CN206818783U - 一种三相电流最大值选取装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种三相电流最大值选取装置，涉及电子电路领域，该装置包括：三个信号输入端、三个放大模块、加法模块、输出钳位模块和信号输出端，每个信号输入端分别用于连接三相电流的每个相线；每个放大模块的输入端分别连接一个信号输入端，每个放大模块的输出端分别连接加法模块的一个输入端，加法模块的输出端连接输出钳位模块的输入端，输出钳位模块的输出端连接信号输出端；该装置通过硬件电路筛选出三相电流中的最大电平，相较于软件反应更快，可靠性也更高，同时可以可靠地检测出三相电流中的最大相电流，作为后级电流保护的输入，可以提高变频电路的稳定性，有效地防止变频器误动作。

Description

一种三相电流最大值选取装置

技术领域

本实用新型涉及电子电路领域，尤其是一种三相电流最大值选取装置。

背景技术

对于作为电力控制设备的变频器来说，电流是其最为重要的参数之一。为了保护变频器中的各个元器件，需要实时侦测三相电流，作出电流保护动作，目前通常是使用软件筛选出三相最大电平，软件侦测方法的反应速度不够快，可靠性也较低。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种三相电流最大值选取装置，该装置可以实时选取中三相电流中具有最大相电流的相线，从而对变频器进行电流保护。

本实用新型的技术方案如下：

一种三相电流最大值选取装置，该装置包括：第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块、加法模块、输出钳位模块和信号输出端，每个放大模块中均包括运算放大器和开关二极管，加法模块中包括运算放大器，输出钳位模块中包括开关二极管，第一信号输入端、第二信号输入端和第三信号输入端分别用于连接三相电流的每个相线，信号输出端用于输出输出信号，输出信号用于指示具有最大相电流的相线；

第一放大模块的输入端连接第一信号输入端，第一放大模块的输出端连接加法模块的第一输入端；第二放大模块的输入端连接第二信号输入端，第二放大模块的输出端连接加法模块的第二输入端；第三放大模块的输入端连接第三信号输入端，第三放大模块的输出端连接加法模块的第三输入端；加法模块的输出端连接输出钳位模块的输入端，输出钳位模块的输出端连接信号输出端。

其进一步的技术方案为，第一放大模块、第二放大模块和第三放大模块的结构相同，每个放大模块中包括：运算放大器、第一比例电阻、第二比例电阻、匹配电阻和开关二极管，第一比例电阻与第二比例电阻的阻值相等，运算放大器的反向输入端连接第一比例电阻和第二比例电阻，第一比例电阻的另一端连接放大模块的输入端，第二比例电阻的另一端连接放大模块的输出端，运算放大器的反向输入端还连接开关二极管的负极，开关二极管的正极连接放大模块的输出端，开关二极管的第三端连接运算放大器的输出端，运算放大器的正向输入端连接匹配电阻，匹配电阻的另一端接地。

其进一步的技术方案为，加法模块包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，运算放大器的反向输入端分别连接第一电阻、第二电阻和第三电阻，第一电阻的另一端连接加法模块的第一输入端，第二电阻的另一端连接加法模块的第二输入端，第三电阻的另一端连接加法模块的第三输入端，运算放大器的反向输入端还连接第四电阻，第四电阻的另一端连接运算放大器的输出端，运算放大器的正向输入端连接第五电阻，第五电阻的另一端接地。

其进一步的技术方案为，输出钳位模块包括开关二极管，开关二极管的负极连接电源端，开关二极管的正极接地，开关二极管的第三端连接输出钳位模块的输入端和输出端。

其进一步的技术方案为，第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块以及输出钳位模块中的开关二极管的型号为BAV99W。

其进一步的技术方案为，第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块以及加法模块中的运算放大器的型号为TL3474IDR。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开的三相电流最大值选取装置通过硬件电路筛选出三相最大电平，硬件电路相较于软件反应更快，可靠性也更高，该装置配合PCB的LAYOUT脚使用，可以可靠地检测出三相电流中的最大相电流，作为后级电流保护的输入，可以提高变频电路的稳定性，有效地防止变频器误动作。

附图说明

图1是三相电流最大值选取装置的结构示意图。

图2是一实施例的电路图。

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做进一步说明。

请参考图1，其示出了本申请公开的三相电流最大值选取装置的结构示意图，该装置包括：第一信号输入端IU、第二信号输入端IV、第三信号输入端IW和一个信号输出端CIAC，第一信号输入端IU、第二信号输入端IV和第三信号输入端IW分别用于连接三相电流的每个相线，比如在本申请中，第一信号输入端IU连接U相，第二信号输入端IV连接V相，第三信号输入端IW连接W相，信号输出端CIAC用于输出输出信号，输出信号用于指示具有最大相电流的相线，通常情况下，信号输出端CIAC输出的输出信号为具有最大相电流的相线所对应的电压。该装置还包括：第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块、加法模块和输出钳位模块。

