三相电源的缺相检测电路和高压变频器

技术领域

本发明涉及高压变频器技术领域，尤其涉及一种三相电源的缺相检测电路和一种高压变频器。

背景技术

相关技术中，高压变频器缺相检测电路利用三相交流电压整流后输出的直流电压是否保持光耦的一次侧导通，来判断三相交流电是否缺相，但是，该电路只能判断三相交流电是否缺相，无法准确判定缺少了三相交流电中的哪一相，不便于主控芯片对单元的故障诊断及系统合理逻辑的执行。同时，该高压变频器缺相检测电路在缺相判断过程中，容易与欠压故障发生误判。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种三相电源的缺相检测电路，既能检测三相交流电的电压有效值，又能精准判断三相交流电的缺相信息，实现了对三相交流电电压情况的实时监测。

本发明的第二个目的在于提出一种高压变频器。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种三相电源的缺相检测电路，包括：三相整流单元，用于对接收的三相交流电进行整流，以输出直流电信号；缺相检测单元，缺相检测单元与三相整流单元相连，用于对三相交流电的每相电源进行缺相检测，以输出缺相检测信号；差分检测单元，差分检测单元的输入端接收三相整流单元输出的直流电信号，用于对直流电信号进行差分检测，以输出差分信号；控制单元，控制单元接收缺相检测单元输出的缺相检测信号，并且接收差分检测单元输出的差分信号，控制单元用于根据差分信号确定三相交流电的电压有效值，并根据缺相检测信号和电压有效值确定三相交流电的缺相信息。

根据本发明实施例的三相电源的缺相检测电路，通过三相整流单元对接收的三相交流电进行整流，以输出直流电信号，缺相检测单元与三相整流单元相连，通过缺相检测单元对三相交流电的每相电源进行缺相检测，以输出缺相检测信号，差分检测单元的输入端接收三相整流单元输出的直流电信号，通过差分检测单元对直流电信号进行差分检测，以输出差分信号，控制单元接收缺相检测单元输出的缺相检测信号，并且接收差分检测单元输出的差分信号，控制单元根据差分信号确定三相交流电的电压有效值，并根据缺相检测信号和电压有效值确定三相交流电的缺相信息。由此，该电路既能检测三相交流电的电压有效值，又能精准判断三相交流电的缺相信息，实现了对三相交流电电压情况的实时监测。

另外，根据本发明上述实施例的三相电源的缺相检测电路，还可以具有如下的附加技术特征：

根据本发明的一个实施例，三相电源的缺相检测电路还包括降压隔离单元，降压隔离单元连接在三相整流单元的输入端与三相电源的输出端之间，用于对三相交流电进行降压和高阻隔离。

根据本发明的一个实施例，降压隔离单元包括三个电阻模组，每个电阻模组对应连接在三相电源的每相输出端与三相整流单元的每相输入端之间。

根据本发明的一个实施例，缺相检测单元包括：第一光耦、第二光耦和第三光耦，第一光耦的一次侧、第二光耦的一次侧和第三光耦的一次侧分别对应串联在三相整流单元的每相桥臂内，第一光耦的二次侧、第二光耦的二次侧和第三光耦的二次侧分别连接到控制单元。

根据本发明的一个实施例，第一光耦的第一管脚与三相整流单元的第一相桥臂中下桥二极管的阳极相连，第二光耦的第一管脚与三相整流单元的第二相桥臂中下桥二极管的阳极相连，第三光耦的第一管脚与三相整流单元的第三相桥臂中下桥二极管的阳极相连，第一光耦的第二管脚、第二光耦的第二管脚和第三光耦的第二管脚连接到一起，第一光耦的第三管脚通过第一电阻模组连接到预设电源，第二光耦的第三管脚通过第二电阻模组连接到预设电源，第三光耦的第三管脚通过第三电阻模组连接到预设电源，第一光耦的第三管脚与第一电阻模组之间的节点作为缺相检测单元的第一输出端，第二光耦的第三管脚与第二电阻模组之间的节点作为缺相检测单元的第二输出端，第三光耦的第三管脚与第三电阻模组之间的节点作为缺相检测单元的第三输出端，第一光耦的第四管脚、第二光耦的第四管脚和第三光耦的第四管脚连接到一起后接地。

