CN106124844A - 一种直流母线电压检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种直流母线电压检测电路，包括整流模块、平滑滤波模块和母线电压检测模块，平滑滤波模块包括串联连接且结构及设计参数均相同的第一平滑滤波支路和第二平滑滤波支路，母线电压检测模块包括：第一分压电阻网络、第二分压电阻网络、采样电阻和CPU，第一分压电阻网络和第二分压电阻网络串联连接且阻值相同，本发明通过将第一平滑滤波支路和第二平滑滤波支路的公共端与第一分压电阻网络和第二分压电阻网络的公共端连接，实现了两个公共端的电压的相互制约，使两个公共端的电压均保持为直流母线电压的一半，从而增加了直流母线电压的稳定性，提高了直流母线的抗干扰能力，进而提高了检测得到的直流母线电压的准确性。

Description

一种直流母线电压检测电路
技术领域
本发明涉及电压检测技术领域，更具体的说，涉及一种直流母线电压检测电路。
背景技术
在伺服驱动器或变频器(也可称为交流驱动器)设计过程中，直流母线电压是一个非常重要的参数，第一，通过它可知驱动器是否过压或欠压；第二通过它可知何时需要打开制动电阻；第三，利用它可做电流环控制参数。
目前，在伺服驱动器或变频器设计过程中，直流母线电压的检测通常采用直接在直流母线上并联分压电阻网络，并将分压得到的电压信号送至CPU(Central ProcessingUnit，中央处理器)运算处理得到直流母线电压。
现有检测电路虽然比较简单，但是存在抗干扰性能不强的缺点，在高压时，直流母线容易受与该直流母线连接的逆变电路中PWM开关信号的干扰，从而导致检测得到的直流母线电压的误差比较大。特别是在大功率伺服驱动器的直流母线电压检测时，由于直流母线电压检测点到检测电路需要用导线连接，而导线距离又比较长，如果采用现有检测电路，很容易使采样得到的采样电压信号受到干扰，导致检测得到的直流母线电压不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明公开一种直流母线电压检测电路，以解决现有检测电路抗干扰能力差，导致检测得到的直流母线电压误差比较大的问题。
一种直流母线电压检测电路，包括：
输入端与交流电连接的整流模块；
输入端与所述整流模块的输出端通过直流母线连接的平滑滤波模块，所述平滑滤波模块包括串联连接的第一平滑滤波支路和第二平滑滤波支路，所述第一平滑滤波支路和所述第二平滑滤波支路的结构及设计参数相同；
以及母线电压检测模块，所述母线电压检测模块包括：第一分压电阻网络、第二分压电阻网络、采样电阻和中央处理器CPU，其中，所述第一分压电阻网络的阻值和所述第二分压电阻网络的阻值相同，且与所述采样电阻的阻值差值不低于预设差值；
所述第一分压电阻网络与所述第一平滑滤波支路并联连接，所述第二分压电阻网络和所述采样电阻形成的串联支路与所述第二平滑滤波支路并联连接，且所述串联支路与所述第一分压电阻网络串联连接，所述CPU的输入端与所述第二分压电阻网络和所述采样电阻的公共端连接，所述输入端用于获取所述采样电阻上的采样电压信号，以使所述CPU根据所述采样电压信号计算得到直流母线电压。
优选的，所述第一平滑滤波支路包括：第一母线电容支路和与所述第一母线电容支路并联连接的第一均压电阻支路。
优选的，所述第一母线电容支路包括一个母线电容或多个并联连接且容值相同的母线电容。
优选的，所述第一均压电阻支路中的电阻为功率电阻。
优选的，所述第二平滑滤波支路包括：第二母线电容支路和与所述第二母线电容支路并联连接的第二均压电阻支路。
优选的，所述第二母线电容支路包括一个母线电容或多个并联连接且容值相同的母线电容。
优选的，所述第二均压电阻支路中的电阻为功率电阻。
优选的，所述第一母线电容支路的容值和所述第二母线电容支路的容值相同，且所述第一均压电阻支路的电阻值和所述第二均压电阻支路的电阻值相同。
优选的，所述第一分压电阻网络的阻值和所述第二分压电阻网络的阻值均不低于所述第一均压电阻支路的阻值的6倍。
优选的，所述第一分压电阻网络包括一个电阻或多个串联连接的电阻。
优选的，所述第二分压电阻网络包括一个电阻或多个串联连接的电阻。
优选的，所述母线电压检测模块还包括：
设置在所述采样电阻和所述CPU之间的AD转换器；
以及，设置在所述AD转换器和所述CPU之间的高速光耦。
优选的，所述高速光耦由隔离电源供电，且与所述CPU共信号地。
