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1、1正弦 SINE300 型 7.5kW 变频器的电流检测电路电源/驱动板与主板 MCU 由 J2、J5 排线端子连接，J2 端子排之前的位于电源/ 驱动板的部分为电流检测的前级电路，J5 端子以后的位于 MCU 主板的部分为后级电路。但考虑电路的衔接及电路分类、信号流程分析的方便，将正弦 SINE300 型 7.5kW 变频器电流检测与保护电路，分为前置电流检测电路、电流检测模拟信号处理电路一、电流检测模拟信号处理电路二、电流检测开关量信号形成电路等四个部分，旨在分析和说明本例机型对前置电路所输出的电流检测信号，在后续电路不同的处理方法，以生成模拟或开关量的多路电流检测信号，提供 MCU 内部
2、运算控制、显示、故障报警、停机保护所需的各种信号。-+132U6 1/4LF347U* R7 Vc2 8out1 7out2 6Ve2 51 Vc12 in13 in24 Ve1U5A7840R43UU+ R211501 R421501Z23C25 C26R11680U0+5VC276801R441201R226801 R191201R241002 C29R301002 C20UIW* WV* R60 Vc2 8out1 7out2 6Ve2 51 Vc12 in13 in24 Ve1U7A7840R63UV+ R371501 R341501Z24C32 C34R38680V0+5VC4068
3、01R39R406801 R411201-+765 U6 1/4LF347R1801002C103R61002 CC103VI1201R27120126J2/J5C23R62120125J2/J5C106R1912002R1922002-+141213U6 1/4LF347R2071002R2101201C112R209 2002WI28J2/J5图 1 前置电流检测电路1、前置电流检测电路（见上图 1）前置电流检测电路，即 J2/J5 端子排之前、位于电源/驱动板的电流检测电路，由电流采样电阻、线性光耦合器、运放电路等组成。本例机型的前置电路，只在 U、V 输出电流回路串接了 R7、R60
4、两只电流采样电阻，未采集 W 相电流检测信号。或者说，省去了 W 相的直接电流采样电路，而由采集到的 U、V 相电流信号， “间接合成”出 W 相信号。由电工- 正弦交流理论可知，三相交流电具有固定的空间 /电气相位关系，并相互构成电流回路，任意两意交流电中必定包含了第三相交流电的信息，在已知 U、V 相交流值的情况下，可由计算得出 W 相的交流值。U、V 相输出电流信号，在电流信号采样电阻 R7、R60 上转化为数十毫伏级的微弱电压信号，送入2由线性光耦合器 U5、U7 的输入侧，经光、电隔离和放大处理后，输出差分信号再送入后级 U6 内部两级运算放大器构成的差分放大器，形成 UI、VI 电
5、流检测信号； UI、VI 电流检测信号，先送入加法器电路U6（由 U6 的 12、13、14 脚内部电路和外围元件组成） ，经过矢量加减，得到 “合成”W 相电流检测信号 WI，然后 UI、VI、WI 等 3 相输出电流检测信号，经 J2/J5 排线端子的 25、26、28 脚，输入 MCU 主板电路。2、电流检测模拟信号处理电路一（见图 2）UI -+ 1U40 1/4LM34732 R1783001 D253VR361001C17 R2541001C153C143R1803001126 ADCINA0 R177100326J2/J5 U1/MCU引引:-+7U40 1/4LM34756 R
6、1843001D263VR941001J2/J525 C22 R2551001C152C22R1883001125 ADCINA1 R182100328J2/J5-+8U40 1/4LM347109 R1923001D27R25710013VR1911003R3061001C47C162C14R1933001 124 ADCINA2WIVI图 2 电流检测模拟信号处理电路一由前置电路来的 UI、VI 、WI 电流检测信号，分作第一路电流检测信号，输入运放电路 U40 内部 3组放大器和外围元件组成的电压跟随器电路，缓冲后由 1、7、8 脚输出，经 D25、D26 、D27 保护二极管双向钳位（
7、3 只二极管为贴片 3 端器件，每只内含两只二极管） ，RC 滤除高频干扰信号后，形成 03V 以内的电压信号，输入 MCU 的模拟信号输入端 124、125、126 脚。供内部程序运算，用于在操作显示面板显示运行电流值，起动过程中检测电流变化，进行 VVV/F 控制等。图 1、图 2 都用于对检测电流信号表现为交流电压信号模拟信号的处理和放大，可称为模拟信号放大电路。3、电流检测模拟信号处理电路二（见图 3）由 U6 输出的 UI、VI 、WI 电流检测信号，分作第二路电流检测信号，输入由运放电路 U9 内部 4 组放大器和外围元件组成的精密全波整流器电路，整流为六波头的脉冲动直流信号电压后
8、，经 U6 反相器8、9、10 脚内部放大器和外围元件构成的反相器，对信号进行倒相处理，形成 IUVW 综合电流信号，送入后级电路。U9 的 1/2/3、8/9/10、12/13/14 脚内部 3 组放大部与外接 D4、D5、D6 二极管及其它元件，组成精密半波整流器电路，UI、VI 、WI 电流检测信号同时送入反相求各电路（U9 5、6、7 内部放大器和外围元件构成） ，U9 内部 4 组放大器及外围元件组成了 3 相全波整流器电路，若运行频率为 50Hz，则 U9 的 7 脚输出整流电压为六波头的频率值为 300Hz 的三相电流检测信号。3R1292002R219 20022002R217
