CN206773162U - 变频器状态监测电路和包含该电路的变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术，特别涉及一种变频器状态监测电路以及包含该电路的变频器。按照本实用新型一个实施例的变频器状态检测电路（20）包括接入变频器（20）的直流正母线（DC+）的高边分流电阻器（R_HS）和多个低边分流电阻器（R_U，R_V，R_W），每个所述低边分流电阻器（R_U，R_V，R_W）耦合在变频器（20）的直流负母线（DC‑）与变频器（20）的逆变器单元（230）的其中一个下桥臂（T11，T21，T31）之间。

Description

变频器状态监测电路和包含该电路的变频器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术，特别涉及一种变频器状态监测电路以及包含该电路的变频器。

背景技术

变频器是应用变频技术，通过改变电机工作频率的方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流滤波单元、逆变单元、驱动单元和控制单元等组成。变频器通过控制内部的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的开断，向电机提供所需的电压和频率。

变频器一般配备状态监测电路，该电路对直流母线上的电流进行测量并且在电流超出阈值时输出指示信号。图1为按照现有技术的一种典型的变频器状态监测电路的电路原理图。图1所示的监测电路110 包括高边分流电阻器R_HS、低边分流电阻器R_LS、第一检测电路111、第二检测电路112和电源电路113。如图1所示，高边分流电阻器R_HS接入整流单元120与逆变器单元130之间的直流正母线DC+，第一检测电路111测量高边分流电阻器R_HS两端的电压差并且将该电压差与参考信号进行比较，如果前者超过后者，则第一检测电路111将向微控制器输出相应的指示信号。另一方面，低边分流电阻器R_LS接入整流单元120与逆变器单元130之间的直流负母线DC-，第二检测电路 112测量低边分流电阻器R_LS两端的电压差并且将该电压差与参考信号进行比较，如果前者超过后者，则第二检测电路112也将向微控制器输出相应的指示信号。

第一检测电路111包括串联连接的差分运算放大器和比较器，前者对高边分流电阻器R_HS两端电压差的测量信号进行放大，后者将放大后的信号与参考信号进行比较。电源电路113通常采用由串联连接的稳压管和限流电阻器组成的稳压电路，该稳压电路产生的电压被提供给第一检测电路111作为差分运算放大器和比较器的电源电压。这种电源存在诸多缺点。例如由于稳压管的接地电位取自直流正母线，因此引入较多噪声，使得必须选用具有高抗干扰的运算放大器，从而导致成本增加。此外，限流电阻器的发热现象严重，这造成变频器的功耗增加和可靠性降低。

在现有技术的变频器状态监测电路中，为了抑制尖峰干扰，低边分流电阻器R_LS需要采用极低电感的电阻器，而且还需在低边分流电阻器R_LS两端并联连接电容器，这些都将增加成本。

因此提供一种能够克服上述诸多缺陷的变频器状态监测电路是迫切需要的。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种抗干扰能力强的低成本变频器状态监测电路。

按照本实用新型一个方面的变频器状态监测电路包括：

接入变频器的直流正母线的高边分流电阻器；

第一检测电路，其包含串联耦合的第一放大器和第一比较器，所述第一放大器的两个输入端耦合在所述高边分流电阻器的两端，所述第一比较器的两个输入端分别与所述放大器的输出端和第一参考信号端耦合；

多个低边分流电阻器，每个所述低边分流电阻器耦合在变频器的直流负母线与变频器的逆变器单元的其中一个下桥臂之间；以及

第二检测电路，其包含多个检测单元，每个检测单元包括串联耦合的第二放大器和第二比较器，所述第二放大器的两个输入端耦合在其中一个所述低边分流电阻器的两端，所述第二比较器的两个输入端分别与第二参考信号端和相应的所述第二放大器的输出端耦合。

优选地，上述变频器状态监测电路进一步包括电源电路，所述电源电路包括以反向偏置方式耦合在所述直流正母线与直流负母线之间的稳压管和并联连接在所述稳压管两端的分压电阻器，所述分压电阻器之间的抽头被用作所述第一参考信号端和第二参考信号端。

优选地，在上述变频器状态监测电路中，所述电源电路进一步包括连接在所述稳压管与所述直流负母线之间的限流电阻器，并且所述稳压管与所述限流电阻器的共接点为所述第一放大器和第一比较器提供虚拟浮点接地。

