一种高压变频器输出电压隔离采样电路的制作方法

本发明涉及高频变压器的输出电压控制技术领域，具体涉及一种高压变频器输出电压隔离采样电路。

背景技术：

高压变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电压变换成另一频率的电能控制装置。高压变频器作为电力拖动系统的核心设备，其可靠性和稳定的要求较高，对高压变频器的控制算法、各输入输出量的检测和保护的要求也较高，其中，高压变频器的输出电压检测由于涉及到10KV高压，其检测方法除了要保证准确性以外，还要注意高低压电路的隔离，以便保护后级设备及人身安全。

高压变频器的输出电压采样方法最常规的方式是采用电压互感器来测量，但是该方法存在以下缺点：1、检测精度低，由于高压变频器的输出电压频率在0到50Hz范围内是可调，这会造成电压互感器的测量精度变差，影响主控单元的运算和控制；2、用于高压测量的电压互感器一般体积、重量都较大，对于本身体积就很大的高压变频器来说，这也会相应增大变频器的尺寸，也不便于安装；3、三相输出都需要电压互感器来检测，成本相对较高。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种高压变频器输出电压隔离采样电路，具有检测精度高、电路结构简洁、方便安装和器件成本低的优点。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种高压变频器输出电压隔离采样电路，包括：

电阻分压采样电路，所述电阻分压采样电路的输入端连接高压变频器的电压输出端，所述电阻分压采样电路接收高压变频器的输出电压，对所述输出电压进行降压处理；

差分放大调理电路，所述差分放大调理电路与所述电阻分压采样电路电连接，所述差分放大调理电路接收降压处理后的输出电压，并对输出电压进行放大和偏置处理；

光耦隔离采样电路，所述光耦隔离采样电路与所述差分放大调理电路电连接，所述光耦隔离采样电路接收所述差分放大调理电路放大和偏置处理后的输出电压，并对所述输出电压进行隔离保护传输；

运放调理电路，所述运放调理电路与所述光耦隔离采样电路电连接，所述运放调理电路接收光耦隔离采样电路隔离保护传输后的输出电压，并对输出电压进行运放处理，得到满足数字信号处理芯片的数字模拟信号转换器采样引脚的电压。

在上述技术方案的基础上，所述电阻分压采样电路包括三条电阻分压采样支路，三每条电阻分压采样支路包括多个串联而成的分压电阻，每条电阻分压采样支路的输入端对应连接三相电的一相电源输出端，每条电阻分压采样支路的输出端通过一金属氧化膜电阻接地，三条电阻分压采样支路的输出端还连接所述差分放大调理电路的输入端。

在上述技术方案的基础上，所述差分放大调理电路包括放大电路和同相加法运算电路，所述放大电路的输入端连接所述电阻分压采样电路的输出端，所述放大电路的输出端连接所述同相加法运算电路的输入端，所述同相加法运算电路的输出端连接所述光耦隔离采样电路的输入端。

在上述技术方案的基础上，所述放大电路中，一个电阻R1的一端连接所述电阻分压采样电路，所述电阻R1另一端分别连接电阻R2和运算放大器U1的正输入端，电阻R3的一端连接所述电阻分压采样电路，所述电阻R3另一端连接分别连接电阻R4、电容C1和运算放大器U1的负输入端，运算放大器U1的输出端连接所述电容C1的另一端和电阻R5的一端，所述电阻R5的另一端分别连接所述电阻R4的另一端和所述同相加法运算电路的输入端。

在上述技术方案的基础上，所述同相加法运算电路中，电阻R7的一端连接所述放大电路的输出端，所述电阻R7的另一端连接运算放大器U2的正输入端，电阻R6的一端接入+5V偏置电压，所述电阻R6的另一端连接运算放大器U2的正输入端，电阻R8的一端接地，所述电阻R8的另一端分别连接电阻R9的一端、电容C2的一端和运算放大器U2的负输入端，所述运算放大器U2的输出端分别连接所述电容C2的另一端和电阻R10的一端，所述电阻R10的另一端分别连接所述R9的另一端和所述光耦隔离采样电路的输入端。

