CN202840992U - 一种用于小功率风机的整流电路 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种用于小功率风机的整流电路，包括DSP处理器、信号驱动模块、MOS管开关组和波形检测电路，风力发电机的三相输出端与MOS管开关组连接，MOS管开关组与整流输出端连接，MOS管开关组与波形检测电路连接，波形检测电路与DSP处理器连接，DSP处理器与信号驱动模块连接，信号驱动模块与MOS管开关组连接，其优点是避免了单纯使用整流桥时二极管自身压降对波形底部的消除，避免能量的大量损耗，从而实现电能利用率的提升。

Description

一种用于小功率风机的整流电路
技术领域
本实用新型涉及一种小功率风力发电机，尤其是涉及一种用于小功率风机的整流电路。
背景技术
小功率风力发电机发出的交流电储存到蓄电池内，交流电转换到直流电，首先要经过整流电路，目前的整流电路通常采用整流桥的方式，整流桥由6个二极管组成。每个二极管存在0.7伏的压降，假如电流值为10A，整流桥上会有7W的电能损耗。同时会产生大量的热量，给控制器造成一定的损害。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电能损耗小的用于小功率风机的整流电路。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于小功率风机的整流电路，其特征在于包括DSP处理器、信号驱动模块、MOS管开关组和波形检测电路，风力发电机的三相输出端与MOS管开关组连接，MOS管开关组与整流输出端连接，MOS管开关组与波形检测电路连接，波形检测电路与DSP处理器连接，DSP处理器与信号驱动模块连接，信号驱动模块与MOS管开关组连接。
DSP处理器包括型号为DSPIC30F2010的第一芯片及外围电路，信号驱动模块包括型号为IR2130S的第二芯片及外围电路，MOS管开关组包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管，波形检测电路包括型号为LM339的第一比较器、第二比较器和第三比较器，
第一芯片的第二十一引脚与第二芯片的第四引脚连接，第一芯片的第二十二引脚与第二芯片的第七引脚连接，第一芯片的第二十三引脚与第二芯片的第三引脚连接，第一芯片的第二十四引脚与第二芯片的第六引脚连接，第一芯片的第二十五引脚与第二芯片的第二引脚连接，第一芯片的第二十六引脚与第二芯片的第五引脚，第一芯片的第十四引脚分别通过第三十一电阻和第三十电阻与第二芯片的第八引脚连接，第一芯片的第三引脚与第二芯片的第八引脚连接，第一芯片的第四引脚通过第三十五电阻与第二芯片的第十引脚连接，第二芯片的第十引脚与第二芯片的第十一引脚之间设置有第三十六电阻，第二芯片的第十一引脚通过第三十七电阻与整流负极输出端连接；
风力发电机的U输出端与第一MOS管的源极连接，第二芯片的第二十七引脚通过第十电阻与第一MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十六引脚通过第四电阻与第一MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十六引脚与第一MOS管的源极连接，第一MOS管的漏极与整流正极输出端连接；
风力发电机的U输出端与第四MOS管的漏极连接，第二芯片的第十六引脚通过第十一电阻与第四MOS管的栅极连接，第四MOS管的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第四MOS管的栅极与第四MOS管的源极之间设置有第五电阻；
风力发电机的V输出端与第二MOS管的源极连接，第二芯片的第二十三引脚通过第十二电阻与第二MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十二引脚通过第六电阻与第二MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十二引脚与第二MOS管的源极连接，第二MOS管的漏极与整流正极输出端连接；
风力发电机的V输出端与第五MOS管的漏极连接，第二芯片的第十五引脚通过第十三电阻与第五MOS管的栅极连接，第五MOS管的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第五MOS管的栅极与第五MOS管的源极之间设置有第七电阻；
风力发电机的W输出端与第三MOS管的源极连接，第二芯片的第十九引脚通过第九电阻与第三MOS管的栅极连接，第三MOS管的栅极与第三MOS管的源极之间设置有第三电阻，第三MOS管的漏极与整流正极输出端连接；
