一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流的检测电路制造技术

本发明专利技术公开了一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流的检测电路，包括开口式PCB罗氏线圈，用于获取变压器输入端谐振电流的微分值；模拟积分器，用于对罗氏线圈输出的信号进行积分还原；隔直电路，用于对积分器输出信号进行隔直以消除积分器带来的直流偏置；差分放大电路，用于将经过的信号放大调整为适合ADC采样的电压范围；阈值比较电路，用于对放大后的信号进行阈值保护。本发明专利技术解决了传统的电流检测方案无法应用于高频大电流场景的问题，可实现对电力电子变压器功率模块谐振电流的检测，进而实现对模块的控制和保护。

【技术实现步骤摘要】
一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流的检测电路
本专利技术涉及电力电子及控制
，具体涉及一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流的检测电路。
技术介绍
随着智能电网、能源互联网等电网技术的快速发展，具有变压、电压隔离、功率调节、能源接入等多种功能的电力电子变压器正朝着高频大功率等级的方向快速发展。电力电子器件、变压器的运行可靠性与软开关技术的应用准确性是需要通过检测谐振电流来实现的。而传统的常用电流检测方案霍尔、CT以及分流器，由于磁芯以及本身寄生参数的限制，无法应用于高频大电流场合。软开关技术是使功率模块可以高频化的必要技术。利用谐振的原理，使开关器件的电流按正弦或类正弦变化，从而降低开关损耗。实现软开关技术的关键在于对谐振电流的准确检测，需要准确检测的原因主要有三，一是参与谐振的模拟器件由于自身参数的离散性，模块之间的谐振频率及幅值会有较大差异；二是根据负载的不同，变压器输入端谐振参数也会发生变化；三是为了实现功率模块可以工作在多种工作模式，包括正向，准正向，反向等。相关专利提出利用电流互感器和隔离光耦的方案进行过零点检测，该方案只能检测小电流的过零点，无法对谐振电路器件及运行状况进行监测，无法适应于高频大电流场合。相关专利提出利用测量谐振电容电压进行测量，该方案会存在检测的滞后，且谐振电容参数一致性较难控制，测量准确度低，另外还存在输入端和输出端不隔离问题，同样不适用于高频大电流场合。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足和缺陷，提供一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流检测电路，包括开口式PCB罗氏线圈，模拟积分器，隔直电路，放大电路及阈值比较电路。实现对功率模组的高频大电流信号的监测，实现对模组工作状态的控制。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流的检测电路，包括开口式PCB罗氏线圈、模拟积分器、隔直电路、放大电路和阈值比较电路，用于将功率模块谐振电路的谐振电流转换为可供控制器AD端口采样的电压值。其中：模拟积分器包括：参考电压Vref，运算放大器U1，电容C3、C4，电阻R1、R2、R3、R4；隔直电路包括：参考电压Vref，电阻R5，电容C5；放大电路包括：参考电压Vref，运算放大器U2、U3，电阻R6、R7、R8、R9，二选一模拟开关U5；阈值比较电路包括：电阻R10、R11，电压比较器U4，阈值电压V1；其连接关系为：运算放大器U1的反相输入端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端连接罗氏线圈输出的信号负，电阻R3的一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R3的另一端接运算放大器U1的输出端；电容C3的两端分别接电阻R3两端，运算放大器U1同相输入端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接PCB罗氏线圈输出的信号正，电阻R4的一端与运算放大器U1的同相端相连接，电阻R4的另一端接直流偏置电压Vref，使运算放大器U1输出电压高于0，电容C4的两端分别接电阻R4的两端；电容C5的一端连接运算放大器U1的输出端，另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接直流偏置电压Vref；运算放大器U2的同相输入端接电阻R5和电容C5的一端，反向输入端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接直流偏置电压Vref和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接运算放大器U2的输出端；运算放大器U3的同相输入端与运算放大器U2的同相输入端相连接，运算放大器U3的反向输入端与电阻R8、电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接直流偏置电压Vref，电阻R8的另一端接运算放大器U3的输出端；运算放大器U2、U3的输出端分别接模拟开关U5的两个输入端，模拟开关U5的输出端接ADC；电阻R10的一端接运算放大器U3的输出端，另一端接电压比较器U4的反向输入端，电压比较器U4的同相输入端接阈值电压V1，电压比较器U4的输出接后级控制电路。进一步地，所述PCB罗氏线圈的印制电路板采用4层结构，其中第一层和第四层为完整平面。进一步地，所述PCB罗氏线圈的印制电路板采用开孔式结构。进一步地，所述放大电路将隔直输入信号放大调整成不同量程的输出信号，放大电路包括小量程放大电路和满量程放大电路，可根据功率模块工况切换量程，保证测量精确度；小量程放大电路包括：参考电压Vref，运算放大器U2，电阻R6、R7，二选一模拟开关U5；满量程放大电路包括：参考电压Vref，运算放大器U3，电阻R8、R9，二选一模拟开关U5。本专利技术的有益技术效果：可实现电力电子变压器功率模块谐振电流的无损检测，保证了在高频大电流场合的正常工作，检测电路带宽可达到M级，远超目前IGBT、MOSFET等电力电子器件的开关频率；可做到与检测端的初级隔离，对谐振电流的高精度检测满足了高频大功率等级模块的发展方向。附图说明图1是本专利技术的整体电路原理图。图2是本专利技术所述放大电路原理图。图3是本专利技术的功率模块拓扑图。图4是本专利技术的电路带宽。图5是本专利技术所述PCB罗氏线圈的侧视、俯视图。附图标号：其中1为开口式PCB罗氏线圈，2为模拟积分器，3为隔直电路，4为放大电路，5为阈值比较电路，6为小量程放大电路，7为满量程放大电路，8为初级母线。具体实施方式：为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不限定本专利技术。结合图1，一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流的检测电路，包括开口式PCB罗氏线圈、模拟积分器、隔直电路、放大电路和阈值比较电路，用于将功率模块谐振电路的谐振电流转换为可供控制器AD端口采样的电压值。所述PCB罗氏线圈的印制电路板采用4层结构，其中第一层和第四层为完整平面，具有更强的抗干扰能力。所述PCB罗氏线圈的印制电路板采用开孔式结构，免于拆装母线，便于组装。结合图2、图4，PCB罗氏线圈将输入谐振电流信号转换成电流信号的微分值，其内环孔需要固定在模组输入母线上。罗氏线圈输出的微分信号的大小与互感系数有关，互感系数其中N是线圈匝数，u是真空的磁道系数，h是板材厚度，a是导线内径，b是导线外径。则当频率为fin，幅值为Im的正弦电流流过时，感应电压输出值V＝M×2×fin×π×cos(2×π×fin×t)传统互感器用人工或绕线机绕制，会存在绕线不均匀、线圈截面积不相等的问题，导致互感器寄生参数离散性较大，影响互感器带宽和不同互感器之间的参数一致性。而PCB型罗氏线圈通过数字加工技术将导线印制在电路板上，克服了以上缺点，因此PCB型罗氏线圈更适合高频高精度的应用场合。所述模拟积分器包括参考电压Vref，运算放大器U1，电容C3、C4，电阻R1、R2、R3、R4；运算放大器U1的反相输入端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端连接罗氏线圈输出的信号负，电阻R3的一端连接运算放大器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流的检测电路，其特征在于，包括开口式PCB罗氏线圈、模拟积分器、隔直电路、放大电路和阈值比较电路，用于将功率模块谐振电路的谐振电流转换为可供控制器AD端口采样的电压值，其中：/n模拟积分器包括：参考电压Vref，运算放大器U1，电容C3、C4，电阻R1、R2、R3、R4；/n隔直电路包括：参考电压Vref，电阻R5，电容C5；/n放大电路包括：参考电压Vref，运算放大器U2、U3，电阻R6、R7、R8、R9，二选一模拟开关U5；/n阈值比较电路包括：电阻R10、R11，电压比较器U4，阈值电压V1；/n其连接关系为：运算放大器U1的反相输入端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端连接罗氏线圈输出的信号负，电阻R3的一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R3的另一端接运算放大器U1的输出端；电容C3的两端分别接电阻R3两端，运算放大器U1同相输入端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接PCB罗氏线圈输出的信号正，电阻R4的一端与运算放大器U1的同相端相连接，电阻R4的另一端接直流偏置电压Vref，使运算放大器U1输出电压高于0，电容C4的两端分别接电阻R4的两端；电容C5的一端连接运算放大器U1的输出端，另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接直流偏置电压Vref；运算放大器U2的同相输入端接电阻R5和电容C5的一端，反向输入端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接直流偏置电压Vref和电阻R6的一端，电阻R6的另一端接运算放大器U2的输出端；运算放大器U3的同相输入端与运算放大器U2的同相输入端相连接，运算放大器U3的反向输入端与电阻R8、电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端接直流偏置电压Vref，电阻R8的另一端接运算放大器U3的输出端；运算放大器U2、U3的输出端分别接模拟开关U5的两个输入端，模拟开关U5的输出端接ADC；电阻R10的一端接运算放大器U3的输出端，另一端接电压比较器U4的反向输入端，电压比较器U4的同相输入端接阈值电压V1，电压比较器U4的输出接后级控制电路。/n...

