CN105490248A - 一种用于apf的综合保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开并提供了一种简单稳定，成本低，易于实现的用于有源滤波器（APF）的综合保护电路。它包括反馈信号接收电路（1）、智能控制电路（2）、综合运算电路（3）、故障指示电路（4）、设备脱网电路（5），反馈信号接收电路（1）包括温度检测电路（11）、反馈信号电路（12），温度检测电路（11）包括A、B、C、N四路温度运算电路（111）、参考电路（112）、温控综合电路（113），综合运算电路将反馈信号接收电路处理后的信号综合运算处理后对应输入至智能控制电路、故障指示电路、设备脱网电路，智能控制电路输出控制信号，故障指示电路输出故障指示信号，设备脱网电路输出信号控制断路器线圈和IGBT驱动。

Description

一种用于APF的综合保护电路

技术领域

本发明涉及电力电子控制领域中电力补偿设备的综合保护电路，特别涉及一种用于有源滤波器（APF）的综合保护电路。

背景技术

随着科技的发展，社会的进步，电能作为一种清洁、快捷、输送方便的可控型能源已经广泛应用于各行各业，成为人们赖以生存的资源，由于整流和变频设备的投入，给用户带来了极大方便的同时，也对电网造成了污染，为此，有源电力滤波器（APF）作为现代电能质量治理设备应运而生，凭借其体积小、容量连续可调、补偿谐波跟踪速度快等特点，将成为电能质量治理行业的主流设备，其中，综合保护电路成为有源电力滤波器发展的关键技术，也是有源电力滤波器设备安全稳定的基石，在出现各种可能错误或者人为误操作的情况下，都能将有源电力滤波器从电网中切除出来，同时关断IGBT，保护设备不受损坏，保护电网不受影响，保证工作人员的安全，保证电网的安全运行，综合保护功能成为有源电力滤波器安全治理电网的一个重要基础，因而，综合保护电路成为提高有源电力滤波器效率、稳定性的重要内容，很好的控制设备综合保护功能就能很好的利用有源电力滤波器。

为此，国内外很多学者提出了不同的综合保护方式，例如使用高精度转换芯片，或者使用多级处理方法等，但是，这样大大增加了使用该技术的有源电力滤波器的成本，基于此，我们提出了一种用于有源电力滤波器（APF）的综合保护电路，该电路具有简单稳定，成本低，易于实现等优点。

发明内容

本发明所要解决的问提是克服现有技术的不足，提供一种简单稳定，成本低，易于实现的有源电力滤波器综合保护电路。

本发明的技术方案是：一种用于有源滤波器的综合保护电路，它包括反馈信号接收电路、智能控制电路、综合运算电路、故障指示电路、设备脱网电路，工作电源由外部电路提供，所述综合运算电路分别与所述反馈信号接收电路、智能控制电路、故障指示电路、设备脱网电路电连接，所述反馈信号接收电路包括温度检测电路、反馈信号电路，所述温度检测电路包括A、B、C、N四路温度运算电路、参考电路、温控综合电路，所述A、B、C、N四路温度运算电路各路输入正端连接外部温度传感信号，所述A、B、C、N四路温度运算电路各路输入负端连接所述参考电路，所述A、B、C、N四路温度运算电路各路输出端连接所述温控综合电路输入端，所述温控综合电路输出端通过所述反馈信号电路连接所述综合运算电路。

所述参考电路包括两个串联的电阻，一端连接外部电源+5V端，另一端连接电路共地端，所述两个电阻串联点输出参考信号RT并连接所述A、B、C、N四路温度运算电路各路输入负端。

所述A、B、C、N四路温度运算电路中各路电路结构相同，均包括一个运算集成电路和三个电阻一个电容，以A路为例：包括第一运算集成电路、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容，所述运算集成电路的输入正端连接所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接外部温度传感信号TA，所述运算集成电路的输入负端连接所述参考电路，所述第二电阻并联在所述运算集成电路的输入正端和输出端，所述运算集成电路的输出端还连接所述第三电阻的一端、第一电容的一端，所述第三电阻的另一端连接外部电源+5V端，所述第一电容的另一端连接电路共地端，所述运算集成电路的输出端输出后级所需信号OH-A至所述温控综合电路输入端。

