CN203616375U - 一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及高压大功率变频调速电路领域，尤其涉及一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，通过采用包含有串联的电流采样电阻和电压霍尔传感器的电流采样电路、电压采样电阻和包含有串联的有源二阶滤波器和低通滤波器的隔离电路，实现具有监测、实时保护及故障定位等功能的外部信号检测部分，且还能有效的提高抗干扰能力，避免重要的弱电信号被强电电压和电流经常所影响。
Description
技术领域
本实用新型涉及高压大功率变频调速电路领域，尤其涉及一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路。
背景技术
目前普遍采用V/F控制高压变频装置广泛运用风机水泵场合，对于需要四象限能量回馈运行的提升机、扎钢机等场合传统的V/F控制高压变频装置已无法满足，尤其是其功率单元控制板的外部信号检测部分，无法实现监测、实时保护及故障定位等功能，尤其是其中的强电电压和电流经常会影响到重要的弱电信号，即其抗干扰能力非常差。
中国专利（公开号：CN101311743A）记载了一种具有高精度和稳定性的磁传感器的信号检测电路，包括：差动放大器，其被施加磁传感器的检测线圈的输出电压；比较器，其输出在所述差动放大器的输出电压中产生邻接的两个尖峰状电压的期间内为一方的逻辑电平的数字信号；和计数电路,其在所述比较器输出所述一方的逻辑电平的数字信号的期间进行计数动作；所述计数电路具有：第1计数器，其对规定频率的第1时钟进行计数；第2计数器,其对相对于所述第1时钟而言频率相同但相位不同的第2时钟进行计数，位数与所述第1计数器的位数相同；和加法器，其对所述第1计数器以及所述第2计数器的各计数值进行加法运算。
中国专利（公开号：CN103095369A）记载了一种快速信号检测电路，包括跨阻放大器及限幅放大器，所述跨阻放大器的负输出端一方面通过直流耦合电路连接到所述限幅放大器的负输入端，另一方面通过交流阻隔电路后连接判决门限提取电路进而连接所述限幅放大器的正输入端。本发明交流阻隔电路可以给交流信号提供一个较大的阻抗，从而在保证通信业务电路正常工作的同时减小了RC电路的时间常数，进而加快了跨阻放大器输入端的信号在包间隔的时间段内快速释放，最终达到突发接收信号检测指示电路快速响应的目的。实验测试，本发明可在900ns的高速时隙内实现信号的快速检测。
实用新型内容
针对上述存在的问题，本实用新型揭示了一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其中，所述电路包括：
直流母线输出端，三相线第一电压输出端和三相线第二电压输出端；
上述的三个输出端均分别通过一电流采样电路与一电压采样电路连接，且一隔离电路与所述电压采样电路并联；
其中，所述电路采样电路包括串联的电流采样电阻和与该电流采样电阻串联的电压霍尔传感器，所述电压采样电路包括电压采样电阻，所述电压霍尔传感器的输出端通过所述电压采样电阻接地，所述隔离电路包括有源二阶滤波器和低通滤波器，所述电压霍尔传感器的输出端还依次通过所述有源二阶滤波器和低通滤波器输出采样值。
上述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其中，所述电路还包括：
A相相电流输出端和B相相电流输出端；
所述A相相电流输出端和所述B相相电流输出端均通过有源二阶滤波器和滤波器输出采样值。
上述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其中，所述电路还包括：
电流传感器，所诉电流传感器为所述电压霍尔传感器、所述有源二阶滤波器和所述低通滤波器提供电流信号。
上述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其中，所述有源二阶滤波器和所述低通滤波器均是基于运算放大器的滤波器。
上述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其中，所述低通滤波器的截止频率为800Hz。
上述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其中，所述电压采样电阻的阻值为0.1kΩ。
上述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其中，所述电流采样电阻的数量为多个，且该多个电流采样电阻串联连接。
综上所述，本实用新型一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，通过采用包含有串联的电流采样电阻和电压霍尔传感器的电流采样电路、电压采样电阻和包含有串联的有源二阶滤波器和低通滤波器的隔离电路，实现具有监测、实时保护及故障定位等功能的外部信号检测部分，且还能有效的提高抗干扰能力，避免重要的弱电信号被强电电压和电流经常所影响。
附图说明
图1～3是本实用新型一实施例中四象限功率单元控制板的外部信号检测电路的电路结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明：
由于在利用功率单元的三相IGBT整流桥整流后，经过滤波电容后会形成平直的直流电，再经由4个IGBT构成的H型单相逆变桥，会输出PWM波，而为了提高信号的抗干扰性，控制板自动检测母线直流电压和交流输出电压、电流，以完成相关的监测、实时保护及故障定位。
但是，在采样前必须加低通滤波器对变频器的输出电压进行滤波，该低通滤波器对信号幅值和和相位的影响可在控制软件中加以校正。此外，由于采样得到的只能是输出线电压，因而还需将之转换为相电压。
图1～3是本实用新型一实施例中四象限功率单元控制板的外部信号检测电路的电路结构图；如图1～3所示，一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，包括直流母线输出端J1、三相线第一电压输出端J3、三相线第二电压输出端J5，A相相电流输出端CAT1和B相相电流输出端CBT1。
