CN201315563Y - 数码变频发电机控制器的控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了数码变频发电机控制器的控制电路，包括中央处理单元、工作电源电路、三相交流半桥整流电路、三相交流电采样与三相半桥整流隔离控制电路、整流电压采样电路、功率变换电路、功率变换桥驱动电路、输出交流电压和负载电流采样绝对值电路、步进电机驱动控制电路；所述的三相交流电采样与三相半桥整流隔离驱动控制电路由电阻R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R110、R11，滤波电容C540、C542、C543，二极管D04、D05、D06，运算放大器U81，4光耦U61，三极管T85、T86、T87，二极管D61、D62、D63、D64组成。本实用新型的控制电路，对各种信号进行全数字化处理，具有产品可靠性高、生产调试成本低、性能稳定可靠、输出的交流电稳定度高于2％，谐波小于2.5％。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种数码变频发电机的控制电路。
背景技术
传统发电机由发动机与励磁电机组成，励磁电机输出交流电。由于励磁电机损耗大，故整机转换效率低、转换效率最高只有55％，其输出电压谐波大、输出电压稳定度低，使得传统发电机不适用对电力质量要求高的精密仪器及各种家电，如电脑、冰箱等家电产品；且由于励磁发电机体积大、自身重，使得传统励磁发电机不便携带。在传统发电机基础上，出现了数码变频发电机，它由发动机、永磁电机、数码变频发电机控制器及发动机油门调节阀组成。数码变频发电机控制器是数码变频发电机的核心部件，要求具有稳定可靠、成本低、体积小重量轻、输出电压谐波小电压稳定的特点，数码变频发电机控制器的作用是将永磁电机输出的频率为300-600HZ的三相交流电转换为频率为50/60Hz的交流电输出，同时数码变频发电机控制器能根据负载大小调节发动机油门使发动机工作于最佳状态，由于永磁电机转换效率高，其转换效率达85％以及根据负载大小对发动机油门的及时调整使得发电机效率比传统励磁发电机高20-40％，具有很好的节能效果。永磁电机输出的交流电经控制器处理转换输出，控制器输出的交流电谐波小于2.5％，稳定度高于2％，使得数码变频发电机输出的交流电可满足对电力质量要求高的精密仪器及各种家电的使用要求。由于永磁电机体积小重量轻使得数码变频发电机的重量仅有传统发电机的一半，体积减小1/3，便于携带。现有技术的数码变频发电机控制器由于普遍存在可靠性较差、成本高等缺点，不能完全满足取代传统发电机的市场需求。
发明内容
本实用新型针对现有技术的数码变频发电机控制器由于其设计上的不足，提供一种可靠性高、成本低、生产调试简单、输出电压稳定的数码变频发电机控制器的控制电路。
本实用新型的技术方案：数码变频发电机控制器的控制电路，包括中央处理单元CPU、负载电流传感器、输出电压传感器、工作电源电路、三相交流半桥整流电路、三相交流电采样与三相半桥整流隔离控制电路、整流电压采样电路、功率变换电路、功率变换桥驱动电路、功率变换桥瞬态电流采样传感器、输出交流电压采样信号绝对值电路、负载电流采样绝对值电路、步进电机驱动控制电路；其特征在于：所述的三相交流电采样与三相半桥整流隔离驱动控制电路由电阻R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R110、R11，滤波电容C540、C542、C543，二极管D04、D05、D06，运算放大器U81，4光耦U61，三极管T85、T86、T87，二极管D61、D62、D63、D64组成；
三相交流电A相电压UA连接到分压电阻R13，经分压电阻R13、R14、R15和滤波电容C540分压滤波后，得到A相电压采样信号DUA；A相电压采样信号DUA连接到由电阻R541、运算放大器U81A、二极管D04组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出A相电压采样信号DUAO；DUAO连接到中央处理单元的一模拟输入端；
三相交流电B相电压UB连接到分压电阻R16，经分压电阻R16、R17、R18和滤波电容C542分压滤波后，得到B相电压采样信号DUB；B相电压采样信号DUB连接到由电阻R542、运算放大器U81B、二极管D05组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出B相电压采样信号DUBO；DUBO连接到中央处理单元的一模拟输入端；
