一种变频器的逐波限流保护电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种变频器的逐波限流保护电路，该电路包括用于将三相输出电流转化为三相电压信号的霍尔传感器、三相全桥整流器、运算放大器和第一比较器；三相电压信号通过三相全桥整流器整流后形成共阴极电压信号和共阳极电压信号，共阳极电压信号电连接至运算放大器的同相输入端，共阴极电压信号电连接至运算放大器的反相输入端，且运算放大器的输出端输出准过流信号；准过流信号电连接至第一比较器的反相输入端，第一比较器的同相输入端电连接至参考电压，且第一比较器的输出端输出逐波限流使能信号。本实用新型使得变频器在达到准过流点时，能以硬件限流电流值运行，在很短的加速时间和大的冲击负载条件下，变频器能稳定无故障的运行。
【专利说明】一种变频器的逐波限流保护电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电力电子领域，尤其涉及一种变频器的逐波限流保护电路。
【背景技术】
[0002]变频器(Variable-frequency Drive,VFD)是应用变频技术与微电子技术,通过改变电机工作电源频率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(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器已得到了越来越广泛的应用，同时对变频器也提出了越来越高的要求；特别是在快速启动和突加负载时，变频器容易出现报过流故障，影响了变频器的正常工作。
[0003]因此，急需一种新的保护电路来保护变频器稳定无故障的运行。
实用新型内容
[0004]针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种结构简单、设计合理、可靠性高、成本低及工作效率高的变频器的逐波限流保护电路。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供一种变频器的逐波限流保护电路，包括用于将三相输出电流转化为三相电压信号的霍尔传感器、三相全桥整流器、运算放大器和第一比较器；所述三相电压信号通过三相全桥整流器整流后形成共阴极电压信号和共阳极电压信号，所述共阳极电压信号电连接至运算放大器的同相输入端，所述共阴极电压信号电连接至运算放大器的反相输入端，且所述运算放大器的输出端输出准过流信号；所述准过流信号电连接至第一比较器的反相输入端，所述第一比较器的同相输入端电连接至参考电压，且所述第一比较器的输出端输出逐波限流使能信号。
[0006]其中，所述电路还包括分压电阻和第二比较器；所述准过流信号还电连接至分压电阻的一端，所述分压电阻的另一端输出过流信号，所述过流信号电连接至第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端电连接至参考电压，所述第二比较器的输出端输出过流使能信号。
[0007]其中，所述电路还包括由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一电容构成的用于保护电压信号的外围电路，所述第一电阻与第二电阻串联，且所述三相全桥整流器的正极端与第一电阻和第三电阻的公共端电连接，所述第三电阻和第一电容的公共端与运算放大器的同相输入端电连接，所述三相全桥整流器的负极端与第二电阻和第四电阻的公共端电连接，所述第四电阻和第一电容的公共端与运算放大器的反相输入端电连接。
[0008]其中，所述运算放大器的同相输入端还通过并联的第二电容和第五电阻后接地；所述运算放大器的反相输入端还通过并联的第三电容和第六电阻后与运算放大器的输出端电连接。[0009]其中，所述分压电阻通过并联的第七电阻和第四电容后输出过流信号。
[0010]其中，所述电路还包括第八电阻、第九电阻和第十电阻；所述参考电压通过第八电阻与第一比较器的同相输入端电连接，所述准过流信号通过第九电阻与第一比较器的反相输入端电连接，所述第十电阻并联在第一比较器的同相输入端与第一比较器的输出端之间，且所述第一比较器的输出端与第十电阻的公共端通过串联的第十一电阻和第五电容后接地。
