CN205229272U - 一种链式svg功率模块直流母线电压的采样调理电路 - Google Patents

Abstract

一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，包括依次连接的电阻分压电路、差分放大电路和二阶低通滤波电路，所述电阻分压电路将待检测的直流母线电压分压后，输入到差分放大电路进行差分运算，经二阶低通滤波电路滤除高次电压谐波后得到检测信号；可以对功率模块直流母线电压进行实时采样和调理，得到精确完整的检测信号；此电路简单可靠，降低了设计成本，同时电路散热性能良好，提高设备使用年限。

Description

一种链式SVG功率模块直流母线电压的采样调理电路

技术领域

本实用新型涉及一种直流母线电压采样调理电路，尤其涉及一种链式SVG功率模块直流母线电压的采样调理电路。

背景技术

静止无功发生器(StaticVarGenerator，简称SVG)是用于电力系统动态无功补偿的电力电子装置，新一代大容量链式SVG主电路大多采用H桥级联型变流器结构，每一相由若干功率模块串联组成。为维持整套装置的稳定运行必须对每个功率模块进行控制，其中对功率模块直流母线电压的实时采样和调理是进行控制的先决条件。目前大多采用霍尔传感器直接测量，该方式虽然电路结构简单，但直流电压霍尔传感器价格昂贵，不利于控制装置成本，降低了产品的竞争力。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供了一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，具有结构简单、造价低廉，有利于成本控制的特点。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，包括依次连接的电阻分压电路B1、差分放大电路B2和二阶低通滤波电路B3，所述电阻分压电路B1将待检测的直流母线电压分压后，输入到差分放大电路B2进行差分运算，经二阶低通滤波电路B3滤除高次电压谐波后得到检测信号。

所述的电阻分压电路B1由上下对称两组串联电阻构成，上组串联电阻由多个同阻值电阻R0和电阻R11组成，下组串联电阻由与上组串联电阻相同个数的电阻R0和与电阻R11阻值相同的电阻R12组成，电阻分压电路B1的输入端BUS+、输入端BUS-分别为上下对称两部分串联电阻两端，且电阻分压电路B1的对称中点电阻R11、电阻R12之间接地GND。

所述的上组与下组串联的同阻值电阻R0各12个。

所述的差分运算电路B2包括运算放大器和电阻，运算放大器为A1、A2、A3，电阻为R1和同阻值电阻R2～R7；差分运算电路B2输入端接电阻分压电路B1输出端，差分运算电路B2前级运算放大器A1、运算放大器A2按同相输入接法并联接入；后级运算放大器A3按反相输入接法接入并与前级串联，用于完成差分运算。

所述的电阻分压电路B1输出端分别连接运算放大器A1和运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端分别连接电阻R1与电阻R2的一端，运算放大器A2的反相输入端分别连接电阻R3的一端与电阻R1的另一端，运算放大器A1的输出端分别与电阻R2的另一端和电阻R4的一端连接，运算放大器A2的输出端分别与电阻R3的另一端和电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端分别连接电阻R6的一端与运算放大器A3的反相输入端，电阻R5的另一端分别连接运算放大器A3的同相输入端与电阻R7的一端，电阻R6的另一端与运算放大器A3的输出端接入差分运算电路B2的输出端，电阻R7的另一端接地GND。

所述的二阶低通滤波电路B3由一个运算放大器A4、电容C1、电容C2、电阻R8、电阻R9和电阻R10构成；二阶低通滤波电路B3输入端串联接入差分运算电路B2输出端，运算放大器A4同相输入端参考接地，能够很好地滤除直流电压信号中的高次电压谐波信号。

所述的电阻R8一端接入差分运算电路B2输出端，另一端分别连接电阻R9、电阻R10与电容C1的一端，电容C1的另一端接地GND，电阻R10的另一端分别接电容C2的一端与运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4的正相输入端接地GND，运算放大器A4的输出端与电容C2的另一端接BUSP。

本实用新型的有益的效果：

本实用新型提供一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，由于包括电阻分压电路、差分放大电路、二阶低通滤波电路，可以对功率模块直流母线电压进行实时采样和调理，得到精确完整的检测信号。此电路简单可靠，降低了设计成本，同时电路散热性能良好，提高设备使用年限。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用新型的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1，一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，包括依次连接的电阻分压电路B1、差分放大电路B2和二阶低通滤波电路B3，所述电阻分压电路B1将待检测的直流母线电压分压后，输入到差分放大电路B2进行差分运算，经二阶低通滤波电路B3滤除高次电压谐波后得到检测信号。

