2。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种三相电源输入缺相检测电路,包括分别连接到第一相线、第二相线和第三相线的第一限流电阻、第二限流电阻以及第三限流电阻;连接到缺相检测电路输出端的上拉电阻;输出端集电极连接于上拉电阻和输出端射极连接于信号地的光耦;阳极分别连接于第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻的第一二极管、第三二极管、第五二极管,阴极分别连接于第一限流电阻、第二限流电阻的第二二极管、第四二极管,其中第一二极管阴极与第三二极管阴极相连,第二二极管阳极与所述第四二极管阳极连接;一端连接于所述第一二极管阴极的第四限流电阻;以及连接到所述第一二极管阴极与第二二极管阳极的第一滤波电容和第一稳压二极管;其特征在于:还包括集电极与所述光耦的输入端阴极相连、基极与第五限流电阻相连、射极与所述第二二极管阳极相连的三极管;
与所述第五二极管阴极相连接的第五限流电阻;
以及连接到所述第五二极管阴极、第二二极管阳极的第二滤波电容,所述第二滤波电容用于维持三极管基极在整个工频周期的电流。
2.根据权利要求1所述的三相电源输入缺相检测电路,其特征在于,还包括第二稳压二极管,所述第二稳压二极管与所述第二滤波电容并联。
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CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20131204 |