一種直流母線電壓檢測電路的製作方法

2023-06-29 08:31:41

本實用新型涉及電壓檢測技術領域，更具體的說，涉及一種直流母線電壓檢測電路。

背景技術：

在伺服驅動器或變頻器(也可稱為交流驅動器)設計過程中，直流母線電壓是一個非常重要的參數，第一，通過它可知驅動器是否過壓或欠壓；第二通過它可知何時需要打開制動電阻；第三，利用它可做電流環控制參數。

目前，在伺服驅動器或變頻器設計過程中，直流母線電壓的檢測通常採用直接在直流母線上並聯分壓電阻網絡，並將分壓得到的電壓信號送至CPU(Central Processing Unit，中央處理器)運算處理得到直流母線電壓。

現有檢測電路雖然比較簡單，但是存在抗幹擾性能不強的缺點，在高壓時，直流母線容易受與該直流母線連接的逆變電路中PWM開關信號的幹擾，從而導致檢測得到的直流母線電壓的誤差比較大。特別是在大功率伺服驅動器的直流母線電壓檢測時，由於直流母線電壓檢測點到檢測電路需要用導線連接，而導線距離又比較長，如果採用現有檢測電路，很容易使採樣得到的採樣電壓信號受到幹擾，導致檢測得到的直流母線電壓不準確。

技術實現要素：

有鑑於此，本實用新型公開一種直流母線電壓檢測電路，以解決現有檢測電路抗幹擾能力差，導致檢測得到的直流母線電壓誤差比較大的問題。

一種直流母線電壓檢測電路，包括：

輸入端與交流電連接的整流模塊；

輸入端與所述整流模塊的輸出端通過直流母線連接的平滑濾波模塊，所述平滑濾波模塊包括串聯連接的第一平滑濾波支路和第二平滑濾波支路，所述第一平滑濾波支路和所述第二平滑濾波支路的結構及設計參數相同；

以及母線電壓檢測模塊，所述母線電壓檢測模塊包括：第一分壓電阻網絡、第二分壓電阻網絡、採樣電阻和中央處理器CPU，其中，所述第一分壓電阻網絡的阻值和所述第二分壓電阻網絡的阻值相同，且與所述採樣電阻的阻值差值不低於預設差值；

所述第一分壓電阻網絡與所述第一平滑濾波支路並聯連接，所述第二分壓電阻網絡和所述採樣電阻形成的串聯支路與所述第二平滑濾波支路並聯連接，且所述串聯支路與所述第一分壓電阻網絡串聯連接，所述CPU的輸入端與所述第二分壓電阻網絡和所述採樣電阻的公共端連接，所述輸入端用於獲取所述採樣電阻上的採樣電壓信號，以使所述CPU根據所述採樣電壓信號計算得到直流母線電壓。

