一种三相冗余低谐波整流上电控制电路的制作方法

本实用新型涉及一种三相冗余低谐波整流上电控制电路，属于大功率交流供电伺服技术领域。

背景技术：

三相整流电路将交流电转换成直流电直接给直流设备供电，由于整流桥可控硅的开关特性，造成直流输出侧电压波动，以往设计为解决输出电压波动，通常在直流输出侧通常加装大容值电解储能电容滤波，当三相交流电通过整流输出直流电源后，电路先向电解电容充电，通过电容的充放电作用吸收输出电压的波动。然而由于电解电容容值较大，短时间内电容需要吸收存储大量电荷，造成三相整流电路启动时刻直流输出侧电流大幅提升，增加了系统崩溃损毁的概率。

现有技术研究主要集中整流桥式电路的设计与控制策略，对整流输出多采用增加储能电容方式抑制电压波动，通过加装限流电阻来减小充电电流，抑制储能电容的吸流特性；尽管限流电阻抑制了电流过快增大，但流经限流电阻的电流产生的发热功率损耗显著，不仅降低了整流系统的转换效率，还要求所用的限流电阻的额定功率要大于流经电阻的发热功率损耗，而电阻的功率越大体积相应越大，对于结构紧凑安装空间有限的产品，给上述问题的解决带来了困难。

技术实现要素：

本实用新型的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出了一种三相冗余低谐波整流上电控制电路，解决了低谐波整流电路直流输出端电压波动以及瞬间冲击电流过大的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种三相冗余低谐波整流上电控制电路，包括：整流上电隔离模块、直流电源模块、直流电压监控模块；整流上电隔离模块、直流电源模块、直流电压监控模块依次连接；

整流上电隔离模块：接收外部输入的三相交流电，将所述三相交流电转换为直流电后，向所述直流电源模块输出所述直流电；

直流电源模块：接收整流上电隔离模块输出的直流电，减小所述直流电的电压波动后向外输出所述直流电；

直流电压监控模块：实时检测所述直流电源模块向外输出直流电的电压；将检测到的所述直流电电压信号向外输出。

所述整流上电隔离模块包括：电磁继电器K1、电磁继电器K2、AC/DC整流桥D3、AC/DC整流桥D4、AC/DC整流桥D7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R15、电阻R17、电阻R25、电阻R26、电容C47、电容C50、二极管D2、三极管Q1、光耦合器U8；

所述AC/DC整流桥D3的输入端连接外部三相电源的A相；所述AC/DC整流桥D4的输入端连接外部三相电源的B相；所述AC/DC整流桥D7的输入端连接外部三相电源的C相；

所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10并联作为并联电阻组；所述AC/DC整流桥D3、AC/DC整流桥D4、AC/DC整流桥D7的正极和正极相接作为第一并联端，负极和负极相接作为第二并联端，所述第二并联端与并联电阻组的一端连接；所述电磁继电器K1和电磁继电器K2的电源接触弹片A均与所述第一并联端相连，所述电磁继电器K1和电磁继电器K2的电源接触弹片B作为整流上电隔离模块的正向输出端连接直流电源模块的正向输入端；所述电磁继电器K1和K2控制端口的正向输入端合并为第一公共端，所述第一公共端分别与三极管Q1的集电极、电容C50的一端以及二极管D2的正极相连；所述电磁继电器K1和K2控制端口的负向输入端合并为第二公共端，所述第二公共端分别与电阻R15的一端、电容C50的另一端以及二极管D2的负极相连；所述电阻R15另一端接外部第一输入电源；所述三极管Q1的发射极接地处理，所述三极管Q1的基极分别与电阻R25的一端和光耦合器U8的正向输出端相连；所述电阻R25另一端接地处理，光耦合器U8输出电源端连接电阻R26的一端，所述电阻R26的另一端连接外部第一输入电源；光耦合器U8的正向输入端连接电容C47一端以及电阻R17一端，所述电阻R17另一端连接外部第二输入电源，所述光耦合器U8的负向输入端和所述电容C47的另一端相接作为一个公共端作为整流上电隔离模块的输入端，接收外部输入的使能信号；所述并联电阻组的一端作为整流上电隔离模块的负向输出端连接外部直流电源模块的负向输入端。

