用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型的目的是提出一种用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路。该检测电路包括：连接于变频器三相桥式逆变回路的上、下桥臂之间，用于检测下桥臂IGBT集电极-发射极状态的导通关断时间检测单元；与导通关断时间检测单元的输出端相连，用于将导通关断时间检测单元的输出信号与母线电压进行比较的导通关断时间检测比较单元；与导通关断时间检测比较单元的输出端相连，用于隔离高压侧与低压侧的光耦单元。本实用新型能够准确的反应出IGBT导通和关断时间，并通过极小延迟的高速比较器和高速光耦做到实时检测与反馈，无需电流过零点的检测或预估，同时可以得到电机的实际相电压，从而为死区补偿提供有效判断信号，使死区补偿及时对应。
【专利说明】用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路
【技术领域】
[0001]本实用新型属于变频器电子【技术领域】，特别涉及到一种用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路。
【背景技术】
[0002]传统变频器的三相桥式逆变回路中，同一桥臂的两个开关器件IGBT的工作为互补状态。由于一般开关器件IGBT的开通时间小于关断时间，因此如果将互补的控制信号加到同一桥臂的两个开关器件IGBT的门极上，那么这两个开关器件IGBT将会发生直通。必须在开关器件IGBT开通和关断之间设置一段死区时间。
[0003]上述死区的存在使变频器不能完全精确地复现控制信号的波形，输出电压产生幅值和相位的误差，直接影响电动机运行性能，其主要后果会使输出电压基波幅值降低，电流波形发生畸变，在低频以及高载波频率时，会使电机电磁转矩发生较大脉动，严重地影响了系统运打性能。
[0004]传统的软件死区检测分为直接检测电流过零点和电流矢量判断电流过零点。直接检测电流过零点计算比较简单，CPU负担较轻。但直接检测电流过零点对电流噪声、电流幅值和频率变化都有较大的敏感性。特别是电机在低频运行的情况下，由于存在着零电流钳位现象和脉宽调制噪声的影响，开关频率附近的谐波分量较多，在零点附近使得电流方向的判断出现错误，从而使得在过零点时死区效应更加恶化。通常采用的方法是对定子电流进行滤波处理。但滤波环节的引入却加剧了对电流极性实时监测的难度，带来检测信号滞后的问题，严重的检测滞后则会破坏对死区时间的正确补偿。通过电流矢量判断电流过零点方法是通过在旋转坐标系下进行变换，将三相定子电流转换成空间电流矢量，由电流矢量的相角间接判断三相定子电流的极性，对死区进行补偿。三相定子电流的基波分量在同步旋转坐标系中则表现为直流分量，对该直流分量进行滤波处理，对幅值、相位均不会产生影响。该方法避免了直接检测电流过零点并进行滤波处理所带来的问题，但要进行坐标变化，计算量较大，CPU负担较重。
实用新型内容
[0005]本实用新型的目的是提出一种能够实时准确地检测变频器三相桥式逆变回路的上、下桥臂实际导通时间，并为后续补偿电路判断电流过零点采集实时准确信号的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路。
[0006]本实用新型的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路包括:
[0007]连接于变频器三相桥式逆变回路的上、下桥臂之间，用于检测下桥臂IGBT集电极-发射极状态的导通关断时间检测单元；
[0008]与导通关断时间检测单元的输出端相连，用于将导通关断时间检测单元的输出信号与母线电压进行比较的导通关断时间检测比较单元；
[0009]与导通关断时间检测比较单元的输出端相连，用于隔离高压侧与低压侧的光耦单J Li ο
[0010]本实用新型的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路的工作步骤及原理如下:
[0011]1、导通关断时间检测单元检测下桥臂IGBT集电极-发射极的电压，从而判断出桥臂IGBT集电极-发射极的导通关断状态，并将检测到的下桥臂IGBT集电极-发射极电压输出至导通关断时间检测比较单元；
[0012]2、导通关断时间检测比较单元将下桥臂IGBT集电极-发射极电压与母线电压进行比较，产生驱动光耦的信号；为了在接近下桥臂IGBT关断高压和导通低压时触发比较器并能够准确的反应出IGBT导通和关断时间，导通关断时间检测比较单元将下桥臂IGBT集电极-发射极电压、母线电压分别按比例缩小后再进行比较；
[0013]3、光耦单元隔离高压侧与低压侧，并将导通关断时间检测比较单元的输出信号作为死区的检测信号传输出去，以供后续补偿电路作为判断电流过零点的依据。