第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块中的每个放大模块中均包括运算放大器和开关二极管，每个放大模块用于通过运算放大器对输入的信号进行反向放大，并利用开关二极管的正向导通特性使得运算放大器的输出端只能输出负信号。第一放大模块的输入端连接第一信号输入端IU，第一放大模块的输出端连接加法模块的第一输入端；第二放大模块的输入端连接第二信号输入端IV，第二放大模块的输出端连接加法模块的第二输入端；第三放大模块的输入端连接第三信号输入端IW，第三放大模块的输出端连接加法模块的第三输入端。

加法模块中包括运算放大器，加法模块用于对输入该加法模块的信号进行相加，加法模块的输出端连接输出钳位模块的输入端。

输出钳位模块中包括开关二极管，输出钳位模块的输出端还连接信号输出端CIAC，输出钳位模块用于对输出信号进行钳位，将输出信号的值钳位在预定信号范围内，从而保护后级电路，预定信号范围为预设值。

涉及到具体的电路结构，本实用新型可以有多种实施方式，以下用一个典型的实施例来说明本实用新型的具体电路结构和工作原理，请参考图2。

第一放大模块、第二放大模块和第三放大模块的结构相同，每个放大模块中包括：运算放大器、第一比例电阻、第二比例电阻、匹配电阻和开关二极管，第一比例电阻与第二比例电阻的阻值相等，在本实施例中，第一比例电阻和第二比例电阻的阻值均为15KΩ，匹配电阻的阻值为7.5KΩ。

如图2示出了第一放大模块包括运算放大器A1、第一比例电阻R21、第二比例电阻R22、匹配电阻R25以及开关二极管D1；第二放大模块包括运算放大器A2、第一比例电阻R26、第二比例电阻R28、匹配电阻R27以及开关二极管D2；第三放大模块包括运算放大器A3、第一比例电阻R30、第二比例电阻R31、匹配电阻R32以及开关二极管D3。在本实施例中，第一放大模块、第二放大模块和第三放大模块中的运算放大器的型号为TL3474IDR，开关二极管的型号为BAV99W。以第一放大模块为例，放大模块的结构为：运算放大器A1的反向输入端连接第一比例电阻R21和第二比例电阻R22，第一比例电阻R21的另一端连接放大模块的输入端，第二比例电阻R22的另一端连接放大模块的输出端，运算放大器A1的反向输入端还连接开关二极管D1的负极，开关二极管D1的正极连接放大模块的输出端，开关二极管D1的第三端连接运算放大器A1的输出端，运算放大器A1的正向输入端连接匹配电阻R25，匹配电阻R25的另一端接地。第二放大模块和第三放大模块的结构均与第一放大模块的结构相同，本实施例对此不作赘述。

加法模块包括：运算放大器A、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，第五电阻R5为运算放大器A的匹配电阻，在本实施例中，第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值均为17.8KΩ，第四电阻R4的阻值为11KΩ，第五电阻R5的阻值为3.92KΩ。运算放大器A的反向输入端分别连接第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3，第一电阻R1的另一端连接加法模块的第一输入端，第二电阻R2的另一端连接加法模块的第二输入端，第三电阻R3的另一端连接加法模块的第三输入端，运算放大器A的反向输入端还连接第四电阻R4，第四电阻R4的另一端连接运算放大器A的输出端，运算放大器A的正向输入端连接第五电阻R5，第五电阻R5的另一端接地。

输出钳位模块包括开关二极管D4，开关二极管D4的负极连接电源端VCC，开关二极管D4的正极接地，开关二极管D4的第三端连接输出钳位模块的输入端和输出端，该输出钳位模块可以将输出信号钳位在V_GND+V_F到V_VCC-V_F之间，保护后级电路，其中，电源端VCC通常连接+5V电压，则V_VCC＝5V，V_GND＝0V，V_F为开关二极管中每个二极管的导通压降。

该三相电流最大值选取装置的工作原理为：

以三相电流中的U相为例，其连接第一信号输入端IU，U相的电流经过连接在三相电流上的电流互感器后输出电压信号U_IU，并将电压信号U_IU通过第一信号输入端IU输入该三相电流最大值选取装置，电压信号U_IU先经过第一放大模块中的运算放大器，该运算放大器的信号放大倍数为为A_v＝-R22/R21＝-1，也即电压信号U_IU在经过运算放大器后，信号大小放大了1倍，方向相反，其次，由于开关二极管D1的正向导通特性，使得该运算放大器只能输出负信号，也即，当U相为正时，该第一放大模块输出-U_IU，当U相为负时，第一放大模块没有输出，同理，第二放大模块对V相对应的电压信号U_IV，以及第三放大模块对W相对应的电压信号U_IW的处理方式均类似，本申请对此不再赘述。

