一种变频控制器保护电路及电机变频控制系统的制作方法

1.本实用新型涉及电路技术领域，具体而言，涉及一种变频控制器保护电路及电机变频控制系统。


背景技术：

2.当包括无大电解电容的无感无刷永磁电机的电动工具使用交流电网供电时，通常不会出现问题。但是当上述电动工具使用交流220v发电机作为供电电源时，变频控制器可能会被交流220v发电机输入的高压脉冲损坏，此时交流220v发电机会对变频控制器的输入端有高电压脉冲，可能会超过变频控制器的元器件的耐压值，从而损坏变频控制器。由于变频器进入斩波输出状态，电压脉冲变化频率高，通常使用检测变频控制器的输入电压的检测方法，无法有效监测快速变化的高压脉冲。


技术实现要素：

3.本实用新型解决的问题是，如何及时监测变频控制器输入端的过压信号。
4.为解决上述问题，本实用新型提供一种变频控制器保护电路，包括：
5.整流电路和电压保持电路，所述整流电路的输入端适于与交流电源连接，变频控制器适于接入所述整流电路的输出端与所述电压保持电路之间，当从所述电压保持电路采集的电压信号大于预设阈值时，则关断所述变频控制器的电压输入。
6.可选地，所述电压保持电路包括二极管和第一电容，所述二极管的正极与所述整流电路的输出端连接，所述二极管的负极与所述第一电容的正极连接，所述第一电容的负极接地。
7.可选地，所述变频控制器保护电路还包括降压滤波电路，所述降压滤波电路接入所述电压保持电路以采集所述电压信号。
8.可选地，所述降压滤波电路包括多个降压电阻和第二电容，多个所述降压电阻串联且一端接入所述二极管和所述第一电容之间，另一端接地，所述第二电容与至少一个所述降压电阻并联，所述电压信号从所述第二电容与所述降压电阻的连接端采集。
9.可选地，所述变频控制器保护电路还包括温敏电阻，所述温敏电阻设置于所述整流电路的输出端与所述电压保持电路之间。
10.可选地，所述整流电路包括整流桥和滤波电容，所述整流桥的输入端适于与所述交流电源连接，所述整流桥的输出端通过所述滤波电容与所述电压保持电路连接。
11.可选地，所述整流电路还包括保险装置，所述保险装置设置于所述整流桥的输入端的火线上。
12.可选地，所述变频控制器保护电路还包括低压电器供电端口，所述低压电器供电端口设置于所述二极管和所述第一电容之间。
13.可选地，所述变频控制器保护电路还包括控制器，所述控制器用于获取所述电压信号。
14.另一方面，本实用新型还提供一种电机变频控制系统，包括交流电源、变频控制器以及如上所述的变频控制器保护电路。
15.所述电机变频控制系统相对于现有技术与所述变频控制器保护电路所具有的优势相同，在此不再赘述。
16.本实用新型通过设置在变频控制器保护电路里的电压保持电路，将电路中出现的高压脉冲信号保持在电压保持电路内，实现对高压脉冲信号的监测，当监测到电压信号大于预设阈值时，关断变频控制器的电压输入，以保护变频控制器的元件，避免变频控制器被220v交流发电机产生的高压脉冲损坏。
附图说明
17.图1为本实用新型变频控制器保护电路的一实施例示意图；
18.图2为本实用新型变频控制器保护电路的示意图。
具体实施方式
19.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
20.在使用没有大电解电容的无感无刷永磁电机对电动工具进行驱动时，可以选择使用两种电压输入方式：一是使用交流电网作为供电电源，即把变频控制器接入电网进行工作；二是使用交流220v发电机作为供电电源，即把变频控制器与交流220v发电机直接相连，进行工作。
21.在使用交流电网供电时，因为交流电网的功率容量大，变频控制器进行工作的情况下，交流电网对变频控制器的输出远远大于变频控制器的最大功率，电源电压非常稳定，一般不会出现功率上的波动，因此整个做功期间，变频控制器不会出现电压上的波动，可以正常工作。
22.但是，在使用交流220v发电机作为变频控制器的供电电源时，有两种情况：