所述直流电源模块包括：电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8；

所述电容C1和电容C2、电容C3和电容C4、电容C5和电容C6、电容C7和电容C8分别两两串联成电容组，所述电容组并联，所述并联的电容组的正级作为直流电源模块的正向输入端连接外部整流上电隔离模块的正向输出端，同时，所述并联的电容组的正级作为所述直流电源模块的正向输出端向外输出直流电；所述并联的电容组的负极作为直流电源模块的输入端连接所述整流上电隔离模块的负向输出端，同时，所述并联的电容组的负极作为所述直流电源模块的负向输出端向外输出直流电。

所述电压监控模块包括：电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R28、电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R36、电阻R40、电容C53、电容C54、电容C55、电容C57、隔离差分运算放大器U11、仪表放大器P6；

所述电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14依次串联，电阻R11未与电阻R12连接的一端作为所述直流电压监控模块的电压检测的正向输入端连接所述直流电源模块的正向输出端；所述电阻R14与所述电阻R13相连的一端分别连接所述电容C57的一端和隔离差分运算放大器U11的正向输入端，所述电阻R14的另一端与所述电容C57的另一端合并为公共点作为所述直流电压监控模块的电压检测的负向输入端连接所述直流电源模块的负向输出端；所述电阻R14的另一端连接隔离差分运算放大器U11的负向输入端；所述隔离差分运算放大器U11的输入供电端连接外部第三输入电源；隔离差分运算放大器U11的负向输入端与输入接地端并联后接地处理；隔离差分运算放大器U11的输出供电端连接外部第二输入电源；隔离差分运算放大器U11的输出接地端接地处理；隔离差分运算放大器U11的正向输出端连接电阻R40的一端，所述电阻R40的另一端连接仪表放大器P6的正向输入端；隔离差分运算放大器U11的负向输出端连接电阻R33的一端，所述电阻R33的另一端连接仪表放大器P6的负向输入端；所述仪表放大器P6的负向输入端和正向输入端之间并联有电容C54；所述仪表放大器P6的输出接地端接地处理，所述仪表放大器P6的输出端连接电阻R36的一端；电容C55的一端接地处理，所述电容C55的另一端和所述电阻R36的另一端并联后作为直流电压监控模块输出端，向外输出电压监控信号；电阻R32一端连接所述仪表放大器P6的第二增益调节端，所述电阻R32另一端连接电阻R30的一端，所述电阻R30另一端连接所述仪表放大器P6的第一增益调节端，所述仪表放大器P6的电源供电端分别连接电阻R28的一端和电容C53的一端；所述电容C53的另一端接地处理，所述R28的另一端连接外部第二输入电源。

所述电压监控模块的电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8均为电解电容。

所述外部第三输入电源的电压具体为+5V；所述外部第一输入电源的电压具体为+24V；所述外部第二输入电源的电压具体为+5V。

所述整流上电隔离模块的光耦合器U8的型号具体为TLP183。

所述外部三相电源的电压具体为+380V。

所述电压监控模块的电容C53、电容C54、电容C55均为陶瓷电容。

所述电压监控模块的电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14满足如下关系：

U＝500*R14/(R11+R12+R13+R14)，

其中，U为所述电压监控模块隔离差分运算放大器U11的正向输入端和负向输入端之间的电压。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

(1)本实用新型集成了直流电压监控设计，实现了实时电压监控，提升了系统的可靠性；

(2)本实用新型采用第二直流电源模块中的电容充电，整流桥通过电阻R1～R10给电容C1-C8充电，抑制充电电流增大造成的输出电压波动，本实用新型利用实时电压监控数据控制直流电源输出，在抑制导通瞬间冲击电流过大的同时，降低了直流电源的脉动谐波；

(3)本实用新型采用光耦合器U8隔离强电对和控制电影响，隔离强电采样电路与弱电处理电路，提升了系统的可靠性；

(4)本实用新型采用隔离差分运算放大器U11起到实时监控直流电源输出电压的作用，控制继电器通断，抑制整流桥D3、D4、D7的开关特性造成的电压波动。

附图说明

图1为本实用新型一种三相冗余低谐波整流上电控制电路图；

图2为本实用新型整流上电隔离模块电路图；

图3为本实用新型直流电源模块电路图；

图4为本实用新型直流电压监控模块电路图；

图5为本实用新型框图。

具体实施方式

整流电路能够将交流电变换为直流电，但无论输出直流电压还是直流电流都会带有纹波。为向负载提供高质量的电压或电流，就必须对桥式整流电路的输出进行控制与滤波。输出端并联大电容滤波为电压型整流电路，输出电压纹波小，电源内阻大，近似为一个电压源。电容作为储能元件，具有隔直通交、隔低频通高频的功能。在电压型整流电路中，为使输出电压更加平滑，理论上滤波电容取值越大越好。然而电容值越大，其体积越大、成本越高、性价比反而越低，而且在电路接通瞬间，瞬时电流非常大，会破坏器件；桥式整流电路在整流过程中不可避免的会造成直流端电压波动，这种大幅值的电压波动可能会造成功率系统损坏，因此如何抑制电压与瞬间电流成为低谐波整流电路设计的关键。

