CN109212303A - 用于高压变频器的数字信号采样处理电路 - Google Patents

用于高压变频器的数字信号采样处理电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于高压变频器的数字信号采样处理电路，涉及高压变频器领域。该电路包括：数字信号隔离采样电路，用于：对高压变频器的数字信号进行隔离采样；逻辑处理单元，用于：对隔离采样后的数字信号进行逻辑处理；继电器输出电路，用于：将逻辑处理后的数字信号通过继电器输出；晶体管输出电路，用于：将逻辑处理后的数字信号通过晶体管输出。本发明能够在不增加中间器件基础上对高压变频器进行数字信号采样，进而降低数字信号采样成本和出现故障的几率，简化数字信号采样过程，便于人们使用。

Description

用于高压变频器的数字信号采样处理电路
技术领域
本发明涉及高压变频器领域，具体涉及一种用于高压变频器的数字信号采样处理电路。
背景技术
高压变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电压变换成另一频率的电能控制装置。其中单元级联式高压变频器由于采用三相多单元级联的拓扑结构，因此整个系统相对复杂，需要控制系统采集处理的数字量比较多。数字量包括输入开关量和输出开关量，输入开关量包括柜门行程开关状态、散热风机保护状态、控制接触器状态、外部高压断路器状态等，输出开关量包括高压断路器分合闸控制、旁路控制等，这样就要求高压变频器的控制系统具有多通道的精确高效的数字信号采样处理功能。
现有高压变频器的常规数字信号采样处理方式为：采用PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)来进行处理，但是，上述方式存在以下缺点：
1、高压变频器的数字量(数字量用数字信号来表示)较多时，需要使用的PLC扩展模块较多，外部配套的继电器等电气元件也会较多；即使用PLC进行数字信号采样处理时不仅成本较高。
2、采用PLC来处理数字信号时，由于需要增设中间器件(PLC扩展模块、继电器等电气元件)，因此线路接线点会比较多，这不仅会加剧出现故障的几率，而且中间器件的连接和调试过程比较繁琐，不便于人们使用。
3、采用PLC来处理数字信号时，需要人工针对不同功率等级的高压变频器使用不同的配置，其操作过程比较繁琐。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明解决的技术问题为：如何不增加中间器件基础上对高压变频器进行数字信号采样，进而降低数字信号采样成本和出现故障的几率，简化数字信号采样过程，便于人们使用。
为达到以上目的，本发明提供的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，该电路包括用于对隔离采样后的数字信号进行逻辑处理的逻辑处理单元，该电路还包括：
数字信号隔离采样电路，用于：对高压变频器的数字信号进行隔离采样；
继电器输出电路，用于：将逻辑处理后的数字信号通过继电器输出；
晶体管输出电路，用于：将逻辑处理后的数字信号通过晶体管输出。
从上述方案可知，本发明能够通过数字信号隔离采样电路实现对高压变频器的所有数字信号的隔离采样，通过逻辑处理单元实现对数字信号的逻辑处理，提供继电器和晶体管2种输出方式来实现数字信号的输出。在此基础上，与现有技术中需要增设中间器件来完成数字信号采样的PLC相比，本发明不需要增设中间器件即可实现对高压变频器的数字信号采样，不仅显著降低了数字信号采样成本和出现故障的几率，而且简化了数字信号采样过程，便于人们使用。
在上述技术方案的基础上，该电路还包括：
数字信号输入接口，用于：将高压变频器的数字信号输入数字信号隔离采样电路；
外部输出接口，用于：将继电器输出电路和晶体管输出电路输出的数字信号供外部使用。
从上述方案可知，数字信号输入接口和外部输出接口均为实体接口，数字信号输入接口不仅能够有效的将高压变频器和数字信号隔离采样电路隔离，为用户提供可靠而安全的连接；而且当需要采集的数字信号较多时，所有数字信号能够通过1个数字信号输入接口输入数字信号隔离采样电路；外部输出接口不仅能够有效的将继电器/晶体管输出电路与外部设备隔离，而且当需要输出的数字信号较多时，所有数字信号能够通过1个外部输出接口是输出，这简化了电路结构。
在上述技术方案的基础上，所述数字信号隔离采样电路包括：
滤波电路，用于：对高压变频器的数字信号进行滤波；
第一光电耦合器，用于：对滤波电路滤波后的数字信号进行隔离采样；
反相调理电路，用于：对第一光电耦合器隔离采样后的数字信号进行反向调理后输出至逻辑处理单元。
