基于光電耦合器檢測電壓相位的回饋方法和裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于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(qū)動電路。方法是（1）三相電壓中的每相電壓經(jīng)過兩半波光電耦合器轉(zhuǎn)換為低電壓數(shù)字電平信號；（2）檢測一光電耦合器的次級輸出數(shù)字電平信號，檢測每相中的一個光電耦合器的次級輸出數(shù)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(qū)動電路驅(qū)動IGBT一個周期導通120度。本發(fā)明抗干擾能力強，功率單元內(nèi)部只需一個CPLD完成，減少一個DSP芯片，降低成本，提高可靠性。
【專利說明】基于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(fā)明涉及一種基于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(nèi)基于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(fā)電的狀態(tài)，當電機處于發(fā)電狀態(tài)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(fā)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(wǎng)再利用，使用的方法是通過DSP的AD采樣管腳檢測電網(wǎng)電壓的相位，并產(chǎn)生PWM回饋信號，通過電感回饋到電網(wǎng)，功率單元內(nèi)必須加整流橋。這種方法檢測電網(wǎng)電壓相位的方法復雜，而且通過AD采樣的方法采集電壓相位，容易受干擾,產(chǎn)生PWM回饋的方法復雜，器件多，成本高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術存在的不足，提供了一種基于光耦檢測電壓相位的方法和裝置。
[0005]基于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(qū)動電路，回饋/整流電路驅(qū)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(qū)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(qū)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(qū)動電路的C相的上橋臂、下橋臂的IGBT的控制端，回饋/整流驅(qū)動電路輸出端連接功率單元的逆變IGBT回路。
[0006]上述電路中，光電耦合器的次級輸出為OC門輸出，連接上拉電阻之后輸出5V和OV電平，通過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為5V和OV電平，再連接到回饋驅(qū)動電路中的IGBT的控制端。
[0008]基于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(jīng)過兩半波光電耦合器轉(zhuǎn)換為低電壓數(shù)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(shù)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(qū)動電路驅(qū)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(shù)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(tǒng)可靠性。
[0010]與現(xiàn)有技術相比本發(fā)明具有以下明顯的優(yōu)點:本發(fā)明的電壓相位檢測電路控制方案，采用光耦的形式，將電壓的模擬量信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號，通過數(shù)字量信號的采集得到電壓的相位信息，抗干擾能力強，對于數(shù)字量信號的采集，功率單元內(nèi)部只需一個CPLD完成，與現(xiàn)在控制電路中DSP+CPLD的方案相比，減少一個DSP芯片，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系圖；
圖3為輸入電壓相位與下橋臂IGBT控制光耦輸出的電平關系圖；
圖4為上橋臂IGBT控制光耦輸出與回饋驅(qū)動信號的關系圖；
圖5為下橋臂IGBT控制光耦輸出與回饋驅(qū)動信號的關系圖；
圖6為高壓提升機變頻器功率單元系統(tǒng)框圖；
圖7為回饋電路與功率單元主回路圖；
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(qū)動信號；
7-下橋光f禹VAD輸出，8-A相下橋臂IGBT驅(qū)動信號；
9-耦合電路，10-CPLD控制電路，11-主控系統(tǒng)，12-逆變IGBT回路，13-逆變驅(qū)動電路，14-回饋驅(qū)動電路，15-回饋/整流電路。

【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的詳細描述:
如圖1、圖6、圖7所示的基于光耦檢測電壓相位的電路:包括用于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，連接上拉電阻之后輸出5V和OV電平，通過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(tǒng)11傳遞單元故障，主控系統(tǒng)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(tǒng)11的開機信號時，向逆變驅(qū)動電路13發(fā)出PWM信號，逆變驅(qū)動電路13驅(qū)動逆變IGBT回路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(qū)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(qū)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(qū)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回路12。
[0018]基于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(jīng)過兩半波光電耦合器轉(zhuǎn)換為低電壓數(shù)字電平信號；(2)檢測一光電耦合器的次級輸出數(shù)字電平信號，當電平為高電平時，控制回饋驅(qū)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(qū)動電路驅(qū)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(shù)字電平信號，當電平為低電平時，控制回饋驅(qū)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(tǒng)可靠性。
[0020]以A相為例，圖2中A相輸入相電壓VAl經(jīng)過一光電耦合器轉(zhuǎn)換為低電壓數(shù)字電平信號上橋光稱VAU輸出2, A相輸入相電壓VA3經(jīng)過另一光電稱合器轉(zhuǎn)換為低電壓數(shù)字電平信號上橋光I禹VAU輸出4。
[0021]采集的三相輸入電壓的相位輸入CPLD控制電路10，依據(jù)輸出電平過零點跳變確定電壓的相位范圍，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°范圍內(nèi)，開通回饋驅(qū)動電路15的上橋臂的IGBT,在一相輸入電壓的相位在210°?330°范圍內(nèi)，開通回饋驅(qū)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(qū)動信號6在電平的跳變沿之后30°開通，在電平的跳變沿之前30°關斷，即30°?150°范圍內(nèi)，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(qū)動信號8在電平的跳變沿之后30°開通，在電平的跳變沿之前30°關斷，即在210°?330°范圍內(nèi)，在輸入電壓的負半軸部分開通120°。
[0023]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于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，其特征是: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(qū)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(qū)動電路輸出端連接功率單元的逆變IGBT回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于光耦檢測電壓相位的電路，其特征是:所述光電耦合器的次級輸出為OC門輸出，連接上拉電阻之后輸出5V和OV電平，通過電平轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)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(jù)權(quán)利要求1所述的的基于光耦檢測電壓相位的電路，其特征是: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(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為5V和OV電平，再連接到所述回饋驅(qū)動電路中的IGBT的控制端。
4.基于光耦檢測電壓相位的回饋方法，其特征是:(I)三相電壓中的每相電壓經(jīng)過兩半波光電耦合器轉(zhuǎn)換為低電壓數(shù)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(shù)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(jù)權(quán)利要求4所述的基于光耦檢測電壓相位的回饋方法，其特征是:檢測每相中另一個光電耦合器的次級輸出數(shù)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(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)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(fā)展有限公司