CN106018940A - 一种用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，包括模拟电路部分和数字电路部分。模拟电路部分用于采集、接收电源主电路的电压、电流、温度等模拟信号，对相关信号进行调理、滤波、缓冲和光电隔离等处理；数字电路部分完成数字量的传输、隔离等功能，用于采集、接收高频电源主电路的工作状态、故障状态等开关信号，传输控制逻辑量、PWM波等控制量。两个部分电路进行物理隔离，并各自拥有独立的地线和供电电源。本发明将模拟及数字电路融为一体，完成对模拟及数字信号的采集、调理和隔离工作，降低电源线和地线干扰、减少高频数字电路对模拟电路的干扰、提高工作稳定性，也减少了成本。

Description

一种用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路

技术领域

本发明属于集成电路设计技术，尤其涉及一种用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路。

背景技术

随着我国经济飞速发展，工业生产规模急剧扩大。与之而来的雾霾严重、PM2.5浓度值超标等环境问题严重影响着人们健康的同时也束缚了工业化的进一步发展。造成这一系列现象的主要原因是工业生产过程中未经处理便排放到空气中的烟（粉）尘，因此工业除尘技术越来越受到人们的重视。

静电除尘器的基本原理是使含尘气体通过高压电场，使得悬浮颗粒荷电从而被集尘极吸附、清除。其中高频电源静电除尘器较工频电源静电除尘器来说，除尘效率更高，电网污染更小等，诸多优点使得高频化成为静电除尘高压电源发展的主流趋势。高频高压静电除尘电源控制系统是高频高压静电除尘器的核心部分，对静电除尘的除尘效率和运行稳定性具有重要影响。

传统高频高压静电除尘电源控制系统中常将模拟信号调理电路和数字信号调理电路分开设计，这将增加系统的成本，不利于控制系统的集成化、小型化。且更多的电路板连接意味着更高的故障率，使系统的稳定性无法进一步提高。

因此，一种信号处理准确，集成化高，相互间干扰小，稳定性强，成本低的用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路值得深入研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路。该电路较传统的模拟和数字调理电路而言，提高电路设计的合理性和信号处理的准确率性，且同时需减少系统的成本和体积，降低故障率，提高控制系统的稳定性和集成化程度。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，其特征在于：该电路包括模拟电路部分和数字电路部分，模拟电路部分用于采集、接收电源主电路的电压、电流、温度模拟信号，对相关信号进行调理、滤波、缓冲和光电隔离处理，确保提供给DSP+FPGA主控板信号的安全性、可靠性、有效性；数字电路部分完成数字量的传输、隔离功能，用于采集、接收高频电源主电路的工作状态、故障状态开关信号，传输控制逻辑量、PWM波控制量；模拟电路部分包括：温度信号采集调理电路、母线电压信号采集调理电路、相电流信号采集调理电路、一次电流信号采集调理电路、二次电流信号采集调理电路、二次电压信号采集调理电路，其中：温度信号采集调理电路由温度信号采集电路、放大电路、跟随电路、光耦电路、跟随、限幅钳位电路依次连接而成；母线电压信号采集调理电路由母线电压采集电路、滤波电路、差分放大电路、光耦电路、跟随电路、钳位电路依次连接而成；进线电流信号采集调理电路由相电流采集电路、滤波电路、绝对值电路、光耦隔离电路、钳位电路依次连接而成；数字电路部分包括：PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路、数字量输出电路和状态量采集电路；其中PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路对PWM信号和IGBT故障信号进行光耦隔离；数字量输出电路和状态量采集电路对数字量控制信号和状态量反馈信号进行取反和光耦隔离。

本发明中，一次电流信号采集调理电路包括谐振电流过零检测电路、一次电流过流保护电路、一次电流积分电路和一次电流检测电路。其中，谐振电流过零检测电路由一次电流采集、滤波、过零比较、光耦隔离、钳位电路依次连接而成。一次电流过流保护电路由一次电流采集、滤波、绝对值、比较、光耦、钳位电路依次连接而成。一次电流积分电路由一次电流采集、滤波、绝对值、光耦、反相、积分、钳位电路依次连接而成。一次电流检测电路由一次电流采集、滤波、绝对值、光耦、差分、钳位电路依次连接而成。

二次电压信号采集调理电路由二次电压采集、RC滤波、二阶巴特沃斯滤波、反向缩小、光耦、放大电路和限幅钳位电路依次连接而成。二次电流信号采集调理电路中，二次电流信号依次经过二次电流采集、RC滤波、二阶巴特沃斯滤波、反向缩小和光耦电路后，其中一路依次进入反向比较、积分、限幅钳位电路组成输出电流积分电路，另一路依次进入放大电路和限幅钳位电路组成二次电流检测电路。

