CN103605396A - 变流器输出电流处理电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变流器输出电流处理电路及方法，所述处理电路包括依次连接的采样电路、比例放大电路和电压调整电路，还包括分别与所述比例放大电路和电压调整电路连接的处理器；所述采样电路用于对变流器的输出电流进行检测并采样；所述处理器用于设置并存储不同功率等级的变流器的放大倍数，及根据变流器的功率等级选择与其相应的放大倍数，并根据选择的放大倍数生成控制信号发送到所述比例放大电路；所述比例放大电路用于根据所述控制信号将所述采样电路输出的采样电压信号放大相应的倍数并输出。实施本发明的有益效果是，可对放大倍数进行智能调整；操作灵活、电路简单，开发管理简单、节省硬件材料、便于批量生产、可靠性高。

Description

变流器输出电流处理电路及方法

技术领域

本发明涉及电气技术领域，更具体地说，涉及一种变流器输出电流处理电路及方法。

背景技术

随着电力电子器件的发展，变流器广泛应用于电信、能源、交通运输、军事装备、材料工程、电力系统和电气传动领域。变流器是一种可以改变电源系统的电压、频率和相数等电源特性的电器设备。电源系统输出的电流经变流器变化转换为频率、电压恒定的交流电。

变流器的输出电流一般使用电流传感器进行检测。在实际运用中，不同功率等级的变流器通常使用同比例的电流传感器。因此，电流传感器得到的检测电流等级有多种。对电流传感器检测到的电流进行的处理通常包括：将检测电流信号转换为电压信号，并将处理后得到的电压信号输入AD转换芯片；AD转换芯片将电压信号进行模数转换后，输入控制装置，由控制装置根据获取的信号确定变流器的电流大小，以实现对变流器的监控、根据变流器的输出电流等级控制相应设备（例如，电机的转速）等功能。

由于变流器有不同功率等级，因此电流传感器的检测电流有不同的等级，而AD转换芯片的输入电压是一定的，因此，对检测电流进行处理时，必需将不同等级的电流转换为AD转换芯片能够处理的电压。一般的，常用的变流器输出电流的处理方法包括：

（1）根据变流器的不同功率等级设置不同的采样电路；然后利用同一放大电路对不同采样电路输出的采样信号进行放大处理，再进行电压调整后输入AD转换芯片；

（2）根据变流器的不同功率等级，利用不同阻值的采样电阻进行采样；然后利用同一放大电路对采样信号进行处理，再进行电压调整后输入AD转换芯片；

（3）不同功率等级的变流器利用同一采样电路，然后通过拨码选择放大倍数对采样信号进行放大，再进行电压调整后输入AD转换芯片。

采用上述处理方法的缺点为：需要多种采样电路，开发、管理困难；不同功率等级需要焊接不同的采样电阻，浪费硬件材料，不便于批量生产；拨码稳定性差，需要人工进行拨码，可靠性差。另一方面，不同功率等级的变流器使用同一放大电路，采集精度低。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述对变流器的输出电流进行处理时，开发管理困难、浪费硬件材料、不便于批量生产、可靠性差等缺陷，提供一种变流器输出电流处理电路及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种变流器输出电流处理电路，包括依次连接的采样电路、比例放大电路和电压调整电路，还包括分别与所述比例放大电路和电压调整电路连接的处理器；