根据本发明的一个实施例，三相电源的缺相检测电路还包括滤波电容，滤波电容连接在三相整流单元的正输出端与负输出端之间。

根据本发明的一个实施例，差分检测单元包括：第四电阻，第四电阻的一端与三相整流单元的正输出端相连；第五电阻，第五电阻的一端与第四电阻的另一端相连且具有第一节点，第五电阻的另一端接地；第六电阻，第六电阻的一端与三相整流单元的负输出端相连；差分放大器，差分放大器的正输入端与第一节点相连，差分放大器的负输入端与第六电阻的另一端相连；第七电阻，第七电阻连接在差分放大器的负输入端与输出端之间。

根据本发明的一个实施例，三相电源的缺相检测电路还包括：低通滤波单元，低通滤波单元的第一端与差分放大器的输出端相连，低通滤波单元的第二端与控制单元的AD采样端相连，低通滤波单元的第三端接地。

根据本发明的一个实施例，低通滤波单元包括：第八电阻，第八电阻的一端与差分放大器的输出端相连，第八电阻的另一端与控制单元的AD采样端相连；第一电容，第一电容的一端与第八电阻的另一端相连，第一电容的另一端接地。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种高压变频器，包括前述的三相电源的缺相检测电路。

根据本发明实施例的高压变频器，基于前述的三相电源的缺相检测电路，既能检测三相交流电的电压有效值，又能精准判断三相交流电的缺相信息，实现了对三相交流电电压情况的实时监测。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为根据本发明一个实施例的三相电源的缺相检测电路的方框示意图；

图2为根据本发明一个实施例的三相电源的缺相检测电路的电路图；

图3为根据本发明一个实施例的高压变频器的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的三相电源的缺相检测电路和高压变频器。

图1为根据本发明一个实施例的三相电源的缺相检测电路的方框示意图。

如图1所示，本发明实施例的三相电源的缺相检测电路，可包括：三相整流单元10，缺相检测单元20，差分检测单元30和控制单元40。

其中，三相整流单元10用于对接收的三相交流电进行整流，以输出直流电信号。缺相检测单元20与三相整流单元10相连，缺相检测单元20用于对三相交流电的每相电源进行缺相检测，以输出缺相检测信号。差分检测单元30的输入端接收三相整流单元10输出的直流电信号，差分检测单元30用于对直流电信号进行差分检测，以输出差分信号。控制单元，控制单元40接收缺相检测单元20输出的缺相检测信号，并且接收差分检测单元30输出的差分信号，控制单元40根据差分信号确定三相交流电的电压有效值，并根据缺相检测信号和电压有效值确定三相交流电的缺相信息。

具体而言，三相整流单元10包括与三相交流电的A相、B相、C相相对应的三个桥臂，缺相检测单元20与三个桥臂连接，从而根据每相桥臂的检测信号对其对应的该相电源进行缺相检测，并输出缺相检测信号至控制单元40，同时，三相交流电通过三相整流单元10整流输出直流电信号至差分检测单元30，差分检测单元30将整流后的直流电信号进行差分检测，并输出差分信号至控制单元40，由此，该控制单元40在通过差分信号检测三相交流电的电压有效值的同时，通过缺相检测单元20输出的缺相检测信号精准判断是哪一相电源缺相。可以理解的是，当三相交流电发生缺相时，三相整流单元10输出的直流电信号会降低，对应的三相整流单元10对应桥臂也会无电流，该电路通过缺相检测单元20对三相整流单元的每相桥臂的电流进行检测，通过差分检测单元30对三相整流单元10输出的直流电信号进行检测，检测单元40根据三相整流单元10的每相桥臂的实时状态以及输出的直流电信号的情况得到当前三相交流电的缺相信息，其中，三相交流电的缺相信息可以包括是否存在缺相、哪一相缺相、当前输出电压值等，从而实现对三相交流电的电压情况的实时监测，也利于对故障回传提供更合理的软件逻辑执行方式。

举例来说，当三相交流电的某一相缺相时，也就是说该相电源无输出，三相电源只提供两相交流电输入三相整流单元10，此时三相整流单元10中与缺相的该相电源对应的桥臂无电流，例如，当三相交流电中的A相缺相时，三相整流单元10与A相对应的桥臂电流为0。由此，缺相检测单元20可以通过检测三相整流单元10中每个桥臂上有无电流，来判断相电源是否缺相，输出对应的缺相检测信息。当三相交流电出现两相缺相时，则三相整流单元10上的两个对应桥臂无电流，此处不再赘述。需要说明的是，上述三相整流单元10可以由六个整流二极管组成，还可以由六个晶闸管组成等，具体三相整流单元10的电路连接方式可以根据实际情况进行应用。

