CN118074488A - 一种拓展卡和变频器系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种拓展卡和变频器系统，拓展卡包括第一连接端子、第二连接端子以及连接两连接端子的第一隔离电路与第二隔离电路；第一连接端子用于连接变频器的第一单片机，以接收第一电源信号与控制信号；第一隔离电路用于将第一电源信号转换为第二电源信号，并通过第二连接端子将第二电源信号输出至外部设备；第二隔离电路用于将控制信号传输至第二连接端子，以及将第二连接端子接收到的外部设备的反馈信号传输至第一连接端子，以通过第一连接端子将反馈信号传输至第一单片机。本申请通过在拓展卡上设置两组连接端子，并使第一连接端子与变频器的第一单片机直接连接，能够使得拓展卡与第一单片机能够及时获取对应的交互信息并作出快速响应。

Description

一种拓展卡和变频器系统

技术领域

本申请涉及变频器技术领域，尤其是涉及一种拓展卡和变频器系统。

背景技术

变频器单片机架构包括双单片机架构，双单片机分别是控制单片机和功率单片机，控制单片机和功率部分单片机通过隔离器件进行信号通讯。控制单片机负责与外部设备进行信息交互，功率单片机负责高压功率部分的采样和控制，功率单片机与强电部分可以不进行安规隔离。

功率单片机与强电部分之间没有隔离时，功率单片机与外部设备之间存在高压，可能会对外部设备或操作人员带来危险，因而现有的拓展卡通常不能与功率单片机直接进行信号连接。现有技术中，拓展卡一般通过信号线与控制单片机直接连接以进行信息交互，控制单片机获取到拓展卡传输的相关信息后，通过隔离器件将相关信息传输至功率单片机，以使功率单片机基于相关信息发出对应的控制信号。

然而，通过控制单片机传输拓展卡的相关信息至功率单片机会消耗时间，且会产生延迟，进而导致功率单片机接收相关信息与发出控制信号的实时性降低，无法及时对拓展卡获取的信息作出快速响应，从而导致变频器系统的控制性能下降。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种拓展卡和变频器系统，能够解决现有拓展卡无法与功率单片机直接连接导致的接收信息实时性降低的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的第一技术方案是提供一种拓展卡，可插接于变频器上，拓展卡包括第一连接端子、第二连接端子以及连接第二连接端子与第二连接端子的第一隔离电路与第二隔离电路，第一隔离电路与第二隔离电路相互独立；其中，第一连接端子用于连接变频器的第一单片机，以接收第一电源信号与控制信号；第一隔离电路用于将接收的第一电源信号转换为第二电源信号，并将第二电源信号输出至第二连接端子，以通过第二连接端子将第二电源信号输出至外部设备；第二隔离电路用于将接收的控制信号传输至第二连接端子，以及将第二连接端子接收到的外部设备的反馈信号传输至第一连接端子，以通过第一连接端子将反馈信号传输至第一单片机。

其中，第一隔离电路的第一端与第一连接端子连接，用于接收第一电源信号，第一隔离电路的第二端与第二连接端子连接，用于输出第二电源信号。

其中，第二隔离电路的第一端与第一连接端子连接，第二隔离电路的第二端与第二连接端子连接；第二隔离电路的第一端用于接收控制信号，并通过第二隔离电路的第二端将控制信号输出至第二连接端子；第二隔离电路的第二端还用于接收反馈信号，并通过第二隔离电路的第一端将反馈信号输出至第一连接端子。

