CN107707227A - 光学编码器信号输入电路和包含该电路的变频器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力电子技术,特别涉及一种光学编码器信号输入电路以及包含该输入电路的变频器。按照本发明一个实施例的光学编码器信号输入电路(30)包括:适配单元(320),其配置为能够将来自光学编码器信号的双极性脉冲信号变换为单极性脉冲信号;与所述适配单元(320)耦合的限流单元(330),其配置为将所述单极性脉冲信号转换为具有限定电流幅值的信号;以及与所述限流单元(330)耦合的光电耦合单元(340),其配置为将所述具有限定电流幅值的信号转换为适于变频器处理的输出信号。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术,特别涉及一种光学编码器信号输入电路以及包含该输入电路的变频器。
背景技术
变频器是应用变频技术,通过改变电机工作频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要包含整流滤波单元、逆变单元、驱动单元和控制单元等部件。变频器通过控制逆变单元内诸如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)之类的开关器件的通断,向电机提供可变频率的电压,从而实现调速和转矩控制。
在调速和转矩控制过程中,需要获取电机转速作为反馈信号。典型地,可采用光学编码器来测量电机转速并将其提供给变频器。图1为光学编码器应用于变频器速度检测的示意图。如图1所示,光学编码器2经其输出接口20向变频器1发送脉冲信号,在变频器1处,光学编码器信号输入电路10接收该脉冲信号并将其转换为变频器适于处理的信号。
图2为按照现有技术的一种典型的光学编码器信号输入电路的电路原理图。如图2所示,光学编码器信号输入电路10包含光电耦合器件U1,来自光学编码器的信号进入该光电耦合器件的原边回路,随后通过光电耦合在副边回路产生相应的输出信号。在图2所示的输入电路中,为了使来自光学编码器的输入信号匹配于原边回路中的元器件,需要选择合适阻值的电阻器R和合适电容值的电容器C。但是需要指出的是,由于存在多种类型的光学编码器并且它们的输出信号在电气特性上(例如极性和幅值等方面)存在较大差异,因此需要为变频器配备多个专用输入电路,这无疑增加了设备成本。另一种可选的解决方案是配备多个可切换的适配电路,用户可根据光学编码器的类型手动地将光电耦合器件的原边回路切换至合适的适配电路。但是这种方式可能会由于用户误操作而带来严重的后果。
因此提供一种能够克服上述诸多缺陷的通用型光学编码器信号输入电路是迫切需要的。
发明内容
本发明的目的是提供一种光学编码器信号输入电路,其具有能够匹配多种光学编码器、实现成本低和可靠性高等优点。
按照本发明一个方面的光学编码器信号输入电路包括:
适配单元,其配置为将来自光学编码器信号的双极性脉冲信号变换为单极性脉冲信号;
与所述适配单元耦合的限流单元,其配置为能够将所述单极性脉冲信号转换为具有限定电流幅值的信号;以及
与所述限流单元耦合的光电耦合单元,其配置为将所述具有限定电流幅值的信号转换为适于变频器处理的输出信号。
优选地,在上述光学编码器信号输入电路中,进一步包含耦合在所述适配单元与光学编码器之间的滤波单元。
优选地,在上述光学编码器信号输入电路中,所述适配单元利用二极管的单向导电性实现双极性脉冲信号至单极性脉冲信号的转换。
优选地,在上述光学编码器信号输入电路中,所述适配单元包含第一二极管和第一电阻器,所述第一二极管的阳极和阴极分别与所述光学编码器的正输出端和所述限流单元耦合,所述第一电阻器连接在所述第一二极管的阳极与所述光学编码器的负输出端之间。
优选地,在上述光学编码器信号输入电路中,所述限流单元为采用晶体管作为开关元件的开关电路,通过利用二极管使该开关电路的输入端与作为开关元件的晶体管的基极之间的电压降基本上保持恒定,由此通过在所述输入端与该晶体管发射极之间设置具有相应阻值的电阻器,使得从该晶体管的发射极流至集电极的电流的幅值基本上不随所述输入端的电压的幅值而变化,从而能够经该晶体管的集电极向所述光电耦合单元的原边回路提供具有限定电流幅值的信号。