優選的，所述第一平滑濾波支路包括：第一母線電容支路和與所述第一母線電容支路並聯連接的第一均壓電阻支路。

優選的，所述第一母線電容支路包括一個母線電容或多個並聯連接且容值相同的母線電容。

優選的，所述第一均壓電阻支路中的電阻為功率電阻。

優選的，所述第二平滑濾波支路包括：第二母線電容支路和與所述第二母線電容支路並聯連接的第二均壓電阻支路。

優選的，所述第二母線電容支路包括一個母線電容或多個並聯連接且容值相同的母線電容。

優選的，所述第二均壓電阻支路中的電阻為功率電阻。

優選的，所述第一母線電容支路的容值和所述第二母線電容支路的容值相同，且所述第一均壓電阻支路的電阻值和所述第二均壓電阻支路的電阻值相同。

優選的，所述第一分壓電阻網絡的阻值和所述第二分壓電阻網絡的阻值均不低於所述第一均壓電阻支路的阻值的6倍。

優選的，所述第一分壓電阻網絡包括一個電阻或多個串聯連接的電阻。

優選的，所述第二分壓電阻網絡包括一個電阻或多個串聯連接的電阻。

優選的，所述母線電壓檢測模塊還包括：

設置在所述採樣電阻和所述CPU之間的AD轉換器；

以及，設置在所述AD轉換器和所述CPU之間的高速光耦。

優選的，所述高速光耦由隔離電源供電，且與所述CPU共信號地。

從上述的技術方案可知，本實用新型公開了一種直流母線電壓檢測電路，包括整流模塊、平滑濾波模塊和母線電壓檢測模塊，平滑濾波模塊包括串聯連接且結構及設計參數均相同的第一平滑濾波支路和第二平滑濾波支路，母線電壓檢測模塊包括：第一分壓電阻網絡、第二分壓電阻網絡、採樣電阻和CPU，第一分壓電阻網絡和第二分壓電阻網絡串聯連接且阻值相同，本實用新型通過將第一平滑濾波支路和第二平滑濾波支路的公共端與第一分壓電阻網絡和第二分壓電阻網絡的公共端連接，實現了兩個公共端的電壓的相互制約，使兩個公共端的電壓均保持為直流母線電壓的一半，從而增加了直流母線電壓的穩定性，提高了直流母線的抗幹擾能力，進而提高了檢測得到的直流母線電壓的準確性。

附圖說明

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據公開的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本實用新型實施例公開的一種直流母線電壓檢測電路的電路圖；

圖2為本實用新型實施例公開的另一種直流母線電壓檢測電路的電路圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。

本實用新型實施例公開了一種直流母線電壓檢測電路，以解決現有檢測電路抗幹擾能力差，導致檢測得到的直流母線電壓誤差比較大的問題。

參見圖1，本實用新型實施例公開的一種直流母線電壓檢測電路的電路圖，該電路包括：整流模塊10、平滑濾波模塊20和母線電壓檢測模塊30。

其中：

整流模塊10的輸入端與交流電AC連接，整流模塊10用於將交流電整流成直流電。

平滑濾波模塊20的輸入端與整流模塊10的輸出端通過直流母線連接，平滑濾波模塊20用於對直流母線電壓進行濾波，得到穩定平滑的直流母線電壓。

平滑濾波模塊20包括：串聯連接的第一平滑濾波支路21和第二平滑濾波支路22，第一平滑濾波支路21和第二平滑濾波支路22的結構及設計參數相同。

母線電壓檢測模塊30包括：第一分壓電阻網絡31、第二分壓電阻網絡32、採樣電阻Rsense和CPU33；

第一分壓電阻網絡31的阻值和第二分壓電阻網絡32的阻值相同，且與採樣電阻Rsense的阻值差值不低於預設差值，也即，第一分壓電阻網絡31的阻值和第二分壓電阻網絡32的阻值需遠遠大於採樣電阻Rsense的阻值。

母線電壓檢測模塊30各組成部分的連接關係具體如下：

第一分壓電阻網絡31與第一平滑濾波支路21並聯連接，第二分壓電阻網絡32和採樣電阻Rsense形成的串聯支路與第二平滑濾波支路22並聯連接，且該串聯支路與第一分壓電阻網絡31串聯連接，CPU33的輸入端與第二分壓電阻網絡32和採樣電阻Rsense的公共端連接，該輸入端用於獲取採樣電阻Rsense上的採樣電壓信號，以使CPU33根據該採樣電壓信號計算得到直流母線電壓。

需要說明的是，第一分壓電阻網絡31的阻值和第二分壓電阻網絡32的阻值遠遠大於採樣電阻Rsense的阻值的目的為：當直流母線電壓施加在由第一分壓電阻網絡31、第二分壓電阻網絡32和採樣電阻Rsense形成的串聯支路上時，採樣電阻Rsense上的分壓較小，從而可以忽略不計，從而第一分壓電阻網絡31上的分壓值和第二分壓電阻網絡32上的分壓值近似相等。

其中，第一分壓電阻網絡31和第二分壓電阻網絡32中的電阻均為小信號電阻，從採樣電阻Rsense上獲取的採樣電壓信號也為小信號。

本實用新型公開的直流母線電壓檢測電路的檢測過程具體如下：

上電後，輸入的交流電經整流模塊10整流以及平滑濾波模塊20平滑濾波後得到穩定的直流母線電壓，該直流母線電壓施加在由第一分壓電阻網絡31、第二分壓電阻網絡32和採樣電阻Rsense形成的串聯支路上，採樣電阻Rsense上的採樣電壓信號被傳輸至CPU33進行運算處理，得到直流母線電壓，從而完成直流母線電壓的檢測。

