变频输入逆变式直流电机驱动控制器

摘要

本发明公开了一种变频输入逆变式直流电机驱动控制器，它包括主电路和控制电路，主电路包括整流器，整流器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与逆变单元的输入端连接，逆变单元的输出端与高频主变压器的输入端连接，高频主变压器的输出端与高频整流器的输入端连接，高频整流器的输出端与高频滤波器的输入端连接，控制电路包括高频信号发生电路、频率检测电路、信号处理运算电路、采样电路和控制器。本发明的优点在于：能够将电压可变、频率可变的三相交流电转换成符合直流电机工作特性的电压，输出的直流电压与输入的交流频率同步变化，实现用机组原动机油门踏板控制直流行走电机无级变速、达到模拟汽车行走特性的目的。

主权项

变频输入逆变式直流电机驱动控制器，其特征在于：包括主电路（61）和控制电路（62），主电路（61）包括整流器（1），整流器（1）的输出端与滤波器（2）的输入端连接，滤波器（2）的输出端与逆变单元（3）的输入端连接，逆变单元（3）的输出端与高频主变压器（4）的输入端连接，高频主变压器（4）的输出端与高频整流器（5）的输入端连接，高频整流器（5）的输出端与高频滤波器（6）的输入端连接，控制电路（62）包括高频信号发生电路（7）、频率检测电路（8）、信号处理运算电路（9）、采样电路（10）和中央控制器（11），主电路（61）及控制电路（62）的连接关系如下：整流器（1）将输入的电压、频率可变的三相交流电通过整流器U9后整流成直流电，滤波器（2）由电容C1、电容C5、电容C6和电阻R1、电阻R2组成，电容C1为吸收电容，C5、C6为滤波电容，R1、R2为均压电阻，电容C1的一端与整流器U9的正输出端相连，另一端与整流器U9的负输出端相连，电阻R1与电容C5并联，电阻R2与电容C6并联，电容C5正极与电容C1的一端相连，电容C5负极与电容C6正极相连，电容C6负极与电容C1的另一端相连，逆变单元（3）将输入的直流电通过逆变单元U10逆变输出频率10~100kHz高频交流电，高频主变压器（4）中高频变压器T3的一次侧绕组两端输入高频交流电，高频变压器T3的二次侧绕组两端进行输出，高频变压器T3将二次侧绕组两端得到的交流电通过高频整流器（5）U13整流输出直流电，高频滤波器（6）由电感L4和电容C7组成，电感L4的一端与高频整流器U13的正输出端相连，电感L4的另一端与电容C7的正极相连，电容C7的负极与高频整流器U13的负输出端相连，控制器的外部正输出端与电容C7的正极相连，控制器的外部负输出端与电容C7的负极相连，高频信号发生电路（7）的电源模块U15的引脚1接至电源'12V，电源模块U15的引脚2接至电源'0V，电源模块U15的引脚3上得到电源‑15V，电源模块U15的引脚4接至0V电源，电源模块U15的引脚5上得到电源+15V，电容C41与电容C42串联，电容C41的负极与电源模块U15的引脚3相连，电容C41的正极与电源模块U15的引脚4相连，电容C42的正极与电源模块U15的引脚5相连，电容C44与电容C41并联，电容C43与电容C42并联，电源模块U16的引脚1接至电源+15V，电源模块U16的引脚2接至电源0V，电容C46的正极与电源模块U16的引脚3相连，电容C46的负极接至电源0V，电容C45与电容C46并联，给定电压信号QG经电容C9、电容C10、电阻R4、电阻R5、运算放大器U15、电阻R6、电容C11组成的滤波网络到控制芯片U1的5脚，为控制芯片U1工作提供给定信号，电阻R4的一端与电容C9相连，电容C9另一端接至电源0V，电阻R4的另一端与运算放大器U15的同相输入端相连，电阻R5与电容C10并联后一端与运算放大器U15的同相输入端相连，另一端接至电源0V，运算放大器U15的反相输入端与输出端相连，通过电阻R6连接到控制芯片U1引脚5，控制芯片U1的引脚5与电容C11一端相连，电容C11另一端接至电源0V，电阻R7、电阻R8、电容C28、电容C29使控制芯片U1工作能够软启动，电阻R8与电容C29并联，电容C29的正极与控制芯片U1引脚1，电容C29的负极接至电源0V，电阻R7与电容C28串联，电容C28的负极接至电源0V，电容C29的正极与控制芯片U1引脚2，电阻R7的另一端与控制芯片U1引脚1相连，电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样所得信号经过电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C18组成的滤波网络到控制芯片U1的4脚，为控制芯片U1工作提供给定信号，电阻R16与电阻R17串联，电阻R17的另一端与电流传感器U11的输出相连，电阻R16的另一端与控制芯片U1引脚4相连，控制芯片U1引脚4通过电阻R14接至‑15V电源，控制芯片U1引脚4通过电阻R15接至电源0V，谐波补偿电路由电阻R11、电阻R12、电容C15、电容C16、运算放大器U16组成，运算放大器U16的同相输入端与控制芯片U1引