CN114123765A - 一种用于变频一体机的多功能电路及控制方法 - Google Patents

一种用于变频一体机的多功能电路及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于变频一体机的多功能电路和基于该电路的一种直流母线电容放电控制方法，该电路由分压电路、母线电容放电电路、母线电容带电指示电路和DC/DC隔离电源电路组成。所述分压电路、母线电容放电电路、母线电容带电指示电路和DC/DC隔离电源电路所用元器件集成于一块电路板上，用一块电路板代替原变频一体机内部的变压器、开关电源、母线电容带电指示模块、母线电容放电模块等分立器件，不仅减少了变频一体机内部分立器件数量，降低了成本，提高了产品可靠性，而且节省了内部空间，为进一步优化变频一体机的内部结构和缩小体积打下良好基础。

Description

一种用于变频一体机的多功能电路及控制方法
技术领域
本发明涉及变频一体机领域，具体的说是一种用于变频一体机的多功能电路及控制方法。
背景技术
变频一体机的箱体受现场工作条件的限制变的越来越小。在公知技术中，变频一体机内部逆变部分的器件：变压器、开关电源、母线电容带电指示模块、母线电容放电模块等均为分立器件，这些分立器件不仅占用空间大、成本高昂而且功能单一、可靠性差。变频一体机内部狭小空间摆放这些分立器件越来越困难，内部结构设计也越发复杂，严重制约变频一体机进一步小型化发展。
发明内容
本发明为弥补现有技术的不足，提出了一种集母线电容带电指示和放电、DC/DC隔离电源等功能于一体的多功能电路及控制方法，本发明只需一块高度集成电路板就能够代替变压器、开关电源、母线电容带电指示模块、母线电容放电模块等分离器件，不仅大大减少了变频一体机内部分立器件的数量，降低了成本，提高了产品的可靠性，而且节省了内部大量空间，为进一步优化变频一体机内部结构和缩小体积打下了良好基础。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种用于变频一体机的多功能电路，该电路由分压电路1、母线电容放电电路2、母线电容带电指示电路3和DC/DC隔离电源电路4组成。所述分压电路1的输出与母线电容放电电路2、母线电容带电指示电路3和DC/DC隔离电源电路4连接，DC/DC隔离电源电路4输出DC24V和DC15V电源，连接变频一体机的主板、驱动板。所述分压电路1、母线电容放电电路2、母线电容带电指示电路3和DC/DC隔离电源电路4所用元器件集成于一块电路板上。
所述分压电路1由端子一P、端子二N、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成。通过电阻R1、电阻R2、电阻R3串联对来自直流母线电容端子一P和端子二N两端的电压进行分压，分压后将电阻R3两端的低电压提供给母线电容放电电路2、母线电容带电指示电路3和DC/DC隔离电源电路4。
所述母线电容放电电路2由电阻R4、电阻R5、电阻R6、高压继电器KA1、控制芯片U2和三极管Tr组成。需要对直流母线电容放电时，控制芯片U2控制三极管Tr导通，使得高压继电器KA1的线圈得电，从而高压继电器KA1的常开触点闭合，直流母线电容的电压通过电阻R6完成放电。
所述母线电容带电指示电路3由电阻R7、电阻R8、电阻R9和发光二极管LED组成。通过电阻R8两端的电压驱动发光二极管LED，如果电阻R8两端电压大于发光二极管LED的导通阈值电压，则发光二极管LED点亮，从而显示母线电容有电。
所述DC/DC隔离电源电路4由电源芯片U1、场效应管Q1、二极管D3、D4、D5、D6、电容C4、C5、C6、C7、电阻R10、R11、R12、隔离变压器T1和线性光耦G1组成。所述隔离变压器T1具有4个绕组，其中一个绕组用于输出DC24V电源，一个绕组输出DC15V电源，一个绕组用于为电源芯片U1和母线电容放电电路2的控制芯片U2提供电源Vcc，一个绕组用于接输入电源。
基于上述一种用于变频一体机的多功能电路，提出了一种直流母线电容放电控制方法，该控制方法包含以下步骤：
步骤一：所述分压电路1中，电容C3两端电压经电阻R4和电阻R5分压后进入控制芯片U2的电压检测端in，控制芯片U2内部程序将电压检测值乘以相应系数计算出直流母线电容电压实际值。