23.一是在交流220v发电机对变频控制器的输入功率未超过变频控制器自身的额定功率时，变频控制器处于未斩波状态，可以正常工作，在此电路没有功率上的波动，交流220v发电机也相应稳定工作，没有异常情况。
24.二是在交流220v发电机的输出功率大于变频控制器的额定功率时，变频控制器会从正常工作状态进入到斩波状态，以斩波形式输出电压，此时，因为变频控制器自身没有大电解电容来储存额外的电能，所以此时斩波状态下的输出功率只能由发电机进行实时提供，变频控制器的输出功率会在进入斩波状态的同一时刻瞬间降到0，由于交流220v发电机的发电原理(导体周期切割磁感线形成交流电)使得发电机无法通过同步关断输出来保护变频控制器，由于交流发电机的发电原理，交流220v发电机的输出功率和电压会相较负载功率和负载电压具有一定的滞后性，故，当变频控制器进入斩波状态时，交流220v发电机会输出一个短暂的高电压脉冲，故此时变频控制器的输入端会出现一个异常的高压脉冲，当高压脉冲的电压值超过了变频控制器内部元件的耐压值时，则会造成变频控制器的损坏。
25.如图1所示，本实用新型实施例的一种变频控制器保护电路包括：整流电路和电压保持电路，所述整流电路的输入端适于与交流电源连接，变频控制器适于接入所述整流电
路的输出端与所述电压保持电路之间，当从所述电压保持电路采集的电压信号大于预设阈值时，则关断所述变频控制器的电压输入。
26.高压电器供电端口bus为变频控制器供电，也连接到功率器件提供电源，在由于220v发电机造成的变频控制器斩波输出带来的电压异常时，就是在高压电器供电端口bus点会产生异常的高压脉冲，对变频控制器产生危害。
27.由于变频控制器需要直流电输入，故，接入变频控制器之前，应先通过整流电路把交流电转换为直流电，作为对变频控制器的供电。电压保持电路用于保持电路中出现高电压信号，保证可以更容易地监测到电路中出现的高压脉冲信号。当电压保持电路采集的电压信号大于预设阈值时，通过关断变频控制器的输入，防止电压信号过大，以致于超过变频控制器元件的耐压值，从而保护变频控制器不被高压损坏。
28.由于变频控制器的输入电压需要低于自身额定电压，若输入电压高于变频控制器内部元件的耐压值，可能会损坏变频控制器。在电路中的电压异常升高时，电压保持电路可以有效捕捉并将高压信号保持在电路内，上述高压信号若高于变频控制器的额定电压，可能会损坏变频控制器内部的元件，所以变频控制器应与电压保持电路的输入相连，使变频控制器的输入电压不会被电压保持电路保持住的高压信号影响。另外，变频控制器需要直流电压驱动，故，变频控制器需要设置于电压保持电路与整流电路的输出端之间，将整流电路输出的直流电作为变频控制器的电源输入。
29.电压保持电路的结构可以保证监测到瞬间升高的高压脉冲，一旦电压保持电路采集到异常的高压脉冲，且所述高压脉冲高于预设阈值，关断变频控制器的电压输入，以保护变频控制器的元件。
30.可选地，所述电压保持电路包括二极管和第一电容，所述二极管的正极与所述整流电路的输出端连接，所述二极管的负极与所述第一电容的正极连接，所述第一电容的负极接地。
31.如图1所示，为了便于区分和描述，将所述电压保持电路的二极管称作第一二极管d13，将所述电压保持电路中与第一二极管d13相连的电容称作第一电容ec2。
32.第一二极管d13的正极与整流电路的输出端连接，变频控制器也与整流电路的输出端相连，可以保证第一二极管d13的输入电压与变频控制器的输入电压变化情况一致，可以保证第一二极管d13两端的电压与变频控制器的输入电压波动情况一致。
