用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的是提出一種用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路。該檢測電路包括：連接于變頻器三相橋式逆變回路的上、下橋臂之間，用于檢測下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極狀態(tài)的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元；與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端相連，用于將導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出信號與母線電壓進(jìn)行比較的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元；與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元的輸出端相連，用于隔離高壓側(cè)與低壓側(cè)的光耦單元。本實(shí)用新型能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)出IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，并通過極小延遲的高速比較器和高速光耦做到實(shí)時(shí)檢測與反饋，無需電流過零點(diǎn)的檢測或預(yù)估，同時(shí)可以得到電機(jī)的實(shí)際相電壓，從而為死區(qū)補(bǔ)償提供有效判斷信號，使死區(qū)補(bǔ)償及時(shí)對應(yīng)。
【專利說明】用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于變頻器電子【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及到一種用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路。

【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)變頻器的三相橋式逆變回路中，同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)器件IGBT的工作為互補(bǔ)狀態(tài)。由于一般開關(guān)器件IGBT的開通時(shí)間小于關(guān)斷時(shí)間，因此如果將互補(bǔ)的控制信號加到同一橋臂的兩個(gè)開關(guān)器件IGBT的門極上，那么這兩個(gè)開關(guān)器件IGBT將會(huì)發(fā)生直通。必須在開關(guān)器件IGBT開通和關(guān)斷之間設(shè)置一段死區(qū)時(shí)間。
[0003]上述死區(qū)的存在使變頻器不能完全精確地復(fù)現(xiàn)控制信號的波形，輸出電壓產(chǎn)生幅值和相位的誤差，直接影響電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能，其主要后果會(huì)使輸出電壓基波幅值降低，電流波形發(fā)生畸變，在低頻以及高載波頻率時(shí)，會(huì)使電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大脈動(dòng)，嚴(yán)重地影響了系統(tǒng)運(yùn)打性能。
[0004]傳統(tǒng)的軟件死區(qū)檢測分為直接檢測電流過零點(diǎn)和電流矢量判斷電流過零點(diǎn)。直接檢測電流過零點(diǎn)計(jì)算比較簡單，CPU負(fù)擔(dān)較輕。但直接檢測電流過零點(diǎn)對電流噪聲、電流幅值和頻率變化都有較大的敏感性。特別是電機(jī)在低頻運(yùn)行的情況下，由于存在著零電流鉗位現(xiàn)象和脈寬調(diào)制噪聲的影響，開關(guān)頻率附近的諧波分量較多，在零點(diǎn)附近使得電流方向的判斷出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而使得在過零點(diǎn)時(shí)死區(qū)效應(yīng)更加惡化。通常采用的方法是對定子電流進(jìn)行濾波處理。但濾波環(huán)節(jié)的引入?yún)s加劇了對電流極性實(shí)時(shí)監(jiān)測的難度，帶來檢測信號滯后的問題，嚴(yán)重的檢測滯后則會(huì)破壞對死區(qū)時(shí)間的正確補(bǔ)償。通過電流矢量判斷電流過零點(diǎn)方法是通過在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下進(jìn)行變換，將三相定子電流轉(zhuǎn)換成空間電流矢量，由電流矢量的相角間接判斷三相定子電流的極性，對死區(qū)進(jìn)行補(bǔ)償。三相定子電流的基波分量在同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中則表現(xiàn)為直流分量，對該直流分量進(jìn)行濾波處理，對幅值、相位均不會(huì)產(chǎn)生影響。該方法避免了直接檢測電流過零點(diǎn)并進(jìn)行濾波處理所帶來的問題，但要進(jìn)行坐標(biāo)變化，計(jì)算量較大，CPU負(fù)擔(dān)較重。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型的目的是提出一種能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地檢測變頻器三相橋式逆變回路的上、下橋臂實(shí)際導(dǎo)通時(shí)間，并為后續(xù)補(bǔ)償電路判斷電流過零點(diǎn)采集實(shí)時(shí)準(zhǔn)確信號的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路。
