一种双通道交替积分的变频器输出电压采样电路的制作方法

1.本实用新型涉及变频器输出电压检测技术领域，具体涉及一种双通道交替积分的变频器输出电压采样电路。


背景技术：

2.变频器采用无编码器矢量控制驱动电机时，带载性能对输出电压的精度较为敏感，然而受开关器件死区等非线性因素的影响，实际输出电压和程序内给定的电压往往有较大的偏差，这大大影响了低速下的性能。此时需要通过对输出电压进行采样并反馈才能获得较好的性能。此外，在其他一些应用场合，也需要对变频器的输出电压采样。然而，变频器输出的是含有大量谐波的pwm方波电压，实际在软件中需要的是其基波的实时值，也即是每个载波周期内，pwm波电压的平均值。这给采样带来极大的困难。在实际应用中一般有两种方案，一种是通过低通滤波器滤除pwm波中的高频谐波，然而该方案需要较深的滤波深度，因此会造成基波较大的相位延迟和幅值衰减，并且在不同的基波频率下，滤波效果均有差异，需要在软件内根据实时频率做相应的补偿，效果不理想。另一种通过远高于开关频率的adc采样，也即通常所说的周期采样，然后通过运算处理，将每个载波内电压平均值计算输出，由于该方案对adc的采样速率有较高的要求，并且需要有较大的运算量，因此往往需要独立成一个外挂模块，否则会占用大量的主控制器的计算资源，实现较为复杂并且成本较高。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种双通道交替积分的变频器输出电压采样电路，通过硬件电路方式实现变频器输出电压基波采样。该方案相较于低通滤波基波采样方式具有无相位延迟和幅值衰减的优势，相较于高频周期采样方式具有电路简单、成本低的优势。
4.一种双通道交替积分的变频器输出电压采样电路，包括双通道积分电路、积分复位电路和输出信号切换电路；
5.所述双通道积分电路包括第一运算放大器u1和第二运算放大器u2，第一运算放大器u1的同相输入端接地，第一积分电容c1跨接在第一运算放大器u1的反相输入端和输出端之间，第二运算放大器u2外围电路和第一运算放大器相同，第二运算放大器u2的同相输入端接地，第二积分电容c2跨接在第二运算放大器u2的反相输入端和输出端之间；
6.所述积分复位电路包括第一模拟选通开关s1和第四模拟选通开关s4，第一模拟选通开关s1的一端变频器的输出，另一输入端接地，第一选通模拟开关s1的输出接至第一运算放大器u1的输入，第四模拟选通开关s4的一端变频器的输出，另一输入端接地，第四选通模拟开关s4的输出接至第二运算放大器u2的输入；
7.所述输出信号切换电路包括第三模拟选通开关s3和主控dsp，所述第三模拟选通开关s3的两个输入端分别接第一运算放大器u1和第二运算放大器u2的输出，且第三模拟选通开关s3的输出接主控dsp的adc端口。
8.优选的，所述第一选通模拟开关s1的输出通过第零电阻r0与第一运算放大器u1的反相输入端连接，所述第四模拟选通开关s4的输出通过第一电阻r1与第二运算放大器u2的反相输入端连接。
9.优选的，所述积分复位电路还包括第二模拟开关s2和第五模拟开关s5，所述第二模拟开关s2接在第一运算放大器u1的反相输入端和输出端之间，第五模拟开关s5接在第二运算放大器u2的反相输入端和输出端之间。
10.优选的，所述第一模拟选通开关s1、第二模拟开关s2、第三模拟选通开关s3、第四模拟选通开关s4和第五模拟开关s5都接主控dsp的gpio口。
11.本实用新型的优点在于：通过硬件电路方式实现变频器输出电压基波采样。该方案相较于低通滤波基波采样方式具有无相位延迟和幅值衰减的优势，相较于高频周期采样方式具有电路简单、成本低的优势。
附图说明
12.图1为本实用新型的双通道交替积分变频器输出电压采样电路图；
13.图2为本实用新型的双通道交替积分及采样过程示意图图；
具体实施方式
14.为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