温度信号采集电路采用PT-100铂电阻温度传感器采集现场温度量，信号隔离采用HCNR201 和HCPL-600两款芯片，一次电流信号采集选用LEM公司的LT308-S7型电流传感器。

数字电路部分包括：PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路、数字量输出电路和状态量采集电路。其中PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路主要是对PWM信号和IGBT故障信号进行光耦隔离，主要采用HCPL-600光耦隔离芯片。数字量输出电路和状态量采集电路主要是对数字量控制信号和状态量反馈信号进行取反和光耦隔离，光耦芯片主要采用HCPL-631芯片，反相器主要采用74HC04和ULN2003A芯片。

在数模混合电路中，数字信号电路会给整个电路带来地电平面反弹噪声和电源扰动，这些噪声和干扰耦合到模拟电路中会影响模拟电路的工作性能。且由于大部分干扰源通过地线和电源线产生，因此对模拟和数字两个部分电路进行物理隔离，用沟壕隔开，并各自拥有独立的地线和供电电源，该数字电路与模拟电路的中低频部分相靠近，该数字电路与模拟电路的高频部分相远离，其中高频部分的信号线靠近连接器。

本发明的优点和积极效果：

与传统的模拟和数字调理电路相比，本发明设计更加合理，信号处理准确率更高，且同时减少了系统的成本和体积，降低了故障率，提高了控制系统的稳定性和集成化程度。

附图说明

图1为本发明电路板布局结构图。

图2为本发明中温度信号采集调理电路流程图。

图3 为本发明中母线电压信号采集调理电路流程图。

图4 为本发明中相电流信号采集调理电路流程图。

图5为本发明中一次电流信号采集调理电路流程图。

图6为本发明中二次电流信号采集调理电路流程图。

图7为本发明中二次电压信号采集调理电路流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

一种用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，参见图1，包括模拟电路部分和数字电路部分。模拟电路部分用于采集、接收电源主电路的电压、电流、温度等模拟信号，对相关信号进行调理、滤波、缓冲和光电隔离等处理，确保提供给DSP+FPGA主控板信号的安全性、可靠性、有效性；数字信号采集调理电路完成数字量的传输、隔离等功能，用于采集、接收高频电源主电路的工作状态、故障状态等开关信号，传输控制逻辑量、PWM波等控制量。

参见图1，在数模混合电路中，数字信号会给整个电路带来地电平面反弹噪声和电源扰动，这些噪声和干扰耦合到模拟电路中会影响模拟电路的工作性能。由于大部分干扰源通过地线和电源线产生，因此对模拟和数字两个部分电路进行物理隔离，用沟壕隔开，并各自拥有独立的地线和供电电源。为减少高频电路和低频电路间的相互干扰，该数字电路与该模拟电路的中低频部分相靠近、高频部分相远离，其中高频部分的信号线靠近连接器。

模拟电路部分包括：温度信号采集调理电路、母线电压信号采集调理电路、相电流信号采集调理电路、一次电流信号采集调理电路、二次电流信号采集调理电路、二次电压信号采集调理电路；

参见图2，温度信号采集调理电路由温度信号采集电路、放大电路、跟随电路、光耦电路、跟随和限幅钳位电路依次连接而成。

参见图3，母线电压信号采集调理电路由母线电压采集电路、滤波电路、差分放大电路、光耦电路、跟随电路、钳位电路依次连接而成。

参见图4，相电流信号采集调理电路由相电流采集电路、滤波电路、绝对值电路、光耦隔离电路、钳位电路依次连接而成。

参见图5，一次电流信号采集调理电路中，谐振电流过零检测电路由一次电流采集、滤波、过零比较、光耦隔离、钳位电路依次连接而成。一次电流过流保护电路由一次电流采集、滤波、绝对值、比较、光耦、钳位电路依次连接而成。一次电流积分电路由一次电流采集、滤波、绝对值、光耦、反相、积分、钳位电路依次连接而成。一次电流检测电路由一次电流采集、滤波、绝对值、光耦、差分、钳位电路依次连接而成。

参见图6，二次电流信号采集调理电路中，二次电流信号依次经过二次电流采集、RC滤波、二阶巴特沃斯滤波、反向缩小和光耦电路后，一路依次进入反向比较、积分、限幅钳位电路组成输出电流积分电路，另一路依次进入放大电路和限幅钳位电路组成二次电流检测电路。