脚8相连，运算放大器U16的反相输入端与输出端相连，电阻R11、电容C16串联后与电阻R12和电容C15并联，电容C15一端与控制芯片U1引脚4相连，电容C15另一端与运算放大器U16输出端相连，震荡定时电路由电阻R9、电阻R10、电容C12、电容C14组成，电阻R9与电阻R10并联，一端与控制芯片U1引脚8相连，另一端接至电源0V，电容C12与电容C14并联，一端与控制芯片U1引脚9相连，另一端接至电源0V，电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样所得信号经过电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C18、电容C19为控制芯片U1提供外部关断，电阻R17与电阻R18串联连接到控制芯片U1引脚16，电阻R19与电容C19并联，一端与控制芯片U1引脚16相连，另一端接至电源0V，电阻R13为控制芯片U1输出级偏置电压输入的保护电阻，电容C13、电容C17、电容C30、电容C31为滤波电容，电阻R13一端与控制芯片U1引脚15相连，电阻R13另一端与控制芯片U1引脚13相连，电容C13与电容C30并联，一端与控制芯片U1引脚15相连，另一端接至电源0V，电容C17与电容C31并联，一端与控制芯片U1引脚13相连，另一端接至电源0V，由二极管D10、二极管D11、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R24、电容C20组成全桥电路，两路信号经过隔离变压器T1、隔离变压器T2、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R70、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15变为四路信号驱动逆变单元，三极管Q1的基极通过电阻R20与控制芯片U1引脚14相连，三极管Q3的基极通过电阻R21与控制芯片U1引脚14相连，二极管D10的阴极与控制芯片U1引脚14相连，二极管D10的阳极接至电源0V，三极管Q2的基极通过电阻R22与控制芯片U1引脚11相连，三极管Q4的基极通过电阻R23与控制芯片U1引脚11相连，二极管D11的阴极与控制芯片U1引脚14相连，二极管D11的阳极接至电源0V，三极管Q1集电极与三极管Q3集电极相连后与隔离变压器T1和隔离变压器T2的引脚1相连，三极管Q2集电极与三极管Q4集电极相连后，与电阻R24和电容C20并联后的一端相连，电阻R24和电容C20并联后的另一端与隔离变压器T1和隔离变压器T2的引脚2相连，三极管Q3发射极接至电源0V，三极管Q4发射极接至电源0V，三极管Q1发射极与三极管Q2发射极相连，二极管D15与电阻R70串联后与电阻R25并联，二极管D15阴极与隔离变压器T1引脚6相连，电阻R70的另一端与电容C21一端相连，电容C21另一端与隔离变压器T1引脚5相连，二极管D12与电阻R29串联后与电阻R26并联，二极管D12阴极与隔离变压器T1引脚3相连，电阻R29的另一端与电容C22一端相连，电容C22另一端与隔离变压器T1引脚4相连，二极管D13与电阻R30串联后与电阻R27并联，二极管D13阴极与隔离变压器T2引脚6相连，电阻R30的另一端与电容C23一端相连，电容C23另一端与隔离变压器T2引脚5相连，二极管D14与电阻R31串联后与电阻R28并联，二极管D14阴极与隔离变压器T2引脚3相连，电阻R31的另一端与电容C24一端相连，电容C24另一端与隔离变压器T2引脚4相连，分别在电容C21、电容C22、电容C23、电容C24两端得到四路信号驱动逆变单元，电阻R54、二极管D2、光耦U6、电阻R61、R62组成频率检测电路（8），得到相应的频率信号送入控制芯片U8，电阻R54的一端与三相交流电的U相相连，电阻R54的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极与光耦U6的引脚1相连，光耦U6的引脚2与三相交流电的V相相连，光耦U6的引脚3与R61的一端相连，R61的另一端接至+5V电源，光耦U6的引脚3与R62的一端相连，R62的另一端接至控制芯片U8的引脚9，信号处理运算电路（9）中控制芯片U8对信号处理输出经过电阻R63、电容C4后得到电压信号，该信号通过运算放大器U3的C部分U3C构成的电压跟随器后得到给定信号UQG，控制芯片U8引脚5通过电阻R63与运算放大器U3引脚10相连，电容C4的一端与运算放大器U3引脚10相连，电容C4的另一端接至电源0V，运算放大器U3引脚8与运算放大器U3引脚9相连，电路所使用的电流传感器为电流型电流传感器，在电阻R52上得到电压经过二极管D1、电阻R32、电容C25、电感L5、电阻R3、电容C26、C27组成的滤波网络，得到所需要的电压，接到运算放大器U2的A部分U2A的反相端，电流传感器U12对负载电流进行采样得到的信号通过二极管D1、电感L5、电阻R3与运算放大器U2引脚2相连，二极