从上述的技术方案可知，本发明公开了一种直流母线电压检测电路，包括整流模块、平滑滤波模块和母线电压检测模块，平滑滤波模块包括串联连接且结构及设计参数均相同的第一平滑滤波支路和第二平滑滤波支路，母线电压检测模块包括：第一分压电阻网络、第二分压电阻网络、采样电阻和CPU，第一分压电阻网络和第二分压电阻网络串联连接且阻值相同，本发明通过将第一平滑滤波支路和第二平滑滤波支路的公共端与第一分压电阻网络和第二分压电阻网络的公共端连接，实现了两个公共端的电压的相互制约，使两个公共端的电压均保持为直流母线电压的一半，从而增加了直流母线电压的稳定性，提高了直流母线的抗干扰能力，进而提高了检测得到的直流母线电压的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据公开的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种直流母线电压检测电路的电路图；
图2为本发明实施例公开的另一种直流母线电压检测电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种直流母线电压检测电路，以解决现有检测电路抗干扰能力差，导致检测得到的直流母线电压误差比较大的问题。
参见图1，本发明实施例公开的一种直流母线电压检测电路的电路图，该电路包括：整流模块10、平滑滤波模块20和母线电压检测模块30。
其中：
整流模块10的输入端与交流电AC连接，整流模块10用于将交流电整流成直流电。
平滑滤波模块20的输入端与整流模块10的输出端通过直流母线连接，平滑滤波模块20用于对直流母线电压进行滤波，得到稳定平滑的直流母线电压。
平滑滤波模块20包括：串联连接的第一平滑滤波支路21和第二平滑滤波支路22，第一平滑滤波支路21和第二平滑滤波支路22的结构及设计参数相同。
母线电压检测模块30包括：第一分压电阻网络31、第二分压电阻网络32、采样电阻Rsense和CPU33；
第一分压电阻网络31的阻值和第二分压电阻网络32的阻值相同，且与采样电阻Rsense的阻值差值不低于预设差值，也即，第一分压电阻网络31的阻值和第二分压电阻网络32的阻值需远远大于采样电阻Rsense的阻值。
母线电压检测模块30各组成部分的连接关系具体如下：
第一分压电阻网络31与第一平滑滤波支路21并联连接，第二分压电阻网络32和采样电阻Rsense形成的串联支路与第二平滑滤波支路22并联连接，且该串联支路与第一分压电阻网络31串联连接，CPU33的输入端与第二分压电阻网络32和采样电阻Rsense的公共端连接，该输入端用于获取采样电阻Rsense上的采样电压信号，以使CPU33根据该采样电压信号计算得到直流母线电压。
需要说明的是，第一分压电阻网络31的阻值和第二分压电阻网络32的阻值远远大于采样电阻Rsense的阻值的目的为：当直流母线电压施加在由第一分压电阻网络31、第二分压电阻网络32和采样电阻Rsense形成的串联支路上时，采样电阻Rsense上的分压较小，从而可以忽略不计，从而第一分压电阻网络31上的分压值和第二分压电阻网络32上的分压值近似相等。
其中，第一分压电阻网络31和第二分压电阻网络32中的电阻均为小信号电阻，从采样电阻Rsense上获取的采样电压信号也为小信号。
本发明公开的直流母线电压检测电路的检测过程具体如下：
上电后，输入的交流电经整流模块10整流以及平滑滤波模块20平滑滤波后得到稳定的直流母线电压，该直流母线电压施加在由第一分压电阻网络31、第二分压电阻网络32和采样电阻Rsense形成的串联支路上，采样电阻Rsense上的采样电压信号被传输至CPU33进行运算处理，得到直流母线电压，从而完成直流母线电压的检测。
综上可知，本发明公开的直流母线电压检测电路，包括整流模块10、平滑滤波模块20和母线电压检测模块30，平滑滤波模块20包括串联连接且结构及设计参数均相同的第一平滑滤波支路21和第二平滑滤波支路22，母线电压检测模块30包括：第一分压电阻网络31、第二分压电阻网络32、采样电阻Rsense和CPU33，第一分压电阻网络31和第二分压电阻网络32串联连接且阻值相同，本发明通过将第一平滑滤波支路21和第二平滑滤波支路21的公共端与第一分压电阻网络31和第二分压电阻网络31的公共端连接，实现了两个公共端的电压的相互制约，使两个公共端的电压均保持为直流母线电压的一半，从而增加了直流母线电压的稳定性，提高了直流母线的抗干扰能力，进而提高了检测得到的直流母线电压的准确性。
其中，上述实施例中，第一平滑滤波支路21包括：第一母线电容支路和与该第一母线电容支路并联连接的第一均压电阻支路。
第一母线电容支路可以仅包括一个母线电容(例如图1中示出的C1)，也可以为多个并联连接且容值相同的母线电容(图1中未示出)。在实际应用中，需根据所需容值选择母线电容的数量。
第一均压电阻支路中的电阻为功率电阻，在实际应用中，第一均压电阻支路中的电阻可以为一个电阻(例如图1中示出的R均压1)或是多个串联连接的电阻，在实际应用中，需根据所需阻值选择电阻的数量。
相应的，第二平滑滤波支路21包括：第二母线电容支路和与该第二母线电容支路并联连接的第二均压电阻支路。