在上述技术方案的基础上，所述光耦隔离采样电路中，线性光耦的一端连接所述差分放大调理电路的输出端，所述线性光耦的另一端连接运算放大器U3的正输入端，所述运算放大器U3的负输入端和运算放大器U3的输出端连接电阻R11，所述运算放大器U3的输出端连接所述运放调理电路的输入端。

在上述技术方案的基础上，所述运放调理电路中，所述光耦隔离采样电路的输出端连接运算放大器U4的正输入端，所述运算放大器U4的负输入端和输出端连接有电阻R12，所述运算放大器U4的输出端连接电阻R14的一端，所述电阻R14的另一端连接运算放大器U5的正输入端，所述运算放大器U5的正输入端同时连接电阻R13的一端，所述电阻R13的另一端接入+3.3V偏置电压，所述运算放大器U5的负输入端分别连接电阻R15的一端、电容C3的一端和电阻R16的一端，所述电阻R15的另一端接地，所述电容C3的另一端连接所述运算放大器U5的输出端，所述运算放大器U5的输出端同时连接电阻R17的一端，所述电阻R16的另一端连接所述电阻R17的另一端。

在上述技术方案的基础上，所述电阻分压采样电路分压处理后的所述输出电压的范围为-10～+10V；所述差分放大调理电路对降压处理后的所述输出电压进行放大和偏置处理后的所述输出电压的范围为0～5V。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1)本发明的一种高压变频器输出电压隔离采样电路，通过电阻分压采样电路将高压变频器输出的高电压进行分压衰减，差分放大调理电路对分压衰减后的电压进一步进行衰减和偏置处理得到的电压，便于后级的光耦隔离采样电路工作，光耦隔离采样电路采用的是高精度线性光耦进行电压传输，1:1的传输比能够保证隔离前后的电压基本一致，失真度低，同时又实现高低压部分的安全隔离，保护后级电路和主控芯片，避免烧坏主控芯片而引起整个控制失效的情况发生。

2)本发明的一种高压变频器输出电压隔离采样电路中，光耦隔离采样电路之后的电压再经过运放调理电路的跟随、3.3V偏置处理后，转换为满足数字信号处理芯片的数字模拟信号转换器采样引脚电压，送入数字信号处理芯片的数字模拟信号转换器采样引脚，由数字信号处理芯片进行采样和运算处理，以便控制系统实时地监测高压变频器的输出电压以及实现过压保护、欠压保护、锁相旁路等功能。

附图说明

图1为本发明实施例中输出电压隔离采样电路的结构框图；

图2为本发明实施例中电阻分压采样电路的电路图；

图3为本发明实施例中差分放大调理电路的电路图；

图4为本发明实施例中光耦隔离采样电路的电路图；

图5为本发明实施例中运放调理电路的电路图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种高压变频器输出电压隔离采样电路，包括：

电阻分压采样电路，电阻分压采样电路的输入端连接高压变频器的电压输出端，电阻分压采样电路接收高压变频器的输出电压，对输出电压进行降压处理；

差分放大调理电路，差分放大调理电路与电阻分压采样电路电连接，差分放大调理电路接收降压处理后的输出电压，并对输出电压进行放大和偏置处理；

光耦隔离采样电路，光耦隔离采样电路与差分放大调理电路电连接，光耦隔离采样电路接收差分放大调理电路放大和偏置处理后的输出电压，并对输出电压进行隔离保护传输；

运放调理电路，运放调理电路与光耦隔离采样电路电连接，运放调理电路接收光耦隔离采样电路隔离保护传输后的输出电压，并对输出电压进行运放处理，得到满足数字信号处理芯片的数字模拟信号转换器采样的引脚电压。