风力发电机的W输出端与第六MOS管的漏极连接，第二芯片的第十四引脚通过第八电阻与第六MOS管的栅极连接，第六MOS管的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第六MOS管的栅极与第六MOS管的源极之间设置有第二电阻；
第一比较器的负极输入端、第二比较器的负极输入端和第三比较器的负极输入端相互连接，风力发电机的U输出端与第十八电阻连接，第十八电阻通过第二十五电阻与第一比较器的负极输入端连接，第十八电阻通过第二十四电阻与第一比较器的正极输入端连接，第一比较器的输出端与第一芯片的第五引脚连接，
风力发电机的V输出端与第十四电阻连接，第十四电阻通过第二十一电阻与第二比较器的负极输入端连接，第十四电阻通过第二十电阻与第二比较器的正极输入端连接，第二比较器的输出端与第一芯片的第六引脚连接，
风力发电机的W输出端与第十九电阻连接，第十九电阻通过第二十三电阻与第三比较器的负极输入端连接，第十九电阻通过第二十二电阻与第三比较器的正极输入端连接，第三比较器的输出端与第一芯片的第七引脚连接
  与现有技术相比，本实用新型的优点是对风力发电机的三相输出端进行电压采样，以微控制器控制MOS管作为输出控件，管理三相电的整流输出，控制系统中设计有超低压感应处理技术，将风机输出的交流电以同步整流的方式尽可能不失真地呈连续半波的形式输出到蓄电池。避免了单纯使用整流桥时二极管自身压降对波形底部的消除，避免能量的大量损耗，从而实现电能利用率的提升；还可避免因压降存在而造成的大量热能损耗，提高风能的转化效率。DSP处理器的功耗为1W，信号驱动模块的功耗为1.5W，比较器的功耗为0.05W，六个MOS管的功耗为0.9W，其他部分的功耗为0.1W，总功耗大概为3.35W，相比六个二极管的7W功耗，降低了50%左右的功耗。
附图说明
图1为本实用新型的电路框图；
图2为本实用新型的电路原理图；
图3为本实用新型的MOS管同步整流控制程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
一种用于小功率风机的整流电路，包括DSP处理器1、信号驱动模块2、MOS管开关组3和波形检测电路4，风力发电机5的三相输出端与MOS管开关组3连接，MOS管开关组3与整流输出端连接，MOS管开关组3与波形检测电路4连接，波形检测电路4与DSP处理器1连接，DSP处理器1与信号驱动模块2连接，信号驱动模块2与MOS管开关组3连接。
DSP处理器1包括型号为DSPIC30F2010的第一芯片及外围电路，信号驱动模块2包括型号为IR2130S的第二芯片及外围电路，MOS管开关组3包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3、第四MOS管Q4、第五MOS管Q5和第六MOS管Q6，波形检测电路4包括型号为LM339的第一比较器U1B、第二比较器U1D和第三比较器U1C，
第一芯片的第二十一引脚与第二芯片的第四引脚连接，第一芯片的第二十二引脚与第二芯片的第七引脚连接，第一芯片的第二十三引脚与第二芯片的第三引脚连接，第一芯片的第二十四引脚与第二芯片的第六引脚连接，第一芯片的第二十五引脚与第二芯片的第二引脚连接，第一芯片的第二十六引脚与第二芯片的第五引脚，第一芯片的第十四引脚分别通过第三十一电阻R31和第三十电阻R30与第二芯片的第八引脚连接，第一芯片的第三引脚与第二芯片的第八引脚连接，第一芯片的第四引脚通过第三十五电阻R35与第二芯片的第十引脚连接，第二芯片的第十引脚与第二芯片的第十一引脚之间设置有第三十六电阻R36，第二芯片的第十一引脚通过第三十七电阻R37与整流负极输出端连接；
风力发电机的U输出端与第一MOS管Q1的源极连接，第二芯片的第二十七引脚通过第十电阻R10与第一MOS管Q1的栅极连接，第二芯片的第二十六引脚通过第四电阻R4与第一MOS管Q1的栅极连接，第二芯片的第二十六引脚与第一MOS管Q1的源极连接，第一MOS管Q1的漏极与整流正极输出端Vout连接；
风力发电机的U输出端与第四MOS管Q4的漏极连接，第二芯片的第十六引脚通过第十一电阻R11与第四MOS管Q4的栅极连接，第四MOS管Q4的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第四MOS管Q4的栅极与第四MOS管Q4的源极之间设置有第五电阻R5；
风力发电机的V输出端与第二MOS管Q2的源极连接，第二芯片的第二十三引脚通过第十二电阻R12与第二MOS管Q2的栅极连接，第二芯片的第二十二引脚通过第六电阻R6与第二MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十二引脚与第二MOS管Q2的源极连接，第二MOS管Q2的漏极与整流正极输出端Vout连接；