[0006]本實(shí)用新型的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路包括:
[0007]連接于變頻器三相橋式逆變回路的上、下橋臂之間，用于檢測下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極狀態(tài)的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元；
[0008]與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端相連，用于將導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出信號與母線電壓進(jìn)行比較的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元；
[0009]與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元的輸出端相連，用于隔離高壓側(cè)與低壓側(cè)的光耦單J Li ο
[0010]本實(shí)用新型的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路的工作步驟及原理如下:
[0011]1、導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元檢測下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極的電壓，從而判斷出橋臂IGBT集電極-發(fā)射極的導(dǎo)通關(guān)斷狀態(tài)，并將檢測到的下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極電壓輸出至導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元；
[0012]2、導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元將下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極電壓與母線電壓進(jìn)行比較，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)光耦的信號；為了在接近下橋臂IGBT關(guān)斷高壓和導(dǎo)通低壓時(shí)觸發(fā)比較器并能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)出IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元將下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極電壓、母線電壓分別按比例縮小后再進(jìn)行比較；
[0013]3、光耦單元隔離高壓側(cè)與低壓側(cè)，并將導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元的輸出信號作為死區(qū)的檢測信號傳輸出去，以供后續(xù)補(bǔ)償電路作為判斷電流過零點(diǎn)的依據(jù)。
[0014]上述單片機(jī)的具體處理可以根據(jù)具體的情況來設(shè)定，此處不再贅述。
[0015]具體來說，所述導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元由串聯(lián)的第一檢測以及比例縮小電阻Rl和第二檢測以及比例縮小電阻R2構(gòu)成，所述第一檢測以及比例縮小電阻Rl連接于變頻器三相橋式逆變回路的上、下橋臂之間，所述第一檢測以及比例縮小電阻Rl和第二檢測以及比例縮小電阻R2的接點(diǎn)為導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端。
[0016]所述導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元由第一級比較電路中的第一檢測比較電阻R3、第二檢測比較電阻R4、第三檢測比較電阻R5、第四檢測比較電阻R6、第一比較器Ul和第二級比較電路中的第一比較電阻R9、第二比較電阻R8、第二比較器U2構(gòu)成，所述第一比較器Ul的反向輸入端與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端相連，所述第一檢測比較電阻R3、第三檢測比較電阻R5、第四檢測比較電阻R6串聯(lián)于變頻器三相橋式逆變回路的上橋臂母線與第一比較器Ul的電源端之間；所述第一檢測比較電阻R3與第三檢測比較電阻R5的接點(diǎn)分成兩路，一路通過第二檢測比較電阻R4的一端接地，另一路與第一比較器Ul的正向輸入端相連；所述第三檢測比較電阻R5與第四檢測比較電阻R6的接點(diǎn)分別與第一比較器Ul的輸出端、第二比較器U2的反向輸入端相連；所述第一比較電阻R9、第二比較電阻R8串聯(lián)于第二比較器U2的電源端與地之間，第一比較電阻R9與第二比較電阻R8的接點(diǎn)與第二比較器U2的正向輸入端相連；第二比較器U2的輸出端為導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元的輸出端。