参见图2，所述的电阻分压电路B1由上下对称两组串联电阻构成，上组串联电阻由多个同阻值电阻R0和电阻R11组成，下组串联电阻由与上组串联电阻相同个数的电阻R0和与电阻R11阻值相同的电阻R12组成，电阻分压电路B1的输入端BUS+、输入端BUS-分别为上下对称两部分串联电阻两端，且电阻分压电路B1的对称中点电阻R11、电阻R12之间接地GND。

所述的上组与下组串联的同阻值电阻R0各12个。

所述的差分运算电路B2包括运算放大器和电阻，运算放大器为A1、A2、A3，电阻为R1和同阻值电阻R2～R7；差分运算电路B2输入端接电阻分压电路B1输出端，差分运算电路B2前级运算放大器A1、运算放大器A2按同相输入接法并联接入；后级运算放大器A3按反相输入接法接入并与前级串联，用于完成差分运算。

所述的电阻分压电路B1输出端分别连接运算放大器A1和运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端分别连接电阻R1与电阻R2的一端，运算放大器A2的反相输入端分别连接电阻R3的一端与电阻R1的另一端，运算放大器A1的输出端分别与电阻R2的另一端和电阻R4的一端连接，运算放大器A2的输出端分别与电阻R3的另一端和电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端分别连接电阻R6的一端与运算放大器A3的反相输入端，电阻R5的另一端分别连接运算放大器A3的同相输入端与电阻R7的一端，电阻R6的另一端与运算放大器A3的输出端接入差分运算电路B2的输出端，电阻R7的另一端接地GND。

所述的二阶低通滤波电路B3由一个运算放大器A4、电容C1、电容C2、电阻R8、电阻R9和电阻R10构成；二阶低通滤波电路B3输入端串联接入差分运算电路B2输出端，运算放大器A4同相输入端参考接地，能够很好滤除直流电压信号中的高次电压谐波信号。

所述的电阻R8一端接入差分运算电路B2输出端，另一端分别连接电阻R9、电阻R10与电容C1的一端，电容C1的另一端接地GND，电阻R10的另一端分别接电容C2的一端与运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4的正相输入端接地GND，运算放大器A4的输出端与电容C2的另一端接BUSP。

本实用新型的工作原理是：

如图1所示，为本实用新型实施例提供的链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路的结构框图，电阻分压电路B1、差分放大电路B2以及二阶低通滤波电路B3依次连接，输入为功率模块直流母线电容正负极之间的电压，输出为采样调理后的电压值，电阻分压电路B1将待检测的直流母线电压分压后，输入到差分放大电路B2进行差分运算，经二阶低通滤波电路B3滤除高次电压谐波后得到检测信号。

如图2所示，电阻分压电路B1由上下对称两组串联电阻构成，串联电阻的个数以及电阻阻值可以根据具体要求而定，本实施例情况为24个同阻值电阻R0和同阻值电阻R11、电阻R12(分为上下两组)，电阻分压电路B1的输入端BUS+、输入端BUS-分别为上下对称两部分串联电阻两端，且电阻分压电路B1的对称中点接地，本实施例为电阻R11、电阻R12之间接地GND，这样输出电压等于输入电压乘以输出端与地之间的电阻值再除以所有串联电阻的阻值和，本实施例为待检测检测直流母线电压乘以电阻R11(或电阻R12)再除以12个电阻R0与电阻R11(或电阻R12)之和，于是电阻分压电路B1将较高的输入电压降为了较低的输出电压，该结构具有良好的散热性能，本实用新型实施方式不限于图2所示情况。

如图2所示，差分运算电路B2由三个运算放大器A1、A2、A3，电阻R1和同阻值电阻R2～R7构成，差分运算电路B2输入端接电阻分压电路B1输出端，且前级运算放大器A1、运算放大器A2按同相输入接法，后级运运算放大器A3按反相输入接法，该差分运算电路B1完成差分运算，本实用新型实施方式不限于图2所示情况。

如图2所示，二阶低通滤波电路B3由一个运算放大器A4、电容C1、电容C2、电阻R8、电阻R9和电阻R10构成，二阶低通滤波电路B3输入端接差分运算电路B1输出端，运算放大器A4同相输入端参考接地，二阶低通滤波电路B3能够很好滤除直流电压信号中的高次电压谐波信号，本实用新型实施方式不限于图2所示情况。

如图2所示，此图为具体实施例的链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路的电路图，包括依次连接的电阻分压电路B1、差分放大电路B2以及二阶低通滤波电路B3，待检测信号为链式SVG功率模块直流母线电容正负极之间的电压Vdc，电阻分压电路B1的输入端BUS+与输入端BUS-分别接在功率模块直流母线电容两端，电阻分压电路B1将输入端BUS+、输入端BUS-电压值分别降低为V1、V2，如式(1)、式(2)所示:

