基於光電耦合器檢測電壓相位的回饋方法和裝置製造方法
2023-04-29 00:14:08 2
基於光電耦合器檢測電壓相位的回饋方法和裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於光耦檢測電壓相位的電路和方法，電路包括耦合電路、CPLD控制電路、回饋驅動電路。方法是（1）三相電壓中的每相電壓經過兩半波光電耦合器轉換為低電壓數字電平信號；（2）檢測一光電耦合器的次級輸出數字電平信號，檢測每相中的一個光電耦合器的次級輸出數字電平信號，當電平為高電平時，控制回饋/整流電路的同相中的上橋臂IGBT導通，用來判斷電壓信號的相位信息，控制回饋驅動電路驅動IGBT一個周期導通120度。本發明抗幹擾能力強，功率單元內部只需一個CPLD完成，減少一個DSP晶片，降低成本，提高可靠性。
【專利說明】基於光電耦合器檢測電壓相位的回饋方法和裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於光耦檢測電壓相位的回饋/整流方法，更具體的說，應用在高壓提升機變頻器功率單元內基於光耦檢測電壓相位的回饋/整流方法。
【背景技術】
[0002]提升機變頻器運行在四象限，就會存在電機發電的狀態，當電機處於發電狀態時，就給高壓提升機變頻器的功率單元充電，導致功率單元的母線電壓升高，為限制母線電壓升高，保證提升機變頻器的正常運行，必須處理電機發電給功率單元帶來的能量。
[0003]起初是通過放電電阻，將能量釋放掉，但這樣就導致了能源的浪費，目前市面上使用的都是將能量回饋到電網再利用，使用的方法是通過DSP的AD採樣管腳檢測電網電壓的相位，並產生PWM回饋信號，通過電感回饋到電網，功率單元內必須加整流橋。這種方法檢測電網電壓相位的方法複雜，而且通過AD採樣的方法採集電壓相位，容易受幹擾,產生PWM回饋的方法複雜，器件多，成本高。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有技術存在的不足，提供了一種基於光耦檢測電壓相位的方法和裝置。
[0005]基於光耦檢測電壓相位的電路:包括耦合電路、CPLD控制電路、回饋/整流電路，耦合電路包括六個光電耦合器，光電耦合器的初級輸入按照三相半波整流形式連接，光電耦合器的次級輸出連接到CPLD控制電路的信號輸入端，CPLD控制電路的控制輸出端連接回饋驅動電路，回饋/整流電路驅動由6個IGBT組成的三相半波整流形式連接，三相電源連接所述回饋/整流電路，A相兩個光電耦合器通過CPLD控制電路分別連接到回饋/整流驅動電路的A相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，B相兩個光電耦合器通過CPLD控制電路分別連接到回饋/整流驅動電路的B相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，C相兩個光電耦合器通過CPLD控制電路分別連接到回饋/整流驅動電路的C相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，回饋/整流驅動電路輸出端連接功率單元的逆變IGBT迴路。
[0006]上述電路中，光電耦合器的次級輸出為OC門輸出，連接上拉電阻之後輸出5V和OV電平，通過電平轉換電路轉換為3.3V和OV電平，再輸入CPLD控制電路的輸入端。
[0007]上述電路中，CPLD控制電路的控制輸出端為3.3V和OV電平，通過電平轉換電路轉換為5V和OV電平，再連接到回饋驅動電路中的IGBT的控制端。
[0008]基於光耦檢測電壓相位的回饋方法:(I)三相電壓中的每相電壓經過兩半波光電耦合器轉換為低電壓數字電平信號；(2)檢測每相中的一個光電耦合器的次級輸出數字電平信號，當電平為高電平時，控制回饋/整流電路的同相中的上橋臂IGBT導通，用來判斷電壓信號的相位信息，控制回饋驅動電路驅動IGBT —個周期導通120度。
[0009]為提高容錯能力，檢測每相中另一個光電耦合器的次級輸出數字電平信號，當電平為低電平時，控制回饋/整流電路的同相中的下橋臂IGBT導通，每個IGBT由一個光電耦合器電壓檢測信號來控制，電壓檢測信號之間具有矯正性，提高系統可靠性。