33.在一实施例中，所述第一电容ec2与第一二极管d13的负极相连，在交流220v发电机的输出功率小于变频控制器的额定功率时，通过第一二极管d13 的电流由正极流向负极，此时第一二极管d13导通，第一电容ec2处于充电状态，直至第一电容ec2正极上的电荷趋于稳定，当交流220v发电机的功率超过变频控制器的额定功率时，变频控制器进入斩波状态，此时发电机输出一个高压脉冲，导致电路里的电压变高，此时通过第一二极管d13的电流由正极流向负极，第一二极管d13导通，第一电容ec2与第一二极管d13之间的电压也会同步升高，此时第一电容ec2开始从稳定状态变为充电状态。而发电机输出的高压脉冲很短暂，在短时间内电压又恢复正常，此时第一二极管d13正极输入的电压从高变低，第一二极管d13反向截止，电流无法从二极管d13通过，由于第一二极管d13的负极与第一电容ec2进行相连，充满电的第一电容ec2无法顺利放电，两者之间的电荷被有效保持，即可以有效保持第一电容ec2与第一二极管d13之间的电压，此时利用测量电压的工具对图1中所示的低
压电器供电端口bus1进行电压检测，可以及时的监测出低压电器供电端口bus1的电压异常。
34.可选地，所述第一电容ec2为10μf/400v电容，所述第一二极管d13为 s3m贴片二极管。
35.可选地，所述变频控制器保护电路还包括降压滤波电路，所述降压滤波电路接入所述电压保持电路以采集所述电压信号。
36.如图1所示，在一实施例中，降压滤波电路包括降压电路与滤波电路，降压电路用于降低电路中的电压，保证易于采集变化的电压信号，另一方面，把电压降至一定范围内，用于作为低压用电器的输入，保证用电器不会被高电压损坏；滤波电路用于进一步稳定直流电压，尽可能保留直流电压中的直流成分，减小交流成分，使电压波形变平滑。
37.可选地，所述降压滤波电路包括多个降压电阻和第二电容，多个所述降压电阻串联且一端接入所述二极管和所述第一电容之间，另一端接地，所述第二电容与至少一个所述降压电阻并联，所述电压信号从所述第二电容与所述降压电阻的连接端采集。
38.在一实施例中，多个降压电阻包括电阻r16、电阻r19、电阻r22和电阻 r25。将所述第二电容命名为第二电容c14。
39.电阻r16、电阻r19、电阻r22三个串联，与电阻r25组成分压电路，使 vdc的电压保持在3v-5v，保证易于采集与监测电路中变化的电压信号。同时， 3v-5v的电压也用于输入至其他低压用电器中作为低压用电器的输入电压。
40.电阻r16、电阻r19、电阻r22三个串联，与第二电容c14组成低通滤波电路，在一实施例中，如图1所示，通过火线l与零线n与整流电路的输入相连，作为高频脉冲电压信号检测电路变频控制器保护电路的电源，所述整流电路输出的直流电压输入到所述电压保持电路与降压滤波电路中，通过整流电路将交流电整流为直流电，作为变频控制器的供电，也将直流电压输入至后续的电压保持电路以实现对高频率的脉冲电压的监测，同时将直流电压输入至低通滤波电路中，进一步稳定直流电压，减小脉动的直流电压中的交流成分，保留直流成分，作为vdc的输入电压。
41.可选地，所述变频控制器保护电路还包括温敏电阻，所述温敏电阻设置于所述整流电路的输出端与所述电压保持电路之间。
42.可选地，所述温敏电阻为ms32-10015温敏电阻。
43.温敏电阻与整流电路的输出相连，且与第一二极管d13的正极相连，所述第一二极管d13的负极与第一电容ec2相连，在本实施例中，温敏电阻为 ntc温敏电阻，其在温度较低时电阻很大，在温度较高时，电阻较小，用于提供温度检测和补偿，在上电是，可以有效防止浪涌电流，且在电流稳定时，电阻值随温度上升而下降，阻值可以忽略不计，在电路正常工作时减少对电流的影响。
44.可选地，所述整流电路包括整流桥和滤波电容，所述整流桥的输入端适于与所述交流电源连接，所述整流桥的输出端通过所述滤波电容与所述电压保持电路连接。
45.为了便于区分和描述，将所述滤波电容分别称作电容c4和电容c5。
46.可选地，所述电容c4和电容c5均为684j630v电容。
47.通过整流桥中的二极管，对输入的交流电进行单向传导，利用二极管的单向传导特性，由于二极管的两两工作，将交流电压转换为单向直流脉动电压，完成对交流电转为直
