专利名称：基于级联型h桥逆变器拓扑的直流母线电容电压采样电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流母线电容电压采样电路，尤其涉及一种可作为H桥逆变器拓扑的直流侧电容电压的采样，广泛运用于大容量高电压静止无功补偿器(STATC0M----Static Var Compensator)等电力相关领域的采样电路。
背景技术：
随着电力电子器件的高速发展，基于绝缘栅双极型晶体管(IGBT — InsulatedGate Bipolar Transistor)的逆变整流电路得到了广泛的应用。在新一代大容量STATC0M应用领域中，其主电路主流是级联H型逆变器，这种级联方式可以使得逆变模块输出的电压更大，且输出电压包含的谐波成分更少。H桥逆变器的直流侧采用薄膜电容，这种电容耐高压和抗纹波电流能力强。为了更好的实现直流侧电容电压采样精度和速度的要求，通过运放差分电路和滤波电路，实现直流侧电容电压的调理，使得直流侧电压波形更加精确和完美，经过模数转换后，电流输入到控制器中。
发明内容为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为:一种基于级联型H桥逆变器拓扑的直流母线电容电压采样电路，包括串电阻限流降压电路、差分运算放大电路和二阶低通滤波电路，其特征是:所述的串电阻限流降压电路由电阻R0、电阻R13、电阻Rll和电阻R12组成，所述的差分运算放大电路由运算放大器Al、A2、A3及其外围电阻Rl R7组成，所述的二阶低通滤波电路由运算放大器A4、外围电阻R8、R9、R10、电容Cl、电容C2组成，采样电路的采样端BUS+和采样端BUS-分别接直流侧电容的两端。所述的串电 阻限流降压电路中的电阻RO和电阻R13均由12个阻值为365k的电阻串联而成，电阻Rll和电阻R12的阻值都为2.01k。所述的串电阻限流降压电路的采样电压Vl和采样电压V2分别作用于运算放大器Al的同相端和运算放大器A2的同相端，采样电压Vl和采样电压V2的电压差U12经过由电阻R1、R2、R3和运算放大器A1、A2构成电压差分放大电路时，电压幅值缩小，然后经过由电阻R4、R5、R6、R7和运算放大器A3构成的同相比例放大器可以得到电压信号V0。所述的二阶低通滤波电路的电路比例增益为1，电容Cl、电容C2和电阻R9、电阻RlO用于决定了输出信号截止频率，所述的二阶低通滤波电路输出信号截止频率为331Hz。本实用新型的优点是:本实用新型的目的是提供一种直流母线电容电压采样电路，本电路设计简单，精度和效率高，此电路非常简单，效率可达95%以上。另一方面，多电阻串联可以使得运算放大器散热充分，延长放大器的寿命。差分运算放大器电路由三个运算放大器组成差分运放电路。二阶低通滤波电路主要用来滤除采样电压中的电压纹波，使得输出电压信号精确和完整。[0009]此电路非常简单，效率可达95%以上。
图1为级联H桥逆变器原理图。图2为直流母线电容电压采样电路。附图中:1、串电阻限流降压电路；2、差分运算放大器电路；3、二阶低通滤波电路。
具体实施方式
本实用新型是基于级联型H桥逆变器拓扑的直流母线电容电压采样电路。如图1，它是级联型H桥逆变器原理图。IGBTl，IGBT2, IGBT3, IGBT4为四个开关器件，Dl, D2，D3，D4为二极管，直流侧电容为C，A和N表示电网A相电压和零线。通过对开关器件的控制，使得直流侧电容C处于充放电状态，实现电网和直流侧电容C能量的交换。图2所示的是直流母线电容电压采样电路。虚线矩形方框I代表串电阻限流降压电路，由12个阻值为365k串联的电阻R0，12个阻值为365k串联的电阻R13，和电阻R11，R12构成。虚线矩形方框2代表差分运算放大器电路，由电阻和运算放大器Al A3构成。虚线矩形方框3代表二阶低通滤波电路。图2中，电阻Rl的阻值为1.5k,电阻R2 R7的阻值都为4.07k,电阻R8和电阻R9的阻值都为15k，电阻RlO的阻值为3.3k，电阻Rll和电阻R12的阻值都为2.0lk,电容Cl大小为0.47uF,电 容C2大小为0.0luF0 GND代表接地，电压符号Vl和V2代表运算放大器Al和运算放大器A2同相输入端的电压值，VO代表A3输出端的电压值，BUS+和BUS-分别代表直流母线电容的两端，BUSP代表采样滤波后的输出信号。A1、A2、A3、A4代表运算放大器，所用的型号为LM324。