本實(shí)用新型涉及高頻變壓器的輸出電壓控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高壓變頻器輸出電壓隔離采樣電路。

背景技術(shù)：

高壓變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電壓變換成另一頻率的電能控制裝置。高壓變頻器作為電力拖動系統(tǒng)的核心設(shè)備，其可靠性和穩(wěn)定的要求較高，對高壓變頻器的控制算法、各輸入輸出量的檢測和保護(hù)的要求也較高，其中，高壓變頻器的輸出電壓檢測由于涉及到10KV高壓，其檢測方法除了要保證準(zhǔn)確性以外，還要注意高低壓電路的隔離，以便保護(hù)后級設(shè)備及人身安全。

高壓變頻器的輸出電壓采樣方法最常規(guī)的方式是采用電壓互感器來測量，但是該方法存在以下缺點(diǎn)：1、檢測精度低，由于高壓變頻器的輸出電壓頻率在0到50Hz范圍內(nèi)是可調(diào)，這會造成電壓互感器的測量精度變差，影響主控單元的運(yùn)算和控制；2、用于高壓測量的電壓互感器一般體積、重量都較大，對于本身體積就很大的高壓變頻器來說，這也會相應(yīng)增大變頻器的尺寸，也不便于安裝；3、三相輸出都需要電壓互感器來檢測，成本相對較高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本實(shí)用新型的目的在于提供一種高壓變頻器輸出電壓隔離采樣電路，具有檢測精度高、電路結(jié)構(gòu)簡潔、方便安裝和器件成本低的優(yōu)點(diǎn)。

為達(dá)到以上目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案是：

一種高壓變頻器輸出電壓隔離采樣電路，包括：

電阻分壓采樣電路，所述電阻分壓采樣電路的輸入端連接高壓變頻器的電壓輸出端，所述電阻分壓采樣電路接收高壓變頻器的輸出電壓，對所述輸出電壓進(jìn)行降壓處理；

差分放大調(diào)理電路，所述差分放大調(diào)理電路與所述電阻分壓采樣電路電連接，所述差分放大調(diào)理電路接收降壓處理后的輸出電壓，并對輸出電壓進(jìn)行放大和偏置處理；

光耦隔離采樣電路，所述光耦隔離采樣電路與所述差分放大調(diào)理電路電連接，所述光耦隔離采樣電路接收所述差分放大調(diào)理電路放大和偏置處理后的輸出電壓，并對所述輸出電壓進(jìn)行隔離保護(hù)傳輸；