所述采样电路用于对变流器的输出电流进行检测并采样；

所述处理器用于设置并存储不同功率等级的变流器的放大倍数，及根据变流器的功率等级选择与其相应的放大倍数，并根据选择的放大倍数生成控制信号发送到所述比例放大电路；

所述比例放大电路用于根据所述控制信号将所述采样电路输出的采样电压信号放大相应的倍数并输出；

所述电压调整电路用于对所述比例放大电路输出的电压信号进行电压调整和模数转换。

优选的，所述比例放大电路包括电子开关、多个接入电阻和第一运算放大器；

所述电子开关包括多个开关单元，所述多个开关单元根据来自处理器的控制信号将不同的接入电阻接入所述第一运算放大器的反向输入端和输出端之间。

优选的，所述采样电路包括用于对变流器的输出电流进行检测的霍尔传感器，以及对霍尔传感器检测到的电流进行采样的第五电阻和第六电阻；

所述电子开关的型号为MAX4614；所述接入电阻包括第一电阻、第二电阻、第三电阻和第四电阻；

所述电压调整电路包括用于第十电阻、第十一电阻、第二运算放大器和AD转换芯片；

其中，第五电阻和第六电阻并联后一端与霍尔传感器的电流输出端连接、另一端接地；霍尔传感器的电流输出端与第一运算放大器的反相输入端连接；

第一运算放大器的同相输入端通过第八电阻接地；第一运算放大器的输出端与第二运算放大器的反相输入端连接；

第二运算放大器的同相输入端通过第十电阻与1.25V电源连接；第二运算放大器的反相输入端通过第十一电阻与其输出端连接；第二运算放大器的输出端与AD转换芯片连接。

电子开关的第二引脚通过第四电阻与第一运算放大器的反相输入端连接；电子开关的第四引脚通过第一电阻与第一运算放大器的反相输入端连接；电子开关的第九引脚通过第二电阻与运算放大器的反相输入端连接；电子开关的第十引脚通过第三电阻与运算放大器的反相输入端连接；电子开关的第一引脚、第三引脚、第八引脚和第十一引脚均与运算放大器的输出端连接；电子开关的第五引脚、第六引脚、第十二引脚和第十三引脚均与所述处理器连接。

优选的，所述处理器包括FPGA芯片、单片机或CPU。

一种变流器输出电流处理方法，所述方法包括：

检测所述变流器的输出电流，以获得检测电流；

对所述检测电流进行采样，以将电流信号转换为电压信号；

根据变流器的功率等级选择与其相应的放大倍数，并根据选择的放大倍数生成控制信号；

根据所述控制信号将所述电压信号放大相应的倍数，并对所述放大后的电压信号进行电压调整和模数转换。

优选的，所述方法还包括：设置并存储于所述变流器功率等级与放大倍数的一一对应关系；

所述放大倍数信息包括：与所述变流器的功率等级对应的放大倍数。

优选的，所述检测所述变流器的输出电流，以获得检测电流的步骤具体包括：

通过霍尔传感器检测所述变流器的输出电流，以获得检测电流。

实施本发明的变流器输出电流处理电路及方法，具有以下有益效果：可以对变流器输出电流的放大倍数进行智能调整，保证输出电压一致；操作灵活、电路简单，开发管理简单、节省硬件材料、便于批量生产、可靠性高；不同功率等级使用不同的放大倍数，采集精度高。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例的变流器输出电流处理电路的结构方框图；

图2是本发明实施例的变流器输出电流处理电路的电路图；

图3是本发明实施例的变流器输出电流处理方法的流程图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参见图1为本发明实施例的变流器输出电流处理电路的结构方框图。该电路包括依次连接的采样电路1、比例放大电路2和电压调整电路3；还包括分别与比例放大电路2和电压调整电路3连接的处理器4。

采样电路1用于对变流器的输出电流进行检测并采样。

处理器4用于设置并存储不同功率等级的变流器的放大倍数，及根据变流器的功率等级选择与其相应的放大倍数，并根据选择的放大倍数生成控制信号发送到比例放大电路2。

比例放大电路2用于根据控制信号将采样电路1输出的采样电压信号放大相应的倍数并输出。

电压调整电路3用于对比例放大电路2输出的电压信号进行电压调整和模数转换。

经电压调整电路3处理后的信号被发送到处理器4，处理器4根据接收到的信号以及该信号被放大的倍数，确定变流器的输出电流的大小。其中，该信号被放大的倍数即处理器4根据变流器的功率等级选择的放大倍数。在本发明的实施例中，处理器4设置并存储变流器的功率等级与放大倍数的一一对应关系。由此，处理器4可根据变流器的功率等级确定放大倍数，从而根据放大倍数输出控制信号，以控制比例放大电路2按照该放大倍数对电压信号进行放大。此外，处理器4接收到电压调整电路3输出的信号后，可根据该信号被放大的放大倍数确定变流器的输出电流的实际大小。处理器4确定变流器的输出电流的大小后，即可实现对相应设备（例如，电机）的控制，以及实现对变流器的过流、过压保护等功能。