[0011]其中，所述电路还包括第十二电阻、第十三电阻和第十四电阻；所述参考电压通过第十二电阻与第二比较器的同相输入端电连接，所述过流信号通过第十三电阻与第二比较器的反相输入端电连接，所述第十四电阻并联在第二比较器的同相输入端与第二比较器的输出端之间，且所述第二比较器的输出端与第十四电阻的公共端通过串联的第十五电阻和第六电容后接地。
[0012]本实用新型的有益效果是:与现有技术相比，本实用新型提供的变频器的逐波限流保护电路，三相输出电流通过处理得到的准过流信号与参考电压在第一比较器内进行比较，得到逐波限流使能信号；当准过流信号小于参考电压，逐波限流使能信号为高电平，当准过流信号大于参考电压，逐波限流使能信号为低电平，第一比较器输出翻转，逐波限流使能信号有效，变频器进入逐波限流工作模式，逐波限流使能信号硬件封锁DSP的驱动PWM，封锁开关管驱动脉冲信号，以达到逐波限流保护。该电路使得变频器在达到准过流点时，能以硬件限流电流值运行，在很短的加速时间和大的冲击负载条件下，变频器能稳定无故障的运行，有效减小变频器出现过流保护的几率。本实用新型具有结构简单、设计合理、工作稳定、可靠性高、成本低及工作效率高等特点。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1为本实用新型中准过流信号形成的工作原理图；
[0014]图2为本实用新型中逐波限流电路的工作原理图；
[0015]图3为本实用新型中变频器应用逐波限流测到的三相输出电流波形图；
[0016]图4为本实用新型中变频器逐波限流时测到的三相输出电流波形图；
[0017]图5为图4中变频器展开后的波形图。
【具体实施方式】
[0018]为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。
[0019]请参阅图1-2，本实用新型的变频器的逐波限流保护电路，包括用于将三相输出电流转化为三相电压信号IU、IV、IV的霍尔传感器(图未示)、由第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5和第六二极管D6构成的三相全桥整流器、运算放大器Ul和第一比较器U2-A ;三相电压信号IU、IV、IV通过三相全桥整流器整流后形成共阴极电压信号和共阳极电压信号，共阳极电压信号电连接至运算放大器Ul的同相输入端，共阴极电压信号电连接至运算放大器Ul的反相输入端，且运算放大器Ul的输出端输出准过流信号UOCl ;准过流信号电连接至第一比较器U2-A的反相输入端，第一比较器U2-A的同相输入端电连接至参考电压VREF，且第一比较器U2-A的输出端输出逐波限流使能信号OC-P。[0020]相较于现有技术，本实用新型提供的变频器的逐波限流保护电路，三相输出电流通过处理得到的准过流信号UOCl与参考电压VREF在第一比较器U2-A内进行比较，得到逐波限流使能信号OC-P ;当准过流信号UOCl小于参考电压VREF，逐波限流使能信号OC-P为高电平，当准过流信号UOCl大于参考电压VREF，逐波限流使能信号OC-P为低电平，第一比较器U2-A输出翻转，逐波限流使能信号OC-P有效，变频器进入逐波限流工作模式，逐波限流使能信号OC-P硬件封锁DSP的驱动PWM，封锁开关管驱动脉冲信号，以达到逐波限流保护。该电路使得变频器在达到准过流点时，能以硬件限流电流值运行，在很短的加速时间和大的冲击负载条件下，变频器能稳定无故障的运行，有效减小变频器出现过流保护的几率。本实用新型具有结构简单、设计合理、工作稳定、可靠性高、成本低及工作效率高等特点。
