逆变模块硬件设计说明书

逆变模块 硬件设计说明书

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目录

1引言 ................................................................................................................................................................................... 1

1.1编写目的 ................................................................................................................................................................ 1 1.2背景 ........................................................................................................................................................................ 1 1.3术语与缩写定义..................................................................................................................................................... 1 1.4参考资料 ................................................................................................................................................................ 1 2硬件概述 ........................................................................................................................................................................... 1

2.1逆变模块功能需求................................................................................................................................................. 1 2.2逆变模块电路功能说明......................................................................................................................................... 1

2.2.1预充电电路 .................................................................................................................................................. 2 2.2.2逆变电路 ...................................................................................................................................................... 2 2.2.3驱动电路 ...................................................................................................................................................... 3 2.2.4电流采集 ...................................................................................................................................................... 3 2.2.5温度采样 ...................................................................................................................................................... 4 2.2.6逆变辅助电源 .............................................................................................................................................. 4 2.3电气接口 ................................................................................................................................................................ 5

2.3.1逆变模块对外接口 ...................................................................................................................................... 5 2.3.2逆变主板与主控板板间接口 ...................................................................................................................... 5 2.3.3逆变主板与逆变IO板板间接口 ............................................................................................................... 7

1引言

1.1编写目的 1.2背景

1.3术语与缩写定义 1.4参考资料

2硬件概述

2.1逆变模块功能需求

逆变模块主要实现将电源由直流到3相交流的转换，主要功能要求如下： 1、输入由升压模块提供，输入额定电压为350V；

2、输出为3相交流，输出电压在190VAC~240V可调，输出频率35Hz~60Hz可调； 3、功率要求满足最大2.2kW输出，按电机负载功率因数为0.6；

4、保护功能包括：输入欠压保护、输入过压保护、输出过流保护、输出短路保护、输出缺相保护、模块高温保护。当模块出现保护后，以干接点的方式报警，并且可查询发生故障时的故障状态。

5、模块开机启动由外部启动信号控制，启动信号以干接点的方式实现；模块启动时，启动延时可调；

6、输入对散热片、输出对散热片绝缘阻抗大于5MR，绝缘电压大于AC2500V； 7、 EMC满足EN50131-3-2的规定要求。

2.2逆变模块电路功能说明

逆变器由升压模块、逆变模块、输出滤波器组成。功能框图如下图所示：

其中逆变模块由控制板、逆变主板、逆变IO板组成。逆变主板功能电路包括： 1、预充电电路； 2、逆变电路 3、驱动电路

4、AD采集电路：包括母线电压检测、IGBT温度检测、输出电流检测等。 5、逆变辅助电源

2.2.1预充电电路

预充电电路

根据升压模块输出纹波要求小于1V，那么输出滤波电容要求不小于782uF，实际使用3个680uF的电容进行并联（C70、C73、C78），容量为2040uF；供电电源为350V，电容电压不小于400V，实际使用的电容电压为400V。

逆变模块输入端有大的输入电容（C70、C73、C78），为了防止开机时大的浪涌冲击，电路设计加入了预充电电路。开机时，首先通过电阻对电容进行充电，当电容电压达到200V时，控制板开始延时计时，延时5s结束后，继电器闭合（K1闭合，将预充电电阻旁路），通过继电器给电容供电。为了延时结束时，电容电压达到350V，那么预充电电阻要小于1.667kR（R81），实际取值为66R，使用两个33R的电阻进行串联。

2.2.2逆变电路

逆变通过IGBT模块来实现，一个模块内部集成6个IGBT，形成3个桥臂，实现3相输出。根据输出功率、最低输出电压及电机功率因数可计算出流过IGBT的最大电流为11A。实际选择IGBT模块电流为30A，电压为600V。

2.2.3驱动电路

逆变器驱动全部采用光耦进行隔离。由CPU发出的PWM信号经过缓冲器到达光耦原边，通过控制光耦的导通关断来实现对IGBT的控制。实际电路采用的光耦型号为A3120，此光耦在小功率低压变频器中使用广泛。光耦工作电压范围15V~30V，最小驱动电流为2A，输入电流为7mA~16mA，光耦关断电压为-3V~0.8V，最大反向电压为5V，最大开关延时为500ns。根据光的使用条件可知U+W、U-W的差值要大于15V小于30V，实际电路中U+W为15V，U-w为-7V。光耦的输入电流要大于7mA小于16mA，那么限流电阻要大于216R小于500R，实际电路中为R7，其阻值为330R，那么光耦的输入电流为10.6mA。