9、 -+141213U9 1/4LF347R2181002D62002R220-+8109U9 1/4LF347R2111002D52002R2131001R2141001R221R212 2002VI2002R712002R51 -+132U9 1/4LF347R6810022002R56D41001R52UIWI-+765 U9 1/4LF347R571002R662002 C44R541002 C38R531002-+8109U6 1/4LF347R581002R731002 C77R551201C145IUVWIUVW信 信 信 信 信 信27J2/J5 -+ 14U40 1/4LM34
10、71213 R1831501 D41R415013VR541003R3071001C48C21C60 123 ADCINA3 U1/MCU引引:IUVW*图 3 电流检测模拟信号处理电路二IUIW 综合电流信号，经 U40（12/13/14 脚内部放大器）和外围元件组成的电压跟随器处理后，输出IUVW*信号供后级电路，同时 IUVW*信号，经钳位电路、RC 滤波电路进行钳位保护和滤波后，送入MCU 的模拟信号输入端 123 脚，供内部程序进行输出缺相等故障判断。该路信号虽然为模拟电压信号，但 MCU 对输入信号不再注意电压幅度的高低，只是据信号“波头数”的多少，判断是否有输出缺相故障发生更注重
11、信号的数字性质。该信号只在运行中起作用。整流器电路因非线性元件二极管的引入，已经不是纯粹的线性放大器了，整流二极管对输入电压极性有选择性作用，但电路仍旧利用线性放大来完成整流过程，输出信号的幅度和波形还是与输入信号幅度相关的。图 3 电路勉强仍可算作是模拟信号放大处理电路。电路的动、静态工作点仍有线性放大器的特点。因 MCU 的最高工作电压为 3.3V，所以送入 MCU 引脚的检测电压信号，均须由二极管钳位于 3.6V以下，适应 MCU 对输入信号幅度的要求。检测电路正常时，其输出电压值按设计要求，是不会超出3.3V 以上的，增加 3V 钳位与保护二极管，是考虑到检测电路故障时形成过高的电压输
12、出等异常情况的，主要是保护 MCU 引脚，不受危险电压的冲击而损坏。4、电流检测开关量信号形成电路（见图 4）由图 3 精密全波整流器电路输出的 IUVW/IUVW*综合电流信号，分为 3 路，分别输入由 3 个迟滞电压比较器组成的故障报警信号形成电路，在过载故障发生时，向 MCU 输入故障报警信号。迟滞电压比较器电路，是以 LM393（内含两级开路集电极输出的电压比较器）为核心组成的输出电流检测、故障报警信号产生电路，将输入模拟信号与基准电压相比较，形成（逻辑）开关量信号输出。为适应 MCU 的输入电压极性要求，采用 U6（74LVS14A0 内含六组反相器电路）对信号倒相处理后，再输入 M
13、CU 的相关引脚。4本型机型，以 U10 的 1/2/3 脚内部电路和外围元件组成的电流报警信号形成电路，空置未用。综合电流检测信号 IUVW 虽然含有 U1、VI、WI 等 3 相电流信号的信息，但电流开关量信号形成电路，对区别是哪相发生了过流故障，并无“兴趣” （其实也无法区分，也无必要区分） ，电路只对 IUVW信号中“电压峰值”起到识别作用，只要任一相（其实势必形成两相的电流通路）发生过流，其信号电流峰值达到迟滞电压比较器的基准电压值时，输出端的电平状态即发生翻转，向 MCU 报出开关故障信号。-+ 756C40R91R160C7510021002R1591001R1561002C92
14、R163105R164300131J2/J5C93+5VD37R1575101R1535101C71R985101 R1185101-+132C53R149 105R1503001 36J2C93R151501+5VD36R124C4310021002R1231001R1171002C41R125 84+15V-15VU10 1/2LM393U10 1/2LM393Nc+5V*R3056801D6C160+5VR3043001-+ 132R303105C149R2985101U30 1/2LM393C148R2975101 R29915013VR3021002R3006801R3011201C
15、159R3053001U6 8 ADCINB6 1 274LVS14AOU1/MCU引引:+5V*IUVWC104R2963001R2376801+5VU6 9 874LVS14AOU1/MCU引引:11 12 106 XINT1/XBIOIUVW*2.52V1.57V图 4 电流检测开关量信号形成电路U10 的 5/6/7 脚内部放大器及外围元件组成的迟滞电压比较器，与 U30 的 1/2/3 脚内部放大器及外围元件组成的迟滞电压比较器，实际构成对 IUVW/IVUW*（二者电压幅度是相同的）电流检测信号的梯级电压比较器电路。当 IUVW 电流检测信号电压幅度到达 U10 的 5 脚门限电压
16、值 1.57V 时，U10 的输入端7 脚变为-15V 低电平，经后级双向电压钳位、RC 滤波和 U6 两级反相器电路处理为 0V 低电平信号，输入 MCU 的 106 脚；当电流检测信号的电压幅度继续上升时，由 U30 的同相输入端 3 脚输入的 IUVW*电流检测信号，到达 U30 的 2 脚比较基准电压值的 2.52V 以上时， U30 的输出端 1 脚变为高电平电压，经后续二极管钳位、RC 滤波电路和反相器电路，倒相为 0V 的故障报警信号，输入 MCU 的 8 脚。（试分析）由两电路的不同的门限电压设置值可看出，当变频器运行中过流程度较轻和过流时间较短时， U10 发送“瞬时过流”报警信号，同时在操作显示面板给出“HOC”的故障代码警示，变频器采用较长的延时时间处理该信号，若此过流信号在延时时间以内消失，变频器继续正常运行。当轻度过流的过流时间较长，U10 的向 MCU 发送的报警信号，即被 MCU 判断为“稳态过流”故障信号，同时在操作显示面板给出“SOC”故障代码提示，实施停机保护。当变频器运行中过流程度较重（如大于 1