[0021]在本实施例中，电路还包括分压电阻R和第二比较器U2-B ;准过流信号UOCl还电连接至分压电阻R的一端，分压电阻R的另一端输出过流信号U0C，过流信号UOC电连接至第二比较器U2-B的反相输入端，第二比较器U2-B的同相输入端电连接至参考电压VREF，第二比较器U2-B的输出端输出过流使能信号0C。准过流信号UOCl经过分压电阻R分压后得到过流信号U0C。过流信号UOC与参考电压VREF经过第二比较器U2-B比较，得到过流使能信号OC ;当过流信号UOC小于参考电压VREF时，过流使能信号OC变为高电平；当过流信号UOC大于参考电压VREF时，第二比较器U2-B输出翻转，过流使能信号OC变为低电平，变频器报过流使能信号OC的过流故障，通过该部分电路，可及时报过流故障。
[0022]在本实施例中，电路还包括由第一电阻Rl、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第一电容Cl构成的用于保护电压信号的外围电路，第一电阻Rl与第二电阻R2串联，且三相全桥整流器的正极端与第一电阻Rl和第三电阻R3的公共端电连接，第三电阻R3和第一电容Cl的公共端与运算放大器Ul的同相输入端电连接，三相全桥整流器的负极端与第二电阻R2和第四电阻R4的公共端电连接，第四电阻R4和第一电容Cl的公共端与运算放大器Ul的反相输入端电连接。该外围电路可整流后的共阴极电压信号和共阳极电压信号进行滤波处理。
[0023]在本实施例中，运算放大器Ul的同相输入端还通过并联的第二电容C2和第五电阻R5后接地；运算放大器Ul的反相输入端还通过并联的第三电容C3和第六电阻R6后与运算放大器Ul的输出端电连接。分压电阻R5通过并联的第七电阻R7和第四电容C4后输出过流信号UOC。
[0024]在本实施例中，电路还包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻RlO、第十二电阻R12、第十三电阻R13和第十四电阻R14 ;参考电压VREF通过第八电阻R8与第一比较器U2-A的同相输入端电连接，准过流信号UOCl通过第九电阻R9与第一比较器U2-A的反相输入端电连接，第十电阻RlO并联在第一比较器U2-A的同相输入端与第一比较器U2-A的输出端之间，且第一比较器U2-A的输出端与第十电阻RlO的公共端通过串联的第十一电阻Rll和第五电容C5后接地；参考电压VREF通过第十二电阻R12与第二比较器U2-B的同相输入端电连接，过流信号UOC通过第十三电阻R13与第二比较器U2-B的反相输入端电连接，第十四电阻R14并联在第二比较器U2-B的同相输入端与第二比较器U2-B的输出端之间，且第二比较器U2-B的输出端与第十四电阻R14的公共端通过串联的第十五电阻R15和第六电容C6后接地。另外，该电路中第一比较器U2-A通过第十六电阻R16电连接至3.3V的电源上，第二比较器U2-B通过第十七电阻R17电连接至3.3V的电源上。[0025]本实用新型的工作原理为:三相输出电流经霍尔传感器转化为三相电压信号IU、IV、IW，经过三相全桥整流器整流后形成的共阴极电压信号与共阳极电压信号送给运算放大器Ul进行差分放大处理，得到准过流信号UOCl，准过流信号UOCl经过分压电阻R分压后得到过流信号U0C。准过流信号UOCl与参考电压VREF在第一比较器U2-A内进行比较，得到逐波限流使能信号OC-P ;当准过流信号UOCl小于参考电压VREF，逐波限流使能信号OC-P为高电平，当准过流信号UOCl大于参考电压VREF，逐波限流使能信号OC-P为低电平，第一比较器U2-A输出翻转，逐波限流使能信号OC-P有效，变频器进入逐波限流工作模式，逐波限流使能信号OC-P硬件封锁DSP的驱动PWM，封锁开关管驱动脉冲信号；当经过一个开关周期后，准过流信号UOCl与参考电压VREF继续比较，如果此时电流小于准过电流点电流时，则逐波限流使能信号OC-P变为高电平，逐波限流使能信号OC-P无效，驱动信号缓冲器封锁解除，开关管驱动脉冲信号正常输出；如果经过一个开关周期后电流仍大于准过电流点电流时，则逐波限流使能信号OC-P继续为低电平，逐波限流使能信号OC-P继续有效，继续封锁开关管驱动脉冲信号，直到电流小于准过电流点电流时才退出逐波限流工作模式。当检测到开关管的电流达到限流值后，立刻关断开关管直到下一个开关周期的到来才继续开通开关管，如果继续出现电流达到限流值又会立刻关断开关管，这种按照每个开关周期进行逐次限流的过程称之为逐波限流。
