信号调理电路

a）直流侧电压过压保护检测电路
b）APF 输出电流过流保护检测电路 图 4.13 保护电路原理图
电压电流信号经电流传感器和电压传感器及取样电路一并转化为输入信号 在-10V 到+10V 的电压信号，考虑到采用有效值芯片的成本较高，该论文选择使 用整流电路将传感器检测的三路 APF 电流信号进行整流后变换成一直流电压信 号，后端接一大电容平波，再与 LM393 比较器芯片进行比较，如果任何一路电 流、电压值超过安全设定则保护电路驱动继电器跳闸。
＋5V R1 快速光耦 R2 R3 +15V ＋ VCC IN FO GND IPM 模块 信号 进线 接口
PWM 信号入口
0.1u
故障信号 出口 慢速光耦
a）光电隔离驱动电路原理图 b）IPM 驱动电路实物电路板 图 4.19 IPM 驱动电路原理图及其实物图
Байду номын сангаас
3 2
U4 5A 1 LM3 93 C2 7 ZERO
图 4.14 电压过零捕获电路
图中入口信号为母线 A 相电压经过了一级 PT 之后的标准信号，为 100V 交 流信号，然后经过了电路中的二级 PT（电压互感器）转换为 5V 交流信号，最 后 经 过 了 ∏ 型 滤 波 电 路 ， 反 并 联 二 级 管 钳 住 输 入 运 放 LM393 的 电 压 为 -0.7V~+0.7V 之间， 输入电流为零， 满足 LM393 灌电流最大值 25nA 的技术指标。
a）负载电流取样电路原理图
b）APF 输出电流取样电路原理图
c）APF 直流侧电压取样电路原理图
反向比例运算放大电路放大倍数 A= u0 / ui 1 R2 / R1 RC 滤波电路的时间常数 =RC=10k 0.1 10-6=1ms。
2．保护电路 系统工作过程中，由于外部原因造成逆变模块直流侧电压的抬高甚至电压 的飙升，进而影响到系统的补偿性能，甚至危及系统的安全。同时，如果逆变器 的输出补偿电流大于所要补偿的电流值造成过补， 也会对整个系统的补偿性能和 安全带来危害。 为确保上述状况发生后装置的安全，设置了大功率逆变模块过压 过流保护电路，其原理图如图 4.13 所示
4．PWM 隔离电路
为了将 2812 控制器与驱动板完全隔离开，不让驱动板受到的强电干扰影响 控制器，需设计一级隔离电路。如该原理图所示，利用光隔 4504 的隔离作用将 输入端的 DSP 控制器与输出端连接的驱动板完全进行了电气隔离。 实验过程中发现，驱动板上的干扰信号会通过连接 DSP 控制板的地线或其 他未隔离线路进行传导并干扰， 也就是驱动板可能会受输出滤波器上的高频电流 电磁干扰以及驱动电源地线信号干扰，而该干扰无法为滤波器滤除。加入该电路 后，驱动板上的干扰即无法影响 DSP 板，让控制器可以正常工作。
3．过零比较电路
电网电压过零点的正确选取是整个程序有序运行的前提条件，同步信号捕 获单元是为读取母线电压中 A 相的过零点而设计的，主要功能是提供电网准确 的相位信息，给 PWM 调制模块和 AD 采样模块提供时间基准，过零同步模块保
证 APF 发出的补偿电流是在电网电流过零的时刻，这样可以确保相角的正确， 保持补偿谐波电流的相位同步，防止误补偿。具体电路如图 4.14 所示。其原理 图如下：
发出用来封锁脉冲，让驱动板停止接收脉冲信号。
4.3.1.4 IPM 模块驱动电路设计
电力电子器件的驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是电 力电子装置的重要环节， 对整个装置的性能有很大的影响。本文设计的驱动电路 是将 DSP 控制器传来的信号按照其控制目标的要求，转换为加在 IPM 模块上的 控制其开通或关断的信号， 共包括两个部分：硬件死区生成电路和光电隔离驱动 电路。
DSP 外围电路板 （隔离电路） 死区电路 快速光隔 IN
保护电路
慢速光隔
I P M 模 FO 块
图 4.16 IPM 模块驱动电路结构图 1．硬件死区生成电路