优选地，在上述变频器状态监测电路中，所述第一检测电路进一步包括与所述第一比较器的输出端耦合的光电耦合器。

优选地，在上述变频器状态监测电路中，所述第一放大器和第一比较器的正电源端经滤波电路与所述直流正母线耦合，并且负电源端与所述虚拟浮点接地相连。

优选地，在上述变频器状态监测电路中，所述第二检测电路进一步包括或门电路，所述或门电路的输入端与各个检测单元中的所述第二比较器的输出端耦合。

本实用新型的另一个目的是提供一种包含上述变频器状态监测电路的变频器，其具有成本低和可靠性高等优点。

按照本实用新型另一个方面的变频器包含：

整流单元；

逆变器单元,

变频器状态监测电路，其包括：

接入直流正母线的高边分流电阻器；

第一检测电路，其包含串联耦合的第一放大器和第一比较器，所述第一放大器的两个输入端耦合在所述高边分流电阻器的两端，所述第一比较器的两个输入端分别与所述放大器的输出端和第一参考信号端耦合；

多个低边分流电阻器，每个所述低边分流电阻器被耦合在直流负母线与所述逆变器单元的其中一个下桥臂之间；以及

第二检测电路，其包含多个检测单元，每个检测单元包括串联耦合的第二放大器和第二比较器，所述第二放大器的两个输入端连接在其中一个所述低边分流电阻器的两端，所述第二比较器的两个输入端分别与第二参考信号端和相应的所述第二放大器的输出端耦合。

附图说明

本实用新型的优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示，附图包括：

图1为按照现有技术的一种典型的变频器状态监测电路的电路原理图。

图2为按照本实用新型一个实施例的变频器状态监测电路的示意图。

图3为可应用于图2所示变频器状态监测电路中的第一检测电路的电路原理图。

图4为可应用于图2所示变频器状态监测电路中的电源电路的电路原理图。

图5为可应用于图2所示变频器状态监测电路中的第二检测电路的电路原理图。

具体实施方式

下面参照本实用新型示意性实施例的附图更为全面地说明本实用新型。但本实用新型可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的上述各实施例旨在使本文的披露全面完整，从而使对本实用新型保护范围的理解更为全面和准确。

诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接或明确表述的单元和步骤以外，本实用新型的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。

诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。

以下借助附图具体描述本实用新型的实施例。

图2为按照本实用新型一个实施例的变频器状态监测电路的示意图。

图2所示的变频器状态检监测电路210包括高边分流电阻器R_HS、多个低边分流电阻器R_U、R_V、R_W、第一检测电路211、第二检测电路 212和电源电路213。

如图2所示，高边分流电阻器R_HS接入整流单元220与逆变器单元230直流正母线DC+。逆变器包含三个桥臂U、V和W，每个桥臂包括两个串联的绝缘栅双极型晶体管，其中一个与直流正母线相连(故被称为逆变器的上桥臂)，另一个与位于整流单元220与逆变器单元230之间的直流负母线相连(故被称为逆变器的下桥臂)。在本实施例中，每个低边分流电阻器被连接在变频器20的直流负母线DC-与变频器的逆变器单元230的其中一个下桥臂之间，具体而言，低边分流电阻器R_U被连接在绝缘栅双极型晶体管T12与直流负母线DC-之间，低边分流电阻器R_V被连接在绝缘栅双极型晶体管T22与直流负母线DC- 之间，低边分流电阻器R_W被连接在绝缘栅双极型晶体管T32与直流负母线DC-之间。

需要指出的是，每个下桥臂与直流负母线之间所连接的低边分流电阻器的数量可以是多个，该多个低边分流电阻器可以串联或并联方式连接在下桥臂与直流负母线之间，并且还可在低边分流电阻器的两端并联滤波电容器。

参见图2，第一检测电路211的输入端连接在高边分流电阻器R_HS的两端以测量该电阻器的电压差，并且基于测得的电压差生成相应的变频器状态指示信号。

图3为可应用于图2所示变频器状态监测电路中的第一检测电路的电路原理图。图3所示的第一检测电路211包含第一放大器A1和第一比较器COM1。可选地，第一检测电路211还包含光电耦合器2111。参见图3，第一放大器A1的两个输入端经电阻器R1和R2连接至高边分流电阻器R_HS的两端，其输出端连接至第一比较器COM1的其中一个输入端，第一比较器COM1的另一输入端上施加第一参考信号 V_TH1。第一比较器COM1的输出端则与光电耦合器2111相连。在变频器运行时，高边分流电阻器R_HS两端的电压差经第一放大器A1放大后输出至第一比较器COM1，当该放大信号大于第一参考信号V_TH1时，第一比较器COM1经光电耦合器2111输出指示变频器运行出现异常的信号。