綜上可知，本實用新型公開的直流母線電壓檢測電路，包括整流模塊10、平滑濾波模塊20和母線電壓檢測模塊30，平滑濾波模塊20包括串聯連接且結構及設計參數均相同的第一平滑濾波支路21和第二平滑濾波支路22，母線電壓檢測模塊30包括：第一分壓電阻網絡31、第二分壓電阻網絡32、採樣電阻Rsense和CPU33，第一分壓電阻網絡31和第二分壓電阻網絡32串聯連接且阻值相同，本實用新型通過將第一平滑濾波支路21和第二平滑濾波支路21的公共端與第一分壓電阻網絡31和第二分壓電阻網絡31的公共端連接，實現了兩個公共端的電壓的相互制約，使兩個公共端的電壓均保持為直流母線電壓的一半，從而增加了直流母線電壓的穩定性，提高了直流母線的抗幹擾能力，進而提高了檢測得到的直流母線電壓的準確性。

其中，上述實施例中，第一平滑濾波支路21包括：第一母線電容支路和與該第一母線電容支路並聯連接的第一均壓電阻支路。

第一母線電容支路可以僅包括一個母線電容(例如圖1中示出的C1)，也可以為多個並聯連接且容值相同的母線電容(圖1中未示出)。在實際應用中，需根據所需容值選擇母線電容的數量。

第一均壓電阻支路中的電阻為功率電阻，在實際應用中，第一均壓電阻支路中的電阻可以為一個電阻(例如圖1中示出的R均壓1)或是多個串聯連接的電阻，在實際應用中，需根據所需阻值選擇電阻的數量。

相應的，第二平滑濾波支路21包括：第二母線電容支路和與該第二母線電容支路並聯連接的第二均壓電阻支路。

第二母線電容支路可以僅包括一個母線電容(例如圖1中示出的C2)，也可以為多個並聯連接且容值相同的母線電容(圖1中未示出)。在實際應用中，需根據所需容值選擇母線電容的數量。

第二均壓電阻支路中的電阻為功率電阻，在實際應用中，第二均壓電阻支路中的電阻可以為一個電阻(例如圖1中示出的R均壓2)或是多個串聯連接的電阻，在實際應用中，需根據所需阻值選擇電阻的數量。

由於第一平滑濾波支路21和第二平滑濾波支路22的結構及設計參數相同，因此，具體的，第一母線電容支路的容值和第二母線電容支路的容值相同，且第一均壓電阻支路的阻值和第二均壓電阻支路的阻值相同。

其中，上述實施例中，第一分壓電阻網絡31包括一個電阻或多個串聯連接的電阻，同樣，第二分壓電阻網絡32包括一個電阻或多個串聯連接的電阻。例如，圖1公開的實施例中，第一分壓電阻網絡31包括三個串聯連接的電阻，第二分壓電阻網絡32包括三個串聯連接的電阻。

第一分壓電阻網絡31的阻值和第二分壓電阻網絡32的阻值還需均不低於第一均壓電阻支路(或第二均壓電阻支路)的阻值的6倍。

需要說明的是，在實際中，整流得到的直流母線電壓較高，因此，為降低電能損耗、提高電壓質量和設備利用率，通常在直流母線上連接母線電容，以補償整個系統的無功功率，提高功率因數。

通常將多個功率和型號相同的母線電容串聯使用，而電容的漏電流差異會導致各母線電容承受的電壓不一致，如果各母線電容承受的電壓嚴重不均衡，將會大大縮短母線電容的使用壽命，所以通常在各母線電容上並聯相同阻值的功率電阻(見圖1中的R均壓1和R均壓2)，以達到均衡母線電容電壓的目的。

本實用新型中，母線電容均壓的控制過程通過第一均壓電阻支路、第二均壓電阻支路、第一分壓電阻網絡31和第二分壓電阻網絡32共同實現，其中，阻值關係滿足如下條件：

(1)第一均壓電阻支路的阻值和第二均壓電阻支路的組成相同，且兩個均壓電阻支路中的電阻均為功率電阻；

(2)第一分壓電阻網絡31的阻值和第二分壓電阻網絡32的阻值相同，且兩個分壓電阻網絡的阻值均遠大於採樣電阻Rsense的阻值，與此同時，兩個分壓電阻網絡的阻值均不低於第一均壓電阻支路(或第二均壓電阻支路)的阻值的6倍。