硬件死区电路是整个控制系统中的另一个重要部分，其作用是防止断电或 者上电的瞬间， 不确定的脉冲信号导致 IGBT 模块上下桥臂直通， 造成短路。 2812 中的 PWM 输出是可以通过软件设置死区时间， 但是实际系统在因上电的一瞬间 PWM 引脚的状态不确定，为了加强系统的稳定性，此控制系统中也集成了硬件 死区生成电路，通过电容和电阻的配合给出了硬件死区，时间为 6us。大于 IPM 模块要求的最小死区时间 3us，在工程应用中能够很好的满足要求，保证 IGBT 模块的正常触发。 此外， 当 IGBT 模块过温， 欠压或者过流的时候都会有一个 10ms 左右时间的出错保护信号送给硬件互锁电路，可以直接封锁 6 路脉冲输出，保护 模块的安全。 死区电路见图 4.17 所示，时间主要由电阻电容参数配合来决定；图 4.18 为 本文仿真所得包含死区时间的 PWM 信号，文中实际死区时间为 6μs。
1．信号调理电路 信号调理电路是接口板的重要组成部分，信号精度决定了系统控制性能的 优劣。 如果直接采用 DSP2812 的采样模块进行设计存在以下缺点： 只能接收 0~3V 的单极性信号输入， 对于交流信号需要另外设计限幅抬压电路；同一排序器内各 通道串扰严重；12 位的转换精度难以满足高性能系统的要求。综合考虑后，本 文选用合众达的 DSP2812M 电力应用控制板，其 AD 输入范围为-10V 至+10V， 12 路 16 位高精度外扩 A/D 模块能够很好满足用户对采样的需求。 为了最大程度地让信号无失真地进行传输，我们采用的传感器均为电流型， 下图为接口电路板上的信号调理电路图。 为了最大限度利用控制板采样电压为正 负 10V，电流信号由取样电阻转换成电压信号后，经过稳压管（保证输入电压小 于 10V，保护 AD 芯片） ，再加一级运放将电压信号放大至 10V 后，输入 2812 控制板，这样既能很好利用开发板也能提高采样精度和准确度。
图 4.15 PWM 输出光电隔离电路
电力有源滤波器控制器的最终输出为 PWM 脉宽调制信号，主处理器 2812 自身的事件管理单元 EVA 模块输出三路 PWM 信号，为 3.3V 电平系统，与 IPM 驱动板上的+5V 的接入信号不兼容，所以同时利用光电隔离芯片 4504 进行电平 的转换，从该图上可以看出输入的信号为+3.3V，输出为+5V。该原理图总共有 四路 PWM 输出，前三路为三相的 PWM 信号，因为死区电路已经集成在了 IPM 模块驱动电路板上，另一路信号为 PWM 的封锁信号，该信号从 DSP 控制板上
C2 5 VCC R6 8 4 .7 K 0 .1 u R4 5 1 5K C2 2 J1 2 1 OVER_ ZERO 2 1 V1 IN+ INKD2 81 5 0 .0 1 u NC OUTOUT+ 5 5 3 0 .1 u C2 4 1 uF D1 IN4 1 48 D2 IN4 1 48
4 8
图 4.17 死区生成电路原理图
6us
图 4.18 仿真死区波形图 2．光电隔离驱动电路
光电隔离驱动电路设计见图 4.19。 IPM 型号为 PM450CLV120 智能功率模块， 是三菱公司最新的第五代智能模块，具有高集成度，小体积封装等特点；可通过 的最大电流为 450A，最高阻断电压 1200V，最大开关频率可达到 20kHz。内部 有故障检测电路和保护电路，包括模块过温保护、短路保护、控制欠电压保护。 该模块内部集成了 6 个 IGBT 单元，每个单元有四个引脚，分别是＋15V 控制电 源、电源地、信号输入引脚、故障输出引脚，各个单元的引脚都是相互独立的， 不能连结在一起， 所以在应用的过程中，都是使用 6 组独立的电源来控制智能模 块。为了更好的得到此+15V 电源，本文采用了 VLA106-24151 芯片，DC/DC 转 换器，该芯片可以得到+15V 电源且输入输出之间相互独立，能够提高驱动板的 可靠性和抗干扰能力。图 4.19 为光电隔离驱动电路的原理图及其实物图。