步骤二：控制芯片U2内部程序将计算出的直流母线电容电压实际值和已知直流母线电容电压额定值进行比较，当直流母线电容电压实际值低于直流母线电容电压额定值的70%时，控制芯片U2动作，控制三极管Tr导通，使高压继电器KA1的线圈导电，从而高压继电器KA1的常开触点闭合，直流母线电容剩余电荷通过电阻R6快速释放。
步骤三：当控制芯片U2内部程序对计算出的直流母线电容电压实际值和已知直流母线电容电压额定值进行比较时，如果直流母线电容电压实际值高于已知直流母线电容电压额定值的70%，或者低于10V时，控制芯片U2则控制三极管Tr关断，使高压继电器KA1的线圈断电，从而高压继电器KA1的常开触点打开，直流母线电容剩余电荷无法通过电阻R6释放，停止放电。
步骤四：重复上述步骤一至步骤三。
本发明的有益效果是： 本发明将母线电容电压指示和放电、DC/DC隔离电源等功能集成在一个电路中，用一块高度集成的电路板代替了变压器、开关电源、母线电容带电指示模块、母线电容放电模块等分立器件，不仅大大减少了变频一体机内部分立器件数量、降低了成本、提高了产品可靠性，而且节省了内部大量空间，为进一步优化变频一体机的内部结构和缩小体积打下良好基础。
附图说明
图1为本发明电路结构框图；
图2为本发明电路工作原理图；
图中：1. 分压电路；2. 母线电容放电电路；3. 母线电容带电指示电路；4. DC/DC隔离电源电路。
具体实施方式
下面结合附图及实施例详述本发明。
如图1所示，一种用于变频一体机的多功能电路，该电路由分压电路1、母线电容放电电路2、母线电容带电指示电路3和DC/DC隔离电源电路4组成。所述分压电路1的输出与母线电容放电电路2、母线电容带电指示电路3和DC/DC隔离电源电路4连接，DC/DC隔离电源电路4输出DC24V和DC15V电源，连接变频一体机的主板、驱动板。所述分压电路1、母线电容放电电路2、母线电容带电指示电路3和DC/DC隔离电源电路4所用元器件集成于一块电路板上。
如图2所示，所述分压电路1由端子一P、端子二N、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成。端子一P与变频一体机内的直流母线电容的正电压端相连，端子一P同时与二极管D1的正极相连，二极管D1的阴极与二极管D2的正极相连，电容C1、电容C2和电容C3串联，电容C1的一端与二极管D2的阴极相连，电容C3的一端与端子二N相连，端子二N与变频一体机直流母线电容的负电压端相连。所述电阻R1并接电容C1两端，电阻R2并接电容C2两端，电阻R3并接电容C3两端。
所述母线电容放电电路2由电阻R4、电阻R5、电阻R6、高压继电器KA1、控制芯片U2和三极管Tr组成。所述电阻R4的一端与分压电路1的电容C2的一端相连，电阻R4的另一端与电阻R5的一端以及控制芯片U2的引脚in相连。电阻R5的另一端与分压电路1的端子二N以及控制芯片U2的引脚gnd相连。控制芯片U2的引脚Vcc与三极管Tr的集电极相连。控制芯片U2的引脚out与三极管Tr的门极相连。三极管Tr的发射极与高压继电器KA1线圈的一端相连。高压继电器KA1常开触点的一端和高压继电器KA1线圈的另一端与控制芯片U2的引脚gnd相连。高压继电器KA1常开触点的另一端与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与分压电路1的端子一P相连。
所述母线电容带电指示电路3由电阻R7、电阻R8、电阻R9、发光二极管LED组成。电阻R7、电阻R8和电阻R9串联，同时并接在分压电路1的电容C3两端。发光二极管LED并接在电阻R8两端。
所述DC/DC隔离电源电路4由电源芯片U1、场效应管Q1、二极管D3、D4、D5、D6、电容C4、C5、C6、C7、电阻R10、R11、R12、隔离变压器T1和线性光耦G1组成。所述隔离变压器T1具有4个绕组，分别引出引脚1、2、3、4、5、6、7、8共8个引脚。其中引脚1分别与电容C4和电阻R10的一端相连，同时与电容C3的一端相连。电容C4和电阻R10的另一端与二极管D3阴极连接，二极管D3的阳极与场效应管Q1的漏极、隔离变压器T1的引脚2连接；隔离变压器T1的引脚3与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与电容C6的一端连接，同时作为电源DC24V+输出端。