第二母线电容支路可以仅包括一个母线电容(例如图1中示出的C2)，也可以为多个并联连接且容值相同的母线电容(图1中未示出)。在实际应用中，需根据所需容值选择母线电容的数量。
第二均压电阻支路中的电阻为功率电阻，在实际应用中，第二均压电阻支路中的电阻可以为一个电阻(例如图1中示出的R均压2)或是多个串联连接的电阻，在实际应用中，需根据所需阻值选择电阻的数量。
由于第一平滑滤波支路21和第二平滑滤波支路22的结构及设计参数相同，因此，具体的，第一母线电容支路的容值和第二母线电容支路的容值相同，且第一均压电阻支路的阻值和第二均压电阻支路的阻值相同。
其中，上述实施例中，第一分压电阻网络31包括一个电阻或多个串联连接的电阻，同样，第二分压电阻网络32包括一个电阻或多个串联连接的电阻。例如，图1公开的实施例中，第一分压电阻网络31包括三个串联连接的电阻，第二分压电阻网络32包括三个串联连接的电阻。
第一分压电阻网络31的阻值和第二分压电阻网络32的阻值还需均不低于第一均压电阻支路(或第二均压电阻支路)的阻值的6倍。
需要说明的是，在实际中，整流得到的直流母线电压较高，因此，为降低电能损耗、提高电压质量和设备利用率，通常在直流母线上连接母线电容，以补偿整个系统的无功功率，提高功率因数。
通常将多个功率和型号相同的母线电容串联使用，而电容的漏电流差异会导致各母线电容承受的电压不一致，如果各母线电容承受的电压严重不均衡，将会大大缩短母线电容的使用寿命，所以通常在各母线电容上并联相同阻值的功率电阻(见图1中的R均压1和R均压2)，以达到均衡母线电容电压的目的。
本发明中，母线电容均压的控制过程通过第一均压电阻支路、第二均压电阻支路、第一分压电阻网络31和第二分压电阻网络32共同实现，其中，阻值关系满足如下条件：
(1)第一均压电阻支路的阻值和第二均压电阻支路的组成相同，且两个均压电阻支路中的电阻均为功率电阻；
(2)第一分压电阻网络31的阻值和第二分压电阻网络32的阻值相同，且两个分压电阻网络的阻值均远大于采样电阻Rsense的阻值，与此同时，两个分压电阻网络的阻值均不低于第一均压电阻支路(或第二均压电阻支路)的阻值的6倍。
(3)第一均压电阻支路、第二均压电阻支路、第一分压电阻网络31和第二分压电阻网络32中的电阻均为小信号电阻。
从上述论述可知，第一母线电容支路和第二母线电容支路不均压是由于它们的漏电流差异引起的，漏电流差异越大，第一母线电容支路和第二母线电容支路的电压差越大。
本发明中，母线电容均压的控制过程为：
假设第一母线电容支路仅包含一个母线电容C1，第二母线电容支路仅包含一个母线电容C2，母线电容C1的电压大于母线电容C2的电压，由于均压电阻：第一均压电阻支路的阻值＝第二均压电阻支路的阻值，且第一分压电阻网络31的阻值＝第二分压电阻网络32的阻值，则母线电容C1的静态放电电流将大于母线电容C2的静态放电电流，使得母线电容C1的电压上升速率和母线电容C2的电压下降速率均变缓，并最终稳定在一个特定的范围，从而增加了直流母线电压的稳定性。
通过选择适当阻值的电阻，可使电路得到较好的均压效果。试验表明：第一分压电阻网络31的阻值和第二分压电阻网络32的阻值相同，且两个分压电阻网络的阻值均远大于采样电阻Rsense的阻值，两个分压电阻网络的阻值均不低于第一均压电阻支路(或第二均压电阻支路)的阻值的6倍时，可使电路具有较好的均压效果。
综上可知，本发明通过连接均压电阻的中点(包括：第一均压电阻支路和第二均压电阻支路)与分压电阻(包括：第一分压电阻网络31和第二分压电阻网络32)的中点，增加了直流母线电压的稳定性。
将直流母线上并联的均压电阻的中点和分压电阻的中点相连接，可以增加直流母线电压的稳定性的原因为：
理想状态下：均压电阻的中点电压为：0.5*母线电压，分压电阻的中点电压为：0.5*母线电压，这样的状况下，两个中点不连接也可以达到直流母线电压的检测精度，但是实际上由于均压电阻和分压电阻都存在一定误差，导致两个中点电压不为：0.5*母线电压，因此均压效果不好，通过将两个中点相连接可以达到中点电压相互制约的作用，使两个中点电压均保持为0.5*母线电压。
为进一步增加直流母线电压的抗干扰性，参见图2，本发明另一实施例公开的一种直流母线电压检测电路的电路图，在图1所示实施例的基础上，母线电压检测模块30还包括：
设置在采样电阻Rsense和CPU33之间的AD转换器34；
以及，设置在AD转换器34和CPU33之间的高速光耦35。
本发明公开的直流母线电压检测电路的检测过程具体如下：
上电后，输入的交流电经整流模块10整流以及平滑滤波模块20平滑滤波后得到稳定的直流母线电压，该直流母线电压施加在由第一分压电阻网络31、第二分压电阻网络32和采样电阻Rsense形成的串联支路上，采样电阻Rsense上的采样电压信号通过AD转换器34由模拟信号转换成数字信号，输出至高速光耦35，高速光耦35在将数字信号形式的采样电压信号传输给CPU33进行运算处理，得到直流母线电压，从而完成直流母线电压的检测。