如图3所示，第一放大器A1和第一比较器COM1的正电源端上施加直流电压V_DC+，负电源端与下面将要作进一步描述的虚拟浮点接地VFG相连。

图4为可应用于图2所示变频器状态监测电路中的第一检测电路电源部分的电路原理图。图4所示的电源电路213包括串联连接的稳压管D1和D2，它们以反向偏置方式耦合在直流正母线DC+与直流负母线DC-之间，即，稳压管D1的阴极与直流正母线DC+相连，阳极与稳压管D2的阴极相连，并且稳压管D2的阳极经限流电阻器R5与直流负母线DC-相连，其中，限流电阻器R5与稳压管D2的共接点作为虚拟浮点接地VFG。如图4所示，电源电路213还包含串联连接的分压电阻器R3和R4，它们与由稳压器D1、D2构成的稳压管组并联连接，从分压电阻器R3与R4之间引出的抽头作为参考信号端输出第一参考信号V_TH1。

继续参见图4，在由稳压器D1、D2构成的稳压管组的两端还并联储能电容器C2。此外，电源电路213还包含由电阻器R6、滤波电容器C3、C4构成的滤波电路以滤除来自直流正母线的高频噪声，该滤波电路也并联在由稳压管D1、D2构成的稳压管组两端。在图4所示的电源电路中，直流正母线DC+经滤波电路连接至图3中的第一放大器A1和第一比较器COM1的正电源端，从而向第一放大器A1和第一比较器COM1提供直流电压V_DC+。由于第一放大器A1和第一比较器COM1的正电源端经滤波电路与稳压管D1的阴极相连并且负电源端与虚拟浮点接地VFG相连，因此直流电压V_DC+与虚拟浮点接地VFG 之间的电压差是恒定的。在本实施例中，稳压管D1、D2的输出电压是可控和可调的，这增加了电源电路的灵活性。

与现有技术将直流负母线作为电势参考点的方式相比，通过巧妙构造出V_DC+与虚拟浮点接地VFG之间的电压差，可确保得到满足设计要求的电源电压，且电路实现结构简单，也避免了限流电阻器的发热问题。再者，与现有技术的电源电路从开关电源变压器取电的方式相比，本实施例的电源电路直接从直流正负母线取电，这使得在印刷电路板上布线时可以将电源电路与第一检测电路布置得更为靠近，从而减小印刷电路板的面积。

图5为可应用于图2所示变频器状态监测电路中的第二检测电路的电路原理图。图5所示的第二检测电路212包含多个检测单元 2121-2123和可选的或门电路2124，每个检测单元测量所对应的低边分流电阻器两端的电压差并基于测得的信号生成相应的指示信号并且将信号输出至或门电路2124。检测单元2121-2123具有相同的电路结构，以下以检测单元2121为例描述其内部结构。

检测单元2121包括第二放大器A21和第二比较器COM21。参见图5，第二放大器A21的两个输入端经电阻器R7和R8连接至低边分流电阻器R_U的两端，其输出端连接至第二比较器COM21的其中一个输入端，可选地，第二放大器A21的输出端还可耦合至微控制器或数字信号处理器以对测得的低边分流电阻器R_U、R_V、R_W的电压差执行电流重构算法。第二比较器COM21的另一输入端上施加第二参考信号V_TH2，输出端则与或门电路2124的其中一个输入端相连。在变频器运行时，低边分流电阻器R_U两端的电压差经第二放大器A21放大后输出至第二比较器COM21，当该放大信号大于第二参考信号V_TH2时，第二比较器COM21向或门电路2124输出指示变频器运行出现异常的信号。

参见图5，在第二比较器COM1的输出端与施加第二参考信号的输入端之间还连接有反馈电阻器R13以形成反馈回路，从而防止比较器的输出因干扰信号的产生而发生反转。

虽然已经展现和讨论了本实用新型的一些方面，但是本领域内的技术人员应该意识到：可以在不背离本实用新型原理和精神的条件下对上述方面进行改变，因此本实用新型的范围将由权利要求以及等同的内容所限定。

Claims (12)

1.一种变频器状态监测电路(210)，其特征在于，包含：

接入变频器(20)的直流正母线(DC+)的高边分流电阻器(R_HS)；

第一检测电路(211)，其包含串联耦合的第一放大器(A1)和第一比较器(COM1)，所述第一放大器(A1)的两个输入端耦合在所述高边分流电阻器(R_HS)的两端，所述第一比较器(A1)的两个输入端分别与所述第一放大器(A1)的输出端和第一参考信号端(V_TH1)耦合；

多个低边分流电阻器(R_U，R_V，R_W)，每个所述低边分流电阻器(R_U，R_V，R_W)耦合在变频器(20)的直流负母线(DC-)与变频器(20)的逆变器单元(130)的其中一个下桥臂(T11，T21，T31)之间；以及

第二检测电路(212)，其包含多个检测单元(2121，2122，2123)，每个检测单元包括串联耦合的第二放大器(A21，A22，A23)和第二比较器(COM21，COM22，COM23)，所述第二放大器(A21，A22，A23)的两个输入端耦合在其中一个所述低边分流电阻器(R_U，R_V，R_W)的两端，所述第二比较器(COM21，COM22，COM23)的两个输入端分别与第二参考信号端(V_TH2)和相应的所述第二放大器(A21，A22，A23)的输出端耦合。