优选地,在上述光学编码器信号输入电路中,所述限流单元包含至少一个第二二极管、晶体管和第二电阻器,所述至少一个第二二极管的阳极与所述适配单元的输出端连接,所述晶体管的基极与所述至少一个第二二极管的阴极连接,发射极经电阻器连接至所述至少一个第二二极管的阳极,并且集电极接入所述光电耦合单元的原边回路以提供所述具有限定电流幅值的信号。
优选地,在上述光学编码器信号输入电路中,进一步包含连接在所述晶体管的发射极与基极之间的电容器,该电容器与所述第二电阻器协同工作以提供滤波功能。
本发明的另一个目的是提供一种变频器,其具有能够匹配多种光学编码器、实现成本低和可靠性高等优点。
按照本发明另一个方面的变频器包含:
光学编码器信号输入电路,其包含:
适配单元,其配置为能够将来自光学编码器信号的双极性脉冲信号变换为单极性脉冲信号;
与所述适配单元耦合的限流单元,其配置为将所述单极性脉冲信号转换为具有设定电流幅值的信号;以及
与所述限流单元耦合的光电耦合单元,其配置为将所述具有限定电流幅值的信号转换为适于变频器处理的输出信号。
附图说明
本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解,附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示,附图包括:
图1为光学编码器应用于变频器速度检测的示意图。
图2为按照现有技术的一种典型的光学编码器信号输入电路的电路原理图。
图3为按照本发明一个实施例的光学编码器信号输入电路的框图。
图4为图3所示光学编码器信号输入电路的一个示例性电路原理图。
图5为信号波形图,其示例性地示出了图4所示光学编码器信号输入电路中的一些节点处的信号波形。
图6为另一信号波形图,其示例性地示出了图4所示光学编码器信号输入电路中的一些节点处的信号波形。
图7为按照本发明另一个实施例的变频器的框图。
具体实施方式
下面参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现,而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整,从而使对本发明保护范围的理解更为全面和准确。
诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外,本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。
诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
以下借助附图具体描述本发明的实施例。
图3为按照本发明一个实施例的光学编码器信号输入电路的框图。
图3所示的光学编码器信号输入电路30包括滤波单元310、与滤波单元310耦合的适配单元320、与适配单元320耦合的限流单元330和与限流单元330耦合的光电耦合单元340。需要指出的是,滤波单元310是可选的,其耦合在适配单元320与光学编码器之间以滤除高频噪声或干扰。
在本实施例中,当来自光学编码器的信号为双极性电压脉冲信号时,适配单元320将其变换为单极性电压脉冲信号并输出至限流单元330。为了实现双极性电压脉冲信号至单极性电压脉冲信号的转换,可在适配单元320中利用二极管的单向导电性以实现这种转换。
在限流单元330内,单极性电压脉冲信号被转换为具有限定幅值的电流信号并输出至光电耦合单元340的原边回路。优选地,限流单元330可采用包含晶体管的开关电路的形式实现,该开关电路的输入端与适配单元320的输出端耦合,作为开关元件的晶体管的集电极被接入光电耦合单元340的原边回路。为了提供具有限定幅值的电流信号,在本实施例中,晶体管的基极经正向偏置的二极管连接至开关电路的输入端,由于二极管的伏安特性,该晶体管开关电路的输入端与晶体管基极之间的电压降基本上保持恒定,由此,通过在开关电路输入端与晶体管发射极之间设置具有合适阻值的电阻器,能够使从该晶体管的发射极流至集电极的电流的幅值(即电流的最大值)基本上不随开关电路输入端的电压的幅值而变化。
图4为图3所示光学编码器信号输入电路的一个示例性电路原理图。
如图4所示,滤波单元310包含串联连接在正输入端INPUT+与负输入端INPUT-之间的电阻器R1和电容器C1以组成RC滤波电路。