$V1=\frac{R11}{12\×R0+R11}\×(BUS+)---\left(1\right)$

$V2=\frac{R12}{12\×R0+R12}\×(BUS-)---\left(2\right)$

差分放大电路B2将电阻分压电路B1的输出电压V1、V2进行差分运算，得到电压V0，如式(3)所示：

$V0=-\frac{R7}{R5}\×(1+\frac{2\×R2}{R1})\×(V1-V2)---\left(3\right)$

二阶低通滤波电路B3用于滤除高次谐波信号，其增益为1，截止频率Fc如式(4)所示：

$FC=\frac{1}{2\mathrm{\π}\×\sqrt{R9\×R10\×C1\×C2}}---\left(4\right)$

二阶低通滤波电路B3对差分放大电路B2的输出电压V0的基波分量没有影响，近似认为二阶低通滤波电路B3的输出电压BUSP与输入电压相等，如式(5)所示：

BUSP＝V0(5)

综合上述式(1)、式(2)、式(3)、式(5)，可得到采样调理电路的输入输出关系，如式(6)所示：

$BUSP=-\frac{R7}{R5}\×(1+\frac{2\×R2}{R1})\×\frac{R11}{12\×R0+R11}\×\[(BUS+)-(BUS-)\]---\left(6\right)$

在电路参数确定的情况下，电阻电容均为定值，将式(6)整理为：

BUSP＝K×[(BUS+)-(BUS-)](7)

其中：

$K=-\frac{R7}{R5}\×(1+\frac{2\×R2}{R1})\×\frac{R11}{12\×R0+R11}---\left(8\right)$

由式(7)可以看出，通过本实用新型所涉及的采样调理电路，可以精确完整地检测出功率模块直流母线电容电压信号，简单实用。

Claims (7)

1.一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，其特征在于，包括依次连接的电阻分压电路B1、差分放大电路B2和二阶低通滤波电路B3，所述电阻分压电路B1将待检测的直流母线电压分压后，输入到差分放大电路B2进行差分运算，经二阶低通滤波电路B3滤除高次电压谐波后得到检测信号。

2.根据权利要求1所述的一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，其特征在于，所述的电阻分压电路B1由上下对称两组串联电阻构成，上组串联电阻由多个同阻值电阻R0和电阻R11组成，下组串联电阻由与上组串联电阻相同个数的电阻R0和与电阻R11阻值相同的电阻R12组成，电阻分压电路B1的输入端BUS+、输入端BUS-分别为上下对称两部分串联电阻两端，且电阻分压电路B1的对称中点电阻R11、电阻R12之间接地GND。

3.根据权利要求2所述的一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，其特征在于，所述的的上组与下组串联的同阻值电阻R0各12个。

4.根据权利要求1所述的一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，其特征在于，所述的差分运算电路B2包括运算放大器和电阻，运算放大器为A1、A2、A3，电阻为R1和同阻值电阻R2～R7；差分运算电路B2输入端接电阻分压电路B1输出端，差分运算电路B2前级运算放大器A1、运算放大器A2按同相输入接法并联接入；后级运算放大器A3按反相输入接法接入并与前级串联，用于完成差分运算。

5.根据权利要求4所述的一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，其特征在于，所述的电阻分压电路B1输出端分别连接运算放大器A1和运算放大器A2的同相输入端，运算放大器A1的反相输入端分别连接电阻R1与电阻R2的一端，运算放大器A2的反相输入端分别连接电阻R3的一端与电阻R1的另一端，运算放大器A1的输出端分别与电阻R2的另一端和电阻R4的一端连接，运算放大器A2的输出端分别与电阻R3的另一端和电阻R5的一端连接，电阻R4的另一端分别连接电阻R6的一端与运算放大器A3的反相输入端，电阻R5的另一端分别连接运算放大器A3的同相输入端与电阻R7的一端，电阻R6的另一端与运算放大器A3的输出端接入差分运算电路B2的输出端，电阻R7的另一端接地GND。

6.根据权利要求1所述的一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，其特征在于，所述的二阶低通滤波电路B3由一个运算放大器A4、电容C1、电容C2和电阻R8、电阻R9、电阻R10构成；二阶低通滤波电路B3输入端串联接入差分运算电路B2输出端，运算放大器A4同相输入端参考接地。

7.根据权利要求6所述的一种链式SVG功率模块直流母线电压采样调理电路，其特征在于，所述的电阻R8一端接入差分运算电路B2输出端，另一端分别连接电阻R9、电阻R10与电容C1的一端，电容C1的另一端接地GND，电阻R10的另一端分别接电容C2的一端与运算放大器A4的反相输入端，运算放大器A4的正相输入端接地GND，运算放大器A4的输出端与电容C2的另一端接BUSP。