[发明专利]变频器用单电源供电电压差分采样及调理电路

说明书

本发明涉及一种变频器用单电源供电电压差分采样及调理电路，针对变频器基波频率的提高，在高次谐波检测及闭环控制需求中对电压检测要求高的需求，仅需用单电源供电，通过运放、电阻、电容的电路组合，实现了对输入端电压差的采集及调理，通过若干大阻值电阻的串联，实现弱电电路与强电电路的伪隔离。既可采集交流电压，也可采集直流电压，有效带宽较宽，成本低廉，配置灵活，适用于变频器及类似设备对强电电压的采集。使用本发明提供的电路，在保证采样精度、隔离阻抗、信号偏置的前提下，降低变频器或类似设备控制电路的成本以及体积开销，有良好的应用空间。

技术领域

本发明涉及一种电压检测技术，特别涉及一种变频器用单电源供电电压差分采样及调理电路。

背景技术

变频驱动的电力传动控制系统已在工业生产等各领域获得广泛应用，随之，通用变频器市场逐渐趋于饱和，变频器或电驱动厂商面临成本、性能双方面的竞争挑战。

变频控制器必须在准确检测母线电压的前提下进行逆变PWM波的调制控制。一些特殊的或高性能的变频器更需检测其他电压：如三电平变频器，需分别检测母线正、负极到中点电压；四象限运行变频器，除母线电压外，还应同时检测三相交流输入电压；其他如对输出电压指标要求较高的场合则同时需检测变频器输出端的电压；等等。

传统变频器常使用霍尔传感器检测电压，然而霍尔电压传感器的检测带宽受限，随着变频器基波频率的提高，在高次谐波检测及闭环控制的需求下，霍尔传感器已难以满足应用要求。

发明内容

针对变频器控制电压检测要求高的问题，提出了一种变频器用单电源供电电压差分采样及调理电路，变频器用单电源供电电压差分采样及调理电路，仅通过若干贴片电容、电阻及运放即实现电压的准确采集及调理。

本发明的技术方案为：一种变频器用单电源供电电压差分采样及调理电路，包括运算放大器U1及周围电路，第一检测电压Ua与运算放大器U1反相输入端之间串联的差分伪隔离电阻R1和R2；第二检测电压Ub与运算放大器U1同相输入端之间串联的差分伪隔离电阻R3和R4；运算放大器U1反相输入端与输出端之间串联负反馈及取样电阻R5；接地端与运算放大器U1同相输入端之间串联的取样电阻R6；两个取样电阻R5、R6两端分别并联去耦滤波电容C1、C2；参考信号Vref与运算放大器U1同相输入端之间串联的零点偏移支路电阻R7；运算放大器U1输出端U₀连接RC滤波电路；运算放大器U1供电电源Vcc、Gnd。

优选的，所述差分伪隔离电阻设计方法：接电压检测端的差分伪隔离电阻R1、R3，用于实现与强电电路的安全隔离，可独立于其他电路安装于强电端，其取值应满足：其中Up为被检测电压的峰值，Is为人体安全电流10mA；

接运算放大器U1端的差分伪隔离电阻R2、R4，在上述R1、R3确定后，用于匹配强弱电电压范围，以使调理电路的输出电压适配后端AD变换电路的模拟电压采样范围。

优选的，所述取样电阻R5、R6，用于限值支路电流，其中取样电阻R5同时实现运放的深度负反馈。

优选的，所述参考信号Vref与运算放大器U1输出电压U₀之间关系为：令：R6＝R7＝2R5＝2Rs，R1+R2＝R3+R4＝Ri，则

优选的，所述RC滤波电路，根据目标采样带宽，限制高频干扰量，其取值满足：截止频率

优选的，所述参考信号Vref的生成电路：由限流电阻R14、稳压管D1、分压电阻R17、R18、反馈分压支路电阻R15、R16和运放U2组成；所述限流电阻R14与稳压管D1串联接在电源Vcc与电源Gnd之间；所述分压电阻R17、R18串联接在限流电阻R14、稳压管D1串联连接点与电源Gnd之间，分压电阻R17、R18串联连接点接运放U2同相输入端；所述反馈分压支路电阻R15与R16串联接在电源Gnd与运放U2输出端Vref之间，反馈分压支路电阻R15与R16串联连接点接运放U2反相输入端；运算放大器U2供电电源Vcc、Gnd。