本发明实施例的处理器4包括FPGA芯片、单片机或CPU等。

在本发明的实施例中比例放大电路2包括电子开关K1、多个接入电阻和第一运算放大器P1。电子开关K1包括多个开关单元，该多个开关单元根据来自处理器4的控制信号将不同的接入电阻接入第一运算放大器P1的反向输入端和输出端之间。处理器4中存储有不同功率等级的变流器与放大倍数的一一对应关系。由此，不同功率等级对应不同的放大倍数，而不同的放大倍数对应不同的电阻接入方案。处理器4可根据功率等级，输出不同的控制信号，控制电子开关K1的各个开关单元的开闭状态，从而实现不同功率等级的变流器的接入电阻不同，放大倍数不同。

参见图2为本发明实施例的变流器输出电流处理电路的电路图。采样电路1包括用于对变流器的输出电流进行检测的霍尔传感器U1，以及对霍尔传感器U1检测到的电流进行采样的第五电阻R5和第六电阻R6。电子开关K1的型号为MAX4614；接入电阻包括电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4。电压调整电路包括电阻R10、电阻R11、运算放大器P2和AD转换芯片31。变流器的三相电线从霍尔传感器U1穿过，由此，霍尔传感器U1实现对变流器电流的检测。

电阻R5和R6并联后一端与霍尔传感器U1的电流输出端连接、另一端接地。霍尔传感器U1的电流输出端通过限流电阻R7与运算放大器P1的反相输入端连接。霍尔传感器U1的接地端（Vss）接地；霍尔传感器U1的的第一输入端（Vin1）连接+24V或+15V电源（图中未示出）霍尔传感器U1的的第二输出端（Vin2）连接-24V或-15V电源（图中未示出）。运算放大器P1的同相输入端通过电阻R8接地。运算放大器P1的输出端通过限流电阻R9与运算放大器P2的反相输入端连接。运算放大器P2的同相输入端通过电阻R10与1.25V电源连接。运算放大器P2的反相输入端通过电阻R11与其输出端连接。运算放大器P2的输出端与AD转换芯片31连接。

电子开关K1的第二引脚通过电阻R4与运算放大器P1的反相输入端连接；电子开关K1的第四引脚通过电阻R1与运算放大器P1的反相输入端连接；电子开关K1的第九引脚通过电阻R2与运算放大器P1的反相输入端连接；电子开关K1的第十引脚通过电阻R3与运算放大器P1的反相输入端连接；电子开关K1的第一引脚、第三引脚、第八引脚和第十一引脚均与运算放大器P1的输出端连接；电子开关K1的第五引脚、第六引脚、第十二引脚和第十三引脚均与处理器4连接。

在工作过程中，来自霍尔传感器U1输出的对变流器的检测电流信号（大小一般为-500mA～+500mA），经过采样电阻R5和R6的采样后转换为电压信号，进入比例放大电路2。比例放大电路2中的电子开关K1根据第五引脚、第六引脚、第十二引脚和第十三引脚接收到的来自处理器4的控制信号控制电阻R1-R4的接入，由此，实现针对不同功率等级的变压器采用不同的放大倍数。比例放大电路2中的运算放大器P1对电压信号进行放大和反向后输出到运算放大器P2。运算放大器P2对输入的信号进行反向和电压抬高。经反向和电压抬高后，电压信号被输入到AD转换芯片31。AD转换芯片31对电压信号进行模数转换后，传输到处理器4。处理器4根据接收到的信号即可实现对变流器的监控以及对相应设备进行控制等。