风力发电机的V输出端与第五MOS管Q5的漏极连接，第二芯片的第十五引脚通过第十三电阻R13与第五MOS管Q5的栅极连接，第五MOS管Q5的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第五MOS管Q5的栅极与第五MOS管Q5的源极之间设置有第七电阻R7；
风力发电机的W输出端与第三MOS管Q3的源极连接，第二芯片的第十九引脚通过第九电阻R9与第三MOS管Q3的栅极连接，第三MOS管Q3的栅极与第三MOS管Q3的源极之间设置有第三电阻R3，第三MOS管Q3的漏极与整流正极输出端Vout连接；
风力发电机的W输出端与第六MOS管Q6的漏极连接，第二芯片的第十四引脚通过第八电阻R8与第六MOS管Q6的栅极连接，第六MOS管Q6的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第六MOS管Q6的栅极与第六MOS管Q6的源极之间设置有第二电阻R2；
第一比较器U1B的负极输入端、第二比较器U1D的负极输入端和第三比较器U1C的负极输入端相互连接，风力发电机的U输出端与第十八电阻R18连接，第十八电阻R18通过第二十五电阻R25与第一比较器U1B的负极输入端连接，第十八电阻R18通过第二十四电阻R24与第一比较器U1B的正极输入端连接，第一比较器U1B的输出端与第一芯片的第五引脚连接，
风力发电机的V输出端与第十四电阻R14连接，第十四电阻R14通过第二十一电阻R21与第二比较器U1D的负极输入端连接，第十四电阻R14通过第二十电阻R20与第二比较器U1D的正极输入端连接，第二比较器U1D的输出端与第一芯片的第六引脚连接，
风力发电机的W输出端与第十九电阻R19连接，第十九电阻R19通过第二十三电阻R23与第三比较器U1C的负极输入端连接，第十九电阻R19通过第二十二电阻R22与第三比较器U1C的正极输入端连接，第三比较器U1C的输出端与第一芯片的第七引脚连接。
本实用新型的工作原理：
本实用新型由DSP处理器、波形检测模块、MOS管开关组与信号驱动模块组成，对风力发电机的三相电各输出端进行电压监测，以控制N型MOS管的通断，达到对三相交流电同步整流的目的。
本控制系统在电压采样中采用了超低压感应处理技术，从而将风机输出的交流电以同步整流的方式尽可能不失真地呈连续半波的形式输出至用极。避免了单纯使用整流桥时二极管自身压降对波形底部的消除，从而实现电能利用率的提升，且避免了因压降存在而造成的大量热能损耗，提高风能的转化效率。
由两两配对的MOS管组成的输出控极电路，IR2130S作为三相桥式驱动控件，构成正反向输出的形式，确保波形的方向性输出；由LM339构成的比较电路，负责把电机3端的电压信号放大后反馈到微处理器中，供控制器作输出判断，以发送至IR2130S构成的三相桥式驱动器中。
本专利的关键性要素在于三相电机端的采样，为了使单片机能更敏感的感应到电机端的微弱电压，使系统能够及时地做出响应，这里采用了比较器。
图1中的风力发电机为三相24至48伏输出的；Q1~Q6为输出控件N型MOS管；IR2130S为三相桥式驱动器，负责将单片机的低有效信号转化为控制MOS开合的电信号，并做好隔离；LM339是运放芯片，负责将三相端口采集到的电压信号放大后送至单片机管脚，便于单片机的灵敏的应对；并在单片机中设置故障监测，负责监视三相整流驱动器的工作状态是否正常；Vout与GND共同构成该整流电路的输出端，在风机连续工作的状态下输出连续半波。
通过LM339组成的运放电路，将从电机的三相端采集的电压数据传送至单片机FB1、FB2、FB3端口，采集电压为AD方式，单片机仅做响应处理，即当有AD量时就打开相应的MOS管。HIN1口控制Q1，HIN2口控制Q2，HIN3口控制Q3，LIN1口控制Q4，LIN2口控制Q5，LIN3口控制Q6，均为低电平有效。
控制整流输出的方式，如图3所示：Q1~Q6的起始状态均为关闭；
(1)    当U端对应的FB1端检测到电压后立即打开Q1，关闭Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，再打开Q5，若在VOUT端采样到电压，则不再打开Q6；
(2)    当U端对应的FB1端检测到电压后立即打开Q1，关闭Q2、Q3、Q4、Q5、Q6，再打开Q5，若在VOUT端未采样到电压，则关闭Q5打开Q6；
(3)    当V端对应的FB2端检测到电压后立即打开Q2，关闭Q1、Q3、Q4、Q5、Q6，再打开Q4，若在VOUT端采样到电压，则不再打开Q6；
(4)    当V端对应的FB2端检测到电压后立即打开Q2，关闭Q1、Q3、Q4、Q5、Q6，再打开Q4，若在VOUT端未采样到电压，则关闭Q4打开Q6；
(5)    当W端对应的FB3端检测到电压后立即打开Q3，关闭Q1、Q2、Q4、Q5、Q6，再打开Q4，若在VOUT端采样到电压，则不再打开Q5；
