一种基于数字信号处理器控制的变频电源制造技术

本发明专利技术涉及一种基于数字信号处理器控制的变频电源，它包括开关电源模块、控制电路、脉宽调制信号隔离整形电路、ＩＰＭ逆变电路、母线电压检测及保护电路、整流输入慢启动电路、通信电路、并行信号隔离输入接口电路和显示按键人机接口电路。本发明专利技术采用了单数字信号处理器ＤＳＰ加双ＩＰＭ逆变电路的结构，同时为两台异步电机提供两路独立的变频电源，并对两台异步电机进行独立的速度调节。本发明专利技术具有体积小、功耗低、可靠性强、便于批量生产等特点。本发明专利技术的电源采用了合适的开关频率和先进的电压空间矢量脉宽调制算法（ＳＶＰＷＭ），使得异步电机运行时噪音低并且电压利用率大大提高，节能效果显著。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及变频电源，尤涉及一种基于数字信号处理器控制的变频电源。
技术介绍
储纬器是无梭织机上储备纬纱的专用设备，大多采用异步电机驱动， 根据双喷储纬器的工艺特点，其变频电源必须满足如下技术要求能同时 独立调节两台异步电机的速度；能通过开关量控制异步电机升降速时间； 体积小、功耗低；噪音小、节能效果好；可靠性高；成本低，适宜于批量 生产。采用通用变频器作为储纬器的变频电源存在以下缺点1、 每台变频器虽然能同时控制两台异步电机，但是不能独立调节各异 步电机的速度，各异步电机只能工作在同一转速；2、 通用变频器的接口单一，不能通过开关量控制异步电机升降速时间；3、 体积大，噪音大；4、 若要同时独立调节两台异步电机的速度，必须配置两台变频器，成 本增加，可靠性低。由以上分析不难看出，采用通用变频器作为储纬器的变频电源是难以 满足上述要求的。控制电路是整个专用变频电源设计的核心，其主要功能是产生三相六 路脉宽调制信号，同时根据开关量的输入状态控制异步电机的运行状态。 在常见的变频器控制电路设计中，较多采用单片机或专用集成芯片(如 HEF4752， SLE480等)，这样使得硬件电路较为复杂，难以满足储纬器专用 变频器体积小和成本低要求。而且上述芯片仅具有6路脉宽调制信号的输出，不能同时满足双喷储纬器两路电源所需的12路脉宽调制信号的要求。常见变频器中多采用分立功率开关元件，使得驱动电路和保护电路复 杂，造成变频器稳定性和可靠性差的缺点。本变频电源采用了性价比很高 的智能功率模块IPM作为逆变电路的主要功率器件，简化了驱动电路的设 计，縮小了电路体积，并充分利用智能功率模块IPM集成的保护单元实现 了快速、可靠的保护。
技术实现思路
为了解决现有技术的储纬器专用变频器不能独立调节各异步电机的速度，各异步电机只能工作在同一转速；不能通过开关量控制异步电机升降 速时间；硬件电路较为复杂，难以满足储纬器专用变频器体积小和成本低 要求且噪音大、稳定性和可靠性差；若要同时独立调节两台异步电机的速 度，成本增加，可靠性低的等一系列问题，为此，本专利技术的目的是提供具 有较大的程序存储空间和丰富的外设资源、仅需少量外围电路、简化驱动 电路的设计，縮小电路体积，实现快速、可靠保护的设计，为此，本专利技术 提供一种基于数字信号处理器控制的变频电源。为了实现上述目的，本专利技术采用先进的微控制器技术、脉宽调制 技术和电力电子技术相结合，提供的基于数字信号处理器控制的变频电源 的技术方案，包括开关电源模块、控制电路、脉宽调制信号隔离整形电 路、IPM逆变电路、母线电压检测及保护电路、整流输入慢启动电路、通 信电路、并行信号隔离输入接口电路和显示按键人机接口电路，其中 一开关电源模块为控制电路及IPM逆变电路提供控制电压； 一控制电路产生脉宽调制信号，用于控制IPM逆变电路的输出频率和 电压；一脉宽调制信号隔离整形电路对控制电路产生的脉宽调制信号进行隔 离、整形；一IPM逆变电路对脉宽调制信号隔离整形电路隔离、整形后的脉宽调 制信号进行功率放大和逆变，产生两路独立的变频三相电源，用于驱动异步电机(M);一母线电压检测及保护电路，用于实现电源的过压、欠压以及过流保护；一整流输入慢启动电路，用于限制开机充电电流，以保护整流桥和滤 波电容；一通信电路通过串口或CAN总线将变频电源的运行状态信息实时传 送给上位机并将上位机的指令传送给变频电源，实现远程实时监控；一并行信号隔离输入接口电路和显示按键人机接口电路用于现场指令 信号的输入和状态信息的显示，实现本地实时监控。根据本专利技术的实施例，开关电源模块包含电源控制芯片、含有九组副 边绕组的高频脉冲变压器和反馈回路，利用直流母线电压作为输入，输出 七路+15V电压提供给IPM逆变电路、 一路+24V电压提供给外接的风扇或 继电器、 一路+5V电压提供给控制电路。根据本专利技术的实施例，控制电路采用数字信号处理器DSP作为CPU， 控制IPM逆变电路的输出频率和电压，产生十二路脉宽调制信号经信号隔 离整形电路隔离整形后，用于驱动IPM逆变电路。