隔离变压器T1的引脚4与电容C6的另一端连接，同时作为电源DC24V-输出端。隔离变压器T1的引脚5与二极管D4阳极连接，二极管D4阴极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电源芯片U1的引脚Vcc、母线电容放电电路（2）的控制芯片U2的引脚Vcc以及电容C5的一端连接，电容C5的另一端与隔离变压器T1的引脚6、电源芯片U1的引脚gnd、场效应管Q1的源极以及连接分压电路1的端子二N连接。隔离变压器T1的引脚7与二极管D6阳极连接，二极管D6阴极与电容C7的一端、电阻R12的一端相连，同时作为电源DC15V+输出端。电阻R12的另一端与光耦G1的引脚1相连；电容C7的另一端与隔离变压器T1的引脚8相连，同时作为电源DC15V-输出端。场效应管Q1的门极与电源芯片U1的引脚out连接。电源芯片U1的引脚cop与光耦G1的引脚3连接。4与隔离变压器T1的引脚6连接。光耦G1的引脚2与电源DC15V-连接。
本发明工作原理：如图1所示，分压电路1将变频一体机逆变部分直流母线电容的高电压转换为低电压，并将低电压输出到母线电容放电电路2、母线电容带电指示电路3和DC/DC隔离电源电路4。所述母线电容带电指示电路3将低电压进一步降压来驱动发光二极管LED，如果发光二极管LED两端电压大于其开通阈值电压，则发光二极管LED点亮，显示母线电容有电。所述DC/DC隔离电源电路4将低电压转换为DC24V和DC15V电源供逆变部分的主板、驱动板工作。母线电容放电电路2负责断电后将变频一体机内的直流母线电容的剩余电荷快速释放掉，防止电击伤人。
基于上述一种用于变频一体机的多功能电路，提出了一种直流母线电容放电控制方法，该控制方法包含以下步骤：
步骤一：所述分压电路1中，电容C3两端电压经电阻R4和电阻R5分压后进入控制芯片U2的电压检测端in，控制芯片U2内部程序将电压检测值乘以相应系数计算出直流母线电容电压实际值。
步骤二：控制芯片U2内部程序将计算出的直流母线电容电压实际值和已知直流母线电容电压额定值进行比较，当直流母线电容电压实际值低于直流母线电容电压额定值的70%时，控制芯片U2动作，控制三极管Tr导通，使高压继电器KA1的线圈导电，从而高压继电器KA1的常开触点闭合，直流母线电容剩余电荷通过电阻R6快速释放。
步骤三：当控制芯片U2内部程序对计算出的直流母线电容电压实际值和已知直流母线电容电压额定值进行比较时，如果直流母线电容电压实际值高于已知直流母线电容电压额定值的70%，或者低于10V时，控制芯片U2则控制三极管Tr关断，使高压继电器KA1的线圈断电，从而高压继电器KA1的常开触点打开，直流母线电容剩余电荷无法通过电阻R6释放，停止放电。
步骤四：重复上述步骤一至步骤三。
以上公开的仅为本发明的具体实施例，但是本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于变频一体机的多功能电路，其特征在于：该电路由分压电路（1）、母线电容放电电路（2）、母线电容带电指示电路（3）和DC/DC隔离电源电路（4）组成；所述分压电路（1）的输出与母线电容放电电路（2）、母线电容带电指示电路（3）和DC/DC隔离电源电路（4）连接，DC/DC隔离电源电路（4）输出DC24V和DC15V电源；所述分压电路（1）、母线电容放电电路（2）、母线电容带电指示电路（3）和DC/DC隔离电源电路（4）所用元器件集成于一块电路板上。
2.根据权利要求1所述一种用于变频一体机的多功能电路，其特征在于：所述分压电路（1）由端子一P、端子二N、二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电容C3、电阻R1、电阻R2和电阻R3组成；端子一P与变频一体机内的直流母线电容的正电压端相连，端子一P同时与二极管D1的正极相连，二极管D1的阴极与二极管D2的正极相连，电容C1、电容C2和电容C3串联，电容C1的一端与二极管D2的阴极相连，电容C3的一端与端子二N相连，端子二N与变频一体机直流母线电容的负电压端相连；所述电阻R1并接电容C1两端，电阻R2并接电容C2两端，电阻R3并接电容C3两端。
