本發(fā)明涉及檢測交流電壓中的直流分量的電路以及消除交流電壓中的直流分量的裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在的電源類產(chǎn)品中，多是將交流電整流為直流電，再通過IGBT等電力電子器件，以PWM脈寬調(diào)制的方式逆變?yōu)榻涣麟?，?jīng)過LC濾波器過濾高頻分量，得到交流正弦波，再用升壓變壓器升壓得到額定幅值的正弦波電壓。但是由于IGBT等電力電子器件的導(dǎo)通壓降存在差異，且各個IGBT的驅(qū)動信號也存在時間上的延遲，導(dǎo)致該電源產(chǎn)品最終輸出的電壓信號中存在有直流電壓偏置。直流偏置電壓會通過變壓器形成回路，使變壓器流過直流勵磁電流。如果該勵磁電流偏大，會使磁芯工作在非線性區(qū)，則變壓器副邊輸出電壓會產(chǎn)生畸變，使產(chǎn)品無法達到設(shè)計標準。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種檢測交流電壓中的直流分量的電路，其能檢測出交流電壓中比較微小的直流電壓分量，具有較高的靈敏度。

本發(fā)明所要解決的進一步的技術(shù)問題在于提供一種逆變電路輸出電壓的直流分量消除裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是：

檢測交流電壓中的直流分量的電路，包括：

分壓電路，用于對所述交流電壓進行分壓；

濾波電路，濾波電路的輸入端與分壓電路的輸出端連接，用于對分壓電路的輸出電壓進行濾波；

積分電路，積分電路的輸入端與濾波電路的輸出端連接，用于對濾波電路的輸出電壓進行積分。

本發(fā)明還提供了一種逆變電路輸出電壓的直流分量消除裝置，該直流分量消除裝置包括控制電路以及與單相逆變電路或三相逆變電路的輸出電壓一一對應(yīng)的單組或三組直流偏置檢測電路，每組直流偏置檢測電路包括分壓電路、濾波電路、積分電路和信號調(diào)理電路；控制電路包括A/D轉(zhuǎn)換電路和控制器；分壓電路的輸入端連接相對應(yīng)的逆變電路相電壓輸出端，用于將逆變電路的輸出相電壓分壓后輸出；濾波電路的輸入端與分壓電路的輸出端連接，用于對分壓電路輸出的交流電壓進行濾波；積分電路的輸入端與濾波電路的輸出端連接，用于對濾波電路的輸出電壓進行積分；信號調(diào)理電路的輸入端與積分電路的輸出端連接，用于將積分電路輸出的電壓信號調(diào)理成A/D轉(zhuǎn)換電路可以識別的電壓信號；A/D轉(zhuǎn)換電路的輸入端與信號調(diào)理電路的輸出端連接，用于將信號調(diào)理電路輸出的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給控制器；控制器的信號輸入端與所述A/D轉(zhuǎn)換電路的輸出端連接，用于采集A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號以判斷逆變電路輸出電壓中的直流分量的極性和大小，并根據(jù)判斷結(jié)果對逆變電路的開關(guān)管的調(diào)制波加入與逆變電路輸出電壓中的直流分量極性相反的偏置電壓，以消除逆變電路輸出電壓中的直流分量。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點：

1、根據(jù)本發(fā)明實施例的檢測交流電壓中的直流分量的電路利用濾波電路將輸出交流分量降低到微小的程度，利用積分電路將直流量拾取出來，通過該積分電路對直流分量一直積分，即使是微小的直流偏置也能被檢測出來，而且不受溫度濕度等外部因素引起電子器件參數(shù)漂移的影響，不受器件參數(shù)不一致對檢測精度造成的影響，大大提高了系統(tǒng)的檢測靈敏度和精度；

2、通過調(diào)整積分電路的參數(shù)，可以改變積分的RC時間常數(shù)以改變快慢速度，盡量降低檢測電路響應(yīng)速度，以避免在突然加減滿載時調(diào)節(jié)量過大引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定；

3、根據(jù)本發(fā)明實施例的逆變電路輸出電壓的直流分量消除裝置，不僅能檢測出逆變電路輸出電壓中的直流分量，而且能通過控制器對逆變電路的開關(guān)管的調(diào)制波加入與逆變電路輸出電壓中的直流分量極性相反的偏置電壓，對直流分量進行校正，將該直流分量抑制到忽略不計的程度，從而保證逆變電路輸出電壓的波形質(zhì)量和開關(guān)管的可靠性；

4、本發(fā)明成本低廉，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的檢測交流電壓中的直流分量的電路的原理框圖。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的逆變電路輸出電壓的直流分量消除裝置的原理框圖。

圖3至圖6示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的直流分量消除裝置的直流偏置檢測電路的電路原理圖。