【技术特征摘要】
1.一种应用于电力电子变压器功率模块谐振电流的检测电路，其特征在于，包括开口式PCB罗氏线圈、模拟积分器、隔直电路、放大电路和阈值比较电路，用于将功率模块谐振电路的谐振电流转换为可供控制器AD端口采样的电压值，其中：
模拟积分器包括：参考电压Vref，运算放大器U1，电容C3、C4，电阻R1、R2、R3、R4；
隔直电路包括：参考电压Vref，电阻R5，电容C5；
放大电路包括：参考电压Vref，运算放大器U2、U3，电阻R6、R7、R8、R9，二选一模拟开关U5；
阈值比较电路包括：电阻R10、R11，电压比较器U4，阈值电压V1；
其连接关系为：运算放大器U1的反相输入端与电阻R1的一端相连，电阻R1的另一端连接罗氏线圈输出的信号负，电阻R3的一端连接运算放大器U1的反相输入端，电阻R3的另一端接运算放大器U1的输出端；电容C3的两端分别接电阻R3两端，运算放大器U1同相输入端与电阻R2的一端连接，电阻R2的另一端接PCB罗氏线圈输出的信号正，电阻R4的一端与运算放大器U1的同相端相连接，电阻R4的另一端接直流偏置电压Vref，使运算放大器U1输出电压高于0，电容C4的两端分别接电阻R4的两端；电容C5的一端连接运算放大器U1的输出端，另一端连接电阻R5的一端，电阻R5的另一端接直流偏置电压Vref；运算放大器U2的同相输入端接电阻R5和电容C5的一端，反向输入端接电阻R7的一端，电阻R7的另一端接直流偏置电压Vref和电...

【专利技术属性】
技术研发人员：范建华，徐鹏飞，刘玉林，王潇，张建，李伟，吴雪梅，卢峰，林志超，程艳艳，叶齐，
申请(专利权)人：青岛鼎信通讯股份有限公司，沈阳科远国网电力工程勘察设计有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37