其中，直流母线输出端J1和J2通过串联的电流采样电阻R与电压霍尔传感器U17的输入端1/2连接，而该电压霍尔传感器U17的输出端3则通过电压采样电阻R37接地，同时该电压霍尔传感器U17的输出端3还依次通过有源二阶滤波器U10A和低通滤波器U10B与直流母线Udc的采样端V1连接；同样的，三相线第一电压输出端J3和J4通过串联的电流采样电阻R与电压霍尔传感器U15的输入端1/2连接，而该电压霍尔传感器U15的输出端3则通过电压采样电阻R65接地，同时该电压霍尔传感器U15的输出端3还依次通过有源二阶滤波器U13A和低通滤波器U13B与三相线电压Uab的采样端V2连接，而三相线第二电压输出端J4和J5则通过串联的电流采样电阻R与电压霍尔传感器U18的输入端1/2连接，而该电压霍尔传感器U18的输出端3则通过电压采样电阻R77接地，同时该电压霍尔传感器U18的输出端3还依次通过有源二阶滤波器U16A和低通滤波器U16B与三相线电压Ubc的采样端V3连接。
进一步的，上述的A相相电流输出端CAT1则依次通过有源二阶滤波器U19A和低通滤波器U19B与A相相电流采样端V4连接，上述的B相相电流输出端CBT1则依次通过有源二阶滤波器U21A和低通滤波器U21B与B相相电流采样端V5连接。
优选的，上述的电流采样电阻R包括多个，且该多个电流采样电阻R串联，且每个电流采样电阻R的阻值为20kΩ；电压霍尔传感器U15、U17和U18的变比为2.5（即2500:1000），电压采样电阻R37、R65和R77的阻值均为0.1kΩ；而有源二阶滤波器U10A、U13A、U16A、U19A和U21A，及低通滤波器U10B、U13B、U16B、U19B和U21B均是基于双路高精度、低噪声的运算放大器（如OPA2227等）。
进一步的，上述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路还包括电流传感器（图中未示出），该电流传感器通过跳线焊盘（HEADER）X2、X3为上述的电压霍尔传感器、有源二阶滤波器和低通滤波器提供±12V的电流信号，且跳线焊盘（HEADER）X2上还设置有与A相相电流输出端CAT1连接的端口（CAT1），相应的跳线焊盘（HEADER）X3上还设置有与B相相电流输出端CBT1连接的端口（CBT1）。
具体的，通过采样电阻后形成采样电压信号，利用电压和电流霍尔传感器，实现了强弱电的隔离，即使强电电压和电流无法影响到脆弱且重要的弱点信号，进而大大增强了隔离强弱电使系统的抗干扰能力。
同时，在进行信号检测之前先采用OPA2227对采样信号进行了前置放大，可以精确的对信号进行放大，如可利用前置放大网络将信号放大2倍，以方便后续电路的测量，而外部信号检测电路则采用了一个基于OPA2227运算放大器的巴特沃斯有源二阶低通滤波器和一个低通滤波器，巴特沃斯滤波器伏频特性优越，电路稳定，效果良好，使得对于相同的基本电路，通过改变电阻阻值与电容容值改变滤波器的截止频率，优选的本实施例中的采用截止频率为800Hz的低通滤波器，就可以滤掉除正弦信号以外的各种噪声信号，为后续电路的测量做准备。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型实施例提出一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，通过采用包含有串联的电流采样电阻和电压霍尔传感器的电流采样电路、电压采样电阻和包含有串联的有源二阶滤波器和低通滤波器的隔离电路，实现具有监测、实时保护及故障定位等功能的外部信号检测部分，且还能有效的提高抗干扰能力，避免重要的弱电信号被强电电压和电流经常所影响。通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本实用新型精神，还可作其他的转换。尽管上述实用新型提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本实用新型的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本实用新型的意图和范围内。
Claims (7)
1.一种四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其特征在于，所述电路包括：
直流母线输出端，三相线第一电压输出端和三相线第二电压输出端；
上述的三个输出端均分别通过一电流采样电路与一电压采样电路连接，且一隔离电路与所述电压采样电路并联；
其中，所述电流采样电路包括串联的电流采样电阻和与该电流采样电阻串联的电压霍尔传感器，所述电压采样电路包括电压采样电阻，所述电压霍尔传感器的输出端通过所述电压采样电阻接地，所述隔离电路包括有源二阶滤波器和低通滤波器，所述电压霍尔传感器的输出端还依次通过所述有源二阶滤波器和低通滤波器输出采样值。
2.根据权利要求1所述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其特征在于，所述电路还包括：
A相相电流输出端和B相相电流输出端；
所述A相相电流输出端和所述B相相电流输出端均通过有源二阶滤波器和滤波器输出采样值。
3.根据权利要求2所述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其特征在于，所述电路还包括：
电流传感器，所诉电流传感器为所述电压霍尔传感器、所述有源二阶滤波器和所述低通滤波器提供电流信号。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其特征在于，所述有源二阶滤波器和所述低通滤波器均是基于运算放大器的滤波器。
5.根据权利要求1～3中任意一项所述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其特征在于，所述低通滤波器的截止频率为800Hz。
6.根据权利要求1～3中任意一项所述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其特征在于，所述电压采样电阻的阻值为0.1kΩ。
7.根据权利要求1～3中任意一项所述的四象限功率单元控制板的外部信号检测电路，其特征在于，所述电流采样电阻的数量为多个，且该多个电流采样电阻串联连接。
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