圖7示出了標準的逆變電路的開關(guān)管的正弦調(diào)制波的波形示意圖。

圖8示出了含有+20V的直流偏置電壓的逆變電路的R相輸出電壓波形。

圖9示出了經(jīng)過根據(jù)本發(fā)明又一實施例的直流分量消除裝置校正后的正弦調(diào)制波的波形。

圖10示出了經(jīng)過校正后的逆變電路的R相輸出電壓波形。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的檢測交流電壓中的直流分量的電路的原理框圖。請參閱圖1，根據(jù)本發(fā)明一實施例的檢測交流電壓中的直流分量的電路，包括分壓電路90、濾波電路91和積分電路92。

分壓電路90的輸入端與交流電壓連接，用于對交流電壓進行分壓；濾波電路91的輸入端與分壓電路90的輸出端連接，用于對分壓電路90的輸出電壓進行濾波；積分電路92的輸入端與濾波電路91的輸出端連接，用于對濾波電路91的輸出電壓進行積分。

優(yōu)選地，分壓電路90為電阻分壓電路；積分電路92為運放積分電路；濾波電路為RC濾波電路。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明一實施例的逆變電路輸出電壓的直流分量消除裝置的原理框圖。請參閱圖2，在本實施例中，逆變電路3為三相逆變電路，輸出R、S、T三相電壓。根據(jù)本發(fā)明一實施例的逆變電路輸出電壓的直流分量消除裝置，包括控制電路1以及分別與逆變電路3的三相輸出電壓一一對應(yīng)的三組直流偏置檢測電路2。在其它實施例中，逆變電路3也可以是單相逆變電路，只輸出單相交流電壓，此時只需設(shè)置一組直流偏置檢測電路2。

每組直流偏置檢測電路2包括分壓電路21、濾波電路23、積分電路25和信號調(diào)理電路27?？刂齐娐?包括A/D轉(zhuǎn)換電路11和控制器13。

分壓電路21的輸入端連接相對應(yīng)的逆變電路相電壓輸出端，用于將逆變電路的輸出相電壓分壓后輸出。

濾波電路23的輸入端與分壓電路21的輸出端連接，用于對分壓電路21輸出的交流電壓進行濾波。積分電路25的輸入端與濾波電路23的輸出端連接，用于對濾波電路23的輸出電壓進行積分。信號調(diào)理電路27的輸入端與積分電路25的輸出端連接，用于將積分電路25輸出的電壓信號調(diào)理成A/D轉(zhuǎn)換電路11可以識別的電壓信號。A/D轉(zhuǎn)換電路11的輸入端與信號調(diào)理電路27的輸出端連接，用于將信號調(diào)理電路27輸出的信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸出給控制器13。控制器13的信號輸入端與A/D轉(zhuǎn)換電路11的輸出端連接，用于采集A/D轉(zhuǎn)換電路輸出的數(shù)字信號以判斷逆變電路3輸出電壓中的直流分量的極性和大小，并根據(jù)判斷結(jié)果對逆變電路3的開關(guān)管的調(diào)制波加入與逆變電路輸出電壓中的直流分量極性相反的偏置電壓，以消除逆變電路3輸出電壓中的直流分量。其中，控制器13的輸出端通過驅(qū)動電路4與逆變電路3的控制輸入端連接?？刂破鞯拿看握{(diào)節(jié)都可以減小逆變電路輸出的直流偏置電壓，由于有積分電路的存在，可以做到無誤差調(diào)節(jié)，經(jīng)過多個循環(huán)后，最終整個系統(tǒng)輸出不存在偏置電壓。

圖3至圖6示出了根據(jù)本發(fā)明又一實施例的直流分量消除裝置的直流偏置檢測電路的電路原理圖。為了簡便起見，圖3至圖6僅僅以與逆變電路3的R相輸出端相連接的直流偏置檢測電路說明直流偏置檢測電路2的原理，S相和T相電路完全一樣，且該三相相互獨立。

在圖3至圖6所示的實施例中，分壓電路21為電阻分壓電路，其將逆變電路輸出的高電壓（額定電壓380V）通過降低到一個較小的電平。

在圖3至圖6所示的實施例中，直流偏置檢測電路包括電壓跟隨電路22，電壓跟隨電路22的輸入端與分壓電路21的輸出端連接，電壓跟隨電路22的輸出端與濾波電路23的輸入端連接。電壓跟隨電路22可提高輸入阻抗，以防前級因為輸出電流能力不足而引起測量不準。

進一步地，本實施例的直流偏置檢測電路包括過壓保護電路24，過壓保護電路24包括相互串聯(lián)的第一箝位二極管D12和第二箝位二極管D12’；第一箝位二極管D12的負極與預(yù)設(shè)的正電壓保護閾值連接，第一箝位二極管D12的正極與第二箝位二極管D12’的負極連接，第二箝位二極管D12’的正極與預(yù)設(shè)的負電壓保護閾值連接；第一箝位二極管D12與第二箝位二極管D12’的共接點連接于電壓跟隨電路22的輸入端。本實施例中，正電壓保護閾值為+12V，負電壓保護閾值為-12V，如果出現(xiàn)異常，可以將電平鉗位到+12V或-12V，以保護后面的芯片免受過壓而損壞。