其中，第一连接端子对应的第一电路区域与第二连接端子对应的第二电路区域之间设置有隔离带，第一隔离电路与第二隔离电路均设置于隔离带。

其中，第一隔离电路与第二隔离电路横跨隔离带，以连接第一连接端子与第二连接端子。

其中，拓展卡包括防触电装置，防触电装置对应第一电路区域与隔离带设置。

其中，第一隔离电路包括正激式开关电源电路或反激式开关电源电路。

其中，第二隔离电路包括光耦隔离电路、和/或容隔离电路、和/或隔离运放电路。

为解决上述技术问题，本申请采用的第二技术方案是提供一种变频器系统，包括变频器本体以及插接在变频器本体上的拓展卡，拓展卡为上述的拓展卡。

其中，变频器本体包括第一单片机、第二单片机与第三连接端子，第一单片机与第二单片机通信连接，第三连接端子分别连接第一单片机与拓展卡；其中，第一单片机用于生成第一电源信号以及接收第二单片机发出的控制信号，并通过第三连接端子将第一电源信号与控制信号传输至拓展卡的第一连接端子。

本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供一种拓展卡和变频器系统，通过在拓展卡上设置第一连接端子、第二连接端子以及独立与第一连接端子以及第二连接端子连接的第一隔离电路与第二隔离电路，并使第一连接端子直接与变频器的第一单片机连接，能够通过第一连接端子直接接收第一单片机发送的第一电源信号与控制信号，从而提高拓展卡接收信号的实时性。进一步地，通过第一隔离电路将第一电源信号转换为第二电源信号，并通过第二连接端子将第二电源信号输出至外部设备，能够保证变频器系统的安全性与可靠性。进一步地，通过第二隔离电路将控制信号传输至第二连接端子，并将第二连接端子接收到的外部设备的反馈信号传输至第一连接端子，以通过第一连接端子将反馈信号传输至第一单片机，能够使得第一单片机及时接收拓展卡传输的反馈信息，从而提高第一单片机接收信息的实时性。本申请通过在拓展卡上设置两组连接端子，并使第一连接端子与变频器的第一单片机直接连接，能够提高拓展卡与第一单片机接收信息的实时性，从而使得拓展卡与第一单片机能够及时获取对应的交互信息并作出快速响应，继而提高变频器系统的控制性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实例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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请拓展卡一实施方式的原理框图；

图2为正激式开关电源电路一实施方式的拓扑结构图；

图3为反激式开关电源电路一实施方式的拓扑结构图；

图4是光耦隔离电路一实施方式的拓扑结构图；

图5是本申请变频器系统一实施方式的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，均属于本申请保护的范围。

在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

应当理解，本文中使用的术语“包括”、“包含”或者其他任何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……”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。

变频器的功率单片机与强电部分之间没有隔离时，功率单片机与外部设备之间存在高压，可能会对外部设备或操作人员带来危险，因而现有的拓展卡通常不能与功率单片机直接进行信号连接。现有技术中，拓展卡一般通过信号线与控制单片机直接连接以进行信息交互，控制单片机获取到拓展卡传输的相关信息后，通过隔离器件将相关信息传输至功率单片机，以使功率单片机基于相关信息发出对应的控制信号。然而，通过控制单片机传输拓展卡的相关信息至功率单片机会消耗时间，且会产生延迟，进而导致功率单片机接收相关信息与发出控制信号的实时性降低，无法及时对拓展卡获取的信息作出快速响应，从而导致变频器系统的控制性能下降。

基于上述情况，本申请提供一种拓展卡和变频器系统，能够解决现有拓展卡无法与功率单片机直接连接导致的接收信息实时性降低的问题。

为了说明本申请拓展卡的具体结构，请结合参阅图1，图1是本申请拓展卡一实施方式的原理框图。

本实施方式中，拓展卡100可插接于变频器上，拓展卡100包括第一连接端子11、第二连接端子12以及连接第一连接端子11与第二连接端子12的第一隔离电路21与第二隔离电路22，第一隔离电路21与第二隔离电路22相互独立。第一连接端子11用于连接变频器的第一单片机，以接收第一电源信号与控制信号。第一隔离电路21用于将接收的第一电源信号转换为第二电源信号，并将第二电源信号输出至第二连接端子12，以通过第二连接端子12将第二电源信号输出至外部设备。第二隔离电路22用于将接收的控制信号传输至第二连接端子12，以及将第二连接端子12接收到的外部设备的反馈信号传输至第一连接端子11，以通过第一连接端子11将反馈信号传输至第一单片机。