15.如图1至图2所示，一种双通道交替积分的变频器输出电压采样电路由双通道积分电路、积分复位电路、输出信号切换电路以及相匹配的开关器件控制方案构成。输入的电压信号以载波周期为间隔单位，交替输入到双通道积分电路中，用于求取每个载波周期内的电压平均值。积分复位电路交替复位对应的积分电容电荷，保证电路的连续运行。输出信号切换则负责将每个开关周期内有效的电压输出，供dsp的adc端口采样。相应的，为了保证dsp采样电压的正确性，需要由变频器的主控dsp的gpio端口控制其中开关器件的动作逻辑和时序。
16.所述用于变频器输出电压采样方案的双通道积分电路由第零电阻r0的一端接至第一运算放大器u1的反相输入端，第一运算放大器u1的同相输入端接地。第一积分电容c1跨接在第一运算放大器u1的反相输入端和输出端之间。第二运算放大器u2外围电路和第一运算放大器相同，第一电阻r1的一端接至第二运算放大器u2的反相输入端，第二运算放大器u2的同相输入端接地。第二积分电容c2跨接在第二运算放大器u2的反相输入端和输出端之间。
17.所述用于变频器输出电压采样方案的积分复位电路，其特征在于，变频器的输出电压信号从第一模拟选通开关s1的一端接入，s1的另一输入端接地，第一选通模拟开关的输出接至第一积分器的输入；变频器的输出电压信号从第四模拟选通开关s4的一端接入，s4的另一输入端接地，第四选通模拟开关的输出接至第二积分器的输入；第二模拟开关s2接在第一积分器的反相输入端和输出端之间；第五模拟开关s5接在第二积分器的反相输入端和输出端之间。
18.所述用于变频器输出电压采样方案的输出信号切换电路，其特征在于，第一积分
器和第二积分器的输出分别接到第三模拟选通开关s3的两个输入端，s3的输出端接至主控dsp的adc端口。通过控制第三模拟选通开关的驱动信号，可以选择第一或者第二积分器的输出接入adc端口。
19.所述用于变频器输出电压采样方案的开关器件控制方案，其特征在于，给定双通道积分器命令，使其处于交替工作和复位状态，在dsp每个adc中断程序的起始位置，翻转gpio，使得原本处于复位状态的积分器进入工作状态，电压信号通过相应的模拟选通开关输入给积分器，同时，并联在电容两端的泄放开关断开，另一原本处于工作状态的积分器则进入复位状态，输入端的模拟选通开关信号接地，同时闭合并联在电容两端的泄放开关，此时输出信号切换电路选择将工作状态的积分器的有效信号输出。在下个adc中断程序的起始，翻转gpio，工作过程和上述类似。
20.具体实施方式及原理：
21.电压信号从第一模拟选通开关s1的一端接入，第一模拟选通开关s1的另一输入端接地。第一模拟选通开关的输出接到第零电阻r0的一端，第零电阻r0另一端接至第一运算放大器u1的反相输入端，第一运算放大器u1的同相输入端接地。第二模拟开关s2和第一积分电容c1并联后，跨接在第一运算放大器u1的反相输入端和输出端之间。第二运算放大器u2外围电路和第一运算放大器相同，信号从第四模拟选通开关s4的一个输入端接入，第四模拟选通开关s4的另一输入端接地。模拟选通开关s4的输出接到第一电阻r1的一端，第一电阻r1另一端接至第二运算放大器u2的反相输入端，第二运算放大器u2的同相输入端接地。第五模拟开关s5和第二积分电容c2并联后，跨接在第二运算放大器u2的反相输入端和输出端之间。第一运算放大器u1的输出端和第二运算放大器u2的输出端分别接到第三模拟选通开关s3的输入端，第三模拟选通开关s3的输出端接至变频器主控dsp的adc端口供其采样。第一、三、四模拟选通开关和第二、五模拟开关的控制信号通过非门等逻辑组合处理后，连接至变频器主控dsp的一个gpio引脚，具体的逻辑组合根据实际应用略有区别。
22.基于上述，本实用新型通过硬件电路方式实现变频器输出电压基波采样，该方案相较于低通滤波基波采样方式具有无相位延迟和幅值衰减的优势，相较于高频周期采样方式具有电路简单、成本低的优势。
23.由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。