[0010]與現有技術相比本發明具有以下明顯的優點:本發明的電壓相位檢測電路控制方案，採用光耦的形式，將電壓的模擬量信號轉化為數字量信號，通過數字量信號的採集得到電壓的相位信息，抗幹擾能力強，對於數字量信號的採集，功率單元內部只需一個CPLD完成，與現在控制電路中DSP+CPLD的方案相比，減少一個DSP晶片，降低成本，提高可靠性，新型的控制方案，同時不需要電抗器和整流橋，進一步降低成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1為輸入電壓相位檢測原理圖；
圖2為輸入電壓相位與上橋臂IGBT控制光耦輸出的電平關係圖；
圖3為輸入電壓相位與下橋臂IGBT控制光耦輸出的電平關係圖；
圖4為上橋臂IGBT控制光耦輸出與回饋驅動信號的關係圖；
圖5為下橋臂IGBT控制光耦輸出與回饋驅動信號的關係圖；
圖6為高壓提升機變頻器功率單元系統框圖；
圖7為回饋電路與功率單元主迴路圖；
圖中:
1-A相輸入相電壓VA，2-上橋光耦VAU輸出；
3-A相輸入相電壓VA, 4-下橋光I禹VAD輸出；
5-上橋光耦VAU輸出，6-A相上橋臂IGBT驅動信號；
7-下橋光f禹VAD輸出，8-A相下橋臂IGBT驅動信號；
9-耦合電路，10-CPLD控制電路，11-主控系統，12-逆變IGBT迴路，13-逆變驅動電路，14-回饋驅動電路，15-回饋/整流電路。
【具體實施方式】
[0012]以下結合【專利附圖】
【附圖說明】和【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述:
如圖1、圖6、圖7所示的基於光耦檢測電壓相位的電路:包括用於檢測相位的耦合電路9、CPLD控制電路10、回饋/整流電路15，耦合電路9包括六個光電耦合器，光電耦合器的初級輸入按照三相半波整流形式連接，光電耦合器的次級輸出為OC門輸出，連接上拉電阻之後輸出5V和OV電平，通過電平轉換電路轉換為3.3V和OV電平，再輸入CPLD控制電路的輸入端，CPLD控制電路10的控制輸出端為3.3V和OV電平，通過回饋電路14轉換為5V和OV電平，再連接到回饋/整流電路15中的IGBT的控制端。
[0013]CPLD控制電路10向主控系統11傳遞單元故障，主控系統11向功率單元傳遞開機信號與逆變回饋的PWM信號，傳輸方式為高速光纖。CPLD控制電路10在接收到主控系統11的開機信號時，向逆變驅動電路13發出PWM信號，逆變驅動電路13驅動逆變IGBT迴路12，功率單元開始正常輸出波形。
[0014]回饋/整流電路15由6個IGBT組成的三相半波整流形式連接，三相電源連接回饋/整流電路15，A相兩個光電耦合器E1、E4通過CPLD控制電路10和回饋驅動電路14分別連接到回饋/整流電路15的A相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，即與S1、S2連接，VAU, VAD為CPLD控制電路10的A相上、下橋臂的輸出，R4、R7為上拉電阻。
[0015]B相兩個光電耦合器E2、E5通過CPLD控制電路分別連接到回饋驅動電路的B相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，即與S3、S4連接，VBU、VBD為CPLD控制電路10的B相上、下橋臂的輸出，R5、R8為上拉電阻。
[0016]C相兩個光電耦合器E3、E6通過CPLD控制電路分別連接到回饋驅動電路的C相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，即與S5、S6連接，VCU、V⑶為CPLD控制電路10的C相上、下橋臂的輸出，R6、R9為上拉電阻。
[0017]回饋/整流電路15輸出端連接功率單元的逆變迴路12。
[0018]基於光耦檢測電壓相位的回饋方法:(1)三相電壓中的每相電壓經過兩半波光電耦合器轉換為低電壓數字電平信號；(2)檢測一光電耦合器的次級輸出數字電平信號，當電平為高電平時，控制回饋驅動電路的上橋臂的IGBT導通，用來判斷電壓信號的相位信息，控制回饋驅動電路驅動IGBT —個周期導通120度。
