產(chǎn)品與解決方案/PRODUCT AND SOLUTIONS
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解決方案
反向整流同步信號(hào)模擬電路的獲取探討
引言
在反向整流控制中，需要6個(gè)控制IGBT的同步信號(hào)，在以前的試驗(yàn)中，同步信號(hào)的獲取是先由模擬電路對(duì)兩個(gè)線電壓進(jìn)行調(diào)理，然后兩個(gè)線電壓信號(hào)再進(jìn)入DSP通過AD轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，數(shù)字信號(hào)處理中又通過鎖相環(huán)或者帶通濾波處理得到正弦同步信號(hào)，最后通過這兩個(gè)正弦信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)倪壿嬏幚淼玫?個(gè)控制IGBT的同步信號(hào)，在這種同步信號(hào)的獲取中硬件電路需要有DSP或者M(jìn)CU處理器來處理，涉及到這類信號(hào)處理器就要考慮其可靠性，如抗干擾方面、PCB板布局方面、芯片多管腳的焊接方面等。
針對(duì)上述情況，我們考慮是否能直接用部分模擬電路簡單產(chǎn)生信號(hào)，然后通過CPLD進(jìn)行邏輯處理得到6個(gè)同步信號(hào)，在單元控制板中，由于逆變也需要利用CPLD來處理逆變部分的信號(hào)和與主控進(jìn)行通信的處理，所以CPLD是必不可少的，因此由模擬電路產(chǎn)生的信號(hào)通過CPLD處理也是比較直接的過程。
1、存在的問題
在模擬電路產(chǎn)生信號(hào)中，主要還是對(duì)線電壓或者相電壓過零點(diǎn)的獲取，在過零點(diǎn)的獲取中常用的是用運(yùn)放進(jìn)行過零比較。在反向整流工作中，由于電源的內(nèi)阻存在，在輸入電源上就存在IGBT開通或關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生的缺口，如圖1所示：
圖1、反向整流工作的電源相電壓
上圖為反向整流工作時(shí)的電源相電壓，對(duì)此如果用線電壓獲取同步信號(hào)時(shí)就會(huì)存在線電壓過零點(diǎn)的不準(zhǔn)確，如果對(duì)線電壓進(jìn)行濾波處理雖然可以去掉缺口，但可能對(duì)信號(hào)產(chǎn)生相移，從而用線電壓進(jìn)行比較獲取過零點(diǎn)并不大合適；如果用上圖相電壓進(jìn)行過零比較來獲取過零點(diǎn)，這樣在缺口處和過零點(diǎn)處就出現(xiàn)過零點(diǎn)信號(hào)，由于缺口處的寬度比較窄，缺口處可以通過CPLD處理去除，然后留下比較真實(shí)的過零點(diǎn)，但是由于變壓器到單元之間為三相三線制，不存在中線，所以需要通過三相制造一個(gè)中點(diǎn)，但這樣這個(gè)中點(diǎn)的電位是不確定的，是浮動(dòng)的，所以也完全可能造成過零點(diǎn)不準(zhǔn)確，特別是三相出現(xiàn)不平衡時(shí)就比較明顯，對(duì)此采用相電壓進(jìn)行過零比較也是不大合適。
2、解決的方法
對(duì)于上述情況考慮采用光耦來獲取同步信號(hào)的過零點(diǎn)，這樣就可以不用考慮三相中點(diǎn)電位問題，又能夠獲取相電壓的過零點(diǎn)，初步方式如圖2所示：
圖2、光耦獲取同步信號(hào)
在這個(gè)電路中通過光耦TA、TB、TC的次級(jí)就可以獲取三相的過零信號(hào)，但在反向整流工作中仍然由于電源缺口在光耦次級(jí)會(huì)有比較窄的過零脈沖，但是完全可以通過CPLD適當(dāng)?shù)奶幚砣サ?，如圖3中的藍(lán)色，沒有經(jīng)過CPLD處理時(shí)獲取的信號(hào)：
圖3、過零脈沖的獲取
3、6個(gè)同步信號(hào)的產(chǎn)生方法
由于反向整流要求同步信號(hào)有比較高的對(duì)稱波形，上面的電路中只是取到了相電壓的大于零的部分，但由于光耦和二極管的壓降存在，可能會(huì)使得不對(duì)稱的情況產(chǎn)生，所以如果要正負(fù)半周對(duì)稱，可以考慮使用6個(gè)光耦來產(chǎn)生信號(hào)，如下圖：
圖4、6路同步信號(hào)的獲取電路
通過6個(gè)光耦就可對(duì)稱地獲取三相的同步信號(hào)，這6個(gè)同步信號(hào)先進(jìn)行整形，然后進(jìn)入CPLD進(jìn)行窄脈沖的去除，在去除窄脈沖時(shí)，可以考慮利用延時(shí)的方法，延時(shí)時(shí)間選擇為1.66667mS(對(duì)應(yīng)50HZ時(shí)的30度)，這樣既去除了窄脈沖又得到了線電壓的過零點(diǎn)信號(hào)，然后對(duì)這6個(gè)信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算就可得到驅(qū)動(dòng)6個(gè)IGBT的信號(hào)，完成同步信號(hào)的獲取。