運(yùn)放調(diào)理電路，所述運(yùn)放調(diào)理電路與所述光耦隔離采樣電路電連接，所述運(yùn)放調(diào)理電路接收光耦隔離采樣電路隔離保護(hù)傳輸后的輸出電壓，并對輸出電壓進(jìn)行運(yùn)放處理，得到滿足數(shù)字信號處理芯片的數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器采樣引腳的電壓。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述電阻分壓采樣電路包括三條電阻分壓采樣支路，三每條電阻分壓采樣支路包括多個(gè)串聯(lián)而成的分壓電阻，每條電阻分壓采樣支路的輸入端對應(yīng)連接三相電的一相電源輸出端，每條電阻分壓采樣支路的輸出端通過一金屬氧化膜電阻接地，三條電阻分壓采樣支路的輸出端還連接所述差分放大調(diào)理電路的輸入端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述差分放大調(diào)理電路包括放大電路和同相加法運(yùn)算電路，所述放大電路的輸入端連接所述電阻分壓采樣電路的輸出端，所述放大電路的輸出端連接所述同相加法運(yùn)算電路的輸入端，所述同相加法運(yùn)算電路的輸出端連接所述光耦隔離采樣電路的輸入端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述放大電路中，一個(gè)電阻R1的一端連接所述電阻分壓采樣電路，所述電阻R1另一端分別連接電阻R2和運(yùn)算放大器U1的正輸入端，電阻R3的一端連接所述電阻分壓采樣電路，所述電阻R3另一端連接分別連接電阻R4、電容C1和運(yùn)算放大器U1的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器U1的輸出端連接所述電容C1的另一端和電阻R5的一端，所述電阻R5的另一端分別連接所述電阻R4的另一端和所述同相加法運(yùn)算電路的輸入端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述同相加法運(yùn)算電路中，電阻R7的一端連接所述放大電路的輸出端，所述電阻R7的另一端連接運(yùn)算放大器U2的正輸入端，電阻R6的一端接入+5V偏置電壓，所述電阻R6的另一端連接運(yùn)算放大器U2的正輸入端，電阻R8的一端接地，所述電阻R8的另一端分別連接電阻R9的一端、電容C2的一端和運(yùn)算放大器U2的負(fù)輸入端，所述運(yùn)算放大器U2的輸出端分別連接所述電容C2的另一端和電阻R10的一端，所述電阻R10的另一端分別連接所述R9的另一端和所述光耦隔離采樣電路的輸入端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述光耦隔離采樣電路中，線性光耦的一端連接所述差分放大調(diào)理電路的輸出端，所述線性光耦的另一端連接運(yùn)算放大器U3的正輸入端，所述運(yùn)算放大器U3的負(fù)輸入端和運(yùn)算放大器U3的輸出端連接電阻R11，所述運(yùn)算放大器U3的輸出端連接所述運(yùn)放調(diào)理電路的輸入端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述運(yùn)放調(diào)理電路中，所述光耦隔離采樣電路的輸出端連接運(yùn)算放大器U4的正輸入端，所述運(yùn)算放大器U4的負(fù)輸入端和輸出端連接有電阻R12，所述運(yùn)算放大器U4的輸出端連接電阻R14的一端，所述電阻R14的另一端連接運(yùn)算放大器U5的正輸入端，所述運(yùn)算放大器U5的正輸入端同時(shí)連接電阻R13的一端，所述電阻R13的另一端接入+3.3V偏置電壓，所述運(yùn)算放大器U5的負(fù)輸入端分別連接電阻R15的一端、電容C3的一端和電阻R16的一端，所述電阻R15的另一端接地，所述電容C3的另一端連接所述運(yùn)算放大器U5的輸出端，所述運(yùn)算放大器U5的輸出端同時(shí)連接電阻R17的一端，所述電阻R16的另一端連接所述電阻R17的另一端。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，所述電阻分壓采樣電路分壓處理后的所述輸出電壓的范圍為-10～+10V；所述差分放大調(diào)理電路對降壓處理后的所述輸出電壓進(jìn)行放大和偏置處理后的所述輸出電壓的范圍為0～5V。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于：

1)本實(shí)用新型的一種高壓變頻器輸出電壓隔離采樣電路，通過電阻分壓采樣電路將高壓變頻器輸出的高電壓進(jìn)行分壓衰減，差分放大調(diào)理電路對分壓衰減后的電壓進(jìn)一步進(jìn)行衰減和偏置處理得到的電壓，便于后級的光耦隔離采樣電路工作，光耦隔離采樣電路采用的是高精度線性光耦進(jìn)行電壓傳輸，1:1的傳輸比能夠保證隔離前后的電壓基本一致，失真度低，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)高低壓部分的安全隔離，保護(hù)后級電路和主控芯片，避免燒壞主控芯片而引起整個(gè)控制失效的情況發(fā)生。

2)本實(shí)用新型的一種高壓變頻器輸出電壓隔離采樣電路中，光耦隔離采樣電路之后的電壓再經(jīng)過運(yùn)放調(diào)理電路的跟隨、3.3V偏置處理后，轉(zhuǎn)換為滿足數(shù)字信號處理芯片的數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器采樣引腳電壓，送入數(shù)字信號處理芯片的數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器采樣引腳，由數(shù)字信號處理芯片進(jìn)行采樣和運(yùn)算處理，以便控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)地監(jiān)測高壓變頻器的輸出電壓以及實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、鎖相旁路等功能。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例中輸出電壓隔離采樣電路的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本實(shí)用新型實(shí)施例中電阻分壓采樣電路的電路圖；

