CN205193136U - 一种逆变电路输出电流检测电路和电力变换设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种逆变电路输出电流检测电路和电力变换设备，所述逆变电路输出电流检测电路包括若干个结构相同的电流检测单元，逆变电路的各个桥臂各自连接有一个所述电流检测单元；所述电流检测单元包括采样电阻、信号采集放大电路和信号调制电路，其中：所述采样电阻串联在所述逆变电路的下桥臂；所述信号采集放大电路的输入端接所述采样电阻，其输出端接所述信号调制电路的输入端；所述信号调制电路的输出端接所述逆变电路的控制单元的输入端。本申请满足了对逆变电路输出电流检测的及时、准确和低成本要求。

Description

一种逆变电路输出电流检测电路和电力变换设备

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，更具体地说，涉及一种逆变电路输出电流检测电路和电力变换设备。

背景技术

在逆变电路运行过程中需实时检测逆变电路输出电流，这样做的目的是为了防止出现过电流而造成电路和电机的损坏，以及为逆变电路进行死区补偿、无跳闸电流闭环控制提供实际反馈值。

现有技术主要是在逆变电路的各输出相线上接霍尔传感器、电流互感器或“采样电阻+隔离光耦”三种方案来检测逆变电路输出电流，前两种方案虽然都实现了及时、准确地检测逆变电路输出电流，但是硬件成本太高；第三种方案的检测精度适中，但由于各输出相线上采样电压对应的参考电压不一样，采样电阻与检测电路之间需用隔离光耦进行隔离，而隔离光耦成本较高，且隔离光耦的延时性会影响检测速度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种逆变电路输出电流检测电路和电力变换设备，以满足对逆变电路输出电流检测的及时、准确和低成本要求。

一种逆变电路输出电流检测电路，包括若干个结构相同的电流检测单元，逆变电路的各个桥臂各自连接有一个所述电流检测单元；

所述电流检测单元包括采样电阻、信号采集放大电路和信号调制电路，其中：

所述采样电阻串联在所述逆变电路的下桥臂；

所述信号采集放大电路的输入端接所述采样电阻，其输出端接所述信号调制电路的输入端；

所述信号调制电路的输出端接所述逆变电路的控制单元的输入端。

其中，所述信号采集放大电路为反相放大电路或同相放大电路。

其中，所述信号调制电路包括第一电阻、第二电阻、电压跟随器和直流电压源，具体的：

所述电压跟随器的输入端经所述第二电阻接所述信号采集放大电路的输出端；

所述第一电阻连接在所述电压跟随器的输入端与所述直流电压源之间。

其中，所述第一电阻和所述第二电阻阻值相等。

可选地，所述信号调制电路还包括模拟开关和电容，其中：

所述模拟开关连接在所述电压跟随器的输出端与所述控制单元的输入端之间，用于根据接收到的电压信号值的大小自动地开通和关断电路；所述电容连接在所述模拟开关的输出端与地之间。

其中，所述模拟开关为CD4066模拟开关。

可选地，所述电流检测单元还包括过流限流保护电路，其中：

所述过流限流保护电路的输入端接入所述信号调制电路，其输出端接入所述控制单元，用于判断采集到的电压是否超过设定阈值，并将判断结果输入所述控制单元。

其中，所述过流限流保护电路采用电压比较器；所述电压比较器具有采样信号输入端、基准信号输入端和输出端，其采样信号输入端作为所述过流限流保护电路的输入端，其输出端作为所述过流限流保护电路的输出端，其基准信号输入端用于连接基准电压源。

一种电力变换设备，包括上述公开的任一种逆变电路输出电流检测电路。

其中，所述电力变换设备为变频器、逆变器或伺服驱动器。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型仅需利用采样电阻、信号采集放大电路和信号调制电路即可完成对逆变电路输出电流的检测，并通过控制单元将其检测结果显示出来，其硬件成本远低于霍尔传感器、电流互感器和隔离光耦；而且采样电阻本身的精密度是非常高的，足以满足检测精度要求；再者，由于各采样电阻均是对逆变电路的下桥臂进行采样，具有相同的参考电压，即为母线负电压，因此彼此之间不需要做隔离处理，那么也就不存在隔离光耦的延时问题。综上，本实用新型满足了对逆变电路输出电流检测的及时、准确和低成本要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例公开的一种逆变电路输出电流检测电路结构示意图；

图2为本实用新型实施例公开的又一种逆变电路输出电流检测电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例公开的又一种逆变电路输出电流检测电路结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例公开了一种逆变电路输出电流检测电路，以满足对逆变电路输出电流检测的及时、准确和低成本要求，包括若干个结构相同的电流检测单元，逆变电路的各个桥臂各自连接有一个所述电流检测单元；