[0019]為提高容錯能力，檢測另一光電耦合器的次級輸出數字電平信號，當電平為低電平時，控制回饋驅動電路的下橋臂的IGBT導通，每個IGBT對應一個光電耦合器電壓檢測信號，電壓檢測信號之間具有矯正性，提高系統可靠性。
[0020]以A相為例，圖2中A相輸入相電壓VAl經過一光電耦合器轉換為低電壓數字電平信號上橋光稱VAU輸出2, A相輸入相電壓VA3經過另一光電稱合器轉換為低電壓數字電平信號上橋光I禹VAU輸出4。
[0021]採集的三相輸入電壓的相位輸入CPLD控制電路10，依據輸出電平過零點跳變確定電壓的相位範圍，CPLD自動生成在零點跳變時IGBT開通30°的延遲和超前，因此在一相輸入電壓的相位在30°?150°範圍內，開通回饋驅動電路15的上橋臂的IGBT,在一相輸入電壓的相位在210°?330°範圍內，開通回饋驅動電路15的下橋臂的IGBT。
[0022]圖5中上橋光耦VAU輸出5在零點跳變時零點跳變時IGBT會有30°的延遲和超前，A相上橋臂IGBT驅動信號6在電平的跳變沿之後30°開通，在電平的跳變沿之前30°關斷，即30°?150°範圍內，在輸入電壓的正半軸部分開通120° ;下橋光耦VAU輸出7在零點跳變時零點跳變時IGBT會有30°的延遲和超前，A相下橋臂IGBT驅動信號8在電平的跳變沿之後30°開通，在電平的跳變沿之前30°關斷，即在210°?330°範圍內，在輸入電壓的負半軸部分開通120°。
[0023]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.基於光耦檢測電壓相位的電路，包括耦合電路、CPLD控制電路、回饋/整流電路，其特徵是:所述耦合電路包括六個光電耦合器，所述光電耦合器的初級輸入按照三相半波整流形式連接，所述光電耦合器的次級輸出連接到所述CPLD控制電路的信號輸入端，所述CPLD控制電路的控制輸出端連接所述回/整流電路，所述回饋/整流電路驅動由6個IGBT組成的三相半波整流形式連接，三相電源連接所述回饋/整流電路，A相兩個光電耦合器通過所述CPLD控制電路分別連接到所述回饋/整流電路的A相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，B相兩個光電耦合器通過所述CPLD控制電路分別連接到所述回饋/整流電路的B相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，C相兩個光電耦合器通過所述CPLD控制電路分別連接到所述回饋/整流電路的C相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，所述回饋驅動電路輸出端連接功率單元的逆變IGBT迴路。
2.根據權利要求1所述的基於光耦檢測電壓相位的電路，其特徵是:所述光電耦合器的次級輸出為OC門輸出，連接上拉電阻之後輸出5V和OV電平，通過電平轉換電路轉換為3.3V和OV電平，所述再輸入CPLD控制電路的輸入端。
3.根據權利要求1所述的的基於光耦檢測電壓相位的電路，其特徵是:所述CPLD控制電路的控制輸出端為3.3V和OV電平，通過電平轉換電路轉換為5V和OV電平，再連接到所述回饋驅動電路中的IGBT的控制端。
4.基於光耦檢測電壓相位的回饋方法，其特徵是:(I)三相電壓中的每相電壓經過兩半波光電耦合器轉換為低電壓數字電平信號；(2)檢測每相中的一個光電耦合器的次級輸出數字電平信號，當電平為高電平時，控制回饋/整流電路的同相中的上橋臂IGBT導通。
5.根據權利要求4所述的基於光耦檢測電壓相位的回饋方法，其特徵是:檢測每相中另一個光電耦合器的次級輸出數字電平信號，當電平為低電平時，控制回饋/整流電路的同相中的下橋臂IGBT導通。
【文檔編號】H02M5/458GK104362864SQ201410505520
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月26日 優先權日:2014年9月26日
【發明者】榮凱, 魏學森, 尹彭飛, 郭少明, 張丙建 申請人:山東新風光電子科技發展有限公司