BUS+和BUS-分别接直流侧电容的两端，当图1所示A端和N端接入电网时，通过不可控二极管Dl，D2，D3，D4整流后，直流侧电容的两端就会出现电压差，此时电压差为(BUS+)-(BUS-)，这个电压差值很大，不能直接送到控制器中，必须通过串电阻限流降压电路进行降压。当高电压(BUS+)-(BUS_)通过由电阻RO和电阻R13和电阻(R11、R12)串联构成的电路时，由于电阻R11、电阻R12是小阻值电阻，电阻(R0、R13)是大阻值电阻，所以电阻R11、电阻R12电阻上分得的电压很小，也就是说电压Vl和电压V2的值很小，所以输入到运算放大器Al和运算放大器A2的电压差U12就很小，满足放大器Al和运算放大器A2对自身输入电压的要求。当电压差U12经过由电阻(Rl、R2、R3)和放大器(Al、A2)构成电压差分放大电路时，这个电压差U12幅值上进一步缩小，再经过由电阻R4 R7和运算放大器A3构成同相比例放大器(比例系数为I)就可以得到幅值较小，波形完美的电压信号V0。经虚线框I和虚线框2的电路输出的采样后输出电压VO的大小，
f,0 = -0.0029；173x[(50 +)-,其中-0.0029173 为采样比例系数，(BUS+)-(BUS-)
为直流侧电容两端电压。这个采样比例系数很小，对于高压大容量STATC0M来说，采样后得到的电压信号BUSP能够直接输入到控制器中进行处理。虚线框3为二阶低通滤波电路，电路比例增益为1，电容Cl、C2和电阻R9、RlO决定了输出信号截止频率，该输出信号截止频率为331Hz。也就是说，当直流侧电容电压含有的谐波频率高于331Hz时，就不能通过此滤波电路输入到控制器中，高次谐波通过Cl流入大地，避免了高次谐波对控制器的影响，提高了电路的采样精度和准确度。上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的构思和保护范围进行限定，在不脱离本实用新型设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围。·
权利要求1.一种基于级联型H桥逆变器拓扑的直流母线电容电压采样电路，包括串电阻限流降压电路(I)、差分运算放大电路(2)和二阶低通滤波电路(3)，其特征在于:所述的串电阻限流降压电路(I)由电阻R0、电阻R13、电阻Rll和电阻R12组成，所述的差分运算放大电路(2)由运算放大器A1、A2、A3及其外围电阻Rl R7组成，所述的二阶低通滤波电路(3)由运算放大器A4、外围电阻R8、R9、R10、电容Cl、电容C2组成，采样电路的采样端BUS+和采样端BUS-分别接直流侧电容的两端。
2.根据权利要求1所述的基于级联型H桥逆变器拓扑的直流母线电容电压采样电路，其特征在于:所述的串电阻限流降压电路(I)中的电阻RO和电阻R13均由12个阻值为365k的电阻串联而成，电阻Rll和电阻R12的阻值都为2.0lk0
3.根据权利要求1所述的基于级联型H桥逆变器拓扑的直流母线电容电压采样电路，其特征在于:所述的串电阻限流降压电路(I)的采样电压Vl和采样电压V2分别作用于运算放大器Al的同相端和运算放大器A2的同相端，采样电压Vl和采样电压V2的电压差U12经过由电阻Rl、R2、R3和运算放大器Al、A2构成电压差分放大电路时，电压幅值缩小，然后经过由电阻R4、R5、R6、R7和运算放大器A3构成的同相比例放大器可以得到电压信号W。
4.根据权利要求1所述的基于级联型H桥逆变器拓扑的直流母线电容电压采样电路，其特征在于:所述的二阶低通滤波电路(3)的电路比例增益为1，电容Cl、电容C2和电阻R9、电阻RlO用于决定了输出信号截止频率，所述的二阶低通滤波电路(3)输出信号截止频率为331 Hz。
专利摘要一种基于级联型H桥逆变器拓扑的直流母线电容电压采样电路，包括串电阻限流降压电路、差分运算放大电路和二阶低通滤波电路，串电阻限流降压电路由若干电阻和两个小阻值电阻组成，所述的差分运算放大电路由运算放大器及其外围电阻组成，二阶低通滤波电路由运算放大器、外围电阻、电容组成，采样电路的采样端BUS+和采样端BUS-分别接直流侧电容的两端。本电路设计简单，精度和效率高，此电路非常简单，效率可达95%以上。
文档编号H02M7/521GK203104327SQ20122073215
公开日2013年7月31日 申请日期2012年12月27日 优先权日2012年12月27日
发明者严志敬, 张恩锋, 张 浩, 翟福军, 张丰仁, 程应顺, 孙秀芹, 王正刚, 刘鹏, 史永辉, 杨启星, 林廷宝 申请人:枣庄矿业(集团)有限责任公司供电工程处