[0026]请进一步参阅图3，将本实用新型的逐波限流技术应用到变频器产品控制算法中，大大减少了变频器误报过流保护的几率；由图3可知，当电流最大值达到准过流点，在每一个开关周期都对电流最大值进行限幅，电流被很好地限制在一个准过流点处，效果很好。请进一步参阅图4-5，逐波限流技术应用在高性能变频器中，其效果很好；图4为变频器逐波限流时测到的三相输出电流波形，图5为其展开后的波形；由图可知，当电流最大值达到准过流点，在每一个开关周期都对电流最大值进行限幅，将最大电流限制在准过流点处，大大减少了变频器误报过流保护的几率。
[0027]以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。
【权利要求】
1.一种变频器的逐波限流保护电路，其特征在于，包括用于将三相输出电流转化为三相电压信号的霍尔传感器、三相全桥整流器、运算放大器和第一比较器；所述三相电压信号通过三相全桥整流器整流后形成共阴极电压信号和共阳极电压信号，所述共阳极电压信号电连接至运算放大器的同相输入端，所述共阴极电压信号电连接至运算放大器的反相输入端，且所述运算放大器的输出端输出准过流信号；所述准过流信号电连接至第一比较器的反相输入端，所述第一比较器的同相输入端电连接至参考电压，且所述第一比较器的输出端输出逐波限流使能信号。
2.根据权利要求1所述的变频器的逐波限流保护电路，其特征在于，所述电路还包括分压电阻和第二比较器；所述准过流信号还电连接至分压电阻的一端，所述分压电阻的另一端输出过流信号，所述过流信号电连接至第二比较器的反相输入端，所述第二比较器的同相输入端电连接至参考电压，所述第二比较器的输出端输出过流使能信号。
3.根据权利要求1或2所述的变频器的逐波限流保护电路，其特征在于，所述电路还包括由第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第一电容构成的用于保护电压信号的外围电路，所述第一电阻与第二电阻串联，且所述三相全桥整流器的正极端与第一电阻和第三电阻的公共端电连接，所述第三电阻和第一电容的公共端与运算放大器的同相输入端电连接，所述三相全桥整流器的负极端与第二电阻和第四电阻的公共端电连接，所述第四电阻和第一电容的公共端与运算放大器的反相输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的变频器的逐波限流保护电路，其特征在于，所述运算放大器的同相输入端还通过并联的第二电容和第五电阻后接地；所述运算放大器的反相输入端还通过并联的第三电容和第六电阻后与运算放大器的输出端电连接。
5.根据权利要求2所述的变频器的逐波限流保护电路，其特征在于，所述分压电阻通过并联的第七电阻和第四电容后输出过流信号。
6.根据权利要求4所述的变频器的逐波限流保护电路，其特征在于，所述电路还包括第八电阻、第九电阻和第十电阻；所述参考电压通过第八电阻与第一比较器的同相输入端电连接，所述准过流信号通过第九电阻与第一比较器的反相输入端电连接，所述第十电阻并联在第一比较器的同相输入端与第一比较器的输出端之间，且所述第一比较器的输出端与第十电阻的公共端通过串联的第十一电阻和第五电容后接地。
7.根据权利要求6所述的变频器的逐波限流保护电路，其特征在于，所述电路还包括第十二电阻、第十三电阻和第十四电阻；所述参考电压通过第十二电阻与第二比较器的同相输入端电连接，所述过流信号通过第十三电阻与第二比较器的反相输入端电连接，所述第十四电阻并联在第二比较器的同相输入端与第二比较器的输出端之间，且所述第二比较器的输出端与第十四电阻的公共端通过串联的第十五电阻和第六电容后接地。
【文档编号】H02H7/12GK203674694SQ201320625593
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年10月11日 优先权日:2013年10月11日
【发明者】邱雪飞 申请人:深圳市伟创电气有限公司