本发明实施例的处理器4根据设置并存储的变流器的功率等级与放大倍数的一一对应关系，输出控制信号到电子开关K1。该控制信号包括分别控制电子开关K1第五引脚接的信号A1、控制电子开关K1第六引脚的信号A2、控制电子开关K1第十二引脚接的信号A3和控制电子开关K1第十三引脚的信号A4。由此，处理器4可输出16种不同的控制信号，从而得到16种不同的放大倍数。在本发明的实施例中，由于采用的是型号为MAX4614的电子开关，因此，当A1、A2、A3和A4为高电平时，开关闭合，相应的电阻接入。具体的，当信号A1为高电平时，电阻R1接入；当信号A2为高电平时，电阻R2接入；当信号A3为高电平时，电阻R3接入；当信号A4为高电平时，电阻R4接入。在本发明的实施例中，可对电阻R1-R4的阻值进行相应的设定，以满足放大倍数的需求。

应理解，也可采用其它型号的电子开关（例如，MAX4615、MAX4616等）作为电子开关K1。处理器4的控制信号与开关的开闭状态，以及电阻的接入关系跟电子开关的型号相关。此外，霍尔传感器U1也可选用仅有一个输入端的霍尔传感器。

在本发明的实施例中，若霍尔传感器U1输出的电流为-500mA～+500mA，经运算放大器P1后输出的电压为-2.5V～+2.5V，由于AD转换芯片31接收的电压信号只能为正电压信号，因此，运算放大器P2将-2.5V～+2.5V的电压信号抬高2.5V，把-2.5V～+2.5V电压信号转换为0V～5V的电压信号。由此，AD转换芯片31接收到的电压信号为0V～5V的电压信号。

由于变流器输出电流处理电路要适用于不同功率等级的变流器，输入的电流不同，但又要求输入AD转换芯片的电压大致相同，这样就必须有几种比例放大，本发明实施例中的电子开关K1根据信号A1、A2、A3、A4来控制接入电阻的个数，从而实现智能调节出多种放大倍数，适用于不同功率等级的变流器。且由于电子开关K1是由处理器4进行控制的，使得放大倍数的调节具有智能、方便和适合批量生产的优点。且不同功率等级的变流器使用的放大倍数不相同，采集精度高。

参见图3为本发明实施例的变流器输出电流处理方法的流程图。该方法包括以下步骤：

步骤S101、检测所述变流器的输出电流，以获得检测电流。

具体的，通过霍尔传感器检测变流器的输出电流，以获得检测电流。

步骤S102、对所述检测电流进行采样，以将电流信号转换为电压信号。

步骤S103、根据变流器的功率等级选择与其相应的放大倍数，并根据选择的放大倍数生成控制信号。

具体的，本发明实施例的变流器输出电流处理方法还包括：获取变流器的功率等级信息，设置并存储于变流器功率等级一一对应的放大倍数。由此，放大倍数信息包括：与变流器的功率等级对应的放大倍数。

步骤S104、根据所述控制信号将所述电压信号放大相应的倍数，并对所述放大后的电压信号进行电压调整和模数转换。

在步骤S104之后，根据经电压调整和模数转换后的电压信号，以及该信号的放大倍数，确定变流器的输出电流的大小。确定变流器的输出电流的大小后，即可实现对相应设备（例如，电机）的控制，以及实现对变流器的过流、过压保护等功能。其中，该信号被放大的倍数即步骤S103中选择的放大倍数。

本发明实施例的变流器输出电流处理电路及方法可以对变流器输出电流的放大倍数进行智能调整，保证输出电压一致；操作灵活、电路简单，开发管理简单、节省硬件材料、便于批量生产、可靠性高；且不同功率等级使用不同的放大倍数，采集精度高。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种变流器输出电流处理电路，其特征在于，包括依次连接的采样电路（1）、比例放大电路（2）和电压调整电路（3），还包括分别与所述比例放大电路（2）和电压调整电路（3）连接的处理器（4）；