参见图4,适配单元320包含二极管D1,该二极管以正向偏置方式与滤波单元310相连,即,二极管D1的阳极经电阻器R1耦合至正输入端INPUT+。优选地,将肖特基二极管用作二极管D1以适应较大电压范围的光学编码器信号。对于采用集电极开路输出接口和电压输出接口的光学编码器,其输出的脉冲信号的下降沿比上升沿缓慢。优选地,适配单元320还包含连接在二极管D1的阳极与负输入端INPUT-之间的电阻器R2以加快下降沿的下降速度。
如图4所示,限流单元330包含二极管D2和D3、作为开关元件的晶体管Q1。二极管D2和D3以正向偏置方式串联连接在晶体管开关电路的输入端(也即二极管D1的阴极)与晶体管Q1的基极之间并且经电阻器R5耦合至负输入端INPUT-,即,二极管D2的阳极和阴极分别与二极管D1的阴极和二极管D3的阳极连接,二极管D3的阴极与晶体管Q1的基极和电阻器R5连接;电阻器R3连接在晶体管Q1的发射极与二极管D1的阴极之间以作为限流电阻器,而电阻器R4作为偏置电阻被连接在晶体管Q1的发射极与基极之间。此外,晶体管Q1的集电极经电阻器R6耦合至负输入端INPUT-并且被接入光电耦合单元340的原边回路。通过选取较大阻值的电阻器R6,可以使流出晶体管Q1的集电极的电流基本上流向光电耦合单元340。
在图4所示的限流单元330中,从晶体管Q1的发射极流至集电极的电流的幅值或最大值由下式确定:
其中,Ilimit为从晶体管Q1的发射极流至集电极的电流的幅值,VD2和VD3分别为二极管D2和D3上的电压降,VEB,Q1为晶体管Q1的发射极与基极之间的电压降,R3为电阻器R3的电阻值。
由于二极管D2和D3上的电压降VD2和VD3以及晶体管Q1的基极与发射极之间的电压降VEB,Q1不依赖于二极管D2阳极上的输入信号的电平而基本上保持恒定,因此通过选择合适阻值的电阻器R3,可以将经集电极流向光电耦合单元340的电流的幅值或最大值Ilimit控制在所需的水平上。
参见图4,在晶体管Q1的发射极与基极之间还连接有电容器C2,该电容器与电阻器R3构成RC滤波电路以滤除高频噪声和干扰。如上所述,二极管D2和D3上的电压降VD2和VD3基本上是恒定的,因此电阻器R3和电容器C2构成的RC滤波电路可适配于来自光学编码器的不同大小的输入信号。
需要指出的是,在图4所示实施例中,虽然采用两个二极管D2、D3串联连接在晶体管开关电路的输入端与晶体管Q1的基极之间,但是这仅仅是示例性的,也可以采用一个二极管代替二极管D2、D3,或采用三个或更多个二极管代替二极管D2、D3。此外,这里所示的晶体管Q1为PNP型晶体管,但是NPN型晶体管也是可用的。
在图4所示的光学编码器信号输入电路30中,晶体管Q1的集电极上的电流信号被输出至光电耦合单元340,后者将该电流信号转换为适于变频器处理的输出信号并经由输出端OUT输出。
图5为信号波形图,其示例性地示出了图4所示光学编码器信号输入电路中的一些节点处的信号波形,图6为另一信号波形图,其示例性地示出了图4所示光学编码器信号输入电路中的一些节点处的信号波形。在图5和6中,最上方的图表表示在正输入端INPUT+与负输入端INPUT-之间的输入的光学编码器信号的波形,其中横轴为时间t,纵轴为电压V;其下的图表表示二极管D1的阴极上输出的信号的波形,其中横轴为时间t,纵轴为电压V;最下方的图表表示从晶体管Q1的发射极流至集电极的电流信号的波形,其中横轴为时间t,纵轴为电流强度I。
如图5所示,输入的光学编码器信号为双极性脉冲信号。由于二极管D1的单向导电性,在二极管D1的阴极上的输出信号为单极性脉冲信号,其幅值与双极性脉冲信号相同。经过限流单元330的变换处理后,从晶体管Q1的发射极流至集电极的电流信号也为单极性脉冲信号,其幅值为Ilimit。
如图6所示,输入的光学编码器信号为单极性脉冲信号(假设该单极性脉冲信号的频率和幅值均不同于图5所示的双极性脉冲信号),并且在二极管D1的阴极上的输出信号也为单极性脉冲信号,二者的幅值相同。经过限流单元330的变换处理后,从晶体管Q1的发射极流至集电极的电流信号为幅值为Ilimit的单极性脉冲信号。
图7为按照本发明另一个实施例的变频器的框图。
