电压检测电路的构成和原理简析

如图15-6所示的电压检测电路，是变频器故障检测电路中的一个重要组成部分，旨在保障使IGBT逆变电路的工作电源电压在一特定的安全范围以内，若工作电源危及IGBT（包含电源本身的储通电容）器件的安全时，实施故障报警、使制动电路投入工作、停机保护等措施。此外，少数机型还有对输出电压的检测，在一定程度上，起到对IGBT导通管压降检测的作用，取代驱动电路中IGBT的管压降检测电路。

1.电压检测电路的电压采样形式（前级电路）

（1）直接对DC530V电压采样

直接对P、N端DC530V整流后的电源电压进行采样，形成电压检测信号。如阿尔法ALPHA2000型18.5kW变频器的电压检测电路，如图15-7所示。

图15-6 电压检测电路的构成（信号流程）框图

图15-7 DC530V电压检测电路之一

电路中U₁₄（线性光耦合器）的输入侧供电，由开关变压器的独立绕组提供的交流电压，经整流滤波，由78L05稳压处理得到5V电源所提供，电源地端与主电路N端同电位。输出侧供电，则由主板+5V所提供。

直流回路P、N端的DC530V电压，直接经电阻分压，取得约120mV的分压信号，输入U₁₄（线性光耦合器）进行光、电隔离与线性放大后，在输出端得到放大了的检测电压信号，再由LF353减法放大器进一步放大，形成VPN直流电压检测信号，经CNN1端子，送入MCU主板上的电压检测后级电路。

（2）由开关变压器二次绕组取得采样电路信号

主电路的DC550V直流电压检测信号，并不是从主电路的P、N端直接取得，而是“间接”从开关电源的二次绕组取出（见图15-8）。电压采样等效电路及波形示意图如图15-9所示。

图15-8 DC530V电压检测电路之二

图15-9 直流回路电压采样等效电路及波型示意图

a）电压采样等效电路 b）N₁输入电压波形示意图 c）N₃输出电压波形示意图

在开关管VT截止期间，开关变压器TRAN中储存的磁能量，由二次电路进行整流滤波

得到+5V工作电源，释放给负载电路；在VT饱和导通期间，TC₂从电源吸取能量进行储存。

N₃二级绕组上产生电磁感应电压，正向脉冲出现的时刻对应开关管的截止时间，宽度较大，幅值较低，经二极管VD₁₂正向整流后提供负载电路的供电，有电流释放回路；反向脉冲出现的时刻对应开关管的饱和导通时间，宽度极窄，但并不提供电流输出，回路的时间常数较大（不是作为供电电源应用，只是由R、C电路取得电压检测信号），故能在电容C₁₇上维持较高的幅值。开关管VT饱和导通时，相当于将N₁绕组直接接入530V电源，因而在同一时刻N₃绕组此时所感应的负向脉冲电压是直接反映N₁绕组供电电压高低的，并与其成线性比例关系——N₃绕组感应电压的高低，仅仅取决于N₁、N₃绕组的匝数比。整流二极管VD₁₂和VD₁₁接于同一个二次绕组上，VD₁₂将“大面积低幅度”的正向脉冲整流作为+5V供电，而VD₁₁却将“小面积而幅度高”的负向脉冲做负向整流后，经R₂₀、R₁₈、R₁₉、C₁₉、C₁₇等元件进行简单滤波处理后，将此能反映一次主绕组供电高低的-42V电压信号作为直流电压的检测信号，送入MCU主板电路，供显示直流电压值和参与CPU程序控制之用。(www.xing528.com)

直流电压检测电路与其他输出电源电压电路的显著不同在于：该电路整流电压的输出端无大容量滤波（电解）电容；输出电压回路中串接有数千欧姆或数十千欧姆的大阻值电阻。显然该路输出电压不能用作供电电源；同一绕组所整流得出的供电电源电压值，要成数倍低于检测电压值。这是判断该电路为直流电压检测信号输出电路的依据。

通过对充电接触器辅助触点的状态检测，间接做出对直流回路是否正常的逻辑判断。当充电接触器未正常做出吸合动作，表现为辅助常开触点没有在电容充电结束后接触良好，检测信号输入MCU引脚后，MCU经逻辑分析，判断充电接触器未正常动作，因而直流回路的供电电压“肯定”也是不正常的，因而有时检测充电接触器的辅助常开触点未闭合时，也会报出“直流回路欠电压”故障。