在圖3至圖6所示的實施例中，濾波電路23為RC濾波電路，其將輸出的工頻電壓和高頻共模分量抑制到非常小的幅值，而對于前一級的直流電壓分量不會衰減。積分電路25為運放積分電路。由于交流分量幅值很小且運放積分電路的RC時間常數(shù)很大，所以交流分量對積分電路輸出電壓的影響非常小，而直流分量可以通過積分電路一直積分，積分電路輸出電壓可一直朝一個方向變化直至運放供電電源電壓，如果此時直流分量經(jīng)過校正消除，則積分電路維持當(dāng)前輸出電平。信號調(diào)理電路27將積分電路的輸出電平調(diào)理為逆變電路的主控芯片中A/D轉(zhuǎn)換電路可以識別的范圍。

優(yōu)選地，在濾波電路23與積分電路25之間還設(shè)有電壓跟隨電路26，電壓跟隨電路26的輸入端與濾波電路23的輸出端連接，電壓跟隨電路26的輸出端與積分電路25的輸入端連接。電壓跟隨電路26可提高輸入阻抗。

控制器13以逆變電路3中的開關(guān)管的載波頻率采集A/D轉(zhuǎn)換電路11輸出的數(shù)字信號，以判斷逆變電路輸出端的直流分量（即直流偏置電壓）的極性和大小，并根據(jù)判斷結(jié)果對逆變電路的開關(guān)管的調(diào)制波加入與逆變電路輸出電壓中的直流分量極性相反、大小適當(dāng)?shù)钠秒妷海詫χ绷髌秒妷哼M行校正。逆變電路3例如可以是單相半橋逆變電路、單相全橋逆變電路或三相橋式逆變電路，逆變電路3中的開關(guān)管可以是IGBT或MOSFET。

以下結(jié)合圖7至圖10所示的應(yīng)用示例對控制器13的校正過程做出更詳細的說明。

圖7示出了標準的逆變電路的開關(guān)管的正弦調(diào)制波的波形示意圖，其幅值為100V，頻率為50Hz。逆變電路3工作時，由于驅(qū)動信號延時、器件一致性差等因素導(dǎo)致輸出電壓波形經(jīng)過LC濾波器過濾高頻分量后得到的波形含有直流分量，如圖8所示，圖8中所示的逆變電路的R相輸出電壓波形含有+20V的直流偏置電壓。

根據(jù)本發(fā)明實施例的直流偏置檢測電路對圖8中所示的R相輸出波形進行檢測，發(fā)現(xiàn)了其含有極性為正向的直流偏置電壓，該正向電壓信號經(jīng)過積分電路積分，輸出電壓大小決定著調(diào)制波的校正量大小，二者成正比例關(guān)系。經(jīng)過閉環(huán)電路的自動控制，最終在穩(wěn)態(tài)下對調(diào)制波添加-20V的直流偏置電壓，如下圖9為經(jīng)過校正后的調(diào)制波。在上面經(jīng)過校正后的調(diào)制波的調(diào)整下，逆變器R相輸出電壓波形經(jīng)過LC濾波器過濾高頻分量后，得到的輸出波形如圖10所示，從中可以看出此時的輸出電壓波形已經(jīng)不含有直流偏置。由于輸出電壓已經(jīng)不含有直流偏置，因此積分電路的輸入信號為零，積分電路的輸出電壓保持不變，所以最終調(diào)制波中的調(diào)制量保持-20V不變，也就是所謂的達到穩(wěn)態(tài)。輸出電壓不含有直流偏置就是穩(wěn)態(tài)，只要輸出電壓有直流偏置，積分電路的輸出信號就會隨之變動，調(diào)整調(diào)制波的校正量，直到達到穩(wěn)態(tài)。

進一步地，直流偏置檢測電路包括初始化放電電路29，初始化放電電路29的輸入端與積分電路25的輸出端連接，用于在直流分量消除裝置上電運行前對積分電路25的輸出端放電。初始化放電電路29主要由芯片U10組成，在系統(tǒng)運行前，外部的放電控制信號發(fā)送給芯片U10，使芯片U10的2腳和3腳導(dǎo)通，從而使積分電路25的電容兩端短路，積分電路25的輸出端放電，以防止積分電路在系統(tǒng)上電運行前含有殘存的電壓而進行錯誤的校正。

通過調(diào)整積分電路25的參數(shù)，可以改變積分的RC時間常數(shù)以改變快慢速度，盡量降低檢測電路響應(yīng)速度，以避免在突然加減滿載時調(diào)節(jié)量過大引起系統(tǒng)的不穩(wěn)定。過大的RC會導(dǎo)致系統(tǒng)響應(yīng)過慢，校正的時間變長，而過小的RC雖然使系統(tǒng)響應(yīng)快，但在某些頻繁啟停，或一些大負載沖擊的場合，反而容易因為校正太快，校正量太高而使系統(tǒng)發(fā)生振蕩，而合適的RC時間常數(shù)能解決以上問題。