三相交流电C相电压UC连接到分压电阻R19，经分压电阻R19、R110、R111和滤波电容C543分压滤波后，得到C相电压采样信号DUC；C相电压采样信号DUC连接到由电阻R543、运算放大器U81C、二极管D06组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出C相电压采样信号DUCO；C相电压采样信号DUCO连接到中央处理单元的一模拟输入端；
中央处理单元CPU根据输入的整流电压VDC采样信号AN3、三相交流电采样信号DUAO、DUBO、DUCO输出三相半桥整流电路可控硅SCR50、SCR51、SCR52的控制信号SC1、SC2、SC3，从而将整流电压VDC控制在工艺需要值；
可控硅SCR50的控制信号SC1连接到R61，经电阻R61及4光耦U61内的其中一路(第一路)隔离光耦、电阻R64、电阻R67、三极管T85、电阻R50、二极管D61组成的光耦隔离驱动电路输出可控硅SCR50的关断控制信号SC1O；
可控硅SCR51的控制信号SC2连接到电阻R62，经电阻R62及4光耦U61内的其中一路(第三路)隔离光耦、电阻R65、R68、三极管T86、电阻R51、二极管D62组成的光耦隔离驱动电路输出可控硅SCR51的关断控制信号SC2O；
可控硅SCR52的控制信号SC3连接到电阻R63，经电阻R63及4光耦U61内的其中一路(第四路)隔离光耦、电阻R66、R69、三极管T87、电阻R52、二极管D63组成的光藕隔离驱动电路输出可控硅SCR53的关断控制信号SC3O。
本实用新型数码变频发电机控制器的控制电路，具有如下特点：
1、采用单片机CPU作为中央处理单元，对各种信号进行全数字化处理，使得数码变频控制器具有产品可靠性高、生产调试成本低、其输出的交流电稳定度高于2％，谐波小于2.5％。
2、功率变换电路H桥中采用了瞬态电流传感器对桥路瞬态电流的检测，使得控制器具有良好的过载过流保护功能，控制器性能稳定可靠。
3、整流输出电压VDC完全及时控制在需要值，可控整流电路设计简单、成本低，具有非常高的可靠性。
附图说明
图1是本实用新型控制器原理框图；
图2是三相交流采样与三相半桥整流隔离驱动控制电路；
图3是功率变换桥驱动电路、功率变换电路与功率变换桥瞬态电流采样传感器电路；
图4是负载电流采样绝对值电路；
图5是输出交流电压采样信号绝对值电路；
图6是步进电机驱动控制电路；
图7是中央处理器单元电路。
具体实施方式
如附图1所示的数码变频发电机控制器原理图，控制器的控制电路包括中央处理单元CPU、负载电流传感器、输出电压传感器、工作电源电路、三相交流半桥整流电路、三相交流电采样与三相半桥整流隔离控制电路、整流电压采样电路、功率变换电路、功率变换桥驱动电路、功率变换桥瞬态电流采样传感器、输出交流电压采样信号绝对值电路、负载电流采样绝对值电路、步进电机驱动控制电路和中央处理器单元电路；其中，三相交流半桥整流电路将永磁电机输出的三相交流电整流为直流电压VDC，功率变换电路将输入的直流电压VDC转换为宽度可调的高频高压脉冲，高频高压脉冲经功率变换驱动电路H桥内的LC滤波器平滑滤波后输出频率为50/60Hz的交流电。
输出电压传感器的输出信号经输出交流电压采样信号绝对值电路放大后连接到中央处理单元CPU，经CPU运算后输出脉宽控制信号PWM1、PWM2，PWM1、PWM2经功率变换驱动电路输出H桥4个开关管的控制信号、控制开关管的关断与导通。整流电压采样电路的整流电压线性光耦隔离放大电路检测整流电压VDC的值、将VDC的检测值输入到CPU的模拟端口。三相交流电采样信号电路经三路同相跟随器连接到CPU三个模拟输入端，CPU根据输入的整流电压信号、三相交流电采样信号输出三路控制信号，三路控制信号经过三路光耦隔离驱动电路后经驱动三极管产生三路可控硅的驱动控制信号，控制三个整流电路可控硅的通断，将整流电压即时控制在需要值。
负载电流传感器输出的负载电流采样信号经负载电流采样信号绝对值电路放大后连接到CPU模拟端口，功率变换桥瞬态电流检测传感器检测到的桥路电流信号值经过与预设值比较后产生中断信号到CPU，CPU即时关断输出的PWM脉冲，同时根据检测到的输出电压与负载电流进行正确、及时的过载过流保护，使控制器具有高可靠性，避免误操作。