一些实施方式中，第一连接端子11与第二连接端子12为接线端子，用于传递电信号与导电。

一些实施方式中，第一连接端子11包括信号输入端与信号输出端，第一连接端子11的信号输入端用于与第一单片机连接，以接收第一电源信号与控制信号，第一连接端子11的信号输出端分别与第一隔离电路21以及第二隔离电路22连接，以将第一电源信号传输至第一隔离电路21，以及将控制信号传输至第二隔离电路22。

一些实施方式中，第二连接端子12包括信号输入端与信号输出端，第二连接端子12的信号输入端分别与第一隔离电路21以及第二隔离电路22连接，以接收第二电源信号以及控制信号，第二连接端子12的信号输出端用于将第二电源信号以及控制信号传输至外部设备。其中，外部设备为用户设备。

一些实施方式中，第一电源信号为高压电源信号，第二电源信号为低压电源信号。一些具体实施方式中，第一电源信号为对外部设备或人体有危险的高压电源信号，第二电源信号为不存在高压的电源信号。

一些实施方式中，控制信号为第一单片机接收到的第二单片机发出的控制指令。一些具体实施方式中，第一单片机为功率单片机，负责高压功率部分的采样和控制，用于生成高压电源信号。第二单片机为控制单片机，负责与外部设备进行信息交互。其中，外部设备可以为用户设备。其中，第一单片机与第二单片机之间通信连接，第一单片机用于生成第一电源信号以及接收第二单片机发出的控制信号。

本实施方式中，第一隔离电路21的第一端与第一连接端子11连接，用于接收第一电源信号，第一隔离电路21的第二端与第二连接端子12连接，用于输出第二电源信号。

一些实施方式中，第一隔离电路21的第一端与第一连接端子11的信号输出端连接，用于接收第一电源信号，第一隔离电路21的第二端与第二连接端子12的信号输入端连接，用于输出第二电源信号。

一些具体实施方式中，第一隔离电路21为电源隔离电路，电源隔离电路包括正激式开关电源电路或反激式开关电源电路，如图2与图3所示，图2为正激式开关电源电路一实施方式的拓扑结构图，图3为反激式开关电源电路一实施方式的拓扑结构图。

如图2所示，正激式开关电源电路包括开关晶体管S、电容C₁、电容C₂、二极管D₁、二极管D₂、电感L以及变压器，其中，变压器包括绕组A，开关晶体管S为MOS管（MOSFET，金属-氧化物半导体场效应晶体管）。在一个具体的实施场景中，绕组A的1端与第一连接端子11的信号输出端连接，用于接收第一电源信号Vin，绕组A的2端与开关管晶体S的第一端连接，开关管晶体S的第二端与地连接。开关管晶体S的第一端同时与电容C₁的一端连接，电容C₁的另一端与地连接。绕组A的3端与二极管D₁的阳极连接，用于输出低电平信号。绕组A的4端与二极管D₂的阳极连接。二极管D₁的阴极与电感L的一端连接，二极管D₂的阴极与电感L的一端连接，电感L的另一端与第二连接端子12的信号输入端连接，用于输出第二电源信号Vo。二极管D₂的阳极同时还与地连接，电感L的另一端同时还与电容C₂的一端连接，电容C₂的另一端与地连接。

其中，由于开关晶体管的源极、漏极是对称的，所以其源极、漏极是可以互换的，在本申请的实施方式中，为区分开关晶体管除栅极之外的两级，将其中源极称为第一端，漏极称为第二端，或者，将其中漏极称为第一端，源级称为第二端。

