专利名称：一种能量回馈系统中的电流检测电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电流检测电路，具体地说，涉及一种能量回馈系统中的电流
检测电路。
背景技术：
传统的交流系统中工频电流检测一般采用电流互感器进行检测，如图1中Tl、 T2 所示，为了检测电流的变化，将电流互感器输出信号通过Vl进行整流后，经电阻r转换成直 流电压信号，该信号的大小变化反应了交流电流的变化，可以供给仪表、控制、检测等电路 使用。 图1中，power converter为能量回馈功率电路，PI control为控制电路电流环 PI调节器，1*为给定电流基准。(下同) 随着功率元件的更新换代和发展，对于能量回馈系统，近年来，主回路越来越多的 采用IGBT作为功率元件，它高频率(几KHz到几十KHz)的开关特性，使得电流的瞬时变化 剧烈，谐波含量增加，而传统的电流互感器，无法满足此种情况下的电流检测需要。 为了适应IGBT的这种工作特性，实际应用中，人们越来越多的将霍尔型电流传感 器应用于电流检测，以取代图1中的T1、T2，因为霍尔型电流传感器是双极性输出的有源工 作器件，而控制需要的是单极性信号，因此，图1中的由V1及N1构成的检测信号处理电路 已经不能适用。 本实用新型，将分别针对基于电压和电流输出型霍尔电流传感器的电流检测装 置，提出2种信号处理电路，实现交流电流-直流电压信号的转换。
实用新型内容本实用新型正是为了解决上述技术问题而设计的一种能量回馈系统中的电流检 测电路。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 —种能量回馈系统中的电流检测电路，包括整流电路、运算放大器电路、控制电路 电流环PI调节器和能量回馈功率电路；电流检测元件为两个霍尔电流传感器，其跨接在三 相交流电源的任意两相电源线上检测其电流的变化，所述霍尔电流传感器的双极性输出信 号通过所述整流电路和运算放大器电路的处理转换为单极性信号，然后输出给所述控制电 路电流环PI调节器，与给定电流基准^相比较，将比较结果作为控制信号输出给能量回馈 功率电路。 所述一种能量回馈系统中的电流检测电路，电流检测元件为两个电流输出型霍尔 电流传感器，该两个电流输出型霍尔电流传感器的电流信号输出端、公共接地端分别作为 整流电路的输入信号，整流电路(后接的双端输入运算放大器电路的正、负端两个输入电 阻阻值相等，运算放大器电路的输出端与负输入端相连的反馈电阻和正输入端对地相连的 电阻阻值相等。[0011] 所述一种能量回馈系统中的电流检测电路，其整流电路由整流桥或整流二极管实 现，其后端连接的运算放大器电路实现双极性信号转换为单极性信号。 所述的一种能量回馈系统中的电流检测电路，其电流检测元件为两个电压输出型 霍尔电流传感器，每一相的电流检测由两个运算放大器电路构成，其中第一个运算放大器 完成有源半波整流功能，该运算放大器的输出端连接二极管阴极，反馈电阻跨接于运算放 大器负输入端和二极管的阳极，第二个运算放大器对半波整流信号与原信号做加法，对应 于这两个信号，该运算放大器的负输入端的两个输入电阻比值为l : 2;其中第三相电流通
过已知的两相电流由运算放大器构成的加法器计算获得，三相全波整流信号通过三个单相 电流的整流结果经另一运算放大电路构成的加法器做加法获得。 本实用新型所述电路同样适用于将霍尔电流传感器的输出电流信号转换为电压
信号之后的处理，或者将电压信号转换为电流信号之后的处理。 1、当采用两个电流输出型的霍尔型电流传感器作为电流检测元件时。将电流传感 器信号输出端以及两个公共接地端作为整流桥的输入，对检测电流信号进行整流后，经过 运放算放大器电路整形滤波，提供给控制电路使用。因为霍尔型电流传感器输出的电流信 号是双极性信号，为了使整流桥的整流功能对该信号的正负半波均有效，整流电路后的比 例运算放大器电路采用双端输入，通过这样的电路设计，可以保证整流电路对电流信号的 全波整流。 2、当采用两个电压输出型的霍尔型电流传感器作为电流检测元件时。因为输出信 号是双极性的交流电压信号，考虑整流二极管压降将对检测信号产生影响，因此本电路的 信号整流电路通过运算放大器构成的有源整流电路来实现。运算放大器电路整流的工作 原理为首先对某相检测信号进行半波整流，并将整流后的信号值，进行反向的同时幅值加 倍，然后与原检测信号值做加法运算，从而实现了对该相电流检测信号的全波整流，最后， 对三相整流值求和，从而实现了三相电流传感器信号的全波整流。