其中，高速光耦35由隔离电源供电，且与CPU33共信号地，用于隔离母线高压端对后级的影响。
需要说明的是，由于数字信号仅有高电平和低电平两种状态，而模拟信号有很多幅值表示方式，即模拟信号用不同的幅值代表不同的信息，因此，数字信号的比模拟信号的抗干扰能力强。
本发明中，AD转换器34将采样电压信号通过由模拟信号转换成数字信号，可以增加采样电压信号的抗干扰能力，从而提高了检测得到的直流母线电压的准确性。
另外，数字信号形式的采样电压信号经过高速光耦35隔离，可以使CPU33进行数据处理时与直流母线电压部分隔离，从而大大降低了模块之间的相互干扰，进而提高了检测得到的直流母线电压的准确性。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (13)

1.一种直流母线电压检测电路，其特征在于，包括：
输入端与交流电连接的整流模块；
输入端与所述整流模块的输出端通过直流母线连接的平滑滤波模块，所述平滑滤波模块包括串联连接的第一平滑滤波支路和第二平滑滤波支路，所述第一平滑滤波支路和所述第二平滑滤波支路的结构及设计参数相同；
以及母线电压检测模块，所述母线电压检测模块包括：第一分压电阻网络、第二分压电阻网络、采样电阻和中央处理器CPU，其中，所述第一分压电阻网络的阻值和所述第二分压电阻网络的阻值相同，且与所述采样电阻的阻值差值不低于预设差值；
所述第一分压电阻网络与所述第一平滑滤波支路并联连接，所述第二分压电阻网络和所述采样电阻形成的串联支路与所述第二平滑滤波支路并联连接，且所述串联支路与所述第一分压电阻网络串联连接，所述CPU的输入端与所述第二分压电阻网络和所述采样电阻的公共端连接，所述输入端用于获取所述采样电阻上的采样电压信号，以使所述CPU根据所述采样电压信号计算得到直流母线电压。
2.根据权利要求1所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第一平滑滤波支路包括：第一母线电容支路和与所述第一母线电容支路并联连接的第一均压电阻支路。
3.根据权利要求2所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第一母线电容支路包括一个母线电容或多个并联连接且容值相同的母线电容。
4.根据权利要求2所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第一均压电阻支路中的电阻为功率电阻。
5.根据权利要求2所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第二平滑滤波支路包括：第二母线电容支路和与所述第二母线电容支路并联连接的第二均压电阻支路。
6.根据权利要求5所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第二母线电容支路包括一个母线电容或多个并联连接且容值相同的母线电容。
7.根据权利要求5所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第二均压电阻支路中的电阻为功率电阻。
8.根据权利要求5所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第一母线电容支路的容值和所述第二母线电容支路的容值相同，且所述第一均压电阻支路的电阻值和所述第二均压电阻支路的电阻值相同。
9.根据权利要求2所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第一分压电阻网络的阻值和所述第二分压电阻网络的阻值均不低于所述第一均压电阻支路的阻值的6倍。
10.根据权利要求1所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第一分压电阻网络包括一个电阻或多个串联连接的电阻。
11.根据权利要求1所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述第二分压电阻网络包括一个电阻或多个串联连接的电阻。
12.根据权利要求1所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述母线电压检测模块还包括：
设置在所述采样电阻和所述CPU之间的AD转换器；
以及，设置在所述AD转换器和所述CPU之间的高速光耦。
13.根据权利要求12所述的直流母线电压检测电路，其特征在于，所述高速光耦由隔离电源供电，且与所述CPU共信号地。
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