如图3所示，反激式开关电源电路包括开关晶体管S、电容C₁、电容C₂、二极管D、电感Lm以及变压器，其中，变压器包括绕组B，开关晶体管S为MOS管，电感Lm与绕组B缠绕设置。在一个具体的实施场景中，绕组B的1端与第一连接端子11的信号输出端连接，用于接收第一电源信号Vin，绕组B的2端与开关管晶体S的第一端连接，开关管晶体S的第二端与地连接。开关管晶体S的第一端同时与电容C₁的一端连接，电容C₁的另一端与地连接。绕组B的3端与二极管D的阳极连接，用于输出低电平信号。绕组B的4端与第连接。二极管D的阴极与第二连接端子12的信号输入端连接，用于输出第二电源信号Vo。二极管D的阴极同时还与电容C₂的一端连接，电容C₂的另一端与地连接。

本实施方式中，第二隔离电路22的第一端与第一连接端子11连接，第二隔离电路22的第二端与第二连接端子12连接。第二隔离电路22的第一端用于接收控制信号，并通过第二隔离电路22的第二端将控制信号输出至第二连接端子12。第二隔离电路22的第二端还用于接收反馈信号，并通过第二隔离电路22的第一端将反馈信号输出至第一连接端子11。

一些实施方式中，第二隔离电路22的第一端与第一连接端子11的信号输出端连接，第二隔离电路22的第二端与第二连接端子12的信号输入端连接。

一些具体实施方式中，第二隔离电路22包括光耦隔离电路、和/或容隔离电路、和/或隔离运放电路。其中，光耦隔离电路包括光耦隔离器件，容隔离电路包括容隔离器件，隔离运放电路包括隔离运放器件。

请参阅图4，图4是光耦隔离电路一实施方式的拓扑结构图。光耦隔离电路包括门电路、电阻R₁、电阻R₂、光耦隔离器件60。在一个具体的实施场景中，门电路的门极与第一连接端子11的信号输出端连接，用于接收第一连接端子11的电源信号V_DD1，门电路的第一端与电阻R₂的一端连接，门电路的第二端与GND₁（地线1）连接，电阻R₂的另一端与光耦隔离器件60的输入端连接。电阻R₁的一端与第一连接端子11的第一端连接，电阻R₁的另一端与光耦隔离器件60的第一端连接。光耦隔离器件60的输出端用于输出控制信号Vo，光耦隔离器件60的第二端用于与第二连接端子12的信号输入端连接，以接收第二连接端子12的电源信号V_DD2。光耦隔离器件60的第二端还同时与GND₂（地线2）连接。

本实施方式中，第一连接端子11对应的第一电路区域31与第二连接端子12对应的第二电路区域32之间设置有隔离带33，第一隔离电路21与第二隔离电路22均设置于隔离带33。

其中，第一隔离电路21与第二隔离电路22横跨隔离带33，以连接第一连接端子11与第二连接端子12。例如，若隔离带33为6mm，则第一隔离电路21与第二隔离电路22对应选择7mm，以覆盖隔离带33。

其中，隔离带33的隔离距离由第一电路区域31与第二电路区域32各自对应的电压决定。例如，若第一电路区域31对应的高电压为380V，第二电路区域32对应的用户电压为220V，则基于两个电压值在《高低压电力线路安全距离》中进行查找，以确定对应的安全距离。

一些实施方式中，拓展卡100包括防触电装置，防触电装置对应第一电路区域31与隔离带33设置。一些具体实施方式中，防触电装置可以为覆盖第一电路区域31与隔离带33的绝缘板。

可以理解地，第一电路区域31与隔离带33对应的电压为对外部设备或人体有危险的高压，通过防触电装置对上述区域进行保护，能够避免外部设备或人体接触到高压区域，从而有效保护设备与人员安全。

