CN102981042B - 一种用于变频器的三相电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于变频器的三相电流检测电路，其包括有一W相整流电路、一V相整流电路、一U相整流电路及一峰值检测电路，所述三相电流检测电路还包括有一毫欧电阻R39、一毫欧电阻R41及一毫欧电阻R40且三者分别连接于逆变单元的三条下桥臂与地之间，所述毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40为电流采样电阻，且三者所产生的电压分别通过W相整流电路、V相整流电路及U相整流电路整流处理后，均输出至峰值检测电路，再经峰值检测电路取得峰值电压信号且传输至单片机的AD采样端口。本发明相比现有技术而言，不仅能够降低变频器的整机成本，还能够提高其检测电流的准确度。

Description

一种用于变频器的三相电流检测电路

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，尤其涉及一种用于变频器的三相电流检测电路。

背景技术

变频器是现代电机调速控制和节能产品中不可或缺的重要器件之一，在工业领域的应用非常广泛，随着科学技术的进步，变频器技术也得到了快速发展。为了保证异步电动机安全稳定的运转，通常要检测逆变电路中的电流，并将该电流反馈回单片机以实现对电流的实时监控。现有的变频器产品中，通常采用霍尔元件搭配一些外围电路来检测电流，这种技术手段虽然较为成熟，也较为常用，但是，其较高的价格为变频器增加了很大的成本，尤其为企业的批量化生产造成了很大的成本负担，使很多变频器企业都望而却步。为了替代霍尔元件，有些工程师将逆变单元的下桥臂的三条支路短接后，再经由一个毫欧电阻而接地，再进一步检测这个毫欧电阻上的电流，这种检测方式虽然简单，但是由于下桥臂的三条支路已经短接，而毫欧电阻上所反映的电流并不是各支路的真正的电流，所以采用该方式进行电流检测时，准确度很低。因此，现有的用于变频器的三相电流检测电路，其成本较高、电流检测的准确度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种三相电流检测电路，以降低电流检测电路的成本、提高电流检测的准确度。

为解决上述技术问题，本发明将采用如下技术方案。

一种用于变频器的三相电流检测电路，其包括有一W相整流电路、一V相整流电路、一U相整流电路及一峰值检测电路，所述三相电流检测电路还包括有一毫欧电阻R39、一毫欧电阻R41及一毫欧电阻R40且三者分别连接于逆变单元的三条下桥臂与地之间，所述毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40为电流采样电阻，且三者所产生的电压分别通过W相整流电路、V相整流电路及U相整流电路整流处理后，均输出至峰值检测电路，再经峰值检测电路取得峰值电压信号且传输至单片机的AD采样端口。

优选地，所述W相整流电路包括有一跟随器U7B及一反相器U7A，其中：所述跟随器U7B的同相端依次串联有电阻R82和电阻R92，该电阻R92的另一端作为W相整流电路的输入端而连接至逆变单元的下桥臂的W相端NW，所述跟随器U7B的输出端连接至二极管D10的阳极，该二极管D10的阴极连接至跟随器U7B的反相端，该反相端还通过电阻R37而连接至峰值检测电路；所述反相器U7A的同相端通过电阻R88接地，其反相端通过电阻R86而连接至电阻R82和电阻R92的结点，其输出端连接至二极管D11的阳极，该二极管D11的阴极连接至反相器U7A的反相端，该反相端还通过电阻R38而连接至峰值检测电路；所述电阻R37和电阻R38的连接点作为W相整流电路的输出端。

优选地，所述V相整流电路包括有一跟随器U8B及一反相器U8A，其中：所述跟随器U8B的同相端依次串联有电阻R89和电阻R91，该电阻R91的另一端作为V相整流电路的输入端而连接至逆变单元的下桥臂的V相端NV，所述跟随器U8B的输出端连接至二极管D18的阳极，该二极管D18的阴极连接至跟随器U8B的反相端，该反相端还通过电阻R56而连接至峰值检测电路；所述反相器U8A的同相端通过电阻R104接地，其反相端通过电阻R90而连接至电阻R89和电阻R91的结点，其输出端连接至二极管D19的阳极，该二极管D19的阴极连接至反相器U8A的反相端，该反相端还通过电阻R57而连接至峰值检测电路40；所述电阻R56和电阻R57的连接点作为V相整流电路的输出端。