其中，第三相电流传感 器信号值可以通过三相电流之和等于零的原理，通过常用的运算放大器电路加法器计算获 得，这样可以节省一个电流传感器。 本实用新型的有益效果是该电路解决了霍尔型电流传感器双极性信号输出转换 为单极性信号输出的问题，实现了交流电流_直流电压信号的转换，该电路能够有效检测 高频斩波下的瞬时电流的变化，检测信号提供给控制系统使用，提高回馈系统电能回馈的 质量。其对电流检测的精度高，速度快，线性度好，电路结构简单，用普通运放或整流二极管 可构成，成本低，对称性好。
图1为传统交流电流检测方式电路原理图。 图2为采用电流输出型霍尔电流传感器的电流检测电路原理图。 图3为采用电压输出型霍尔电流传感器的电流检测电路原理图。 图4为采用运算放大器对电流检测信号整流的电路原理图。 图5为一种简化的采用电压输出型霍尔电流传感器的电流检测电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。 如图2、3和5所示一种能量回馈系统中的电流检测电路，包括整流电路、运算放大 器电路、控制电路电流环PI调节器和能量回馈功率电路；其电流检测元件为两个霍尔电流 传感器，其跨接在三相交流电源的任意两相电源线上检测其电流的变化，所述霍尔电流传 感器的双极性输出信号通过所述整流电路和运算放大器电路的处理转换为单极性信号，然 后输出给所述控制电路电流环PI调节器，与给定电流基准I*相比较，将比较结果作为控制 信号输出给能量回馈功率电路。 所述一种能量回馈系统中的电流检测电路，其电流检测元件为两个电流输出型霍 尔电流传感器DCU1、 DCU2，该两个电流输出型霍尔电流传感器DCU1、 DCU2的电流信号输出 端、公共接地端分别作为整流电路V1的输入信号，整流电路V1后接的双端输入运算放大器 电路的正、负端两个输入电阻R1、 R2阻值相等，运算放大器电路的输出端与负输入端相连 的反馈电阻R1'和正输入端对地相连的电阻R2'阻值相等。 所述一种能量回馈系统中的电流检测电路，其所述整流电路由整流桥或整流二极
管实现，其后端连接的运算放大器电路实现双极性信号转换为单极性信号。 所述的一种能量回馈系统中的电流检测电路，其电流检测元件为两个电压输出型
霍尔电流传感器DCUa、 DCUb，每一相的电流检测由两个运算放大器Nl 、 N4/N2、 N4/N3、 N4电
路构成，其中第一个运算放大器Nl/N2/N3完成有源半波整流功能，该运算放大器的输出端
连接二极管D11/D21/D31阴极，反馈电阻跨接于运算放大器负输入端和二极管Dll/D21/
D31的阳极，第二个运算放大器N4对半波整流信号与原信号做加法，对应于这两个信号，该
运算放大器的负输入端的两个输入电阻R11、R12/R21、R22/R31、R32/R31、R33比值为1 : 2 ;
其中第三相电流通过已知的两相电流由运算放大器构成的加法器计算获得，三相全波整流
信号通过三个单相电流的整流结果经另一运算放大电路构成的加法器做加法获得。 实施例一 如图2所示的一个实施实例中，DCU1、 DCU2可以是磁平横原理的电流
输出型霍尔电流传感器，传感器的电流信号输出端、接地端分别作为三相整流电路V1的输
入。因为DCU1、DCU2是有源工作器件，输出信号是正负半波的双极性关系，为了使整流电路
的整流功能对正负半波信号均有效，实例在整流电路的后端增加双端输入的运算放大电路
Nl，这里取四个电阻阻值取相等，从而实现了双极性信号整流转换为单极性信号，供控制电
路使用。对N1也可以采取反馈阻R1'、R2'与输入电阻R1、R2成一定比例，这样可以调整控
制所需要的电压范围的信号输出。 实施例二 如图3所示电路中，DCUa、 DCUb表示电压输出型霍尔电流传感器，因为 是电压输出型，采用无源的桥式整流电路，二极管的压降将对电流检测信号产生影响，为了 解决这个问题，本实例中采用了有源的运算放大器电路，达到了整流的目的，该电路的单相 整流功能具体工作原理描述如下 在图3所示电路中，对于任意一相电流检测信号的处理过程如图4所示。电流信 号(a)，首先经过半波整流并反向获得信号(b)，由于采用了运算放大器Nl，所以二极管的 压降不对整流结果产生影响。