流电的整流工作。
48.在一实施例中，在整流桥的直流端并联电容c4和电容c5，由于整流桥是利用二极管的单向导通特性，使周期性变化的交流电从整流桥对向的二极管中单向通过，形成连续变化的脉动电压，但是经整流桥后的电压会出现一个损耗压降，即输出电压略低于输入电压，直流端并联第二电容后，可以在电压上升时进行充电，电压下降时进行放电，压缩直流电压波峰，填平直流电压波谷。
49.由于变频控制器与单片机均需要直流电作为输入，故将整流电路直接与电源相连，作为后续变频控制器与单片机或其他功率器件的电源输入。
50.可选地，所述整流电路还包括保险装置，所述保险装置设置于所述整流桥的输入端的火线l上。
51.在一实施例中，高频脉冲电压信号检测电路变频控制器保护电路还设有保险fu1，可以在电路的电流异常升高到一定高度时进行熔断，保护电路自身安全，防止火灾或元器件被大电流损坏。
52.可选地，所述变频控制器保护电路还包括低压电器供电端口，所述低压电器供电端口设置于所述二极管和所述第一电容之间。
53.低压电器供电端口bus1为小功率低压供电电源总线，设置于第一二极管 d13与第一电容ec2之间，用于获取被第一二极管d13与第一电容ec2保持的电压。
54.可选地，所述变频控制器保护电路还包括控制器，所述控制器用于获取所述电压信号。
55.零线与火线输入的220v交流电经过整流电路转换成高压(310v左右)直流电，然后经过电阻r16、电阻r19、电阻r22与电阻r25组成的分压电路，将直流电压转换为低压直流电(3v-5v)，再通过电路中的滤波电容c14进一步滤波，保留直流成分，输出更稳定地直流电，作为控制器的输入。
56.可选地，所述控制器包括mcu、arm、dsp、cpld、fpga等。
57.在一实施例中，vdc为单片机等控制器的输入，使用单片机对变频控制器保护电路的电压进行监测，当保护电路中出现异常的电压脉冲时，由单片机实现对电路的保护，如切断变频控制器的电源，以保护变频控制器的元件不被高压脉冲损坏。
58.在一实施例中，变频控制器接入交流电网时，以交流电网为电源，由于交流电网的功率容量大，功率远远大于变频控制器的额定功率，故接在交流电网时电压稳定，维持在220v上，故不会出现异常情况，则在第一二极管d13 与第一电容ec2之间的电压一直稳定在220v，电路中不会出现高压脉冲。
59.在另一实施例中，如图2所示，当交流220v发电机作为变频控制器的输入电源、且发电机的输出功率大于变频控制器的额定功率时，变频控制器超负荷运行，其输出变为斩波输出，在输出变为斩波输出的时刻，变频控制器没有大电解电容，故变频控制器的输出功率完全被发电机提供，此时由于变频控制器的功率瞬间降为0，由于发电机不能同步关断，此时发电机的会产生一个较大的脉冲电压。此时高压脉冲进入本实用新型的变频控制器保护电路，由整流电路整流为直流电压，然后通过高压电器供电端口bus向变频控制器和其他接入高压电器供电端口bus的功率器件提供电压，在高压脉冲高于电路中的元件的耐压值时，会损坏用电器。
60.在经过高压电器供电端口bus的同时，此高压脉冲也通过第一二极管d13 进入电压保持电路，由于电压提高，第一电容ec2此时开始进行充电，在短时间内，电压又会因为变频控制器进入斩波的未斩波部分而恢复220v电压，此时第一电容ec2开始放电，第一二极管d13逆向截止，在第一电容ec2与第一二极管d13的共同作用下，电压会保持在高压脉冲的电压值，此时通过 vdc连接的控制器监测到异常的高压脉冲，及时发出响应，如对电路进行断电等操作，以保护电路与变频控制器。
61.另一方面，如图2所示，本实用新型还提供一种电机变频控制系统，包括交流电源、变频控制器以及如上所述的变频控制器保护电路，特别适用于无大电解电容的无感无刷永磁电机变频控制系统。
62.虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。