以连接在逆变电路的其中一个桥臂(以下简称“第一桥臂”)上的电流检测单元为例，参见图1，所述电流检测单元包括采样电阻R0、信号采集放大电路100和信号调制电路200，其中：

采样电阻R0串联在所述第一桥臂的下桥臂；

信号采集放大电路100的输入端接采样电阻R0，其输出端接信号调制电路200的输入端；

信号调制电路200的输出端接所述逆变电路的控制单元300的输入端。

请参见图1所示电流检测电路所接入的逆变电路，简单介绍其拓扑结构：对于现有的逆变电路而言，其任一桥臂可划分为上、下桥臂两部分，上桥臂通过一开关管与正直流母线DC+相连，下桥臂通过另一开关管与负直流母线DC-相连；所述逆变电路的控制单元300通过开关管驱动电路控制各个开关管的开通与关断，完成逆变功能。

图1所示电流检测电路的工作原理为：采样电阻R0串接在所述第一桥臂的下桥臂，当所述下桥臂导通时会有电流流过采样电阻R0，根据欧姆定律，采样电阻R0上会产生对应采样电流的采样电压；信号采集放大电路100对所述采样电压进行采集和放大后送入信号调制电路200，由信号调制电路200对放大后的电压信号进行调制，调制后的信号(以下简称为调制电压)最终送入控制单元300。

在图1所示电流检测电路向控制单元300输出调制电压的同时，逆变电路输出电流检测电路中的其他电流检测单元也会向控制单元300输出调制电压，控制单元300汇总各路调制电压后，即可据此计算得到整个逆变电路的输出电流，从而完成检测。

基于以上描述，介绍所述逆变电路输出电流检测电路的有益效果：由于本实施例的各路采样电阻均是对逆变电路的下桥臂进行采样，彼此具有相同的参考电压，即为逆变电路负母线电压，因此彼此之间不需要做隔离处理，那么也就不存在隔离光耦的延时问题，可实现快速检测。此外，对于本实施例引入的采样电阻、信号采集放大电路和信号调制电路而言，其硬件成本远低于霍尔传感器、电流互感器和隔离光耦，成本很低；而且，采样电阻本身的精密度是非常高的，一般在±1％以内，甚至可达到0.01％，这足以保证对逆变电路输出电流检测的准确性。综上，本实施例满足了对逆变电路输出电流检测的及时、准确和低成本要求。

可选地，参见图2，所述电流检测单元还包括过流限流保护电路400，其输入端接入信号调制电路200，输出端接入控制单元300。过流限流保护电路400采集信号调制电路200中的调制电压信号并在线判断所述调制电压信号的电压值是否超过设定阈值，同时将判断结果送入控制单元300，以使得控制单元300可以在桥臂过电流时(即所述电压信号的电压值超过所述设定阈值时)及时做出处理。

具体的，过流限流保护电路400可以直接采用一个电压比较器构成，该电压比较器具有采样信号输入端、基准信号输入端和输出端，其采样信号输入端作为过流限流保护电路400的输入端，其输出端作为过流限流保护电路400的输出端，其基准信号输入端用于连接输出电压等于所述设定阈值的基准电压源。当所述电压比较器的采样信号输入端电压未超过基准信号输入端电压时，所述电压比较器输出一电平信号，电路正常运行；当所述电压比较器的采样信号输入端电压超过基准信号输入端电压时，所述电压比较器的输出电平发生翻转，此时控制单元300会立即做出处理，封锁开关管驱动装置的驱动信号，从而关断逆变电路中所有开关管。

其中，参见图3，对于上述公开的任一种逆变电路输出电流检测电路，信号调制电路200包括第一电阻R1、第二电阻R2、电压跟随器201和直流电压源VCC、其中：

信号采集放大电路100的输出端经第二电阻R2接电压跟随器201的输入端；

第一电阻R1连接在电压跟随器201的输入端与直流电压源VCC之间。

由于采样电压可能出现负值，利用R1、R2的分压作用可对信号采集放大电路100输出端的电压进行电压提升，得到正电压值。优选地，R1、R2的阻值相等。对应的，当过流限流保护电路400选用电压比较器U3时，电压比较器U3的采样信号输入端接入运算放大器U2的同相输入端，如图3所示。在其他实施例中，电压比较器U3的采样信号输入端也可接入运算放大器U2的输出端或者模拟开关U1的输出端。

其中，仍参见图3，电压跟随器201包括第三电阻R3和运算放大器U2；第三电阻R3连接在运算放大器U2的输出端与运算放大器U2的反相输入端之间，运算放大器U2的同相输入端作为电压跟随器201的输入端，运算放大器U2的输出端作为电压跟随器201的输出端。