通过N4的输入电阻R41与R12、R22、R32、R33的阻值匹配，使 得信号(b)幅值加倍后与原信号(a)通过N4反向相加，获得了该相的全波整流结果(c)，同 理，对其它两相也采用同样的方法进行整流，最后三相全波整流的结果通过N4相加获得。需要指出的是，本例中的第三相电流检测值是通过其他两相之和计算获得的，该部分功能 由图3中的N3部分运算放大电路实现。 实施例三图5所示的一个实施实例中，DCUa、DCUb为采用磁平衡式原理的霍尔电 流传感器，信号为电压输出型，将图3中相应的并联电阻进行合并和简化，即可以得到图5 中所示的运算放大器N1、 N2的反馈电阻大�。菔导适褂们榭龅男枰梢缘髡鸑4的反 馈电阻R41的大�。曰竦貌煌捣段У牡缪剐藕攀涑�。 当对电流检测的精度要求不甚高时，本例中的运放整流电路同样适用于电流输出 型的电流传感器信号处理，与电压输出型传感器的信号处理方式不同的地方是，需要先将 电流信号转换为电压信号，例如图5中虚线所示，在传感器的电流输出信号与信号地之间 串一个电阻，当然也可以采用其他方式转换为电压信号后，再利用本例中的运放整流电路 进行整流。 本实用新型不局限于上述最佳实施方式，任何人在本实用新型的启示下得出的其 他任何与本实用新型相同或相近似的产品，均落在本实用新型的保护范围之内。
权利要求一种能量回馈系统中的电流检测电路，包括整流电路、运算放大器电路、控制电路电流环PI调节器和能量回馈功率电路；其特征在于电流检测元件为两个霍尔电流传感器，其跨接在三相交流电源的任意两相电源线上检测其电流的变化，所述霍尔电流传感器的双极性输出信号通过所述整流电路和运算放大器电路的处理转换为单极性信号，然后输出给所述控制电路电流环PI调节器，与给定电流基准I*相比较，将比较结果作为控制信号输出给能量回馈功率电路。
2. 根据权利要求l所述的一种能量回馈系统中的电流检测电路，其特征在于电流 检测元件为两个电流输出型霍尔电流传感器(DCU1、 DCU2)，该两个电流输出型霍尔电流传感器(DCU1、DCU2)的电流信号输出端、公共接地端分别作为所述整流电路的输入信号，所 述整流电路后接的双端输入运算放大器电路的正、负端两个输入电阻(R1、R2)阻值相等， 运算放大器电路的输出端与负输入端相连的反馈电阻(Rl')和正输入端对地相连的电阻 (R2')阻值相等。
3. 根据权利要求1所述的一种能量回馈系统中的电流检测电路，其特征在于所述整 流电路由整流桥或整流二极管实现，其后端连接的运算放大器电路实现双极性信号转换为 单极性信号。
4. 根据权利要求1所述的一种能量回馈系统中的电流检测电路，其特征在于电流检 测元件为两个电压输出型霍尔电流传感器(DCUa、 DCUb)，每一相的电流检测由两个运算放 大器(Nl、 N4) (N2、 N4) (N3、 N4)电路构成，其中第一个运算放大器(Nl) (N2) (N3)完成有源 半波整流功能，该运算放大器的输出端连接二极管(D11) (D21) (D31)阴极，反馈电阻跨接 于运算放大器负输入端和二极管(D11) (D21) (D31)的阳极，第二个运算放大器(N4)对半波 整流信号与原信号做加法，对应于这两个信号，该运算放大器的负输入端的两个输入电阻 (R11、R12) (R21、R22) (R31、R32) (R31、R33)比值为1 : 2 ;其中第三相电流通过已知的两相 电流由运算放大器构成的加法器计算获得，三相全波整流信号通过三个单相电流的整流结 果经另一运算放大电路构成的加法器做加法获得。
专利摘要本实用新型公开了一种能量回馈系统中的电流检测电路，包括整流电路、运算放大器电路、控制电路电流环PI调节器和能量回馈功率电路。电流检测元件为两个霍尔电流传感器，其跨接在三相交流电源的任意两相电源线上检测其电流的变化，霍尔电流传感器的双极性输出信号通过整流电路和运算放大器电路的处理转换为单极性信号，然后输出给控制电路电流环PI调节器，与给定电流基准I*相比较，将比较结果作为控制信号输出给能量回馈功率电路。本实用新型对电流检测的精度高，速度快，线性度好，电路结构简单，用普通运放或整流二极管可构成，成本低，对称性好。
文档编号G01R19/22GK201477147SQ20092030657
公开日2010年5月19日 申请日期2009年7月21日 优先权日2009年7月21日
发明者丁金龙, 裘锦灼 申请人:北京中纺锐力机电有限公司
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