优选地，所述U相整流电路包括有一跟随器U9B及一反相器U9A，其中：所述跟随器U9B的同相端依次串联有电阻R105和电阻R108，该电阻R108的另一端作为U相整流电路的输入端而连接至逆变单元的下桥臂的U相端NU，所述跟随器U9B的输出端连接至二极管D21的阳极，该二极管D21的阴极连接至跟随器U9B的反相端，该反相端还通过电阻R102而连接至峰值检测电路；所述反相器U9A的同相端通过电阻R107接地，其反相端通过电阻R106而连接至电阻R105和电阻R108的结点，其输出端连接至二极管D22的阳极，该二极管D22的阴极连接至反相器U9A的反相端，该反相端还通过电阻R103而连接至峰值检测电路；所述电阻R102和电阻R103的连接点作为U相整流电路的输出端。

优选地，所述峰值检测电路包括有一反相器U10A，反相器U10A的反相端连接有电阻R101，电阻R101的另一端作为峰值检测电路的输入端，所述反相器U10A的同相端通过电阻R98接地，其输出端连接至二极管D24的阳极，该二极管D24的阴极连接至反相器U10A的反相端，该反相端还通过电阻R96而连接至电解电容E7的正极，该电解电容E7并联有电阻R94且其负极接地，其正极连接电阻R93，所述电阻R93的另一端作为峰值检测电路的输出端而连接至单片机的AD采样端口。

优选地，所述峰值检测电路的输出端还连接至二极管D23的阳极和二极管D20的阴极，所述二极管D23的阴极连接至电源端，所述二极管D20的阳极接地。

优选地，所述峰值检测电路的输出端还通过电容C69接地。

本发明公开的用于变频器的三相交流检测电路，其包括有一W相整流电路、一V相整流电路、一U相整流电路、一峰值检测电路、一毫欧电阻R39、一毫欧电阻R41及一毫欧电阻R40，其中由于毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40分别连接于逆变单元的下桥臂的三条支路与地之间，所以当变频器进入工作状态时，随着三相交流电的相位变化，毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40作为电流采样电阻而分别产生电压信号，这三路电压信号分别通过W相整流电路、V相整流电路及U相整流电路进行整流后，输出脉动的直流电流信号至峰值检测电路，且由峰值检测电路对该电压信号进行峰值提取以及滤波处理后，形成线性度良好的电压信号而输送至单片机的AD采样端口，从而实现了对逆变单元的电流采样，替换了霍尔元件，由于本发明所采用的元件都是成本低廉的常用元件，所以，其相比现有技术而言，大大降低了电路的成本。同时，由于所检测的电流是在三个毫欧电阻上所产生，所以本发明相比现有的采用一个毫欧电阻的电流检测电路而言，三个毫欧电阻能够更加真实地反映交流电在不同相位时的电流状态，避免了下桥臂的三条支路之间的相互串扰，从而使检测结果更加准确。因此，本发明相比现有技术而言，不仅能够降低变频器的整机成本，还能够提高其检测电流的准确度。

附图说明

图1为本发明提出的用于变频器的三相交流检测电路的电路框图。

图2为W相整流电路、V相整流电路和U相整流电路的电路原理图。

图3为峰值检测电路的电路原理图。

图4为本发明与IPM模块的连接关系示意图。

图5为图4所示IPM模块中的逆变单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做更加详细的描述。

本发明公开一种用于变频器的三相电流检测电路，结合图1和图5所示，其包括有一W相整流电路10、一V相整流电路20、一U相整流电路30及一峰值检测电路40，所述三相电流检测电路还包括有一毫欧电阻R39、一毫欧电阻R41及一毫欧电阻R40且三者分别连接于逆变单元50的三条下桥臂与地之间，所述毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40为电流采样电阻，且三者所产生的电压分别通过W相整流电路10、V相整流电路20及U相整流电路30整流处理后，均输出至峰值检测电路40，再经峰值检测电路40取得峰值电压信号且传输至单片机的AD采样端口60。

上述电路结构中，由于毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40分别连接于逆变单元50的下桥臂的三条支路与地之间，所以当变频器进入工作状态时，随着三相交流电的相位变化，毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40作为电流采样电阻且分别产生电压信号，这三路电压信号分别通过W相整流电路10、V相整流电路20及U相整流电路30进行整流后，输出脉动的直流电压信号至峰值检测电路40，且由峰值检测电路40对该电压信号进行峰值提取以及滤波处理后，形成线性度良好的电压信号而输送至单片机的AD采样端口50，从而实现了对逆变单元的电流采样，替换了霍尔元件，由于本发明所采用的元件都是成本低廉的常用元件，所以，其相比现有技术而言，大大降低了电路的成本。同时，由于所检测的电流是在三个毫欧电阻上所产生，所以本发明相比现有的采用一个毫欧电阻的电流检测电路而言，三个毫欧电阻能够更加真实地反映交流电在不同相位时的电流状态，避免了下桥臂的三条支路之间的相互串扰，从而使检测结果更加准确。因此，本发明相比现有技术而言，不仅能够降低变频器的整机成本，还能够提高其检测电流的准确度。