管D1阳极与传感器输出相连，电阻R52的一端与二极管D1阳极相连，电阻R52的另一端接至电源0V，电阻R32与电容C25并联后一端与二极管D1阴极相连，另一端接至电源0V，电容C26一端与电感L5和电阻R3连接处相连，电容C26另一端接至电源0V，电容C27一端与运算放大器U2引脚2相连，电容C27另一端接至电源0V，电阻R40、电阻R41、电阻R42对输出电压进行分压，电压传感器采集电阻R42上的电压，电路所使用的电压传感器为电流型电压传感器，在电阻R44上得到所需电压，该电压与给定信号UQG经过由运算放大器U3的B部分U3B、电阻R43、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49组成的P调节器后得到的电压信号经过运算放大器U3的A部分U3A组成的电压跟随器后得到的电压通过电阻R37、电阻R38、电阻R39、二极管D9、二极管D6、二极管D5充放电网络对电容C8进行充放电，在电容C8上得到给定电压信号QG，控制器的外部正输出端通过电阻R40、电阻R41和电阻R42串联连接到控制器的外部负输出端，电压传感器U14引脚1与电阻R40和电阻R42连接处相连，电压传感器U14引脚2与电阻R41和电阻R42连接处相连，电压传感器U14引脚3与电阻R44一端相连到电源0V，电压传感器U14引脚4与电阻R44另一端相连，电压传感器U14引脚4与运算放大器U2引脚6相连，电压传感器U14引脚4通过电阻R45与运算放大器U3引脚6相连，运算放大器U3引脚6通过电阻R43与运算放大器U3引脚7相连，运算放大器U3引脚6通过电阻R46接至电源0V，运算放大器U3引脚6通过电阻R48接至+5V电源，运算放大器U3引脚5通过电阻R49接至电源0V，运算放大器U3引脚5通过电阻R48与运算放大器U3引脚8相连，运算放大器U3引脚7与运算放大器U3引脚3相连，运算放大器U3引脚1与运算放大器U3引脚2相连，电阻R39与二极管D9串联后与电阻R38并联，二极管D9阴极与运算放大器U3引脚1相连，电阻R39的另一端与电容C8正极相连，电容C8负极接至电源0V，电阻R37与二极管D6串联，电阻R37的另一端与电容C8正极相连，二极管D6阴极与运算放大器U2引脚1相连，二极管D5阳极与二极管D6阳极相连，二极管D5阴极与运算放大器U2引脚7相连，电阻R51、二极管D8构成电流保护指示电路，运算放大器U2的A部分U2A与电阻R50构成滞回比较器，当反相输入端电压大于同相输入端电压，即在R34上所得到的电压时，输出端为低电位，当反相输入端电压小于同相输入端电压时，输出端为高电位，通过调整电阻R34值来改变输出电流的保护值，电阻R34引脚1接至+5V电源，电阻R34引脚3接至电源0V，电阻R34引脚2与运算放大器U2引脚3相连，运算放大器U2引脚3通过电阻R50与运算放大器U2引脚1相连，电阻R51与二极管D8相连，二极管D8阳极接至+5V电源，电阻R51另一端与与运算放大器U2引脚1相连，电阻R36、二极管D7构成过电压指示电路，运算放大器U2的B部分U2B与电阻R35构成滞回比较器，当反相输入端电压大于同相输入端电压，即在R33上所得到的电压时，输出端为低电位，当反相输入端电压小于同相输入端电压时，输出端为高电位，通过调整电阻R33值来改变输出电压的保护值，电阻R33引脚1接至+5V电源，电阻R33引脚3接至电源0V，电阻R33引脚2与运算放大器U2引脚5相连，运算放大器U2引脚5通过电阻R35与运算放大器U2引脚7相连，电阻R36与二极管D7串联，二极管D7阴极与与运算放大器U2引脚7相连，采样电路（10）的电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样，电流传感器U12对负载电流进行采样，电压传感器U14对负载电压进行采样，接插件J3、电阻R56、光耦U5、电阻R59、电阻R60组成温度采样电路，得到相应的温度信号送入控制芯片U8，光耦U5的引脚1通过电阻R56接至'12V电源，光耦U5的引脚2与接线柱J3的引脚2相连，接线柱J3的引脚1接至电源'0V，光耦U5的引脚4通过电阻R59接至+5V电源，光耦U5的引脚3接至电源0V，电阻R60的一端与光耦U5的引脚4相连，电阻R60的一端与控制芯片U8的引脚10相连，编程口J1、电阻R53、控制芯片U8、电容C2、电容C3、晶振Y1组成中央控制器（11），电容C2、电容C3、晶振Y1组成时钟电路，为控制芯片U8提供工作时钟信号，电容C2的一端与晶振Y1的一端相连，电容C2的另一端接至电源0V，电容C3的一端与晶振Y1的另一端相连，电容C3的另一端接至电源0V，晶振Y1的一端与控制芯片U8的引脚2相连，晶振Y1的另一端与控制芯片U8的引脚3相连，编程口J1的引脚1与控制芯片U8的引脚4相连，编程口J1的引脚2接至+5V电源，编程口J1的引脚3接至电源0V，编程口J1的引脚4与控制芯片U8的引脚13相连，编程口J1的引脚5与控制芯片U8的引脚12相连，主电路（61）和控制电路（62）均安装在壳体（14）中。