所述温控综合电路包括第五集成电路、第六集成电路、第七集成电路、第八集成电路、第九集成电路、第十集成电路、第十一集成电路、第十二集成电路、第十六电阻、第五电容、第二开关，所述第五集成电路、第六集成电路、第七集成电路、第八集成电路的输入B端分别依次连接所述A、B、C、N四路温度运算电路中的输出信号OH-A、OH-B、OH-C、OH-N，所述第五集成电路、第六集成电路、第七集成电路、第八集成电路的输入A端分别依次连接信号HF-A、HF-B、HF-C、HF-N，所述第五集成电路的输出端连接所述第九集成电路的输入A端，所述第六集成电路连接所述第九集成电路的输入B端，所述第七集成电路的输出端连接所述第十集成电路的输入A端，所述第八集成电路的输出端连接所述第十集成电路的输入B端，所述第九集成电路的输出端、所述第十集成电路的输出端分别依次连接所述第十一集成电路输入A端和B端，所述第十一集成电路的输出端连接所述第五电容的一端和所述第十二集成电路的RST端，所述第五电容的另一端连接电路共地端，所述第十二集成电路的D端、CLK端连接电路共地端，所述第十二集成电路的SET端分别连接所述第十六电阻的一端和所述第二开关的一端，所述第十六电阻的另一端连接电路共地端，所述第二开关的另一端连接外部电源+5V端，所述第十二集成电路的输出端通过所述反馈信号电路连接所述综合运算电路。

所述综合运算电路包括第十三集成电路、第十四集成电路，所述智能控制电路包括第一开关、第六电容、CPU控制信号、面板控制信号，所述故障指示电路包括第十七电阻、第十八电阻、第一晶体管，所述设备脱网电路包括第十九电阻、第二十电阻、第一晶体管，所述综合运算电路分别连接所述智能控制电路、所述故障指示电路、所述设备脱网电路，所述综合运算电路将所述反馈信号接收电路处理后的信号综合运算处理后对应输入至所述智能控制电路、所述故障指示电路、所述设备脱网电路，所述智能控制电路输出控制信号，所述故障指示电路输出故障指示信号，所述设备脱网电路输出信号控制断路器线圈和IGBT驱动。

本发明的有益效果是：由于本发明它它包括反馈信号接收电路、智能控制电路、综合运算电路、故障指示电路、设备脱网电路，工作电源由外部电路提供，所述综合运算电路分别与所述反馈信号接收电路、智能控制电路、故障指示电路、设备脱网电路电连接，所述反馈信号接收电路包括温度检测电路、反馈信号电路，所述温度检测电路包括A、B、C、N四路温度运算电路、参考电路、温控综合电路，所述A、B、C、N四路温度运算电路各路输入正端连接外部温度传感信号，所述A、B、C、N四路温度运算电路各路输入负端连接所述参考电路，所述A、B、C、N四路温度运算电路各路输出端连接所述温控综合电路输入端，所述温控综合电路输出端通过所述反馈信号电路连接所述综合运算电路，所述综合运算电路包括第十三集成电路、第十四集成电路，所述智能控制电路包括第一开关、第六电容、CPU控制信号、面板控制信号，所述故障指示电路包括第十七电阻、第十八电阻、第一晶体管，所述设备脱网电路包括第十九电阻、第二十电阻、第一晶体管，所述综合运算电路分别连接所述智能控制电路、所述故障指示电路、所述设备脱网电路，所述综合运算电路将所述反馈信号接收电路处理后的信号综合运算处理后对应输入至所述智能控制电路、所述故障指示电路、所述设备脱网电路，所述智能控制电路输出控制信号，所述故障指示电路输出故障指示信号，所述设备脱网电路输出信号控制断路器线圈和IGBT驱动。所以本发明是一种简单稳定，成本低，易于实现的有源电力滤波器综合保护电路。

附图说明

图1为本发明的电路原理示意图；

图2为本发明的电路结构示意图；

图3为所述A、B、C、N四路温度运算电路111结构示意图；

图4为所述参考电路112结构示意图；

图5为所述温控综合电路113结构示意图；

图6为所述智能控制电路2结构示意图；

图7为所述综合运算电路3结构示意图；

图8为所述故障指示电路4结构示意图；

图9为所述设备脱网电路5结构示意图。

具体实施方式

如图1至图9所示，本发明它包括反馈信号接收电路1、智能控制电路2、综合运算电路3、故障指示电路4、设备脱网电路5，工作电源由外部电路提供，所述综合运算电路3分别与所述反馈信号接收电路1、智能控制电路2、故障指示电路4、设备脱网电路5电连接，所述反馈信号接收电路1包括温度检测电路11、反馈信号电路12，所述温度检测电路11包括A、B、C、N四路温度运算电路111、参考电路112、温控综合电路113，所述A、B、C、N四路温度运算电路111各路输入正端连接外部温度传感信号，所述A、B、C、N四路温度运算电路111各路输入负端连接所述参考电路112，所述A、B、C、N四路温度运算电路111各路输出端连接所述温控综合电路113输入端，所述温控综合电路113输出端通过所述反馈信号电路12连接所述综合运算电路3。