如图2所示，根据本发明的一个实施例，三相电源的缺相检测电路还包括降压隔离单元50，降压隔离单元50连接在三相整流单元10的输入端与三相电源60的输出端之间，用于对三相交流电进行降压和高阻隔离。

也就是说，三相电源60输出的三相交流电UA、UB、UC首先通过降压隔离单元50将电压衰减到一定电压值后，输入到三相整流单元10进行整流，从而通过缺相检测单元20、差分检测单元30分别进行缺相检测、差分检测，也就是说，降压隔离单元50对输入三相交流电进行降压，以便后端小电流信号发送至差分检测单元30，并起到高阻隔离的作用，同时，降压隔离单元50对输入三相交流电的降压，也是对缺相检测单元20所检测的每相桥臂上交流电的降压，由此，缺相检测单元20和差分检测单元30对降压隔离单元50复用，使电路变得更加简单。其中，降压隔离单元50可以采用电阻降压、电感降压、电容降压、降压器降压等方式，具体可根据实际情况进行设定。

根据本发明的一个实施例，降压隔离单元50包括三个电阻模组，每个电阻模组对应连接在三相电源60的每相输出端与三相整流单元10的每相输入端之间。

具体而言，以图2为例，三相整流单元10由6个整流二极管组成，分别为整流二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6。其中，串联的整流二极管D1、D4作为三相整流单元10的第一相桥臂，并形成节点A作为三相整流单元10的A相输入端，串联的整流二极管D2、D5作为三相整流单元10的第二相桥臂，并形成节点B作为三相整流单元10的B相输入端，串联的整流二极管D3、D6作为三相整流单元10的第三相桥臂，并形成节点C作为三相整流单元10的C相输入端。降压隔离单元50的三个电阻模组分别设置在A相电源与节点A之间，B相电源与节点B之间，C相电源与节点C之间，也就是说，三相交流电UA、UB、UC分别通过对应的电阻模组输入节点A、B、C。

进一步的，以图2为例，每个电阻模组由两个并联电阻组成，其中，通过并联的电阻R11、电阻R12组成与A相电源对应的一个电阻模组，通过并联的电阻R13、电阻R14组成与B相电源对应的一个电阻模组,通过并联的电阻R15、电阻R16组成与C相电源对应的一个电阻模组。三相电源60的A相电源输出的A相交流电UA通过并联的电阻R11、电阻R12输入三相整流单元10的节点A，B相电源输出的B相交流电UB通过并联的电阻R13、电阻R14输入三相整流单元10节点B，C相电源输出的C相交流电UC通过并联的电阻R15、电阻R16输入三相整流单元10节点C。

需要说明的是，上述电阻模组由两个并联的电阻构成，仅作为本发明的一个具体实施方式，此外，电阻模组还可以采用电阻串联的方式以及电阻串并联混合方式等。电阻模组可根据实际情况进行应用。

根据本发明的一个实施例，缺相检测单元20包括：第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3，第一光耦IC1的一次侧、第二光耦IC2的一次侧和第三光耦IC3的一次侧分别对应串联在三相整流单元10的每相桥臂内，第一光耦IC1的二次侧、第二光耦IC2的二次侧和第三光耦IC3的二次侧分别连接到控制单元40。

具体地，通过第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3分别通过对应串联在每相桥臂内的一次侧，对桥臂内的电信号进行检测，并通过第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3的二次侧输出的光电信号作为相应的缺相检测信号。例如，当A相电源缺相，B相、C相正常时，三相整流单元10对应A相交流电的桥臂无电流，就会出现第一光耦IC1的一次侧发光二极管不导通，输出光电三极管处于截止状态，第一光耦IC1的二次侧输出电平为0，此时电平为0的光电信号为A相的缺相检测信号，控制单元40对第一光耦IC1输出电平进行接收，并根据差分检测单元30输出的差分信号，确定当前电压有效值最终判断A相电源是否缺相。