4、電路的優(yōu)化
在考慮用普通光耦達(dá)到快速的電平翻轉(zhuǎn)，可采用光耦次級(jí)進(jìn)行推挽輸出的方式，這樣可以加速電平翻轉(zhuǎn)和減小光耦產(chǎn)生的延時(shí)，其電路結(jié)構(gòu)如下：
圖5、推挽輸出的電路
通過這種電路后，在光耦的次級(jí)不存在取樣電阻的選擇，對(duì)輸出的信號(hào)a\b\c在光耦導(dǎo)通時(shí)由于其與電源和地之間阻抗較小，抗干擾又有進(jìn)一步的提高，存在的問題是在上光耦和下光耦都沒有導(dǎo)通工作時(shí)，信號(hào)a\b\c輸出是處于不確定電平狀態(tài)，在進(jìn)入整形之前需要通過電阻確定電平，在CPLD內(nèi)處理的過程和邏輯仍然相同。這種電路工作中相互得到的信號(hào)如下:
圖6、電路的信號(hào)波形
A為a相的相電壓，B為上電路結(jié)構(gòu)中a輸出的信號(hào)，C為信號(hào)a進(jìn)行1.66667毫秒的延時(shí)濾波（圖中考慮光耦次級(jí)連接方式進(jìn)行了反向處理）波形，D為理想中對(duì)應(yīng)的三相相電壓波形（三相相序?yàn)檎蚯闆r，即B相滯后A相120度，C相滯后B相120度），從波形上不難看出，信號(hào)a進(jìn)行30度的濾波延時(shí)后其上升沿正好是線電壓AB的過零點(diǎn)（即A相與C相的交點(diǎn)，見上圖中的D圖），信號(hào)a\b\c進(jìn)行同樣的處理后可以進(jìn)行如下邏輯處理來得到6個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)：
圖7、信號(hào)的邏輯處理電路
圖中t1\t2對(duì)應(yīng)A相，t3\t4對(duì)應(yīng)B相，t5\t6對(duì)應(yīng)C相，假設(shè)信號(hào)a\b\c進(jìn)行濾波延時(shí)處理后的信號(hào)為A\B\C，則6個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的邏輯處理為：
t1 = A and !B t2 = !A and B
t3 = B and !C t4 = !B and C
t5
= C and !A t6 = !C and
A
這樣邏輯處理后正好對(duì)應(yīng)6個(gè)IGBT是進(jìn)行120度工作，在實(shí)際中CPLD內(nèi)還需要對(duì)輸入的三個(gè)信號(hào)進(jìn)行相序的辨識(shí)，上面的邏輯關(guān)系是對(duì)于正序A-B-C的關(guān)系，如果是負(fù)序（A-C-B）時(shí)，需要對(duì)邏輯關(guān)系進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，負(fù)序時(shí)只需要將用到B相的信號(hào)與C相進(jìn)行交換即可。
5、注意的問題
在信號(hào)濾波延時(shí)過程中需要注意事項(xiàng)，由于光耦前級(jí)限流電阻不能選擇太?。娮韫β适芟蓿?，由于電阻值比較大，在光耦次級(jí)產(chǎn)生的信號(hào)a\b\c存在延時(shí)問題，電阻越大延時(shí)就越大，此時(shí)在濾波延時(shí)的時(shí)間就要小于1.66667mS，如果不減小延時(shí)時(shí)間，在回饋電流上就會(huì)產(chǎn)生比較大的峰值電流，通過仿真可以看到，如果R=500K時(shí)，可以用濾波延時(shí)1.2mS時(shí)，峰值電流就比較小，如果還用1.66667mS作為濾波延時(shí)時(shí)，峰值電流能達(dá)到正常電流的2倍以上。
在采用這種方法時(shí)利用電流觸發(fā)光耦導(dǎo)通，從而可以提高抗干擾，也不需要做AD變換來進(jìn)行數(shù)字處理，在單元輸入缺相時(shí)，其光耦產(chǎn)生的信號(hào)就不是180度導(dǎo)通的狀態(tài)，這樣就可利用CPLD進(jìn)行一個(gè)邏輯判斷就可知道是否缺相。
6、總結(jié)
以上探討了直接用部分模擬電路簡單產(chǎn)生信號(hào)，然后通過CPLD進(jìn)行邏輯處理得到6個(gè)同步信號(hào)，去控制反向整流電路的方法，實(shí)際應(yīng)用中也可能遇到?jīng)]有考慮全面的問題，需要在實(shí)際的試驗(yàn)中加以完善，但這畢竟是一個(gè)較好的控制策略，比數(shù)字處理電路要來的簡潔、可靠，省去了抗干擾、PCB板布局、芯片多管腳的焊接等方面的困擾，應(yīng)該是一個(gè)較好的方法。
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