所述参考电路112包括两个串联的电阻，一端连接外部电源+5V端，另一端连接电路共地端，所述两个电阻串联点输出参考信号RT并连接所述A、B、C、N四路温度运算电路111各路输入负端。

所述A、B、C、N四路温度运算电路111中各路电路结构相同，均包括一个运算集成电路和三个电阻一个电容，以A路为例：包括第一运算集成电路U1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1，所述运算集成电路U1的输入正端连接所述第一电阻（R1）的一端，所述第一电阻R1的另一端连接外部温度传感信号TA，所述运算集成电路U1的输入负端连接所述参考电路112，所述第二电阻R2并联在所述运算集成电路U1的输入正端和输出端，所述运算集成电路U1的输出端还连接所述第三电阻R3的一端、第一电容C1的一端，所述第三电阻R3的另一端连接外部电源+5V端，所述第一电容C1的另一端连接电路共地端，所述运算集成电路U1的输出端输出后级所需信号OH-A至所述温控综合电路113输入端。

所述温控综合电路113包括第五集成电路U5、第六集成电路U6、第七集成电路U7、第八集成电路U8、第九集成电路U9、第十集成电路U10、第十一集成电路U11、第十二集成电路U12、第十六电阻R16、第五电容C5、第二开关S2，所述第五集成电路U5、第六集成电路U6、第七集成电路U7、第八集成电路U8的输入B端分别依次连接所述A、B、C、N四路温度运算电路111中的输出信号OH-A、OH-B、OH-C、OH-N，所述第五集成电路U5、第六集成电路U6、第七集成电路U7、第八集成电路U8的输入A端分别依次连接信号HF-A、HF-B、HF-C、HF-N，所述第五集成电路U5的输出端连接所述第九集成电路U9的输入A端，所述第六集成电路U6连接所述第九集成电路U9的输入B端，所述第七集成电路U7的输出端连接所述第十集成电路U10的输入A端，所述第八集成电路U8的输出端连接所述第十集成电路U10的输入B端，所述第九集成电路U9的输出端、所述第十集成电路U10的输出端分别依次连接所述第十一集成电路U11输入A端和B端，所述第十一集成电路U11的输出端连接所述第五电容C5的一端和所述第十二集成电路U12的RST端，所述第五电容C5的另一端连接电路共地端，所述第十二集成电路U12的D端、CLK端连接电路共地端，所述第十二集成电路U12的SET端分别连接所述第十六电阻R16的一端和所述第二开关S2的一端，所述第十六电阻R16的另一端连接电路共地端，所述第二开关S2的另一端连接外部电源+5V端，所述第十二集成电路U12的输出端通过所述反馈信号电路12连接所述综合运算电路3。

所述综合运算电路3包括第十三集成电路U13、第十四集成电路U14，所述智能控制电路2包括第一开关S1、第六电容C6、CPU控制信号、面板控制信号，所述故障指示电路4包括第十七电阻R17、第十八电阻R18、第一晶体管Q1，所述设备脱网电路5包括第十九电阻R19、第二十电阻R20、第一晶体管Q1，所述综合运算电路3分别连接所述智能控制电路2、所述故障指示电路4、所述设备脱网电路5，所述综合运算电路3将所述反馈信号接收电路1处理后的信号综合运算处理后对应输入至所述智能控制电路2、所述故障指示电路4、所述设备脱网电路5，所述智能控制电路2输出控制信号，所述故障指示电路4输出故障指示信号，所述设备脱网电路5输出信号控制断路器线圈和IGBT驱动。