圖3為本實(shí)用新型實(shí)施例中差分放大調(diào)理電路的電路圖；

圖4為本實(shí)用新型實(shí)施例中光耦隔離采樣電路的電路圖；

圖5為本實(shí)用新型實(shí)施例中運(yùn)放調(diào)理電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

參見圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例提供一種高壓變頻器輸出電壓隔離采樣電路，包括：

電阻分壓采樣電路，電阻分壓采樣電路的輸入端連接高壓變頻器的電壓輸出端，電阻分壓采樣電路接收高壓變頻器的輸出電壓，對輸出電壓進(jìn)行降壓處理；

差分放大調(diào)理電路，差分放大調(diào)理電路與電阻分壓采樣電路電連接，差分放大調(diào)理電路接收降壓處理后的輸出電壓，并對輸出電壓進(jìn)行放大和偏置處理；

光耦隔離采樣電路，光耦隔離采樣電路與差分放大調(diào)理電路電連接，光耦隔離采樣電路接收差分放大調(diào)理電路放大和偏置處理后的輸出電壓，并對輸出電壓進(jìn)行隔離保護(hù)傳輸；

運(yùn)放調(diào)理電路，運(yùn)放調(diào)理電路與光耦隔離采樣電路電連接，運(yùn)放調(diào)理電路接收光耦隔離采樣電路隔離保護(hù)傳輸后的輸出電壓，并對輸出電壓進(jìn)行運(yùn)放處理，得到滿足數(shù)字信號處理芯片的數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器采樣的引腳電壓。

參見圖2所示，電阻分壓采樣電路包括三條電阻分壓采樣支路，每條電阻分壓采樣支路包括多個(gè)電阻串聯(lián)分壓電阻，每條電阻分壓采樣支路的輸入端對應(yīng)連接三相電的一相電源輸出端，每條電阻分壓采樣支路的輸出端通過一精度為0.1％的金屬氧化膜電阻器接地，每條電阻分壓采樣支路的輸出端還連接差分放大調(diào)理電路的輸入端。其中一條串電阻分壓采樣支路的輸入端連接三相電的電源輸入端U，輸出端同時(shí)連接U_Low端和一金屬氧化膜電阻器的一端，金屬氧化膜電阻器的另一端接地；一條電阻分壓采樣支路的輸入端連接三相電的電源輸入端V，輸出端同時(shí)連接V_Low端和一金屬氧化膜電阻器的一端，金屬氧化膜電阻器的另一端接地；一條電阻分壓采樣支路的輸入端連接三相電的電源輸入端W，輸出端同時(shí)連接W_Low端和一金屬氧化膜電阻器的一端，金屬氧化膜電阻器的另一端接地。采用的是精度達(dá)到千分之一的高精度功率電阻串聯(lián)分壓，其分壓衰減倍數(shù)約為1821倍，采樣精度小于0.1％，電阻分壓采樣電路分壓處理后的輸出電壓的范圍為-10～+10V。

差分放大調(diào)理電路包括放大電路和同相加法運(yùn)算電路，放大電路的輸入端連接電阻分壓采樣電路的輸出端，放大電路的輸出端連接同相加法運(yùn)算電路的輸入端，同相加法運(yùn)算電路的輸出端連接光耦隔離采樣電路的輸入端。