如图4所示，本实施例中，该逆变单元50集成在IPM模块U1中，逆变单元50在IPM模块U1内部的具体电路结构如图5所示，该逆变单元50由六个IGBT构成，其下桥臂引出三条支路分别作为W相端NW，V相端NV和U相端NU，且通过本发明所提出的三相交流检测电路而对上述三条支路进行电流检测。

结合图1、图2、图4及图5所示，所述W相整流电路10包括有一跟随器U7B及一反相器U7A，其中：所述跟随器U7B的同相端依次串联有电阻R82和电阻R92，该电阻R92的另一端作为W相整流电路10的输入端而连接至逆变单元50的下桥臂的W相端NW，所述跟随器U7B的输出端连接至二极管D10的阳极，该二极管D10的阴极连接至跟随器U7B的反相端，该反相端还通过电阻R37而连接至峰值检测电路40；所述反相器U7A的同相端通过电阻R88接地，其反相端通过电阻R86而连接至电阻R82和电阻R92的结点，其输出端连接至二极管D11的阳极，该二极管D11的阴极连接至反相器U7A的反相端，该反相端还通过电阻R38而连接至峰值检测电路40；所述电阻R37和电阻R38的连接点作为W相整流电路10的输出端。

该W相整流电路10中，结合图1及图2所示，其输入端连接至逆变单元50的下桥臂的W相端NW，当毫欧电阻R39所产生的电流信号为正向时，该电流信号经跟随器U7B进行同比例放大后，经由跟随器U7B的输出端、二极管D10和电阻R37而输出；当该W相整流电路10输入的的电流信号为反向时，该电流信号经反相器U7A进行反相处理后，转换为正向的电流信号，且经由反相器U7A的输出端、二极管D11和电阻R38而输出。经跟随器U7B和反相器U7A处理后的电流信号在W相整流电路10的输出端汇聚而形成脉动的直流电流信号，该脉动的直流电流信号将被输送至峰值检测电路40而作进一步处理。

结合图1、图2、图4及图5所示，所述V相整流电路20包括有一跟随器U8B及一反相器U8A，其中：所述跟随器U8B的同相端依次串联有电阻R89和电阻R91，该电阻R91的另一端作为V相整流电路20的输入端而连接至逆变单元50的下桥臂的V相端NV，所述跟随器U8B的输出端连接至二极管D18的阳极，该二极管D18的阴极连接至跟随器U8B的反相端，该反相端还通过电阻R56而连接至峰值检测电路40；所述反相器U8A的同相端通过电阻R104接地，其反相端通过电阻R90而连接至电阻R89和电阻R91的结点，其输出端连接至二极管D19的阳极，该二极管D19的阴极连接至反相器U8A的反相端，该反相端还通过电阻R57而连接至峰值检测电路40；所述电阻R56和电阻R57的连接点作为V相整流电路20的输出端。该V相整流电路20的电路原理与W相整流电路10相同，其输入端连接至逆变单元50的下桥臂的V相端NV，该V相整流电路20用于将毫欧电阻R41所产生的电流信号进行整流转换，且输出脉动的直流电流信号至至峰值检测电路40而作进一步处理。

结合图1、图2、图4及图5所示，所述U相整流电路30包括有一跟随器U9B及一反相器U9A，其中：所述跟随器U9B的同相端依次串联有电阻R105和电阻R108，该电阻R108的另一端作为U相整流电路30的输入端而连接至逆变单元50的下桥臂的U相端NU，所述跟随器U9B的输出端连接至二极管D21的阳极，该二极管D21的阴极连接至跟随器U9B的反相端，该反相端还通过电阻R102而连接至峰值检测电路40；所述反相器U9A的同相端通过电阻R107接地，其反相端通过电阻R106而连接至电阻R105和电阻R108的结点，其输出端连接至二极管D22的阳极，该二极管D22的阴极连接至反相器U9A的反相端，该反相端还通过电阻R103而连接至峰值检测电路40；所述电阻R102和电阻R103的连接点作为U相整流电路30的输出端。该U相整流电路30的电路原理与W相整流电路10相同，其输入端连接至逆变单元50的下桥臂的U相端NU，该U相整流电路20用于将毫欧电阻R40所产生的电流信号进行整流转换，且输出脉动的直流电流信号至至峰值检测电路40而作进一步处理。