参见图2所示，电阻分压采样电路包括三条电阻分压采样支路，每条电阻分压采样支路包括多个电阻串联分压电阻，每条电阻分压采样支路的输入端对应连接三相电的一相电源输出端，每条电阻分压采样支路的输出端通过一精度为0.1％的金属氧化膜电阻器接地，每条电阻分压采样支路的输出端还连接差分放大调理电路的输入端。其中一条串电阻分压采样支路的输入端连接三相电的电源输入端U，输出端同时连接U_Low端和一金属氧化膜电阻器的一端，金属氧化膜电阻器的另一端接地；一条电阻分压采样支路的输入端连接三相电的电源输入端V，输出端同时连接V_Low端和一金属氧化膜电阻器的一端，金属氧化膜电阻器的另一端接地；一条电阻分压采样支路的输入端连接三相电的电源输入端W，输出端同时连接W_Low端和一金属氧化膜电阻器的一端，金属氧化膜电阻器的另一端接地。采用的是精度达到千分之一的高精度功率电阻串联分压，其分压衰减倍数约为1821倍，采样精度小于0.1％，电阻分压采样电路分压处理后的输出电压的范围为-10～+10V。

差分放大调理电路包括放大电路和同相加法运算电路，放大电路的输入端连接电阻分压采样电路的输出端，放大电路的输出端连接同相加法运算电路的输入端，同相加法运算电路的输出端连接光耦隔离采样电路的输入端。

参见图3所示，放大电路中，一个电阻R1的一端连接电阻分压采样电路的U_Low端，电阻R1另一端分别连接电阻R2和运算放大器U1的正输入端，电阻R3的一端连接电阻分压采样电路的U_Low端，电阻R3另一端连接分别连接电阻R4、电容C1和运算放大器U1的负输入端，运算放大器U1的输出端连接电容C1的另一端和电阻R5的一端，电阻R5的另一端分别连接电阻R4的另一端和同相加法运算电路的输入端。差分放大调理电路对降压处理后的输出电压进行放大和偏置处理后的输出电压的范围为0～5V。

同相加法运算电路中，电阻R7的一端连接放大电路的输出端，电阻R7的另一端连接运算放大器U2的正输入端，电阻R6的一端接入+5V偏置电压，电阻R6的另一端连接运算放大器U2的正输入端，电阻R8的一端接地，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的一端、电容C2的一端和运算放大器U2的负输入端，运算放大器U2的输出端分别连接电容C2的另一端和电阻R10的一端，电阻R10的另一端分别连接R9的另一端和输出端U_Sample。通过同相加法运算电路中的运放电路加上5V偏置电压，通过加法运算后得到0至5V的电压信号，便于后级光耦采样电路工作。其中跨接在运放输出端和负反馈端的pF级小电容起到相位补偿的作用。

参见图4所示，光耦隔离采样电路中，线性光耦的一端连接差分放大调理电路的输出端U_Sample，线性光耦的另一端连接运算放大器U3的正输入端，运算放大器U3的负输入端和运算放大器U3的输出端连接电阻R11，运算放大器U3的输出端U1_Sample连接运放调理电路的输入端。本实施例中采用高精度线性光耦进行电压传输，1:1的传输比能够保证隔离前后的电压基本一致，失真度低，同时又实现高低压部分的安全隔离，保护后级的运放调理电路和数字信号处理芯片，避免烧坏数字信号处理芯片而引起整个控制失效的情况发生。

参见图5所示，运放调理电路中，光耦隔离采样电路的输出端U1_Sample连接运算放大器U4的正输入端，运算放大器U4的负输入端和输出端连接有电阻R12，运算放大器U4的输出端连接电阻R14的一端，电阻R14的另一端连接运算放大器U5的正输入端，运算放大器U5的正输入端同时连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端接入+3.3V偏置电压，运算放大器U5的负输入端分别连接电阻R15的一端、电容C3的一端和电阻R16的一端，电阻R15的另一端接地，电容C3的另一端连接运算放大器U5的输出端，运算放大器U5的输出端同时连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接电阻R16的另一端和数字信号处理芯片的数字模拟信号转换器的DSP_Sample端。光耦隔离采样电路隔离采样后的电压再经过跟随、3.3V偏置处理后，转换为满足数字信号处理芯片的数字模拟信号转换器采样引脚电压范围的电压，送入数字信号处理芯片的数字模拟信号转换器采样引脚，由数字信号处理芯片进行采样和运算处理，以便控制系统实时地监测高压变频器的输出电压以及实现过压保护、欠压保护、锁相旁路等功能。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。