[0017]所述光耦單元由光耦U3、將光耦U3的輸入端上拉的上拉電阻R7以及將光耦U3的輸出端上拉的上拉電阻RlO構(gòu)成。
[0018]本實(shí)用新型的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路能夠準(zhǔn)確的反應(yīng)出IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，并通過極小延遲的高速比較器和高速光耦做到實(shí)時(shí)檢測與反饋，無需電流過零點(diǎn)的檢測或預(yù)估，同時(shí)可以得到電機(jī)的實(shí)際相電壓，從而為死區(qū)補(bǔ)償提供有效判斷信號，使死區(qū)補(bǔ)償及時(shí)對應(yīng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本實(shí)用新型的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路的原理框圖。
[0020]圖2為本實(shí)用新型的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路的電路原理圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面對照附圖，通過對實(shí)施實(shí)例的描述，對本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】如所涉及的各構(gòu)件的形狀、構(gòu)造、各部分之間的相互位置及連接關(guān)系、各部分的作用及工作原理等作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]如圖1所示，本實(shí)施例的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路包括:連接于變頻器三相橋式逆變回路的上、下橋臂之間，用于檢測下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極狀態(tài)的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元；與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端相連，用于將導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出信號與母線電壓進(jìn)行比較的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元；與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元的輸出端相連，用于隔離高壓側(cè)與低壓側(cè)的光耦單元。
[0024]如圖2所示，IGBTl和IGBT2表示變頻器逆變部分一相的上、下橋臂的IGBT，為方便起見，本文闡述本實(shí)用新型時(shí)僅用一相表示。Cl和C2表示變頻器直流母線上的平波電容。直流母線P、N之間的電壓用VPN表示。第一比較器Ul的反向輸入端電壓用Vl表示，第一比較器Ul的正向輸入端電壓用V2表不,第一比較器Ul的輸出端電壓用V3表不,第二比較器U2的正向輸入端電壓用V4表不,光f禹U3的輸出電壓用V5表不。
[0025]上述導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元由串聯(lián)的第一檢測以及比例縮小電阻Rl和第二檢測以及比例縮小電阻R2構(gòu)成，所述第一檢測以及比例縮小電阻Rl連接于變頻器三相橋式逆變回路的上、下橋臂之間，所述第一檢測以及比例縮小電阻Rl和第二檢測以及比例縮小電阻R2的接點(diǎn)為導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端。
[0026]上述導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元由第一級比較電路中的第一檢測比較電阻R3、第二檢測比較電阻R4、第三檢測比較電阻R5、第四檢測比較電阻R6、第一比較器Ul和第二級比較電路中的第一比較電阻R9、第二比較電阻R8、第二比較器U2構(gòu)成，所述第一比較器Ul的反向輸入端與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端相連，所述第一檢測比較電阻R3、第三檢測比較電阻R5、第四檢測比較電阻R6串聯(lián)于變頻器三相橋式逆變回路的上橋臂母線與第一比較器Ul的電源端之間；所述第一檢測比較電阻R3與第三檢測比較電阻R5的接點(diǎn)分成兩路，一路通過第二檢測比較電阻R4的一端接地，另一路與第一比較器Ul的正向輸入端相連；所述第三檢測比較電阻R5與第四檢測比較電阻R6的接點(diǎn)分別與第一比較器Ul的輸出端、第二比較器U2的反向輸入端相連；所述第一比較電阻R9、第二比較電阻R8串聯(lián)于第二比較器U2的電源端與地之間，第一比較電阻R9與第二比較電阻R8的接點(diǎn)與第二比較器U2的正向輸入端相連；第二比較器U2的輸出端為導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元的輸出端。
[0027]上述光耦單元由光耦U3、將光耦U3的輸入端上拉的上拉電阻R7(上拉至電源VCC)以及將光耦U3的輸出端上拉的上拉電阻RlO (上拉至電源VDD)構(gòu)成。