在上述技术方案的基础上，所述第一光电耦合器包括2个初级引脚和1个次级引脚，滤波电路包括与1个初级引脚串联的电阻R1、以及并联在2个初级引脚之间的接地电容C1，2个初级引脚之间还并联有电阻R2；所述反相调理电路包括串联的2个反相器U1和U2，第一光电耦合器的次级引脚与反相器U1的输入端相连，反相器U2的输出端与逻辑处理单元相连；反相器U1和U2之间的信号连接线上设置有二极管D1，二极管D1的正极通过电阻R3接电源VCC，负极与反相器U1和U2之间的信号连接线相连。
从上述方案可知，二极管D1能够检测反相器U1是否正常输出数字信号。
在上述技术方案的基础上，所述反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线上设置有2个二极管D2和D3，D2的正极与反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线相连，负极接电源VCC；D3的正极接地，负极与反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线相连。
从上述方案可知，二极管D2和D3能够对U2输出的数字信号进行钳位处理。
在上述技术方案的基础上，所述逻辑处理单元包括逻辑处理芯片，逻辑处理芯片选用ARM芯片，其输入端与数字采样电路相连，输出端分别与继电器输出电路和晶体管输出电路相连；逻辑处理芯片上配置有芯片电源和晶体振荡器。
从上述方案可知，本发明的ARM芯片能够根据不同功率等级的高压变频器自动调整设置，无需人为的操作过程，非常便于人们使用。
在上述技术方案的基础上，所述继电器输出电路包括反相器U3、二极管D4、第二光电耦合器、继电器电路；反相器U3的输入端与逻辑处理单元的输出端相连，反相器U3的输出端通过第二光电耦合器与继电器电路的输入端相连，二极管D4的正极通过电阻R4接电源，负极与反相器U3的输出端相连。
从上述方案可知，反相器U3能够将逻辑处理单元输出的数字信号进行反相处理，二极管D4能够检测反相器U3是否正常输出数字信号。
在上述技术方案的基础上，所述继电器电路包括继电器K和三极管Q1；三极管Q1的B极与第二光电耦合器相连，E极接地，C极与继电器K的输入端相连。
从上述方案可知，第二光电耦合器能够驱动继电器控制三极管的通断，从而控制继电器K的通断。
在上述技术方案的基础上，所述晶体管输出电路包括反向驱动芯片、二极管D5、第三光电耦合器和晶体管电路；反向驱动芯片的输入端与逻辑处理单元的输出端相连，反向驱动芯片的输出端与通过第三光电耦合器与晶体管电路的输入端相连；二极管D5的正极通过电阻R5接电源，负极与反向驱动芯片的输出端相连。
从上述方案可知，反向驱动芯片能够将逻辑处理单元输出的数字信号进行反相处理并增大驱动能力，二极管D5能够检测反向驱动芯片是否正常输出数字信号。
在上述技术方案的基础上，所述晶体管电路包括三极管Q2，三极管Q2的B极和C极均与第三光电耦合器相连，E极接地，B极和E极之间并联有电阻R6，C极和E极之间并联有二极管D6。
从上述方案可知，第三光电耦合器能够驱动三极管Q2的通断。
附图说明
图1为本发明实施例中用于高压变频器的数字信号采样处理电路的结构框图；
图2为本发明实施例中数字信号隔离采样电路的电路图；
图3为本发明实施例中逻辑处理单元的结构框图；
图4为本发明实施例中继电器输出电路的电路图；
图5为本发明实施例中晶体管输出电路的电路图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例中的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，包括：
数字信号隔离采样电路，用于：对高压变频器的数字信号进行隔离采样；
与数字信号隔离采样电路的输出端相连的逻辑处理单元，用于：对隔离采样后的数字信号进行逻辑处理，逻辑处理的具体方式为现有技术，在此不做赘述；
与逻辑处理单元的输出端相连的继电器输出电路，用于：将逻辑处理后的数字信号通过继电器输出；
与逻辑处理单元的输出端相连的晶体管输出电路，用于：将逻辑处理后的数字信号通过晶体管输出。
由此可知，与现有技术中需要增设中间器件来完成数字信号采样的PLC相比，本发明不需要增设中间器件即可实现对高压变频器的数字信号采样，不仅显著降低了数字信号采样成本和出现故障的几率，而且简化了数字信号采样过程，便于人们使用。
优选的，参见图1所示，本发明实施例中的数字信号采样处理电路还包括：
与数字信号隔离采样电路的输入端相连的数字信号输入接口，用于：将高压变频器的数字信号输入数字信号隔离采样电路；
外部输出接口，继电器输出电路的输出端与外部输出接口的继电器输入端子相连，晶体管输出电路的输出端外部输出接口的晶体管输入端子相连。外部输出接口用于：将继电器输出电路和晶体管输出电路输出的数字信号供外部使用。