根据本发明的一个实施例，第一光耦IC1的第一管脚与三相整流单元10的第一相桥臂中下桥二极管D4的阳极相连，第二光耦IC2的第一管脚与三相整流单元10的第二相桥臂中下桥二极管D5的阳极相连，第三光耦IC3的第一管脚与三相整流单元10的第三相桥臂中下桥二极管D6的阳极相连，第一光耦IC1的第二管脚、第二光耦IC2的第二管脚和第三光耦IC3的第二管脚连接到一起，第一光耦IC1的第三管脚通过第一电阻模组连接到预设电源VCC，第二光耦IC2的第三管脚通过第二电阻模组连接到预设电源VCC，第三光耦IC3的第三管脚通过第三电阻模组连接到预设电源VCC，第一光耦IC1的第三管脚与第一电阻模组之间的节点D作为缺相检测单元20的第一输出端，第二光耦IC2的第三管脚与第二电阻模组之间的节点E作为缺相检测单元20的第二输出端，第三光耦IC3的第三管脚与第三电阻模组之间的节点F作为缺相检测单元20的第三输出端，第一光耦IC1的第四管脚、第二光耦IC2的第四管脚和第三光耦IC3的第四管脚连接到一起后接地。

具体而言，以图2为例，第一电阻模组、第二电阻模组和第三电阻模组分别由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3组成，第一光耦IC1的第一管脚1连接整流二极管D4的阳极，第二光耦IC2的第一管脚1连接整流二极管D5的阳极，第三光耦IC3的第一管脚1连接整流二极管D6的阳极，第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3的第二管脚2连接到一起，作为三相整流单元10的一个输出端，由此，第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3的一次侧串联在对应相桥臂。第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3的二次侧的第三管脚3分别通过第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3连接到预设电源VCC，第三管脚3与第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3的连接处分别形成节点D、节点E、节点F，以作为缺相检测单元20的第一输出端、第二输出端、第三输出端，第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3二次侧的第四管脚4均作接地处理。也就是说，第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3二次侧输出的缺相检测信号分别通过第一输出端、第二输出端、第三输出端对应输出至控制单元40。

需要说明的是，上述第一电阻模组、第二电阻模组和第三电阻模组分别由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3组成，仅作为本申请的一个具体实现方式，在应用过程中，第一电阻模组、第二电阻模组和第三电阻模组还可以为由多个电阻组成的电阻模组，例如，由多个串联电阻组成，由多个并联电阻组成等，第一电阻模组、第二电阻模组和第三电阻模组具体可以根据实际情况进行设置，此处不再赘述。

根据本发明的一个实施例，三相电源的缺相检测电路还包括滤波电容C1，滤波电容C1连接在三相整流单元10的正输出端与负输出端之间。

也就是说，通过滤波电容C1对整流后得到的直流电信号进行高频滤波，然后将滤波后的直流电信号输出至差分检测单元30。

根据本发明的一个实施例，差分检测单元30包括：第四电阻R4，第四电阻R4的一端与三相整流单元10的正输出端相连；第五电阻R5，第五电阻R5的一端与第四电阻R4的另一端相连且具有第一节点G，第五电阻R5的另一端接地；第六电阻R6，第六电阻R6的一端与三相整流单元10的负输出端相连；差分放大器IC1B，差分放大器IC1B的正输入端3与第一节点G相连，差分放大器的负输入端2与第六电阻R6的另一端相连；第七电阻R7，第七电阻R7连接在差分放大器IC1B的负输入端2与输出端1之间。

具体地，经过滤波电容C1高频滤波输出的电信号送往差分放大器IC1B和第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7组成的差分检测单元30，差分检测单元30的一端连接滤波电容C1的正端即三相整流单元10的正输出端，另一端连接滤波电容C1的负端即三相整流单元10的负输出端，从而将整流后的直流电信号进行差分检测后发送至控制单元40。可以理解的是，上述第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7的阻值可根据实际情况进行设定，此外，第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7也可以为由多个电阻组成的电阻模组。

根据本发明的一个实施例，三相电源的缺相检测电路还包括：低通滤波单元70，低通滤波单元70的第一端与差分放大器IC1B的输出端1相连，低通滤波单元70的第二端与控制单元40的AD采样端TP2相连，低通滤波单元70的第三端接地。

根据本发明的一个实施例，低通滤波单元70包括：第八电阻R8，第八电阻R8的一端与差分放大器IC1B的输出端1相连，第八电阻R8的另一端与控制单元40的AD采样端TP2相连；第一电容C2，第一电容C2的一端与第八电阻R8的另一端相连，第一电容C2的另一端接地。