[0028]變頻器工作時(shí)，IGBTl和IGBT2交替導(dǎo)通關(guān)斷，Rl和R2檢測IGBT2集電極-發(fā)射極電壓并將此電壓比例縮小產(chǎn)生電壓信號Vl至第一比較器Ul的反向輸入端，R3、R4、R5、R6通過分壓VPN和VCC產(chǎn)生電壓信號V2至第一比較器Ul的正向輸入端。
[0029]IGBTl導(dǎo)通IGBT2關(guān)斷時(shí)，IGBT2集電極-發(fā)射極電壓由O升高為VPN，當(dāng)IGBT2集電極-發(fā)射極電壓接近VPN時(shí)，第一比較器Ul輸出電壓V3低于R9、R8分壓VCC的信號V4，第二比較器U2開集電極輸出，光耦U3導(dǎo)通，輸出電壓V5約等于0V。
[0030]IGBTl關(guān)斷IGBT2導(dǎo)通時(shí)，IGBT2集電極-發(fā)射極電壓由VPN降低為0，當(dāng)IGBT2集電極-發(fā)射極電壓接近O時(shí)，第一比較器Ul輸出電壓V3高于R9、R8分壓VCC的信號V4，第二比較器U2輸出為0，光耦U3關(guān)斷，輸出電壓V5約等于VDD。
[0031]光耦輸出V5信號反映了 IGBT2的導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)。
[0032]由上述可知，本實(shí)用新型的變頻器死區(qū)補(bǔ)償線路的特點(diǎn)在于:下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極電壓上升時(shí)接近母線電壓VPN、下降時(shí)接近OV時(shí)第一比較器Ul才開始動(dòng)作，可以幾乎不失真地反應(yīng)IGBT2的導(dǎo)通關(guān)斷狀態(tài)。兩個(gè)比較器和光耦都為高速型，整個(gè)線路延遲極小，將實(shí)際的IGBT導(dǎo)通關(guān)斷信號及時(shí)輸出。所以本實(shí)用新型的硬件死區(qū)補(bǔ)償線路無需檢測和預(yù)估過零點(diǎn)電流，準(zhǔn)確及時(shí)的將IGBT導(dǎo)通和關(guān)斷狀態(tài)反饋給單片機(jī)并能提供準(zhǔn)確的電流過零點(diǎn)信號。
【權(quán)利要求】
1.一種用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路，其特征在于包括: 連接于變頻器三相橋式逆變回路的上、下橋臂之間，用于檢測下橋臂IGBT集電極-發(fā)射極狀態(tài)的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元； 與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端相連，用于將導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出信號與母線電壓進(jìn)行比較的導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元； 與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元的輸出端相連，用于隔離高壓側(cè)與低壓側(cè)的光耦單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路，其特征在于所述導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元由串聯(lián)的第一檢測以及比例縮小電阻Rl和第二檢測以及比例縮小電阻R2構(gòu)成，所述第一檢測以及比例縮小電阻Rl連接于變頻器三相橋式逆變回路的上、下橋臂之間，所述第一檢測以及比例縮小電阻Rl和第二檢測以及比例縮小電阻R2的接點(diǎn)為導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路，其特征在于所述導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元由第一級比較電路中的第一檢測比較電阻R3、第二檢測比較電阻R4、第三檢測比較電阻R5、第四檢測比較電阻R6、第一比較器Ul和第二級比較電路中的第一比較電阻R9、第二比較電阻R8、第二比較器U2構(gòu)成，所述第一比較器Ul的反向輸入端與導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測單元的輸出端相連，所述第一檢測比較電阻R3、第三檢測比較電阻R5、第四檢測比較電阻R6串聯(lián)于變頻器三相橋式逆變回路的上橋臂母線與第一比較器Ul的電源端之間；所述第一檢測比較電阻R3與第三檢測比較電阻R5的接點(diǎn)分成兩路，一路通過第二檢測比較電阻R4的一端接地，另一路與第一比較器Ul的正向輸入端相連；所述第三檢測比較電阻R5與第四檢測比較電阻R6的接點(diǎn)分別與第一比較器Ul的輸出端、第二比較器U2的反向輸入端相連；所述第一比較電阻R9、第二比較電阻R8串聯(lián)于第二比較器U2的電源端與地之間，第一比較電阻R9與第二比較電阻R8的接點(diǎn)與第二比較器U2的正向輸入端相連；第二比較器U2的輸出端為導(dǎo)通關(guān)斷時(shí)間檢測比較單元的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于變頻器三相橋式逆變回路硬件死區(qū)補(bǔ)償?shù)臋z測電路，其特征在于所述光耦單元由光耦U3、將光耦U3的輸入端上拉的上拉電阻R7以及將光耦U3的輸出端上拉的上拉電阻RlO構(gòu)成。
【文檔編號】G01R31/27GK204101651SQ201420438272
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】李濤, 陳昆鴻, 王百淞 申請人:蘇州士林電機(jī)有限公司