（3）三相输入电源电压的检测电路

部分机型有了DC530V的电压检测，就省略了对三相输入电压的断相检测（DC530V的高低一定程度上也反映了三相电源电压的输入状况），有些机型的电压检测电路则“面面俱到”，检测电路比较完善。

如图15-10所示的三相输入电源电压检测电路，将R、S、T端输入的电源电压先经电阻网络降压/限流，再经桥式整流电路变为六波头300Hz脉动直流，送入光耦合器输入侧，三相电源正常时，光耦输出侧为六波头300Hz的脉冲直流信号，或认为J₂端子的■■脚一直为低电平；电源任缺一相时，光耦输出侧为四波头200Hz的电压信号，或认为J₂的■■端子有出现高电平的时刻，经后级电路处理送入MCU，MCU判断缺相故障，报警并停机保护。光耦合器U₁₅的输入侧串入稳压管Z₁₉，使U₁₅输出信号的动作“干脆利落”，对三相电源电压的不平衡也有检测作用。检测电路将输入模拟信号转化为6波头数目的“数字信号形式”，利于MCU的检测和判断。

图15-10 三相输入电源电压检测电路

（4）三相输出电压/频率检测电路

三相输出电压检测电路，在少数变频器产品中有采用。其主要作用是检测逆变电路的输出状态，由此起到对IGBT的保护作用，如同驱动电路的IGBT管压降检测与保护电路一样。有些变频器，驱动电路没有IGBT管压降检测保护电路，对IGBT的保护，一定程度上依赖于三相输出电压检测电路——三相输出电压信号经电路转变为输出频率信号，再输入MCU，起到对逆变电路的6只IGBT是否正常工作做出判断。

图15-11所示是输出电压/频率检测电路，N₁、N₂、N₃前三级电路构成了双端输入、单端输出的差动放大电路，第四级接成反相放大器，将信号放大到一定幅度后推动U₇光耦合器。U、W输出端电压信号经R₃₁、R₃₄降压，VD₁₆、VD₁₇双向限幅，C₁₇滤掉了高频载波信号，将信号还原为两相电压信号，加入N₁、N₂、N₃组成的差动放大电路，再经N₄放大后推动U₇输出。N₁、N₂、N₃电路又是V相电压信号的合成电路，输入的U、W两相信号中，包含了V相电压信号，经N₁、N₂、N₃电路的合成作用，实际上N₃输出的是表征着V相频率与时间基准的脉冲信号。耦合电容E₁₃起到了隔直通交及对信号进行零电平“置位”的作用，以适应N₄单电源供电电路的要求。N₄则相当于一个整形电路，将N₃输出信号整形为矩形脉冲信号输出，以驱动U₇。当U₇输出的信号满足要求时，说明U、V、W三相输出都是正常的。U₇的输出信号反映了三相电压的输出状态，此信号输入到CPU，与内部时间基准相比较，通过对脉冲计数的时间比对，可判断出是否存在输出缺相（d.f.）故障。故障时可实施停机保护。

图15-11 输出电压/频率检测电路

因输入端VD₁₆、VD₁₇两只二极管的钳位作用，电路本身并不是用来对输入信号进行放大的，而是实现了对三相脉冲信号的合成作用。电路输出的脉冲信号并不是表征着输出电压幅度的模拟电压信号，而是表征着输出频率的脉冲信号。电路是通过电压信号检测输出频率，相当于完成了“模-数”转换的作用，将输入模拟电压信号转变为“脉冲信号”输出。输出信号用于对逆变输出电路的检测，当逆变输出电路中某一IGBT处在故障状态时，报出缺相故障，并实施停机保护。

2.电压检测电路的后级电路

电压检测电路的后级电路对信号的处理方式，同电流检测电路对信号的处理方式基本相同。

1）由前级电路送来的电压检测信号，进一步经模拟放大，或电压跟随，输入MCU相关引脚，供运行电压显示、过/欠电压时延时报警。

2）以梯级电压比较器电路，将输入模拟电压信号转化为两个开关量报警信号，送入MCU相关引脚，用于起动直流制动电路、过电压时保护停机。

3.电压检测电路的报警内容

LU：直流回路电压（直流高压侧）过低；OU：直流回路电压（直流高压侧）过高；HOU：瞬态过电压；SOU：稳态过电压；SLU：稳态欠电压；ILP：R、S、T输入有缺相；OLP：U、V、W输出有缺相；主电路接触器未正常动作，等等。