本实用新型为了解决直流输出端电压波动以及瞬间冲击电流过大的问题，提出了一种三相低谐波整流上电控制电路，如图5所示，包括：整流上电隔离模块、直流电源模块、直流电压监控模块；整流上电隔离模块、直流电源模块、直流电压监控模块依次相连；

整流上电隔离模块：接收外部输入的三相交流电，将所述三相交流电转换为直流电后，向所述直流电源模块输出所述直流电；同时，接收外部发送的输入使能信号，根据所述输入的使能信号控制所述向直流电源模块输出直流电的电流大小；

直流电源模块：接收整流上电隔离模块输出的直流电，减小所述直流电的电压波动后向外输出所述直流电；

直流电压监控模块：实时检测所述直流电源模块向外输出直流电的电压；将检测到的所述直流电电压信号向外输出。

本实用新型三相低谐波整流控制器通过实时采集直流电压控制继电器吸合、动态预充电控制电路两个方面，安全高效的实现三相桥式电路整流输出低谐波小波动的直流电源，限制导通瞬间的电流过充，防止整流电路后端功率器件烧损，保障供电系统平稳运行。

本实用新型的电路图如图1所示，本实用新型采用型号为ACPL782T的隔离放大器U11与型号为AD623的仪表放大器P6构成电压监控模块。通过电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14串联构成的分压电路，将直流电压(500V)分压成为隔离放大器U11输入端可接受的2.5V，分压比为0.00038，分压公式为：U＝500*R14/(R11+R12+R13+R14)；其中，U为电压监控模块隔离差分运算放大器U11的正向输入端和负向输入端之间的电压。分压后的电压经过隔离放大器U11输入端，输出抗干扰能力强的差分信号，差分信号进过仪表放大器AD623调理输出信号AD_DCU给上级控制单元。

如图4所示，电压监控模块包括：电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R28、电阻R30、电阻R32、电阻R33、电阻R36、电容C53、电容C54、电容C55、电容C57、隔离差分运算放大器U11、仪表放大器P6；电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8均为电解电容；电容C53、电容C54、电容C55均为陶瓷电容。

所述电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14依次串联，电阻R11未与电阻R12连接的一端作为所述直流电压监控模块的电压检测的正向输入端连接所述直流电源模块的正向输出端；所述电阻R14与所述电阻R13相连的一端分别连接所述电容C57的一端和隔离差分运算放大器U11的正向输入端2，所述电阻R14的另一端与所述电容C57的另一端合并为公共点作为所述直流电压监控模块的电压检测的负向输入端连接所述直流电源模块的负向输出端；所述电阻R14的另一端连接隔离差分运算放大器U11的负向输入端3；所述隔离差分运算放大器U11的输入供电端1连接外部第三输入电源；隔离差分运算放大器U11的负向输入端3与输入接地端4并联后接地处理；隔离差分运算放大器U11的输出供电端8连接外部第二输入电源；隔离差分运算放大器U11的输出接地端5接地处理；隔离差分运算放大器U11的正向输出端6连接电阻R40的一端，所述电阻R40的另一端连接仪表放大器P6的正向输入端3；隔离差分运算放大器U11的负向输出端7连接电阻R33的一端，所述电阻R33的另一端连接仪表放大器P6的负向输入端2；所述仪表放大器P6的负向输入端2和正向输入端3之间并联有电容C54；所述仪表放大器P6的输出接地端5接地处理，所述仪表放大器P6的输出端6连接电阻R36的一端；电容C55的一端接地处理，所述电容C55的另一端和所述电阻R36的另一端并联后作为直流电压监控模块输出端，向外输出电压监控信号；电阻R32一端连接所述仪表放大器P6的第二增益调节端8，所述电阻R32另一端连接电阻R30的一端，所述电阻R30另一端连接所述仪表放大器P6的第一增益调节端1，所述仪表放大器P6的电源供电端7分别连接电阻R28的一端和电容C53的一端；所述电容C53的另一端接地处理，所述R28的另一端连接外部第二输入电源。