根据本专利技术的实施例，控制电路产生的脉宽调制信号采用16KHz的开 关频率和电压空间矢量脉宽调制算法。根据本专利技术的实施例，控制电路还具有JTAG接口电路，用于实现控 制软件的调试和升级。根据本专利技术的实施例，所述的脉宽调制信号隔离整形电路采用高速光 耦对脉宽调制信号隔离，并经反相器对脉宽调制信号整形后驱动IPM逆变 电路。根据本专利技术的实施例，两路IPM逆变电路共用直流母线工作。 根据本专利技术的实施例，母线电压检测及保护电路由母线电压检测电路 实时检测母线电压值并与设定门限值进行比较，产生保护信号，再结合IPM 逆变电路的过流信号， 一起送至控制电路进行逻辑处理，用于保护IPM逆 变电路和异步电机M。根据本专利技术的实施例，整流输入慢启动电路通过串联在直流母线上的 限流电阻R18和延时启动继电器J1的常开触点Jl-l实现慢启动。根据本专利技术的实施例，所述的通信电路通过RS-232串口或CAN总线 与上位机进行通信。根据本专利技术的实施例，并行信号隔离输入接口电路采用由可编程逻辑 器件和缓冲器组成的电路对控制电路的输入口进行扩展，并经过光耦隔离 后实现多路并行开关量信号的隔离输入，输入的开关量信号包括速度指令、 升降速时间和其他控制指令开关量信号。根据本专利技术的实施例，显示按键人机接口电路采用基于串行SPI通信 方式的芯片作为显示按键的管理芯片，采用六位数码管作为显示器件，六 个按键作为输入。本专利技术变频电源采用了智能功率模块IPM作为功率元件，具有完善的 保护功能。而且智能功率模块IPM将多路驱动电路和IGBT功率管集成在 一个模块中，使得设计和调试难度降低，縮短了设计周期，降低了成本。在本专利技术的系统中，采用DSP作为主控芯片，充分利用了DSP丰富的 片内外设资源，减少了外围电路元器件的数量，使控制电路的设计更加简 单可靠。长时间的运行结果表明系统的动态特性优良，同时具有体积小、 成本低的优点。本专利技术的系统采用继电器等开关元件和相应的逻辑电路设计了完备的 过压、欠压、过流等保护电路，使得系统在出现异常情况时能够及时检测 出故障信号并能及时切断系统的输出，使系统停止工作以保证功率器件和 异步电机不被损坏。此保护电路采用了硬件电路和软件控制相结合的方式 进行保护，具有简单、全面、可靠的优点。本专利技术可用于各种双喷储纬器 的变频调速，以及其他需要同时对两台异步电机进行变频调速的场合，也 可以作为通用变频器单独对一台异步电机进行变频调速。附图说明图l为本专利技术电路结构总体框2为本专利技术开关电源模块电路原理图 图3为本专利技术控制电路原理图图4为本专利技术脉宽调制信号隔离整形电路原理图图5为本专利技术IPM逆变电路原理图图6为本专利技术母线电压检测及保护电路原理图图7为本专利技术整流输入慢启动电路原理图图8为本专利技术通信模块电路原理图图9为本专利技术并行信号隔离输入接口电路原理图图10为本专利技术显示按键人机接口电路原理图具体实施例方式下面将结合附图对本专利技术加以详细说明，应指出的是，所描述的实施 例仅旨在便于对本专利技术的理解，而对其不起任何限定作用。本专利技术可用于各种双喷储纬器的变频调速，以及其他需要同时对两台 异步电机进行变频调速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于数字信号处理器控制的变频电源，其特征在于：包括开关电源模块（１）、控制电路（２）、脉宽调制信号隔离整形电路（３）、ＩＰＭ逆变电路（４）、母线电压检测及保护电路（５）、整流输入慢启动电路（６）、通信电路（７）、并行信号隔离输入接口电路（８）和显示按键人机接口电路（９），其中：　　　　一开关电源模块（１）为控制电路（２）及ＩＰＭ逆变电路（４）提供控制电压；　　　　一控制电路（２）产生脉宽调制信号，用于控制ＩＰＭ逆变电路（４）的输出频率和电压；　　　　一脉宽调制信号隔离整形电路（３）对控制电路（２）产生的脉宽调制信号进行隔离、整形；　　　　一ＩＰＭ逆变电路（４）对脉宽调制信号隔离整形电路（３）隔离、整形后的脉宽调制信号进行功率放大和逆变，产生两路独立的变频三相电源，用于驱动异步电机（Ｍ）；　　　　一母线电压检测及保护电路（５），用于实现电源的过压、欠压以及过流保护；　　　　一整流输入慢启动电路（６），用于限制开机充电电流，以保护整流桥和滤波电容（Ｃ０）；　　　　一通信电路（７）通过串口或ＣＡＮ总线将变频电源的运行状态信息实时传送给上位机并将上位机的指令传送给变频电源，实现远程实时监控；　　　　一并行信号隔离输入接口电路（８）和显示按键人机接口电路（９）用于现场指令信号的输入和状态信息的显示，实现本地实时监控。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郑军，王云宽，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]