参见图7，二次电压信号采集调理电路由二次电压采集、RC滤波、二阶巴特沃斯滤波、反向缩小、光耦、放大电路和限幅钳位电路依次连接而成。

温度信号采集电路采用PT-100铂电阻温度传感器采集现场温度量，信号隔离采用HCNR201 和HCPL-600两款芯片，一次电流信号采集选用LEM公司的LT308-S7型电流传感器。

数字电路部分包括：PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路、数字量输出电路和状态量采集电路。其中PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路主要是对PWM信号和IGBT故障信号进行光耦隔离，主要采用HCPL-600光耦隔离芯片。数字量输出电路和状态量采集电路主要是对数字量控制信号和状态量反馈信号进行取反和光耦隔离，光耦芯片主要采用HCPL-631芯片，反相器主要采用74HC04和ULN2003A芯片。

本发明将模拟及数字电路融为一体，完成对模拟及数字信号的采集、调理和隔离工作，降低电源线和地线干扰、减少高频数字电路对模拟电路的干扰、提高工作稳定性，也减少了成本。

Claims (6)

1.一种用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，其特征在于：该电路包括模拟电路部分和数字电路部分，模拟电路部分用于采集、接收电源主电路的电压、电流、温度模拟信号，对相关信号进行调理、滤波、缓冲和光电隔离处理，确保提供给DSP+FPGA主控板信号的安全性、可靠性、有效性；数字电路部分完成数字量的传输、隔离功能，用于采集、接收高频电源主电路的工作状态、故障状态开关信号，传输控制逻辑量、PWM波控制量；模拟电路部分包括：温度信号采集调理电路、母线电压信号采集调理电路、相电流信号采集调理电路、一次电流信号采集调理电路、二次电流信号采集调理电路、二次电压信号采集调理电路，其中：温度信号采集调理电路由温度信号采集电路、放大电路、跟随电路、光耦电路、跟随、限幅钳位电路依次连接而成；母线电压信号采集调理电路由母线电压采集电路、滤波电路、差分放大电路、光耦电路、跟随电路、钳位电路依次连接而成；进线电流信号采集调理电路由相电流采集电路、滤波电路、绝对值电路、光耦隔离电路、钳位电路依次连接而成；数字电路部分包括：PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路、数字量输出电路和状态量采集电路；其中PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路对PWM信号和IGBT故障信号进行光耦隔离；数字量输出电路和状态量采集电路对数字量控制信号和状态量反馈信号进行取反和光耦隔离。

2.根据权利要求1所述的用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，其特征在于：一次电流信号采集调理电路包括谐振电流过零检测电路、一次电流过流保护电路、一次电流积分电路和一次电流检测电路；其中，谐振电流过零检测电路由一次电流采集、滤波、过零比较、光耦隔离、钳位电路依次连接而成；一次电流过流保护电路由一次电流采集、滤波、绝对值、比较、光耦、钳位电路依次连接而成；一次电流积分电路由一次电流采集、滤波、绝对值、光耦、反相、积分、钳位电路依次连接而成；一次电流检测电路由一次电流采集、滤波、绝对值、光耦、差分、钳位电路依次连接而成。

3.根据权利要求1所述的用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，其特征在于：二次电压信号采集调理电路由二次电压采集、RC滤波、二阶巴特沃斯滤波、反向缩小、光耦、放大电路和限幅钳位电路依次连接而成；二次电流信号采集调理电路中，二次电流信号依次经过二次电流采集、RC滤波、二阶巴特沃斯滤波、反向缩小和光耦电路后，其中一路依次进入反向比较、积分、限幅钳位电路组成输出电流积分电路，另一路依次进入放大电路和限幅钳位电路组成二次电流检测电路。

4.根据权利要求1所述的用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，其特征在于：温度信号采集电路采用PT-100铂电阻温度传感器采集现场温度量，信号隔离采用HCNR201 和HCPL-600两款芯片，一次电流信号采集选用LEM公司的LT308-S7型电流传感器。

5.根据权利要求1所述的用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，其特征在于：PWM波调理电路、IGBT故障信号反馈电路采用HCPL-600光耦隔离芯片；数字量输出电路和状态量采集电路光耦芯片采用HCPL-631芯片，反相器采用74HC04和ULN2003A芯片。

6.根据权利要求1所述的用于静电除尘电源控制系统的模拟数字信号调理电路，其特征在于：模拟电路部分和数字电路部分进行物理隔离，用沟壕隔开，并各自拥有独立的地线和供电电源，模拟电路部分和数字电路部分的中低频部分相靠近，高频部分相远离，其中高频部分的信号线靠近连接器。