參見圖3所示，放大電路中，一個(gè)電阻R1的一端連接電阻分壓采樣電路的U_Low端，電阻R1另一端分別連接電阻R2和運(yùn)算放大器U1的正輸入端，電阻R3的一端連接電阻分壓采樣電路的U_Low端，電阻R3另一端連接分別連接電阻R4、電容C1和運(yùn)算放大器U1的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器U1的輸出端連接電容C1的另一端和電阻R5的一端，電阻R5的另一端分別連接電阻R4的另一端和同相加法運(yùn)算電路的輸入端。差分放大調(diào)理電路對降壓處理后的輸出電壓進(jìn)行放大和偏置處理后的輸出電壓的范圍為0～5V。

同相加法運(yùn)算電路中，電阻R7的一端連接放大電路的輸出端，電阻R7的另一端連接運(yùn)算放大器U2的正輸入端，電阻R6的一端接入+5V偏置電壓，電阻R6的另一端連接運(yùn)算放大器U2的正輸入端，電阻R8的一端接地，電阻R8的另一端分別連接電阻R9的一端、電容C2的一端和運(yùn)算放大器U2的負(fù)輸入端，運(yùn)算放大器U2的輸出端分別連接電容C2的另一端和電阻R10的一端，電阻R10的另一端分別連接R9的另一端和輸出端U_Sample。通過同相加法運(yùn)算電路中的運(yùn)放電路加上5V偏置電壓，通過加法運(yùn)算后得到0至5V的電壓信號，便于后級光耦采樣電路工作。其中跨接在運(yùn)放輸出端和負(fù)反饋端的pF級小電容起到相位補(bǔ)償?shù)淖饔谩?/p>

參見圖4所示，光耦隔離采樣電路中，線性光耦的一端連接差分放大調(diào)理電路的輸出端U_Sample，線性光耦的另一端連接運(yùn)算放大器U3的正輸入端，運(yùn)算放大器U3的負(fù)輸入端和運(yùn)算放大器U3的輸出端連接電阻R11，運(yùn)算放大器U3的輸出端U1_Sample連接運(yùn)放調(diào)理電路的輸入端。本實(shí)施例中采用高精度線性光耦進(jìn)行電壓傳輸，1:1的傳輸比能夠保證隔離前后的電壓基本一致，失真度低，同時(shí)又實(shí)現(xiàn)高低壓部分的安全隔離，保護(hù)后級的運(yùn)放調(diào)理電路和數(shù)字信號處理芯片，避免燒壞數(shù)字信號處理芯片而引起整個(gè)控制失效的情況發(fā)生。

參見圖5所示，運(yùn)放調(diào)理電路中，光耦隔離采樣電路的輸出端U1_Sample連接運(yùn)算放大器U4的正輸入端，運(yùn)算放大器U4的負(fù)輸入端和輸出端連接有電阻R12，運(yùn)算放大器U4的輸出端連接電阻R14的一端，電阻R14的另一端連接運(yùn)算放大器U5的正輸入端，運(yùn)算放大器U5的正輸入端同時(shí)連接電阻R13的一端，電阻R13的另一端接入+3.3V偏置電壓，運(yùn)算放大器U5的負(fù)輸入端分別連接電阻R15的一端、電容C3的一端和電阻R16的一端，電阻R15的另一端接地，電容C3的另一端連接運(yùn)算放大器U5的輸出端，運(yùn)算放大器U5的輸出端同時(shí)連接電阻R17的一端，電阻R17的另一端同時(shí)連接電阻R16的另一端和數(shù)字信號處理芯片的數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器的DSP_Sample端。光耦隔離采樣電路隔離采樣后的電壓再經(jīng)過跟隨、3.3V偏置處理后，轉(zhuǎn)換為滿足數(shù)字信號處理芯片的數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器采樣引腳電壓范圍的電壓，送入數(shù)字信號處理芯片的數(shù)字模擬信號轉(zhuǎn)換器采樣引腳，由數(shù)字信號處理芯片進(jìn)行采樣和運(yùn)算處理，以便控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)地監(jiān)測高壓變頻器的輸出電壓以及實(shí)現(xiàn)過壓保護(hù)、欠壓保護(hù)、鎖相旁路等功能。

本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施方式，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。