[0014]上述单片机的具体处理可以根据具体的情况来设定，此处不再赘述。
[0015]具体来说，所述导通关断时间检测单元由串联的第一检测以及比例缩小电阻Rl和第二检测以及比例缩小电阻R2构成，所述第一检测以及比例缩小电阻Rl连接于变频器三相桥式逆变回路的上、下桥臂之间，所述第一检测以及比例缩小电阻Rl和第二检测以及比例缩小电阻R2的接点为导通关断时间检测单元的输出端。
[0016]所述导通关断时间检测比较单元由第一级比较电路中的第一检测比较电阻R3、第二检测比较电阻R4、第三检测比较电阻R5、第四检测比较电阻R6、第一比较器Ul和第二级比较电路中的第一比较电阻R9、第二比较电阻R8、第二比较器U2构成，所述第一比较器Ul的反向输入端与导通关断时间检测单元的输出端相连，所述第一检测比较电阻R3、第三检测比较电阻R5、第四检测比较电阻R6串联于变频器三相桥式逆变回路的上桥臂母线与第一比较器Ul的电源端之间；所述第一检测比较电阻R3与第三检测比较电阻R5的接点分成两路，一路通过第二检测比较电阻R4的一端接地，另一路与第一比较器Ul的正向输入端相连；所述第三检测比较电阻R5与第四检测比较电阻R6的接点分别与第一比较器Ul的输出端、第二比较器U2的反向输入端相连；所述第一比较电阻R9、第二比较电阻R8串联于第二比较器U2的电源端与地之间，第一比较电阻R9与第二比较电阻R8的接点与第二比较器U2的正向输入端相连；第二比较器U2的输出端为导通关断时间检测比较单元的输出端。
[0017]所述光耦单元由光耦U3、将光耦U3的输入端上拉的上拉电阻R7以及将光耦U3的输出端上拉的上拉电阻RlO构成。
[0018]本实用新型的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路能够准确的反应出IGBT导通和关断时间，并通过极小延迟的高速比较器和高速光耦做到实时检测与反馈，无需电流过零点的检测或预估，同时可以得到电机的实际相电压，从而为死区补偿提供有效判断信号，使死区补偿及时对应。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路的原理框图。
[0020]图2为本实用新型的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路的电路原理图。
【具体实施方式】
[0021]下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本实用新型的【具体实施方式】如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。
[0022]实施例1:
[0023]如图1所示，本实施例的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路包括:连接于变频器三相桥式逆变回路的上、下桥臂之间，用于检测下桥臂IGBT集电极-发射极状态的导通关断时间检测单元；与导通关断时间检测单元的输出端相连，用于将导通关断时间检测单元的输出信号与母线电压进行比较的导通关断时间检测比较单元；与导通关断时间检测比较单元的输出端相连，用于隔离高压侧与低压侧的光耦单元。
[0024]如图2所示，IGBTl和IGBT2表示变频器逆变部分一相的上、下桥臂的IGBT，为方便起见，本文阐述本实用新型时仅用一相表示。Cl和C2表示变频器直流母线上的平波电容。直流母线P、N之间的电压用VPN表示。第一比较器Ul的反向输入端电压用Vl表示，第一比较器Ul的正向输入端电压用V2表不,第一比较器Ul的输出端电压用V3表不,第二比较器U2的正向输入端电压用V4表不,光f禹U3的输出电压用V5表不。
[0025]上述导通关断时间检测单元由串联的第一检测以及比例缩小电阻Rl和第二检测以及比例缩小电阻R2构成，所述第一检测以及比例缩小电阻Rl连接于变频器三相桥式逆变回路的上、下桥臂之间，所述第一检测以及比例缩小电阻Rl和第二检测以及比例缩小电阻R2的接点为导通关断时间检测单元的输出端。
[0026]上述导通关断时间检测比较单元由第一级比较电路中的第一检测比较电阻R3、第二检测比较电阻R4、第三检测比较电阻R5、第四检测比较电阻R6、第一比较器Ul和第二级比较电路中的第一比较电阻R9、第二比较电阻R8、第二比较器U2构成，所述第一比较器Ul的反向输入端与导通关断时间检测单元的输出端相连，所述第一检测比较电阻R3、第三检测比较电阻R5、第四检测比较电阻R6串联于变频器三相桥式逆变回路的上桥臂母线与第一比较器Ul的电源端之间；所述第一检测比较电阻R3与第三检测比较电阻R5的接点分成两路，一路通过第二检测比较电阻R4的一端接地，另一路与第一比较器Ul的正向输入端相连；所述第三检测比较电阻R5与第四检测比较电阻R6的接点分别与第一比较器Ul的输出端、第二比较器U2的反向输入端相连；所述第一比较电阻R9、第二比较电阻R8串联于第二比较器U2的电源端与地之间，第一比较电阻R9与第二比较电阻R8的接点与第二比较器U2的正向输入端相连；第二比较器U2的输出端为导通关断时间检测比较单元的输出端。