可以理解地，通过在拓展卡100上设置第一连接端子11、第二连接端子12以及独立与第一连接端子11以及第二连接端子12连接的第一隔离电路21与第二隔离电路22，并使第一连接端子11直接与变频器的第一单片机连接，能够通过第一连接端子11直接接收第一单片机发送的第一电源信号与控制信号，从而提高拓展卡100接收信号的实时性。进一步地，通过第一隔离电路21将第一电源信号转换为第二电源信号，并通过第二连接端子12将第二电源信号输出至外部设备，能够保证变频器系统的安全性与可靠性。进一步地，通过第二隔离电路22将控制信号传输至第二连接端子12，并将第二连接端子12接收到的外部设备的反馈信号传输至第一连接端子11，以通过第一连接端子11将反馈信号传输至第一单片机，能够使得第一单片机及时接收拓展卡100传输的反馈信息，从而提高第一单片机接收信息的实时性。

对应地，本申请提供一种变频器系统，包括变频器本体以及插接在变频器本体上的拓展卡，拓展卡为上述的拓展卡。

具体地，请参阅图5，图5是本申请变频器系统一实施方式的原理框图。

本实施方式中，变频器系统300包括变频器本体200以及插接在变频器本体200上的拓展卡100。拓展卡100包括第一连接端子11、第二连接端子12以及连接第一连接端子11与第二连接端子12的第一隔离电路21与第二隔离电路22。变频器本体200包括第一单片机41、第二单片机42、第三连接端子13以及第四连接端子14。

其中，第一单片机41与第二单片机42通信连接，第三连接端子13分别连接第一单片机41与拓展卡100。其中，第一单片机41用于生成第一电源信号以及接收第二单片机42发出的控制信号，并通过第三连接端子13将第一电源信号与控制信号传输至拓展卡100的第一连接端子11。

其中，第一连接端子11用于接收第三连接端子13传输的第一电源信号与控制信号。第一隔离电路21用于将接收的第一电源信号转换为第二电源信号，并将第二电源信号输出至第二连接端子12，以通过第二连接端子12将第二电源信号输出至外部设备50。第二隔离电路22用于将接收的控制信号传输至第二连接端子12，以及将第二连接端子12接收到的外部设备50的反馈信号传输至第一连接端子11，以通过第一连接端子11将反馈信号传输至第三连接端子13，进而通过第三连接端子13将反馈信号传输至第一单片机41。

其中，第一单片机41为功率单片机，第二单片机42为控制单片机。

一些实施方式中，第三连接端子13对应的区域设置有防触电装置。一些具体实施方式中，防触电装置可以为覆盖第三连接端子13的绝缘板。

可以理解地，第三连接端子13对应的电压为对外部设备或人体有危险的高压，通过防触电装置对上述区域进行保护，能够避免外部设备或人体接触到高压区域，从而有效保护设备与人员安全。

一些实施方式中，第四连接端子14连接分别连接第二单片机42与外部设备50。第四连接端子14将从第二单片机42接收的控制信号传输至外部设备50，并将从外部设备50接收的反馈信号传输至第二单片机42。

可以理解地，通过拓展卡100的第一连接端子11直接与变频器本体200的第三连接端子13连接，能够通过第一连接端子11直接接收第一单片机41发送的第一电源信号与控制信号，从而提高拓展卡100接收信号的实时性。同时，还能够通过第一连接端子11将第二连接端子12接收到的反馈信号传输至第三连接端子13，能够使得第一单片机41及时接收拓展卡100传输的反馈信息，从而提高第一单片机41接收信息的实时性。

可以理解地，通过提高拓展卡100与第一单片机41接收信息的实时性，从而使得拓展卡100与第一单片机41能够及时获取对应的交互信息并作出快速响应，继而提高变频器系统300的控制性能。