也就是说，第八电阻R8与差分放大器IC1B的输出端1相连的一端作为低通滤波单元70的第一端，第八电阻R8与第一电容C2相连的另一端作为低通滤波单元70的第二端，第一电容C2的另一端作为低通滤波单元70的第三端。第八电阻R8和第一电容C2组成低通滤波电路，经过差分检测单元30输出的差分信号通过低通滤波输入至控制单元40的AD采样端TP2，也就是说，差分检测单元30输出的模拟量即差分信号首先通过控制单元40内的ADC(Analog-to-Digital Converter，模拟/数字转换器)芯片转换为数字量，然后对数字量进行标定处理，计算得到对应的电压有效值。

进一步的，如图2所示，根据本发明实施例的三相电源的缺相检测电路，三相电源60中A相电源输出的交流电UA通过电阻R11、R12并联形成的电阻模组降压后，输入三相整流单元10第一相桥臂的节点A，B相电源输出的交流电UB通过电阻R13、R14并联形成的电阻模组降压输入三相整流单元10第二相桥臂的节点B，C相电源输出的交流电UC通过电阻R15、R16并联形成的电阻模组降压输入三相整流单元10第三相桥臂的节点C，缺相检测单元20中第一光耦IC1、第二光耦IC2和第三光耦IC3的一次侧分别对应串联在三相整流单元10的每相桥臂，二次侧输出缺相检测信号至控制单元40，与此同时，降压后的三相交流电通过三相整流单元10输出直流电信号，直流电信号通过滤波电容C1高频滤波后输出至差分检测单元30，差分检测单元30输出的差分信号通过第八电阻R8和第一电容C2进行低通滤波后输入至控制单元40内的ADC芯片，ADC芯片将模拟量的差分信号转换为数字量，进而控制单元40对数字量进行标定处理，计算得到当前三相交流电的电压有效值，同时，控制单元40根据接收到的缺相检测单元20发送的缺相检测信号，连同得到的电压有效值，判断三相交流电是否缺相，以及哪一相电源缺相，得到电源缺相检测信息。由此，该电路在监测三相交流电的电压有效值的同时，又能精准判断哪一相电源缺相，避免了原有检测电路单纯判断缺相，无法采集三相交流电输入的有效值模拟量，从而与欠压故障误判状况的发生，并实现了对单元三相交流电的输入电压的实时监测，利于对单元的故障回传提供更合理的软件逻辑执行方式。此外，该电路中缺相检测单元和差分检测单元实现对降压隔离单元的复用，使电路更加简单。

综上，根据本发明实施例的三相电源的缺相检测电路，包括：三相整流单元，用于对接收的三相交流电进行整流，以输出直流电信号；缺相检测单元，缺相检测单元与三相整流单元相连，用于对三相交流电的每相电源进行缺相检测，以输出缺相检测信号；差分检测单元，差分检测单元的输入端接收三相整流单元输出的直流电信号，用于对直流电信号进行差分检测，以输出差分信号；控制单元，控制单元接收缺相检测单元输出的缺相检测信号，并且接收差分检测单元输出的差分信号，所述控制单元用于根据差分信号确定三相交流电的电压有效值，并根据缺相检测信号和电压有效值确定三相交流电的缺相信息。

对应上述实施例，本发明还提出了一种高压变频器。

如图3所示，本发明实施例的高压变频器100，包括上述三相电源的缺相检测电路110。

根据本发明实施例的高压变频器，基于前述三相电源的缺相检测电路，既能检测高压变频器中三相交流电的电压有效值，又能精准判断三相交流电的缺相信息，实现了对高压变频器的三相交流电输入电压情况的实时监测。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，本发明实施例中所使用的“第一”、“第二”等术语，仅用于描述目的，而不可以理解为指示或者暗示相对重要性，或者隐含指明本实施例中所指示的技术特征数量。由此，本发明实施例中限定有“第一”、“第二”等术语的特征，可以明确或者隐含地表示该实施例中包括至少一个该特征。在本发明的描述中，词语“多个”的含义是至少两个或者两个及以上，例如两个、三个、四个等，除非实施例中另有明确具体的限定。

在本发明中，除非实施例中另有明确的相关规定或者限定，否则实施例中出现的术语“安装”、“相连”、“连接”和“固定”等应做广义理解，例如，连接可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体，可以理解的，也可以是机械连接、电连接等；当然，还可以是直接相连，或者通过中间媒介进行间接连接，或者可以是两个元件内部的连通，或者两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，能够根据具体的实施情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。