2.2.4电流采集

电流采样采用检流电阻将电流信号转换为电压信号，电压信号经光耦HP7840进行隔离放大后，再经过运放的放大传递给CPU。HP7840为线性光耦，是小功率低压变频器中通用的电流检测隔离器件。HP7840工作温度为-40℃~85℃度，输出增益为8，输出为差分信号，检流精度高，抗干扰能力强。其输入电压范围为4.5V~5.5V，输入输出端供电电源均为5V稳压电源。其线性输入电压范围为-200mV~200mV，那么设计时考虑最大电流时，采样电压扔在200mV范围内，实际采样电阻为6mR，正常工作时电流为11A，那么采样电压为66mV，考虑最大过流为额定值的2倍，那么采样电压为132mV，满足器件使用要求。

2.2.5温度采样

IGBT内部集成了NTC，将NTC阻值的变化转换为电压信号的变化，以此检测IGBT的温度。如图中，通过R与Rg串联形成分压，将信号T+经过处理后送给CPU。通过此种方式对IGBT以及逆变模块进行保护，防止IGBT温度过高损坏。25℃时Rg=5kR，100℃时，Rg=493R。

2.2.6逆变辅助电源

逆变模块所有的驱动电源都由辅助电源提供。主要有+24V、+5V、±15V、4路+15V、4路-7V以及13V，分别为继电器驱动电源、CPU及数字逻辑器件供电电源、运放供电电源、IGBT驱动电源以及辅助电源电源管理IC供电电源，所有电源均为隔离。

辅助电源控制芯片采用UC2844。UC2844为电流控制型电源管理芯片，在小功率辅助电源中较常使用。实际电路中开关频率设置为100kHz，那么RC震荡参数为R=8.2kR，C=1000pF。开关管型号为IXFP10N80P，800V10A，导通内阻为1.1R。辅助电源电流采样电阻为3个1210的7.5R电阻并联。

2.3电气接口

2.3.1逆变模块对外接口

逆变模块主要有以下对外接口： 序号 定义 描述 1 PE 接大地 2 P- 输入负 3 4 5 6 7 8 9 P+ L N PB U V W 输入正极 空置 空置 空置 U相输出 V相输出 W相输出 类型 信号类型 有效值范围 功率 2.3.2逆变主板与主控板板间接口

逆变主板与逆变主控板间的接口如下： 序号 J1:1 J1:2 J1:3 J1:4 定义 +15V -15V +15V -15V 描述 类型 电源正极 电源负极 电源正极 电源负极 信号类型 有效值范围 功率 供电 电压 ±0.5V 0.5W

J1:5 J1:6 J1:7 J1:8 J1:9 J1:10 J1:11 J1:12 J1:13 J1:14 J1:15 J1:16 J1:17 J1:18 J1:19 J1:20 J1:21 J1:22 J1:23 J1:24 J1:25 J1:26 J1:27 J1:28 J1:29 J1:30 J1:31 J1:32 J1:33 J1:34 J1:35 J1:36 J1:37 J1:38 J1:39 J1:40 J1:41 J1:42 J1:43 GND GND GND 5V 5V GND GND VPN GND IV IU 1X6 IFAN 1REV IFOR 1X4 1X5 1X2 1X3 TXD1_PC 1X1 RXD1_PC RA 1KMON 电源负极 电压 供电 GND 母线电压 GND V相电流 U相电流 扩展接口 风机控制信号 正转控制信号 反转控制信号 扩展接口 电源正极 电源负极 模拟信号 电源负极 模拟信号 数字量输入 数字量输出 数字量输入 电压 电压 电压 电压 电压 电压 电流 电压 ±0.5V -20V----0V 0V----5V 1mA 10mA 1mA 小 小 0.5W 数字量输入 电压 1mA RS232通信线TXD 扩展接口 RS232通信线TXD 故障信号输出 接触器控制信号输出 数字量输出 ---------- 数字量输出 ---------- ---------- 电源负极 模拟信号 数字量输入 电源负极 数字量输出 电流 电流 数字量输入 电压 1mA 10mA 10mA 小 小 小 GND GND T+ 1SC GND BRK FRST FS PU- PU+ PV- PV+ PW- GND IGBT 外部故障输入（备用） 电压 电压 电压 电压 电流 -20V----0V 1mA 10mA 小 小 GND 刹车控制信号输出 复位信号输出 封锁信号输出 小 PWM信号输出 数字量输出 电流 10mA 小

J1:44 J1:45 J1:46 J1:47 J1:48 PW+ GND GND 电源负极 ---------- ---------- ---------- 电压 2.3.3逆变主板与逆变IO板板间接口

逆变主板与逆变IO板间的接口如下： 序号 定义 描述 J2：1 KEY-DO J2：2 KEY-SH/L J2：3 GND J2：4 KEY-CLK J2：5 TXD J2：6 RXD J2：7 RA J2：8 SCK J2：9 1X1 J2：10 485- J2：11 1X3 J2：12 485+ J2：13 1X5 J2：14 1X2 J2：15 1REV J2：16 1X4 J2：17 1X6 J2：18 1FOR J2：19 GND J2：20 GND

类型 信号类型 有效值范围 功率