可选地，仍参见图3，信号调制电路200还包括：连接在电压跟随器201的输出端与控制单元300的输入端之间的模拟开关U1，以及连接在模拟开关U1的输出端与地之间的电容C1。模拟开关U1用于根据接收到的电压信号值的大小自动地开通和关断电路，即当其接收到的电压信号值低于某一阈值时，可自动关断电路，当模拟开关U1关断时，在电容C1的放电作用下，可使得模拟开关U1的输出电压更加平滑，不致有突然尖峰导致控制单元300做出误动作。在本实施例中，所述模拟开关U1可采用CD4066模拟开关，但并不局限。

其中，对于上述公开的任一种逆变电路输出电流检测单元，信号采集放大电路100可以采用反相放大电路，也可以采用同相放大电路。

当信号采集放大电路100为反相放大电路时，其电路接法如图3所示，包括第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和运算放大器U4，具体的：

采样电阻R0经第四电阻R4接运算放大器U4的反相输入端；

第五电阻R5一端接地，另一端接运算放大器U4的同相输入端；

第六电阻R6连接在运算放大器U4的输出端与反相输入端之间；

运算放大器U4的输出端作为信号采集放大电路100的输出端。

此外，本实用新型实施例还公开了一种电力变换设备，以满足对逆变电路输出电流检测的及时、准确和低成本要求，它包括逆变电路以及上述公开的任一种逆变电路输出电流检测电路。其中，所述电力变换设备可以是变频器、逆变器或伺服驱动器等内部具有逆变电路的设备。

综上所述，本实用新型仅需利用采样电阻、信号采集放大电路和信号调制电路即可完成对逆变电路输出电流的检测，其硬件成本远低于霍尔传感器、电流互感器和隔离光耦；而且采样电阻本身的精密度是非常高的，足以满足检测精度要求；再者，由于各采样电阻均是对逆变电路的下桥臂进行采样，具有相同的参考电压，因此彼此之间不需要做隔离处理，那么也就不存在隔离光耦的延时问题。综上，本实用新型满足了对逆变电路输出电流检测的及时、准确和低成本要求。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种逆变电路输出电流检测电路，其特征在于，包括若干个结构相同的电流检测单元，逆变电路的各个桥臂各自连接有一个所述电流检测单元；

所述电流检测单元包括采样电阻、信号采集放大电路和信号调制电路，其中：

所述采样电阻串联在所述逆变电路的下桥臂；

所述信号采集放大电路的输入端接所述采样电阻，其输出端接所述信号调制电路的输入端；

所述信号调制电路的输出端接所述逆变电路的控制单元的输入端。

2.根据权利要求1所述的逆变电路输出电流检测电路，其特征在于，所述信号采集放大电路为反相放大电路或同相放大电路。

3.根据权利要求1所述的逆变电路输出电流检测电路，其特征在于，所述信号调制电路包括第一电阻、第二电阻、电压跟随器和直流电压源，其中：

所述电压跟随器的输入端经所述第二电阻接所述信号采集放大电路的输出端；

所述第一电阻连接在所述电压跟随器的输入端与所述直流电压源之间。

4.根据权利要求3所述的逆变电路输出电流检测电路，其特征在于，所述第一电阻和所述第二电阻阻值相等。

5.根据权利要求3所述的逆变电路输出电流检测电路，其特征在于，所述信号调制电路还包括模拟开关和电容，其中：

所述模拟开关连接在所述电压跟随器的输出端与所述控制单元的输入端之间，用于根据接收到的电压信号值的大小自动地开通和关断电路；所述电容连接在所述模拟开关的输出端与地之间。

6.根据权利要求5所述的逆变电路输出电流检测电路，其特征在于，所述模拟开关为CD4066模拟开关。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的逆变电路输出电流检测电路，其特征在于，所述电流检测单元还包括过流限流保护电路，其中：

所述过流限流保护电路的输入端接入所述信号调制电路，其输出端接入所述控制单元，用于判断采集到的电压是否超过设定阈值，并将判断结果输入所述控制单元。

8.根据权利要求7所述的逆变电路输出电流检测电路，其特征在于，所述过流限流保护电路采用电压比较器；所述电压比较器具有采样信号输入端、基准信号输入端和输出端，其采样信号输入端作为所述过流限流保护电路的输入端，其输出端作为所述过流限流保护电路的输出端，其基准信号输入端用于连接基准电压源。

9.一种电力变换设备，其特征在于，包括逆变电路以及权利要求1-8中任一项所述的逆变电路输出电流检测电路。

10.根据权利要求9所述的电力变换设备，其特征在于，所述电力变换设备为变频器、逆变器或伺服驱动器。