2.如权利要求1所述的变频器状态监测电路(210)，其中，进一步包括电源电路(213)，所述电源电路(213)包括以反向偏置方式耦合在所述直流正母线(DC+)与直流负母线(DC-)之间的稳压管(D1，D2)和并联连接在所述稳压管两端的分压电阻器(R3，R4)，所述分压电阻器(R3，R4)之间的抽头被用作所述第一参考信号端(V_TH1)和第二参考信号端(V_TH2)。

3.如权利要求2所述的变频器状态监测电路(210)，其中，所述电源电路(213)进一步包括连接在所述稳压管(D1，D2)与所述直流负母线(DC-)之间的限流电阻器(R5)，并且所述稳压管(D1，D2)与所述限流电阻器(R5)的共接点为所述第一放大器(A1)和第一比较器(COM1)提供虚拟浮点接地(VFG)。

4.如权利要求1所述的变频器状态监测电路(210)，其中，所述第一检测电路(211)进一步包括与所述第一比较器(A1)的输出端耦合的光电耦合器(2111)。

5.如权利要求3所述的变频器状态监测电路(210)，其中，所述第一放大器(A1)和第一比较器(COM1)的正电源端经滤波电路与所述直流正母线(DC+)相连，并且负电源端与所述虚拟浮点接地(VFG)相连。

6.如权利要求1所述的变频器状态监测电路(210)，其中，所述第二检测电路(212)进一步包括或门电路(2124)，所述或门电路(2124)的输入端与各个检测单元(2121，2122，2123)中的所述第二比较器(COM21，COM22，COM23)的输出端耦合。

7.一种变频器(20)，包含：

整流单元(220)；

逆变器单元(230),

变频器状态监测电路(210)，其包括：

接入变频器(20)的直流正母线(DC+)的高边分流电阻器(R_HS)；

第一检测电路(211)，其包含串联耦合的第一放大器(A1)和第一比较器(COM1)，所述第一放大器(A1)的两个输入端耦合在所述高边分流电阻器(R_HS)的两端，所述第一比较器(A1)的两个输入端分别与所述第一放大器(A1)的输出端和第一参考信号端(V_TH1)耦合；

多个低边分流电阻器(R_U，R_V，R_W)，每个所述低边分流电阻器(R_U，R_V，R_W)耦合在变频器(20)的直流负母线(DC-)与变频器(20)的逆变器单元(230)的其中一个下桥臂(T11，T21，T31)之间；以及

第二检测电路(212)，其包含多个检测单元(2121，2122，2123)，每个检测单元包括串联耦合的第二放大器(A21，A22，A23)和第二比较器(COM21，COM22，COM23)，所述第二放大器(A21，A22，A23)的两个输入端耦合在其中一个所述低边分流电阻器(R_U，R_V，R_W)的两端，所述第二比较器(COM21，COM22，COM23)的两个输入端分别与第二参考信号端(V_TH2)和相应的所述第二放大器(A21，A22，A23)的输出端耦合。

8.如权利要求7所述的变频器(20)，其中，进一步包括电源电路(213)，所述电源电路(213)包括以反向偏置方式耦合在所述直流正母线(DC+)与直流负母线(DC-)之间的稳压管(D1，D2)和并联连接在所述稳压管两端的分压电阻器(R3，R4)，所述分压电阻器(R3，R4)之间的抽头被用作所述第一参考信号端(V_TH1)和第二参考信号端(V_TH2)。

9.如权利要求8所述的变频器(20)，其中，所述电源电路(213)进一步包括连接在所述稳压管(D1，D2)与所述直流负母线(DC-)之间的限流电阻器(R5)，并且所述稳压管(D1，D2)与所述限流电阻器(R5)的共接点为所述第一放大器(A1)和第一比较器(COM1)提供虚拟浮点接地(VFG)。

10.如权利要求7所述的变频器(20)，其中，所述第一检测电路(211)进一步包括与所述第一比较器(A1)的输出端耦合的光电耦合器(2111)。

11.如权利要求9所述的变频器(20)，其中，所述第一放大器(A1)和第一比较器(COM1)的正电源端经滤波电路与所述直流正母线(DC+)相连，并且负电源端与所述虚拟浮点接地(VFG)相连。

12.如权利要求7所述的变频器(20)，其中，所述第二检测电路(212)进一步包括或门电路(2124)，所述或门电路(2124)的输入端与各个检测单元(2121，2122，2123)中的所述第二比较器(COM21，COM22，COM23)的输出端耦合。