三个放大模块输出的电压信号输入加法模块，该加法模块中的运算放大器的放大倍数为A_v＝-R22/R21＝-11/17.8≈-0.618，因此，三路电压信号输入加法模块后，输出至为该三路信号相加后的0.618倍，方向相反，由于输入加法模块的信号恒为负信号，因此加法模块输出的信号为0.618*(U_IU+U_IV+U_IW)，最终信号输出端输出的输出信号V_CIAC＝0.618*(U_IU+U_IV+U_IW)，由于放大模块只能输出负信号，因此当输入放大模块的电压信号为正信号时，放大模块输出其对应的负信号至加法模块，当输入放大模块的电压信号为负信号时，放大模块没有输出，因此在该输出信号的表达式中，U_IU、U_IV和U_IW只取正值，对三个电压信号中的负值进行舍去，比如U相为负时，就将U_IU舍去，输出信号V_CIAC实际为0.618*(U_IV+U_IW)。

当三相电流平衡时，三相电流的矢量和为零，即I_IU+I_IV+I_IW＝0，所以存在以下两种情况：

第一种情况：一相电流为正，两相电流为负时，例如，U相为正，V相和W相均为负时，此时具有最大相电流的是U相，此时输出信号V_CIAC＝0.618*U_IU，该输出信号用于指示三相电流中具有最大相电流的是U相。

第二种情况：两相电流为正，一相电流为负，例如，U相和V相为正，W相为负时，此时输出信号V_CIAC＝0.618*(U_IU+U_IV)，又因为三相平衡，此时最大的电流W相与U相和V相的和相同，所以输出信号V_CIAC＝0.618*(U_IU+U_IV)＝0.618U_IW，该输出信号用于指示三相电流中具有最大相电流的是W相。

该三相电流最大值选取装置不仅可以指示出三相电流中具有最大相电流的一相，还可以根据输出信号确定该相线上的电流值，并通过电平比较器电路输出到CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)，达到过电流报警的目的，该装置可以用于变频器和伺服等驱动装置上，实现对这些驱动装置的保护。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种三相电流最大值选取装置，其特征在于，所述装置包括：第一信号输入端、第二信号输入端、第三信号输入端、第一放大模块、第二放大模块、第三放大模块、加法模块、输出钳位模块和信号输出端，每个放大模块中均包括运算放大器和开关二极管，所述加法模块中包括运算放大器，所述输出钳位模块中包括开关二极管，所述第一信号输入端、所述第二信号输入端和所述第三信号输入端分别用于连接三相电流的每个相线，所述信号输出端用于输出输出信号，所述输出信号用于指示具有最大相电流的相线；

所述第一放大模块的输入端连接所述第一信号输入端，所述第一放大模块的输出端连接所述加法模块的第一输入端；所述第二放大模块的输入端连接所述第二信号输入端，所述第二放大模块的输出端连接所述加法模块的第二输入端；所述第三放大模块的输入端连接所述第三信号输入端，所述第三放大模块的输出端连接所述加法模块的第三输入端；所述加法模块的输出端连接所述输出钳位模块的输入端，所述输出钳位模块的输出端连接所述信号输出端。

2.根据权利要求1所述的三相电流最大值选取装置，其特征在于，所述第一放大模块、所述第二放大模块和所述第三放大模块的结构相同，每个放大模块中包括：运算放大器、第一比例电阻、第二比例电阻、匹配电阻和开关二极管，所述第一比例电阻与所述第二比例电阻的阻值相等，所述运算放大器的反向输入端连接所述第一比例电阻和所述第二比例电阻，所述第一比例电阻的另一端连接所述放大模块的输入端，所述第二比例电阻的另一端连接所述放大模块的输出端，所述运算放大器的反向输入端还连接所述开关二极管的负极，所述开关二极管的正极连接所述放大模块的输出端，所述开关二极管的第三端连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的正向输入端连接所述匹配电阻，所述匹配电阻的另一端接地。

3.根据权利要求1所述的三相电流最大值选取装置，其特征在于，所述加法模块包括：运算放大器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述运算放大器的反向输入端分别连接所述第一电阻、所述第二电阻和所述第三电阻，所述第一电阻的另一端连接所述加法模块的所述第一输入端，所述第二电阻的另一端连接所述加法模块的所述第二输入端，所述第三电阻的另一端连接所述加法模块的所述第三输入端，所述运算放大器的反向输入端还连接所述第四电阻，所述第四电阻的另一端连接所述运算放大器的输出端，所述运算放大器的正向输入端连接所述第五电阻，所述第五电阻的另一端接地。

4.根据权利要求1所述的三相电流最大值选取装置，其特征在于，所述输出钳位模块包括开关二极管，所述开关二极管的负极连接电源端，所述开关二极管的正极接地，所述开关二极管的第三端连接所述输出钳位模块的输入端和输出端。

5.根据权利要求1至4任一所述的三相电流最大值选取装置，其特征在于，所述第一放大模块、所述第二放大模块、所述第三放大模块以及所述输出钳位模块中的开关二极管的型号为BAV99W。

6.根据权利要求1至4任一所述的三相电流最大值选取装置，其特征在于，所述第一放大模块、所述第二放大模块、所述第三放大模块以及所述加法模块中的运算放大器的型号为TL3474IDR。