如图7所示,变频器7包含采用图3和4所示构造的光学编码器信号输入电路30,该输入电路接收来自光学编码器的信号并将其转换为变频器适于处理的信号。
虽然已经展现和讨论了本发明的一些方面,但是本领域内的技术人员应该意识到:可以在不背离本发明原理和精神的条件下对上述方面进行改变,因此本发明的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。
Claims (10)
1.一种光学编码器信号输入电路(30),其特征在于,包括:
适配单元(320),其配置为能够将来自光学编码器信号的双极性脉冲信号变换为单极性脉冲信号;
与所述适配单元(320)耦合的限流单元(330),其配置为将所述单极性脉冲信号转换为具有限定电流幅值的信号;以及
与所述限流单元(330)耦合的光电耦合单元(340),其配置为将所述具有限定电流幅值的信号转换为适于变频器处理的输出信号。
2.如权利要求1所述的光学编码器信号输入电路(30),进一步包含耦合在所述适配单元(320)与光学编码器之间的滤波单元(310)。
3.如权利要求1所述的光学编码器信号输入电路(30),其中,所述适配单元(320)利用二极管的单向导电性实现双极性脉冲信号至单极性脉冲信号的转换。
4.如权利要求3所述的光学编码器信号输入电路(30),其中,所述适配单元(320)包含第一二极管(D1)和第一电阻器(R2),所述第一二极管(D1)的阳极和阴极分别与所述光学编码器的正输出端(INPUT+)和所述限流单元(330)耦合,所述第一电阻器(R2)连接在所述第一二极管(D1)的阳极与所述光学编码器的负输出端(INPUT-)之间。
5.如权利要求1所述的光学编码器信号输入电路(30),其中,所述限流单元(330)为采用晶体管作为开关元件的开关电路,通过利用二极管使该开关电路的输入端与作为开关元件的晶体管的基极之间的电压降基本上保持恒定,由此通过在所述输入端与该晶体管发射极之间设置具有相应阻值的电阻器,使得从该晶体管的发射极流至集电极的电流的幅值基本上不随所述输入端的电压的幅值而变化,从而能够经该晶体管的集电极向所述光电耦合单元(340)的原边回路提供具有限定电流幅值的信号。
6.如权利要求1所述的光学编码器信号输入电路(30),其中,所述限流单元(330)包含至少一个第二二极管(D2,D3)、晶体管(Q1)和第二电阻器(R3),所述至少一个第二二极管(D2,D3)的阳极与所述适配单元(310)的输出端连接,所述晶体管(Q1)的基极与所述至少一个第二二极管(D2,D3)的阴极连接,发射极经电阻器(R3)连接至所述至少一个第二二极管(D2,D3)的阳极,并且集电极接入所述光电耦合单元(340)的原边回路以提供所述具有限定电流幅值的信号。
7.如权利要求6所述的光学编码器信号输入电路(30),进一步包含连接在所述晶体管(Q1)的发射极与基极之间的电容器(C2),该电容器与所述第二电阻器(R3)协同工作以提供滤波功能。
8.一种变频器(7),包含:
光学编码器信号输入电路(30),其包含:
适配单元(320),其配置为能够将来自光学编码器信号的双极性脉冲信号变换为单极性脉冲信号;
与所述适配单元(320)耦合的限流单元(330),其配置为将所述单极性脉冲信号转换为具有设定电流幅值的信号;以及
与所述限流单元(330)耦合的光电耦合单元(340),其配置为将所述具有限定电流幅值的信号转换为适于变频器处理的输出信号。
9.如权利要求8所述的变频器(7),其中,所述适配单元(320)利用二极管的单向导电性实现双极性脉冲信号至单极性脉冲信号的转换。
10.如权利要求8所述的变频器(7),其中,所述限流单元(330)为采用晶体管作为开关元件的开关电路,通过利用二极管使该开关电路的输入端与作为开关元件的晶体管的基极之间的电压降基本上保持恒定,由此通过在所述输入端与该晶体管发射极之间设置具有相应阻值的电阻器,使得从该晶体管的发射极流至集电极的电流的幅值基本上不随所述输入端的电压的幅值而变化,从而能够经该晶体管的集电极向所述光电耦合单元(340)的原边回路提供具有限定电流幅值的信号。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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