区别于现有技术，本申请通过在拓展卡上设置第一连接端子、第二连接端子以及独立与第一连接端子以及第二连接端子连接的第一隔离电路与第二隔离电路，并使第一连接端子直接与变频器的第一单片机连接，能够通过第一连接端子直接接收第一单片机发送的第一电源信号与控制信号，从而提高拓展卡接收信号的实时性。进一步地，通过第一隔离电路将第一电源信号转换为第二电源信号，并通过第二连接端子将第二电源信号输出至外部设备，能够保证变频器系统的安全性与可靠性。进一步地，通过第二隔离电路将控制信号传输至第二连接端子，并将第二连接端子接收到的外部设备的反馈信号传输至第一连接端子，以通过第一连接端子将反馈信号传输至第一单片机，能够使得第一单片机及时接收拓展卡传输的反馈信息，从而提高第一单片机接收信息的实时性。本申请通过在拓展卡上设置两组连接端子，并使第一连接端子与变频器的第一单片机直接连接，能够提高拓展卡与第一单片机接收信息的实时性，从而使得拓展卡与第一单片机能够及时获取对应的交互信息并作出快速响应，继而提高变频器系统的控制性能。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种拓展卡，可插接于变频器上，其特征在于，所述拓展卡包括第一连接端子、第二连接端子以及连接所述第二连接端子与所述第二连接端子的第一隔离电路与第二隔离电路，所述第一隔离电路与所述第二隔离电路相互独立；

其中，所述第一连接端子用于连接所述变频器的第一单片机，以接收第一电源信号与控制信号；所述第一隔离电路用于将接收的所述第一电源信号转换为第二电源信号，并将所述第二电源信号输出至所述第二连接端子，以通过所述第二连接端子将所述第二电源信号输出至外部设备；所述第二隔离电路用于将接收的所述控制信号传输至所述第二连接端子，以及将所述第二连接端子接收到的所述外部设备的反馈信号传输至所述第一连接端子，以通过所述第一连接端子将所述反馈信号传输至所述第一单片机。

2.根据权利要求1所述的拓展卡，其特征在于，

所述第一隔离电路的第一端与所述第一连接端子连接，用于接收所述第一电源信号，所述第一隔离电路的第二端与所述第二连接端子连接，用于输出所述第二电源信号。

3.根据权利要求2所述的拓展卡，其特征在于，

所述第二隔离电路的第一端与所述第一连接端子连接，所述第二隔离电路的第二端与所述第二连接端子连接；所述第二隔离电路的第一端用于接收所述控制信号，并通过所述第二隔离电路的第二端将所述控制信号输出至所述第二连接端子；所述第二隔离电路的第二端还用于接收所述反馈信号，并通过所述第二隔离电路的第一端将所述反馈信号输出至所述第一连接端子。

4.根据权利要求3所述的拓展卡，其特征在于，

所述第一连接端子对应的第一电路区域与所述第二连接端子对应的第二电路区域之间设置有隔离带，所述第一隔离电路与所述第二隔离电路均设置于所述隔离带。

5.根据权利要求4所述的拓展卡，其特征在于，

所述第一隔离电路与所述第二隔离电路横跨所述隔离带，以连接所述第一连接端子与所述第二连接端子。

6.根据权利要求4所述的拓展卡，其特征在于，

所述拓展卡包括防触电装置，所述防触电装置对应所述第一电路区域与所述隔离带设置。

7.根据权利要求1所述的拓展卡，其特征在于，

所述第一隔离电路包括正激式开关电源电路或反激式开关电源电路。

8.根据权利要求1所述的拓展卡，其特征在于，

所述第二隔离电路包括光耦隔离电路、和/或容隔离电路、和/或隔离运放电路。

9.一种变频器系统，其特征在于，包括变频器本体以及插接在所述变频器本体上的拓展卡；其中，所述拓展卡为权利要求1~8中任一项所述的拓展卡。

10.根据权利要求9所述的变频器系统，其特征在于，所述变频器本体包括第一单片机、第二单片机与第三连接端子，所述第一单片机与所述第二单片机通信连接，所述第三连接端子分别连接所述第一单片机与所述拓展卡；

其中，所述第一单片机用于生成第一电源信号以及接收所述第二单片机发出的控制信号，并通过所述第三连接端子将所述第一电源信号与所述控制信号传输至所述拓展卡的第一连接端子。