应当说明的是，在本实施例中，W相整流电路10、V相整流电路20和U相整流电路30中均采用了一个跟随器和一个反相器相配合的电路形式，从而实现了对交流电流信号的整流处理，但是，这种电路形式只是本发明的一个较佳的实施例，并不用于限制本发明，在本发明的其他实施例中，W相整流电路10、V相整流电路20和U相整流电路30还可以分别采用其他的具有整流功能的电路形式。

结合图1及图3所示，所述峰值检测电路40包括有一反相器U10A，反相器U10A的反相端连接有电阻R101，电阻R101的另一端作为峰值检测电路的输入端，所述反相器U10A的同相端通过电阻R98接地，其输出端连接至二极管D24的阳极，该二极管D24的阴极连接至反相器U10A的反相端，该反相端还通过电阻R96而连接至电解电容E7的正极，该电解电容E7并联有电阻R94且其负极接地，其正极连接电阻R93，所述电阻R93的另一端作为峰值检测电路40的输出端而连接至单片机的AD采样端口60。

该峰值检测电路40中，峰值检测电路40在反相器U10A的作用下而防止脉动直流电流信号中的反向电流对单片机的AD采样端口60的冲击，当脉动直流电流信号为正向时，该电流信号经过电阻R96而传输至单片机的AD采样端口60；当脉动直流电流信号为反向时，该电流信号经过反相器U10A进行反向处理后，经由反相器U10A的输出端、二极管D24和电阻R96而传输至单片机的AD采样端口60。该峰值检测电路40不仅保护了单片机的AD采样端口60不受反向电流的冲击，还避免了该反向电流而对检测结果所造成的不良影响，从而进一步保证了电流检测结果的准确性。同时，经过反相器U10A处理后的电流信号还向电解电容E7充电，本实施例中，电解电容E7的型号为22UF/50V，由于该电解电容E7的容量较大，所以当脉动电流信号的峰值经过电解电容E7时，电解电容E7正极的电流与该峰值相同，当脉动信号的峰值过后，由于电解电容E7具有放电缓慢的特点而令其正极的电流保持在上述峰值，直到下一个峰值的到来，持续地，实现了脉动电流信号的峰值提取，同时还起到滤波的作用，使得流向单片机采样端口60的电流具有十分良好的线性度。

本实施例中，如图3所示，所述峰值检测电路40的输出端还连接至二极管D23的阳极和二极管D20的阴极，所述二极管D23的阴极连接至电源端，所述二极管D20的阳极接地。其中，电源端采用+5V电源，当峰值检测电路40输出端的电压高于电源端的电压值时，二极管D23导通且将该电压传输至电源端；当峰值检测电路40输出端的电压为负电压时，二极管D20导通以令该负电压与地抵消。上述过程中，通过二极管D23和二极管D20而进一步避免了负电压和较高的正电压对单片机的AD采样端口60的冲击。

本实施例中，如图3所示，所述峰值检测电路40的输出端还通过电容C69接地，该电容C69用于滤除峰值检测电路40的输出端的杂波干扰。

本发明所公开的用于变频器的三相电流检测电路中，由于毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40分别连接于逆变单元50的下桥臂的三条支路与地之间，所以当变频器进入工作状态时，随着三相交流电的相位变化，毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40作为电流采样电阻而分别产生电压信号，这三路电压信号分别通过W相整流电路10、V相整流电路20及U相整流电路30进行整流后，输出脉动的直流电压信号至峰值检测电路40，且由峰值检测电路40对该电压信号进行峰值提取以及滤波处理后，形成线性度良好的电压信号而输送至单片机的AD采样端口50，从而实现了对逆变单元的电流采样，替换了霍尔元件，由于本发明所采用的元件都是成本低廉的常用元件，所以，其相比现有技术而言，大大降低了电路的成本。同时，由于所检测的电流是三个毫欧电阻上所产生，所以本发明相比现有的采用一个毫欧电阻的电流检测电路而言，三个毫欧电阻能够更加真实地反映交流电在不同相位时的电流状态，避免了下桥臂的三条支路之间的相互串扰，从而使检测结果更加准确。因此，本发明相比现有技术而言，降低了变频器的整机成本，为变频器的批量化生产做出了突出的贡献，同时，还能够提高其检测电流的准确度，使得带有该三相电流检测电路的变频器具有很广阔的市场前景。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (7)