3.根据权利要求1所述一种用于变频一体机的多功能电路，其特征在于：所述母线电容放电电路（2）由电阻R4、电阻R5、电阻R6、高压继电器KA1、控制芯片U2和三极管Tr组成；所述电阻R4的一端与分压电路（1）的电容C2的一端相连，电阻R4的另一端与电阻R5的一端以及控制芯片U2的引脚in相连；电阻R5的另一端与分压电路（1）的端子二N以及控制芯片U2的引脚gnd相连；控制芯片U2的引脚Vcc与三极管Tr的集电极相连，控制芯片U2的引脚out与三极管Tr的门极相连，三极管Tr的发射极与高压继电器KA1线圈的一端相连，高压继电器KA1常开触点的一端和高压继电器KA1线圈的另一端与控制芯片U2的引脚gnd相连；高压继电器KA1常开触点的另一端与电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与分压电路1的端子一P相连。
4.根据权利要求1所述一种用于变频一体机的多功能电路，其特征在于：所述母线电容带电指示电路（3）由电阻R7、电阻R8、电阻R9、发光二极管LED组成；电阻R7、电阻R8和电阻R9串联，同时并接在分压电路（1）的电容C3两端；发光二极管LED并接在电阻R8两端。
5.根据权利要求1所述一种用于变频一体机的多功能电路，其特征在于：所述DC/DC隔离电源电路（4）由电源芯片U1、场效应管Q1、二极管D3、D4、D5、D6、电容C4、C5、C6、C7、电阻R10、R11、R12、隔离变压器T1和线性光耦G1组成；所述隔离变压器T1具有4个绕组，分别引出引脚1、2、3、4、5、6、7、8共8个引脚；其中引脚1分别与电容C4和电阻R10的一端相连，同时与电容C3的一端相连，电容C4和电阻R10的另一端与二极管D3阴极连接，二极管D3的阳极与场效应管Q1的漏极、隔离变压器T1的引脚2连接；隔离变压器T1的引脚3与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与电容C6的一端连接，同时作为电源DC24V+输出端；隔离变压器T1的引脚4与电容C6的另一端连接，同时作为电源DC24V-输出端；隔离变压器T1的引脚5与二极管D4阳极连接，二极管D4阴极与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与电源芯片U1的引脚Vcc、母线电容放电电路（2）的控制芯片U2的引脚Vcc以及电容C5的一端连接，电容C5的另一端与隔离变压器T1的引脚6、电源芯片U1的引脚gnd、场效应管Q1的源极以及分压电路（1）的端子二N连接；隔离变压器T1的引脚7与二极管D6阳极连接，二极管D6阴极与电容C7的一端、电阻R12的一端相连，同时作为电源DC15V+输出端；电阻R12的另一端与光耦G1的引脚1相连；电容C7的另一端与隔离变压器T1的引脚8相连，同时作为电源DC15V-输出端；场效应管Q1的门极与电源芯片U1的引脚out连接，电源芯片U1的引脚cop与光耦G1的引脚3连接，光耦G1的引脚4与隔离变压器T1的引脚6连接，光耦G1的引脚2与电源DC15V-连接。
6.基于权利要求1所述用于变频一体机的多功能电路的一种直流母线电容放电控制方法，其特征在于：该控制方法包含以下步骤：
步骤一：所述分压电路（1）中，电容C3两端电压经电阻R4和电阻R5分压后进入控制芯片U2的电压检测端in，控制芯片U2内部程序将电压检测值乘以相应系数计算出直流母线电容电压实际值；
步骤二：控制芯片U2内部程序将计算出的直流母线电容电压实际值和已知直流母线电容电压额定值进行比较，当直流母线电容电压实际值低于直流母线电容电压额定值的70%时，控制芯片U2动作，控制三极管Tr导通，使高压继电器KA1的线圈导电，从而高压继电器KA1的常开触点闭合，直流母线电容剩余电荷通过电阻R6快速释放；
步骤三：当控制芯片U2内部程序对计算出的直流母线电容电压实际值和已知直流母线电容电压额定值进行比较时，如果直流母线电容电压实际值高于已知直流母线电容电压额定值的70%，或者低于10V时，控制芯片U2则控制三极管Tr关断，使高压继电器KA1的线圈断电，从而高压继电器KA1的常开触点打开，直流母线电容剩余电荷无法通过电阻R6释放，停止放电；
步骤四：重复上述步骤一至步骤三。
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