工作电源电路产生控制器需要的各种工作电源。以上与现有技术相同的部分不作进一步的描述。
如附图2、3、4、5、6、7所示的具体实施例的数码变频发电机控制器电路连接图中：
数码变频发电机永磁电机输出的三相交流电经半桥整流电路整流后输出直流电压VDC，VDC经电阻R210、电阻R211、W1分压后通过由运算放大器U77、线性光藕隔离放大器TIL300组成的整流电压采样电路输出整流电压值信号AN3到中央处理器CPU的模拟输入端口。
如附图2所示电阻R13、R14、R15、R16、R17、R19、R110、R111与运算放大器U81、4光耦器件U61及驱动三极管T85、T86、T87，电阻R50、R51、R52、二极管D61、D62、D63、D64组成三相交流电采样与三相半桥整流隔离驱动控制电路，三相交流电UA、UB、UC经附图2所示分压后经同相跟随器U81将三相交流电UA、UB、UC采样信号DUAO、DUBO、DUCO输入到CPU模拟端口，CPU根据输入的整流电压信号AN3、三相交流电UA、UB、UC采样信号DUAO、DUBO、DUCO输出三相半桥整流电路可控硅控制信号SC1、SC2、SC3，这三路控制信号经U61隔离后产生SC1O、SC2O、SC3O三路控制信号分别控制可控硅SCR50、SCR51、SCR52的通断从而将整流电压DCV控制在需要值。
三相交流电A相电压UA连接到分压电阻R13，经分压电阻R13、R14、R15和滤波电容C540分压滤波后，得到A相电压采样信号DUA；A相电压采样信号DUA连接到由电阻R541、运算放大器U81A、二极管D04组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出A相电压采样信号DUAO；DUAO连接到单片机中央处理单元CPU的一模拟输入端。
三相交流电B相电压UB连接到分压电阻R16，经分压电阻R16、R17、R18和滤波电容C542分压滤波后，得到B相电压采样信号DUB；B相电压采样信号DUB连接到由电阻R542、运算放大器U81B、二极管D05组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出B相电压采样信号DUBO；DUBO连接到单片机中央处理单元CPU的一模拟输入端。
三相交流电C相电压UC连接到分压电阻R19，经分压电阻R19、R110、R111和滤波电容C543分压滤波后，得到C相电压采样信号DUC；C相电压采样信号DUC连接到由电阻R543、运算放大器U81C、二极管D06组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出C相电压采样信号DUCO；C相电压采样信号DUCO连接到单片机中央处理单元CPU的一模拟输入端。
中央处理单元CPU根据输入的整流电压VDC采样信号AN3、三相交流电采样信号DUAO、DUBO、DUCO输出三相半桥整流电路可控硅SCR50、SCR51、SCR52的控制信号SC1、SC2、SC3，从而将整流电压VDC控制在需要值。
可控硅SCR50的控制信号SC1连接到R61，经电阻R61及4光耦U61内的其中一路(第一路)隔离光耦、电阻R64、R67、三极管T85、电阻R50、二极管D61组成的光耦隔离驱动电路输出可控硅SCR50的关断控制信号SC1O。
可控硅SCR51的控制信号SC2连接到电阻R62，经电阻R62及4光耦U61内的其中一路(第三路)隔离光耦、电阻R65、R68、三极管T86、电阻R51、二极管D62组成的光耦隔离驱动电路输出可控硅SCR51的关断控制信号SC2O。
可控硅SCR52的控制信号SC3连接到电阻R63，经电阻R63及4光耦U61内的其中一路(第四路)隔离光耦、电阻R66、R69、三极管T87、电阻R52、二极管D63组成的光耦隔离驱动电路输出可控硅SCR53的关断控制信号SC3O。
光藕U61的输出端的接地端通过二极管D64、电阻R56(阻值0欧)连接到整流桥输出端以增强电路可靠性。D64、D61、D62、D63推荐型号为FR107。