(3)第一均壓電阻支路、第二均壓電阻支路、第一分壓電阻網絡31和第二分壓電阻網絡32中的電阻均為小信號電阻。

從上述論述可知，第一母線電容支路和第二母線電容支路不均壓是由於它們的漏電流差異引起的，漏電流差異越大，第一母線電容支路和第二母線電容支路的電壓差越大。

本實用新型中，母線電容均壓的控制過程為：

假設第一母線電容支路僅包含一個母線電容C1，第二母線電容支路僅包含一個母線電容C2，母線電容C1的電壓大於母線電容C2的電壓，由於均壓電阻：第一均壓電阻支路的阻值＝第二均壓電阻支路的阻值，且第一分壓電阻網絡31的阻值＝第二分壓電阻網絡32的阻值，則母線電容C1的靜態放電電流將大於母線電容C2的靜態放電電流，使得母線電容C1的電壓上升速率和母線電容C2的電壓下降速率均變緩，並最終穩定在一個特定的範圍，從而增加了直流母線電壓的穩定性。

通過選擇適當阻值的電阻，可使電路得到較好的均壓效果。試驗表明：第一分壓電阻網絡31的阻值和第二分壓電阻網絡32的阻值相同，且兩個分壓電阻網絡的阻值均遠大於採樣電阻Rsense的阻值，兩個分壓電阻網絡的阻值均不低於第一均壓電阻支路(或第二均壓電阻支路)的阻值的6倍時，可使電路具有較好的均壓效果。

綜上可知，本實用新型通過連接均壓電阻的中點(包括：第一均壓電阻支路和第二均壓電阻支路)與分壓電阻(包括：第一分壓電阻網絡31和第二分壓電阻網絡32)的中點，增加了直流母線電壓的穩定性。

將直流母線上並聯的均壓電阻的中點和分壓電阻的中點相連接，可以增加直流母線電壓的穩定性的原因為：

理想狀態下：均壓電阻的中點電壓為：0.5*母線電壓，分壓電阻的中點電壓為：0.5*母線電壓，這樣的狀況下，兩個中點不連接也可以達到直流母線電壓的檢測精度，但是實際上由於均壓電阻和分壓電阻都存在一定誤差，導致兩個中點電壓不為：0.5*母線電壓，因此均壓效果不好，通過將兩個中點相連接可以達到中點電壓相互制約的作用，使兩個中點電壓均保持為0.5*母線電壓。

為進一步增加直流母線電壓的抗幹擾性，參見圖2，本實用新型另一實施例公開的一種直流母線電壓檢測電路的電路圖，在圖1所示實施例的基礎上，母線電壓檢測模塊30還包括：

設置在採樣電阻Rsense和CPU33之間的AD轉換器34；

以及，設置在AD轉換器34和CPU33之間的高速光耦35。

本實用新型公開的直流母線電壓檢測電路的檢測過程具體如下：

上電後，輸入的交流電經整流模塊10整流以及平滑濾波模塊20平滑濾波後得到穩定的直流母線電壓，該直流母線電壓施加在由第一分壓電阻網絡31、第二分壓電阻網絡32和採樣電阻Rsense形成的串聯支路上，採樣電阻Rsense上的採樣電壓信號通過AD轉換器34由模擬信號轉換成數位訊號，輸出至高速光耦35，高速光耦35在將數位訊號形式的採樣電壓信號傳輸給CPU33進行運算處理，得到直流母線電壓，從而完成直流母線電壓的檢測。

其中，高速光耦35由隔離電源供電，且與CPU33共信號地，用於隔離母線高壓端對後級的影響。

需要說明的是，由於數位訊號僅有高電平和低電平兩種狀態，而模擬信號有很多幅值表示方式，即模擬信號用不同的幅值代表不同的信息，因此，數位訊號的比模擬信號的抗幹擾能力強。

本實用新型中，AD轉換器34將採樣電壓信號通過由模擬信號轉換成數位訊號，可以增加採樣電壓信號的抗幹擾能力，從而提高了檢測得到的直流母線電壓的準確性。

另外，數位訊號形式的採樣電壓信號經過高速光耦35隔離，可以使CPU33進行數據處理時與直流母線電壓部分隔離，從而大大降低了模塊之間的相互幹擾，進而提高了檢測得到的直流母線電壓的準確性。

最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本實用新型。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本實用新型的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本實用新型將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。