方案设计

开关电源控制电路

1 开关电源电压反馈端电路:为保证系统输出电压稳定,系统中采取跟踪监视+15V电源作为反馈信号,具体实现如下:

                                            电源反馈检测电路

备注:电路中对+15V采用TL431进行2.5V精确稳压作为运放+端输入,采样端通过电阻分压作为运放的-端输入,比较之后输出调节光藕原边导通电流,从而达到影响光藕副边的的输出电流和电压;

2UC3844开关电源控制电路:UC38844主要使用与DC-DC的开关电源控制,它自带发生PWM的系统,并提供开关电源保护,只需加少量的外围器件就能准确完成开关电源的控制,集成度高,效率也比较好,具体如图4所示:

 

                                UC3844/2844控制电路

备注: R12,C6组成系统的RC振荡器,频率F=1.72/(R12*C6),其中,C6将决定系统的死区时间,驱动信号输出频率为1/2FIF为系统的电流反馈信号,当大于1V时,系统处于OFF状态,VF为系统的电压反馈,当电源电压大于18V时,VC拉低,系统处于OFF状态;在正常工作中:VC1.4VIF电压进行作比较,作自我调节,当IF大于VC1.4V时,系统进行OFF状态。VC点的电压主要通过光藕进行微调来达到调节PWM波形的功能。

开关电源启动电路

 

                    开关电源电路

备注:UC3844/2844具有ULO的功能,上电时通过RC充电回路给芯片电源VCC充电,当大于16V时,芯片输出PWM波进行开关控制,这时驱动MOSEFT管有个瞬间的大电流和ICC可能达到17mA,这样VCC将迅速下降,只要在该期间VCC仍能保持在大于10V,整个系统的才真正启动完成,否则将等待下一次RC充电。在充电电路中需要足够点充电电流。

    

                       驱动电源输出

备注:上图为U相上桥驱动电源。UVW三组上桥驱动电源,下桥驱动电源共用一组;每组驱动电源都如上图,带中间抽头,即驱动电源的正电源和负电源由共地的独立绕组输出。这样IGBT在开通、关断时对正负电源的影响较小。

 

IGBT驱动电路

 

 

                                          IGBT上桥驱动电路

备注:光藕原边LED驱动电流多设计在812mA,以保证光藕饱和导通;副边根据IGBT的具体型号选取适当的参数。当光藕的驱动能力不足以驱动大电流的模块时,可考虑使用推挽式放大电路。

 

   

 

IGBT下桥驱动电路

备注:光藕HCPL-331J原边也是LED驱动型,LED电流多设计在812mA,以保证光藕饱和导通;副边根据IGBT的具体型号选取适当的参数。当光藕的驱动能力不足以驱动大电流的模块时,可考虑使用推挽式放大电路。在IGBT压降检测中,R38的电阻可调整检测压降值,但会影响一定的检测速度,可以串联二极管来实现,C33的选取,本电路中由于驱动信号的参与,该参数可适当的放大,以测试性能为准。

IGBT各管的驱动中,三路上桥和制动单元由ACPL-312H来驱动,下桥由ACPL-331J来驱动,IGBT的短路就通过下桥检测来完成。

 

电流检测及过流保护电路

1U,V电流采样电路:该电路主要实现对变频器两相输出电流的实时检测。变频器控制系统通过该值的变化监视输出负载并作调节,以满足变频器拖动各种负载的要求。

 

U相电流调理电路:

备注:将变频器2.3倍额定电流峰值对应的IU1电流检测信号幅值通过运放输出IU2±5V的正弦信号,再通过偏置电路输出IUMCU采样;以7.5KW变频器设计为例:7.5KW变频器额定电流17A,采用30A/4V的霍尔,

IU1=17×1.414×2.3÷30×4=7.37V, R67+R69=50÷7.37=6.8K,IU=2.5+0.5×IU2

2合成W电路:由于普通变频器只采样UV相电流,W相通过U,V两相电流合成之后送MCU作运算(预留有必要作三相电流检测)具体电路如下:

 

                                                                                                                 电流保护电路

备注IW2=(IU2+IV2),IW=2.5+0.5×IW2

 

                                    三相电流合成电路

备注:VLABS=1.732×|Vi|×R82÷R73,在控制板设计中,VLABS与是否过流直接相关,当该值大于3.76V,系统报过流故障。|Vi|IU1,IV2,IW2的绝对值电流,设计过流点约为2.2倍额定电流。

过流保护电路不但能监测由于负载的波动而引起的过流,还能对变频器桥臂短路、电机缺相运行、电机相地短路等引起的过流起到一定的监测和保护作用。其机理在于这些故障都会引起变频器的U相或V相输出电流急剧增大,而此电路能对这种异常变化及时反应,以致变频器在严重过流的情况下封锁主电路的IGBT驱动,避免故障扩散,造成炸机现象。

 

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