如附图3所示功率变换电路由4个开关管T1、T2、T3、T4、瞬态电流传感器U45、滤波电感L6、L7、滤波电容C46、C48组成，功率变换电路将输入的直流电压DCV转换为高频脉冲，经L6、L7、C46、C48平滑滤波后输出50/60H交流电。如附图4、5所示的负载电流传感器U13、输出电压传感器U16产生的负载电流、输出电压采样信号VIN1、VIN2经相应绝对值电路放大后的输出信号AN1、AN2连接到CPU的模拟输入端，CPU运算后输出脉宽调制信号PWM1、PWM2。
脉宽调制信号PWM1、PWM2经光藕U40、U41、U42、U43组成的功率变换桥驱动电路产生4路驱动控制信号，分别连接到H桥4个开关管的栅极电阻R44、R46、R48、R410完成对4个开关管的关断控制。瞬态电流传感器U45输出的信号与预设信号比较后产生INT中断信号到CPU，CPU根据INT、AN1、AN2信号进行过流过载保护，使控制器具有高可靠性。
图6的步进电机驱动控制电路和图7的中央处理器单元电路是一种常规的连接电路，不作进一步的介绍。
Claims (2)
1、数码变频发电机控制器的控制电路，包括中央处理单元CPU、负载电流传感器、输出电压传感器、工作电源电路、三相交流半桥整流电路、三相交流电采样与三相半桥整流隔离控制电路、整流电压采样电路、功率变换电路、功率变换桥驱动电路、功率变换桥瞬态电流采样传感器、输出交流电压采样信号绝对值电路、负载电流采样绝对值电路、步进电机驱动控制电路；其特征在于：所述的三相交流电采样与三相半桥整流隔离驱动控制电路由电阻R13、R14、R15、R16、R17、R18、R19、R110、R11，滤波电容C540、C542、C543，二极管D04、D05、D06，运算放大器U81，4光耦U61，三极管T85、T86、T87，二极管D61、D62、D63、D64组成；
三相交流电A相电压UA连接到分压电阻R13，经分压电阻R13、R14、R15和滤波电容C540分压滤波后，得到A相电压采样信号DUA；A相电压采样信号DUA连接到由电阻R541、运算放大器U81A、二极管D04组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出A相电压采样信号DUAO；DUAO连接到中央处理单元的一模拟输入端；
三相交流电B相电压UB连接到分压电阻R16，经分压电阻R16、R17、R18和滤波电容C542分压滤波后，得到B相电压采样信号DUB；B相电压采样信号DUB连接到由电阻R542、运算放大器U81B、二极管D05组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出B相电压采样信号DUBO；DUBO连接到中央处理单元的一模拟输入端；
三相交流电C相电压UC连接到分压电阻R19，经分压电阻R19、R110、R111和滤波电容C543分压滤波后，得到C相电压采样信号DUC；C相电压采样信号DUC连接到由电阻R543、运算放大器U81C、二极管D06组成的同相跟随器输入端，经同相跟随器输出C相电压采样信号DUCO；C相电压采样信号DUCO连接到中央处理单元的一模拟输入端；
中央处理单元CPU根据输入的整流电压VDC采样信号AN3、三相交流电采样信号DUAO、DUBO、DUCO输出三相半桥整流电路可控硅SCR50、SCR51、SCR52的控制信号SC1、SC2、SC3，从而将整流电压VDC控制在工艺需要值；
可控硅SCR50的控制信号SC1连接到R61，经电阻R61及4光耦U61内的其中一路隔离光耦、电阻R64、电阻R67、三极管T85、电阻R50、二极管D61组成的光耦隔离驱动电路输出可控硅SCR50的关断控制信号SC1O；
可控硅SCR51的控制信号SC2连接到电阻R62，经电阻R62及4光耦U61内的其中一路隔离光耦、电阻R65、R68、三极管T86、电阻R51、二极管D62组成的光耦隔离驱动电路输出可控硅SCR51的关断控制信号SC2O；
可控硅SCR52的控制信号SC3连接到电阻R63，经电阻R63及4光耦U61内的其中一路隔离光耦、电阻R66、R69、三极管T87、电阻R52、二极管D63组成的光耦隔离驱动电路输出可控硅SCR53的关断控制信号SC3O。
2、根据权利要求1所述的数码变频发电机控制器的控制电路，其特征在于：光耦U61的输出端的接地端通过二极管D64、电阻R56连接到三相交流半桥整流电路的输出端。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090923 Termination date: 20121219 |