数字信号输入接口和外部输出接口均为实体接口，数字信号输入接口不仅能够有效的将高压变频器和数字信号隔离采样电路隔离，为用户提供可靠而安全的连接；而且当需要采集的数字信号较多时，所有数字信号能够通过1个数字信号输入接口输入数字信号隔离采样电路；外部输出接口不仅能够有效的将继电器/晶体管输出电路与外部设备隔离，而且当需要输出的数字信号较多时，所有数字信号能够通过1个外部输出接口是输出，这简化了电路结构。
优选的，数字信号隔离采样电路包括：
滤波电路，用于：对高压变频器的数字信号进行滤波；
第一光电耦合器，用于：对滤波电路滤波后的数字信号进行隔离采样；
反相调理电路，用于：对第一光电耦合器隔离采样后的数字信号进行反向调理后输出至逻辑处理单元。
优选的，参见图2所示，第一光电耦合器(图中为光耦1)包括2个初级引脚和1个次级引脚，滤波电路包括串联在数字信号输入接口与1个初级引脚之间的电阻R1、以及并联在2个初级引脚之间的接地电容C1。2个初级引脚之间还并联有电阻R2。
参见图2所示，反相调理电路包括串联的2个反相器U1和U2，第一光电耦合器的次级引脚与反相器U1的输入端相连，反相器U2的输出端与逻辑处理单元相连。反相器U1和U2之间的信号连接线上设置有二极管D1(贴片发光二极管)，二极管D1的正极通过电阻R3接电源VCC，负极与反相器U1和U2之间的信号连接线相连；二极管D1能够检测反相器U1是否正常输出数字信号(D1发光代表正常输出)。
优选的，本实施例中的滤波电路的数量为36路，数字信号输入接口通过电位与对应的滤波电路适配，第一光电耦合器采用9路4通道高速光电耦合器，其输入侧设置有72个初级引脚，2个初级引脚对应1个滤波电路。
由此可知，本实施例可提供多达36路的输入数字信号的采样处理，这是大于级联型高压变频器的数字信号的，因此本实施例基本可满足所有高压变频器的数字信号采样。
优选的，反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线上设置有2个二极管D2和D3，D2的正极与反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线相连，负极接电源VCC；D3的正极接地，负极与反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线相连。二极管D2和D3能够对U2输出的数字信号进行钳位处理。
参见图3所示，逻辑处理单元包括逻辑处理芯片，其输入端(GPIO口，即逻辑处理单元的输入端)与数字采样电路相连，输出端(即逻辑处理单元的输出端)分别与继电器输出电路和晶体管输出电路相连；逻辑处理芯片上配置有芯片电源和晶体振荡器。
优选的，逻辑处理芯片选用ARM芯片(Advanced RISC Machines，英国Acorn有限公司设计的低功耗成本的第一款RISC微处理器)，ARM芯片能够根据不同功率等级的高压变频器自动调整设置，无需人为的操作过程，非常便于人们使用。
优选的，参见图4所示，继电器输出电路包括反相器U3、二极管D4、第二光电耦合器(图中为光耦2)、继电器电路；反相器U3的输入端与逻辑处理单元(逻辑处理芯片)的输出端相连，反相器U3的输出端通过第二光电耦合器与继电器电路的输入端相连，二极管D4的正极通过电阻R4接电源，负极与反相器U3的输出端相连；反相器U3用于将逻辑处理单元输出的数字信号进行反相处理，二极管D4用于检测反相器U3是否正常输出数字信号(D4发光代表正常输出)。
优选的，参见图4所示，继电器电路包括24V电压的继电器K和三极管Q1；三极管Q1的B极(Base，基极，即继电器电路的输入端)与第二光电耦合器相连，E极(Emitter，发射极)接地，C极(Collector，集电极)与继电器K的输入端相连，继电器K的输出触点与外部输出接口的继电器输入端子相连；第二光电耦合器用于驱动继电器控制三极管的通断，从而控制继电器K的通断。
优选的，参见图5所示，晶体管输出电路包括反向驱动芯片、二极管D5、第三光电耦合器(图中为光耦3)和晶体管电路；反向驱动芯片的输入端与逻辑处理单元(逻辑处理芯片)的输出端相连，反向驱动芯片的输出端与通过第三光电耦合器与晶体管电路的输入端相连；二极管D5的正极通过电阻R5接电源，负极与反向驱动芯片的输出端相连；反向驱动芯片用于将逻辑处理单元输出的数字信号进行反相处理并增大驱动能力，二极管D5用于检测反向驱动芯片是否正常输出数字信号(D5发光代表正常输出)。
优选的，参见图5所示，晶体管电路包括三极管Q2，三极管Q2的B极(即晶体管电路的输入端)和C极均与第三光电耦合器相连(第三光电耦合器能够驱动三极管Q2的通断)，E极接地，B极和E极之间并联有电阻R6，C极和E极之间并联有二极管D6，C极和E极均与外部输出接口的晶体管输入端子相连。