所述采样电路（1）用于对变流器的输出电流进行检测并采样；

所述处理器（4）用于设置并存储不同功率等级的变流器的放大倍数，及根据变流器的功率等级选择与其相应的放大倍数，并根据选择的放大倍数生成控制信号发送到所述比例放大电路（2）；

所述比例放大电路（2）用于根据所述控制信号将所述采样电路（1）输出的采样电压信号放大相应的倍数并输出；

所述电压调整电路（3）用于对所述比例放大电路（2）输出的电压信号进行电压调整和模数转换。

2.根据权利要求1所述的变流器输出电流处理电路，其特征在于，所述比例放大电路（2）包括电子开关（K1）、多个接入电阻和第一运算放大器（P1）；

所述电子开关（K1）包括多个开关单元，所述多个开关单元根据来自处理器的控制信号将不同的接入电阻接入所述第一运算放大器（P1）的反向输入端和输出端之间。

3.根据权利要求2所述的变流器输出电流处理电路，其特征在于，所述采样电路（1）包括用于对变流器的输出电流进行检测的霍尔传感器（U1），以及对霍尔传感器（U1）检测到的电流进行采样的第五电阻（R5）和第六电阻（R6）；

所述电子开关（K1）的型号为MAX4614；所述接入电阻包括第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）和第四电阻（R4）；

所述电压调整电路（3）包括用于第十电阻（R10）、第十一电阻（R11）、第二运算放大器（P2）和AD转换芯片（31）；

其中，第五电阻（R5）和第六电阻（R6）并联后一端与霍尔传感器（U1）的电流输出端连接、另一端接地；霍尔传感器（U1）的电流输出端与第一运算放大器（P1）的反相输入端连接；

第一运算放大器（P1）的同相输入端通过第八电阻（R8）接地；第一运算放大器（P1）的输出端与第二运算放大器（P2）的反相输入端连接；

第二运算放大器（P2）的同相输入端通过第十电阻（R10）与1.25V电源连接；第二运算放大器（P2）的反相输入端通过第十一电阻（R11）与其输出端连接；第二运算放大器（P2）的输出端与AD转换芯片（31）连接；

电子开关（K1）的第二引脚通过第四电阻（R4）与第一运算放大器（P1）的反相输入端连接；电子开关（K1）的第四引脚通过第一电阻（R1）与第一运算放大器（P1）的反相输入端连接；电子开关（K1）的第九引脚通过第二电阻（R2）与运算放大器（P1）的反相输入端连接；电子开关（K1）的第十引脚通过第三电阻（R3）与运算放大器（P1）的反相输入端连接；电子开关（K1）的第一引脚、第三引脚、第八引脚和第十一引脚均与运算放大器（P1）的输出端连接；电子开关（K1）的第五引脚、第六引脚、第十二引脚和第十三引脚均与所述处理器（6）连接。

4.根据权利要求1所述的变流器输出电流处理电路，其特征在于，所述处理器（6）包括FPGA芯片、单片机或CPU。

5.一种变流器输出电流处理方法，其特征在于，所述方法包括：

检测所述变流器的输出电流，以获得检测电流；

对所述检测电流进行采样，以将电流信号转换为电压信号；

根据变流器的功率等级选择与其相应的放大倍数，并根据选择的放大倍数生成控制信号；

根据所述控制信号将所述电压信号放大相应的倍数，并对所述放大后的电压信号进行电压调整和模数转换。

6.根据权利要求5所述的变流器输出电流处理方法，其特征在于，所述方法还包括：设置并存储于所述变流器功率等级与放大倍数的一一对应关系；

所述放大倍数信息包括：与所述变流器的功率等级对应的放大倍数。

7.根据权利要求5所述的变流器输出电流处理方法，其特征在于，所述检测所述变流器的输出电流，以获得检测电流的步骤具体包括：

通过霍尔传感器检测所述变流器的输出电流，以获得检测电流。

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