1.一种用于变频器的三相电流检测电路，其特征在于，所述三相电流检测电路包括有一W相整流电路(10)、一V相整流电路(20)、一U相整流电路(30)及一峰值检测电路(40)，所述三相电流检测电路还包括有一毫欧电阻R39、一毫欧电阻R41及一毫欧电阻R40且三者分别连接于逆变单元(50)的三条下桥臂与地之间，所述毫欧电阻R39、毫欧电阻R41及毫欧电阻R40为电流采样电阻，且三者所产生的电压分别通过W相整流电路(10)、V相整流电路(20)及U相整流电路(30)整流处理后，均输出至峰值检测电路(40)，再经峰值检测电路(40)取得峰值电压信号且传输至单片机的AD采样端口(60)。

2.如权利要求1所述的三相电流检测电路，其特征在于，所述W相整流电路(10)包括有一跟随器U7B及一反相器U7A，其中：

所述跟随器U7B的同相端依次串联有电阻R82和电阻R92，该电阻R92的另一端作为W相整流电路(10)的输入端而连接至逆变单元(50)的下桥臂的W相端NW，所述跟随器U7B的输出端连接至二极管D10的阳极，该二极管D10的阴极连接至跟随器U7B的反相端，该反相端还通过电阻R37而连接至峰值检测电路(40)；

所述反相器U7A的同相端通过电阻R88接地，其反相端通过电阻R86而连接至电阻R82和电阻R92的结点，其输出端连接至二极管D11的阳极，该二极管D11的阴极连接至反相器U7A的反相端，该反相端还通过电阻R38而连接至峰值检测电路(40)；

所述电阻R37和电阻R38的连接点作为W相整流电路(10)的输出端。

3.如权利要求1所述的三相电流检测电路，其特征在于，所述V相整流电路(20)包括有一跟随器U8B及一反相器U8A，其中：

所述跟随器U8B的同相端依次串联有电阻R89和电阻R91，该电阻R91的另一端作为V相整流电路(20)的输入端而连接至逆变单元(50)的下桥臂的V相端NV，所述跟随器U8B的输出端连接至二极管D18的阳极，该二极管D18的阴极连接至跟随器U8B的反相端，该反相端还通过电阻R56而连接至峰值检测电路(40)；

所述反相器U8A的同相端通过电阻R104接地，其反相端通过电阻R90而连接至电阻R89和电阻R91的结点，其输出端连接至二极管D19的阳极，该二极管D19的阴极连接至反相器U8A的反相端，该反相端还通过电阻R57而连接至峰值检测电路(40)；

所述电阻R56和电阻R57的连接点作为V相整流电路(20)的输出端。

4.如权利要求1所述的三相电流检测电路，其特征在于，所述U相整流电路(30)包括有一跟随器U9B及一反相器U9A，其中：

所述跟随器U9B的同相端依次串联有电阻R105和电阻R108，该电阻R108的另一端作为U相整流电路(30)的输入端而连接至逆变单元(50)的下桥臂的U相端NU，所述跟随器U9B的输出端连接至二极管D21的阳极，该二极管D21的阴极连接至跟随器U9B的反相端，该反相端还通过电阻R102而连接至峰值检测电路(40)；

所述反相器U9A的同相端通过电阻R107接地，其反相端通过电阻R106而连接至电阻R105和电阻R108的结点，其输出端连接至二极管D22的阳极，该二极管D22的阴极连接至反相器U9A的反相端，该反相端还通过电阻R103而连接至峰值检测电路(40)；

所述电阻R102和电阻R103的连接点作为U相整流电路(30)的输出端。

5.如权利要求1所述的三相电流检测电路，其特征在于，所述峰值检测电路(40)包括有一反相器U10A，反相器U10A的反相端连接有电阻R101，电阻R101的另一端作为峰值检测电路的输入端，所述反相器U10A的同相端通过电阻R98接地，其输出端连接至二极管D24的阳极，该二极管D24的阴极连接至反相器U10A的反相端，该反相端还通过电阻R96而连接至电解电容E7的正极，该电解电容E7并联有电阻R94且其负极接地，其正极连接电阻R93，所述电阻R93的另一端作为峰值检测电路(40)的输出端而连接至单片机的AD采样端口(60)。

6.如权利要求5所述的三相电流检测电路，其特征在于，所述峰值检测电路(40)的输出端还连接至二极管D23的阳极和二极管D20的阴极，所述二极管D23的阴极连接至电源端，所述二极管D20的阳极接地。

7.如权利要求5所述的三相电流检测电路，其特征在于，所述峰值检测电路(40)的输出端还通过电容C69接地。