优选的，本实施例中的继电器电路和晶体管各为8路，外部输出接口的继电器和晶体管输入端子，通过电位与对应的继电器或晶体管电路适配。由此可知，本实施例可提供多达8路的继电器输出和8路的晶体管输出，以此来满足高压变频器对外的所有开关量输出，灵活方便。
进一步，本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种用于高压变频器的数字信号采样处理电路，该电路包括用于对隔离采样后的数字信号进行逻辑处理的逻辑处理单元，其特征在于，该电路还包括：
数字信号隔离采样电路，用于：对高压变频器的数字信号进行隔离采样；
继电器输出电路，用于：将逻辑处理后的数字信号通过继电器输出；
晶体管输出电路，用于：将逻辑处理后的数字信号通过晶体管输出。
2.如权利要求1所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于，该电路还包括：
数字信号输入接口，用于：将高压变频器的数字信号输入数字信号隔离采样电路；
外部输出接口，用于：将继电器输出电路和晶体管输出电路输出的数字信号供外部使用。
3.如权利要求1所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于，所述数字信号隔离采样电路包括：
滤波电路，用于：对高压变频器的数字信号进行滤波；
第一光电耦合器，用于：对滤波电路滤波后的数字信号进行隔离采样；
反相调理电路，用于：对第一光电耦合器隔离采样后的数字信号进行反向调理后输出至逻辑处理单元。
4.如权利要求3所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于：所述第一光电耦合器包括2个初级引脚和1个次级引脚，滤波电路包括与1个初级引脚串联的电阻R1、以及并联在2个初级引脚之间的接地电容C1，2个初级引脚之间还并联有电阻R2；所述反相调理电路包括串联的2个反相器U1和U2，第一光电耦合器的次级引脚与反相器U1的输入端相连，反相器U2的输出端与逻辑处理单元相连；反相器U1和U2之间的信号连接线上设置有二极管D1，二极管D1的正极通过电阻R3接电源VCC，负极与反相器U1和U2之间的信号连接线相连。
5.如权利要求4所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于：所述反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线上设置有2个二极管D2和D3，D2的正极与反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线相连，负极接电源VCC；D3的正极接地，负极与反相器U2和逻辑处理单元之间的连接线相连。
6.如权利要求1所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于：所述逻辑处理单元包括逻辑处理芯片，逻辑处理芯片选用ARM芯片，其输入端与数字采样电路相连，输出端分别与继电器输出电路和晶体管输出电路相连；逻辑处理芯片上配置有芯片电源和晶体振荡器。
7.如权利要求1至6任一项所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于：所述继电器输出电路包括反相器U3、二极管D4、第二光电耦合器、继电器电路；反相器U3的输入端与逻辑处理单元的输出端相连，反相器U3的输出端通过第二光电耦合器与继电器电路的输入端相连，二极管D4的正极通过电阻R4接电源，负极与反相器U3的输出端相连。
8.如权利要求7所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于：所述继电器电路包括继电器K和三极管Q1；三极管Q1的B极与第二光电耦合器相连，E极接地，C极与继电器K的输入端相连。
9.如权利要求1至6任一项所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于：所述晶体管输出电路包括反向驱动芯片、二极管D5、第三光电耦合器和晶体管电路；反向驱动芯片的输入端与逻辑处理单元的输出端相连，反向驱动芯片的输出端与通过第三光电耦合器与晶体管电路的输入端相连；二极管D5的正极通过电阻R5接电源，负极与反向驱动芯片的输出端相连。
10.如权利要求9所述的用于高压变频器的数字信号采样处理电路，其特征在于：所述晶体管电路包括三极管Q2，三极管Q2的B极和C极均与第三光电耦合器相连，E极接地，B极和E极之间并联有电阻R6，C极和E极之间并联有二极管D6。
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