如图2所示，本实用新型采用隔离光耦合器U8与三极管Q1组成整流上电隔离模块，继电器吸合指令RELAY_ON经过隔离光耦合器TLP183隔离输出，当接收到RELAY_ON指令时，三极管Q1基极与发射极导通，使得集电极与发射极导通，此时电磁继电器控制线圈有电流通过，电磁继电器吸合，直流预充电电路与后端直流输出端接通。电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10并联作为并联电阻组；起到预充电电阻的限流作用，电源接通瞬间预充电电容充电电流实质短路的问题得到遏制；充电电流I＝500/10(R1)＝0.5A，根据功率计算公式P＝I²R，计算可知所选充电电阻功率应大于2.5W。当电磁继电器K1与K2断开时，AC/DC整流桥D3、AC/DC整流桥D4和AC/DC整流桥D7将三相交流电转换成直流电源1(正极DC++、负极DC+)，直流电源1通过并联的预充电电阻的限流作用向吸收电容组充电，以此降低系统电源应充电而产生的电压大范围波动；当直流电压监控模块检测到吸收电源端转化的直流电(正极DC+、负极DC-)电压达到设计要求的电压幅值的90％时，上级控制单元发出电磁继电器吸合指令Relay_ON，此时电磁继电器K1与K2吸合，并联预充电电阻被短路隔离出系统，由AC/DC整流桥D3、D4和D7直接输出直流电。

整流上电隔离模块包括：电磁继电器K1、电磁继电器K2、AC/DC整流桥D3、AC/DC整流桥D4、AC/DC整流桥D7、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R15、电阻R17、电阻R25、电阻R26、电容C47、电容C50、二极管D2、三极管Q1、光耦合器U8；

所述AC/DC整流桥D3的输入端1连接外部三相电源的A相；所述AC/DC整流桥D4的输入端1连接外部三相电源的B相；所述AC/DC整流桥D7的输入端1连接外部三相电源的C相；

所述电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10并联作为并联电阻组；所述AC/DC整流桥D3、AC/DC整流桥D4、AC/DC整流桥D7正极和正极相接作为第一并联端，负极和负极相接作为第二并联端；所述电磁继电器K1和所述电磁继电器K1并联，所述电磁继电器K1和电磁继电器K2的电源接触弹片A均与所述第一并联端相连，所述电磁继电器K1和电磁继电器K2的电源接触弹片B作为整流上电隔离模块的正向输出端连接直流电源模块的正向输入端；所述第二并联端与并联电阻组的一端连接；所述电磁继电器K1和K2控制端口的正向输入端合并为一个公共端，所述公共端分别与三极管Q1的集电极、电容C50的一端以及二极管D2的正极相连；所述电磁继电器K1和K2控制端口的负向输入端合并为一个公共端，所述公共端分别与电阻R15的一端、电容C50的另一端以及二极管D2的负极相连；所述电阻R15另一端接外部第一输入电源；所述三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极分别与电阻R25的一端和光耦合器U8的正向输出端3相连；所述电阻R25另一端接地处理，光耦合器U8输出电源端4连接电阻R26的一端，所述电阻R26的另一端连接外部第一输入电源；光耦合器U8的正向输入端1连接电容C47一端以及电阻R17一端，所述电阻R17另一端连接外部第二输入电源，所述光耦合器U8的负向输入端2和所述电容C47的另一端相接作为一个公共端作为整流上电隔离模块的输入端，接收外部输入的使能信号；所述并联电阻组的一端作为整流上电隔离模块的负向输出端连接外部直流电源模块的负向输入端。

如图3所示，直流电源模块包括：电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6、电容C7、电容C8；

电容C1和电容C2、电容C3和电容C4、电容C5和电容C6、电容C7和电容C8分别两两串联成电容组，所述电容组并联，所述并联的电容组的正级作为直流电源模块的正向输入端连接外部整流上电隔离模块的正向输出端，同时，所述并联的电容组的正级作为所述直流电源模块的正向输出端向外输出直流电；所述并联的电容组的负极作为直流电源模块的输入端连接所述整流上电隔离模块的负向输出端，同时，所述并联的电容组的负极作为所述直流电源模块的负向输出端向外输出直流电。

所述外部第三输入电源的电压具体为+5V；所述外部第一输入电源的电压具体为+24V；所述外部第二输入电源的电压具体为+5V。

外部三相电源的电压具体为+380V。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。