当V端对应的FB3端检测到电压后立即打开Q3，关闭Q1、Q2、Q4、Q5、Q6，再打开Q4，若在VOUT端未采样到电压，则关闭Q4打开Q5。

Claims (2)

1.一种用于小功率风机的整流电路，其特征在于包括DSP处理器、信号驱动模块、MOS管开关组和波形检测电路，风力发电机的三相输出端与MOS管开关组连接，MOS管开关组与整流输出端连接，MOS管开关组与波形检测电路连接，波形检测电路与DSP处理器连接，DSP处理器与信号驱动模块连接，信号驱动模块与MOS管开关组连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于小功率风机的整流电路，其特征在于DSP处理器包括型号为DSPIC30F2010的第一芯片及外围电路，信号驱动模块包括型号为IR2130S的第二芯片及外围电路，MOS管开关组包括第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管、第四MOS管、第五MOS管和第六MOS管，波形检测电路包括型号为LM339的第一比较器、第二比较器和第三比较器，
第一芯片的第二十一引脚与第二芯片的第四引脚连接，第一芯片的第二十二引脚与第二芯片的第七引脚连接，第一芯片的第二十三引脚与第二芯片的第三引脚连接，第一芯片的第二十四引脚与第二芯片的第六引脚连接，第一芯片的第二十五引脚与第二芯片的第二引脚连接，第一芯片的第二十六引脚与第二芯片的第五引脚，第一芯片的第十四引脚分别通过第三十一电阻和第三十电阻与第二芯片的第八引脚连接，第一芯片的第三引脚与第二芯片的第八引脚连接，第一芯片的第四引脚通过第三十五电阻与第二芯片的第十引脚连接，第二芯片的第十引脚与第二芯片的第十一引脚之间设置有第三十六电阻，第二芯片的第十一引脚通过第三十七电阻与整流负极输出端连接；
风力发电机的U输出端与第一MOS管的源极连接，第二芯片的第二十七引脚通过第十电阻与第一MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十六引脚通过第四电阻与第一MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十六引脚与第一MOS管的源极连接，第一MOS管的漏极与整流正极输出端连接；
风力发电机的U输出端与第四MOS管的漏极连接，第二芯片的第十六引脚通过第十一电阻与第四MOS管的栅极连接，第四MOS管的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第四MOS管的栅极与第四MOS管的源极之间设置有第五电阻；
风力发电机的V输出端与第二MOS管的源极连接，第二芯片的第二十三引脚通过第十二电阻与第二MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十二引脚通过第六电阻与第二MOS管的栅极连接，第二芯片的第二十二引脚与第二MOS管的源极连接，第二MOS管的漏极与整流正极输出端连接；
风力发电机的V输出端与第五MOS管的漏极连接，第二芯片的第十五引脚通过第十三电阻与第五MOS管的栅极连接，第五MOS管的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第五MOS管的栅极与第五MOS管的源极之间设置有第七电阻；
风力发电机的W输出端与第三MOS管的源极连接，第二芯片的第十九引脚通过第九电阻与第三MOS管的栅极连接，第三MOS管的栅极与第三MOS管的源极之间设置有第三电阻，第三MOS管的漏极与整流正极输出端连接；
风力发电机的W输出端与第六MOS管的漏极连接，第二芯片的第十四引脚通过第八电阻与第六MOS管的栅极连接，第六MOS管的源极与第二芯片的第十三引脚连接，第六MOS管的栅极与第六MOS管的源极之间设置有第二电阻；
第一比较器的负极输入端、第二比较器的负极输入端和第三比较器的负极输入端相互连接，风力发电机的U输出端与第十八电阻连接，第十八电阻通过第二十五电阻与第一比较器的负极输入端连接，第十八电阻通过第二十四电阻与第一比较器的正极输入端连接，第一比较器的输出端与第一芯片的第五引脚连接，
风力发电机的V输出端与第十四电阻连接，第十四电阻通过第二十一电阻与第二比较器的负极输入端连接，第十四电阻通过第二十电阻与第二比较器的正极输入端连接，第二比较器的输出端与第一芯片的第六引脚连接，
风力发电机的W输出端与第十九电阻连接，第十九电阻通过第二十三电阻与第三比较器的负极输入端连接，第十九电阻通过第二十二电阻与第三比较器的正极输入端连接，第三比较器的输出端与第一芯片的第七引脚连接。
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