[0027]上述光耦单元由光耦U3、将光耦U3的输入端上拉的上拉电阻R7(上拉至电源VCC)以及将光耦U3的输出端上拉的上拉电阻RlO (上拉至电源VDD)构成。
[0028]变频器工作时，IGBTl和IGBT2交替导通关断，Rl和R2检测IGBT2集电极-发射极电压并将此电压比例缩小产生电压信号Vl至第一比较器Ul的反向输入端，R3、R4、R5、R6通过分压VPN和VCC产生电压信号V2至第一比较器Ul的正向输入端。
[0029]IGBTl导通IGBT2关断时，IGBT2集电极-发射极电压由O升高为VPN，当IGBT2集电极-发射极电压接近VPN时，第一比较器Ul输出电压V3低于R9、R8分压VCC的信号V4，第二比较器U2开集电极输出，光耦U3导通，输出电压V5约等于0V。
[0030]IGBTl关断IGBT2导通时，IGBT2集电极-发射极电压由VPN降低为0，当IGBT2集电极-发射极电压接近O时，第一比较器Ul输出电压V3高于R9、R8分压VCC的信号V4，第二比较器U2输出为0，光耦U3关断，输出电压V5约等于VDD。
[0031]光耦输出V5信号反映了 IGBT2的导通和关断状态。
[0032]由上述可知，本实用新型的变频器死区补偿线路的特点在于:下桥臂IGBT集电极-发射极电压上升时接近母线电压VPN、下降时接近OV时第一比较器Ul才开始动作，可以几乎不失真地反应IGBT2的导通关断状态。两个比较器和光耦都为高速型，整个线路延迟极小，将实际的IGBT导通关断信号及时输出。所以本实用新型的硬件死区补偿线路无需检测和预估过零点电流，准确及时的将IGBT导通和关断状态反馈给单片机并能提供准确的电流过零点信号。
【权利要求】
1.一种用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路，其特征在于包括: 连接于变频器三相桥式逆变回路的上、下桥臂之间，用于检测下桥臂IGBT集电极-发射极状态的导通关断时间检测单元； 与导通关断时间检测单元的输出端相连，用于将导通关断时间检测单元的输出信号与母线电压进行比较的导通关断时间检测比较单元； 与导通关断时间检测比较单元的输出端相连，用于隔离高压侧与低压侧的光耦单元。
2.根据权利要求1所述的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路，其特征在于所述导通关断时间检测单元由串联的第一检测以及比例缩小电阻Rl和第二检测以及比例缩小电阻R2构成，所述第一检测以及比例缩小电阻Rl连接于变频器三相桥式逆变回路的上、下桥臂之间，所述第一检测以及比例缩小电阻Rl和第二检测以及比例缩小电阻R2的接点为导通关断时间检测单元的输出端。
3.根据权利要求1所述的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路，其特征在于所述导通关断时间检测比较单元由第一级比较电路中的第一检测比较电阻R3、第二检测比较电阻R4、第三检测比较电阻R5、第四检测比较电阻R6、第一比较器Ul和第二级比较电路中的第一比较电阻R9、第二比较电阻R8、第二比较器U2构成，所述第一比较器Ul的反向输入端与导通关断时间检测单元的输出端相连，所述第一检测比较电阻R3、第三检测比较电阻R5、第四检测比较电阻R6串联于变频器三相桥式逆变回路的上桥臂母线与第一比较器Ul的电源端之间；所述第一检测比较电阻R3与第三检测比较电阻R5的接点分成两路，一路通过第二检测比较电阻R4的一端接地，另一路与第一比较器Ul的正向输入端相连；所述第三检测比较电阻R5与第四检测比较电阻R6的接点分别与第一比较器Ul的输出端、第二比较器U2的反向输入端相连；所述第一比较电阻R9、第二比较电阻R8串联于第二比较器U2的电源端与地之间，第一比较电阻R9与第二比较电阻R8的接点与第二比较器U2的正向输入端相连；第二比较器U2的输出端为导通关断时间检测比较单元的输出端。
4.根据权利要求1所述的用于变频器三相桥式逆变回路硬件死区补偿的检测电路，其特征在于所述光耦单元由光耦U3、将光耦U3的输入端上拉的上拉电阻R7以及将光耦U3的输出端上拉的上拉电阻RlO构成。
【文档编号】G01R31/27GK204101651SQ201420438272
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】李涛, 陈昆鸿, 王百淞 申请人:苏州士林电机有限公司