本实施例中，反馈信号接收电路将各种反馈信号进行综合处理，形成后级电路可以使用的信号OC、OV、OH、E，智能控制电路将手动信号、CPU控制信号、面板控制信号处理成后级电路可以使用的信号，综合运算电路将上述信号综合运算处理成故障指示信号FAULT与脱网控制信号C_NET，而后，故障指示电路将故障指示信号LED_F送到面板进行故障报警，设备脱网电路将信号C_NET转换成信号LOCK，并将信号LOCK送到相应断路器控制端进行设备脱网动作，整个过程完成了对有源电力滤波器得综合保护，为有源电力滤波器的安全运行做好准备，从而保证电网的稳定运行。

参考电路由R4、R5组成，形成参考电压信号RT，该信号RT供四路温度运算电路使用，该A路温度运算电路由R1、R2、R3、C1及集成芯片U1组成，该A路温度运算电路将外部温度传感器采集到的温度电压信号T_A和参考信号RT进行比较，形成后级电路需要的信号OH_A，R2为1M电阻，用于防止外界信号干扰OH_A信号，信号OH_A与IGBT模块反馈温度信号HF_A被送入温控综合电路，其它三路温度运算电路如图2所示，其中，T_B为B相温度电压信号，T_C为C相温度电压信号，T_N为N相温度电压信号，信号OH_B、OH_C、OH_N和反馈温度信号HF_B、HF_C、HF_N被分别送入温度综合电路。

温控综合电路由U5、U6、U7、U8、U9、U10、U11、U12、S2、R16、C5组成，该电路将上述中的信号OH_A、OH_B、OH_C、OH_N和信号HF_A、HF_B、HF_C、HF_N进行综合处理，形成后级电路需要的温度反馈信号OH，其中，信号OHFA、OHFB、OHFC、OHFN、HAB、HCN、OH_1为温控综合电路内部处理信号。

反馈信号电路，主要将***电路反馈回来的信号OC、OV、E，送给后级电路，其中，OC为电流反馈信号，，E为IGBT驱动控制反馈信号，OV为过压信号。

智能控制电路，该电路由手动封锁电路和CPU控制信号IC_PWM_C、面板控制信号M_C组成，其中，手动封锁电路由S1、C1组成，用于调试设备的情况下，手动封锁IGBT，C1用于手动开关消抖作用，并形成手动控制信号H_C，IC_PWM_C为设备CPU控制IGBT的反馈信号，用于监控CPU发出的控制信号是否正常，M_C为面板控制信号，用于控制设备是否投入使用，该智能控制电路将信号H_C、IC_PWM_C、M_C处理成后级电路可以使用的信号。

综合运算电路，该电路由集成芯片U13、U14组成，U13用于综合电流反馈信号OC、电压反馈信号OV、IGBT温控信号OH、IGBT驱动控制反馈信号E，将OC、OV、OH、E综合成信号FAULT，FAULT用于设备故障指示，及后级电路综合使用，U14用于将信号H_C、IC_PWM_C、M_C、FAULT综合成判断是否脱网的信号C_NET，其中，U13为集成芯片SN74HC20D，U14为集成芯片SN74HC21D。

故障指示电路，该电路由R17、R18、Q1组成，其中，R17为10K电阻，R18为1K电阻，Q1为NPN三极管，该电路将上级故障信号FAULT处理成信号LED_F，并将信号LED_F送到面板进行故障指示。

设备脱网电路，该电路由电阻R19、电阻R20、Q2组成，其中，R20为1K电阻，R19为10K电阻，Q2为NPN三极管，该电路将上述电路中的信号C_NET处理成信号LOCK，信号LOCK用于控制断路器线圈，同时信号LOCK用于控制IGBT的驱动输出。

Claims (5)

1.一种用于APF的综合保护电路，其特征在于：它包括反馈信号接收电路（1）、智能控制电路（2）、综合运算电路（3）、故障指示电路（4）、设备脱网电路（5），工作电源由外部电路提供，所述综合运算电路（3）分别与所述反馈信号接收电路（1）、智能控制电路（2）、故障指示电路（4）、设备脱网电路（5）电连接，所述反馈信号接收电路（1）包括温度检测电路（11）、反馈信号电路（12），所述温度检测电路（11）包括A、B、C、N四路温度运算电路（111）、参考电路（112）、温控综合电路（113），所述A、B、C、N四路温度运算电路（111）各路输入正端连接外部温度传感信号，所述A、B、C、N四路温度运算电路（111）各路输入负端连接所述参考电路（112），所述A、B、C、N四路温度运算电路（111）各路输出端连接所述温控综合电路（113）输入端，所述温控综合电路（113）输出端通过所述反馈信号电路（12）连接所述综合运算电路（3）。

2.根据权利要求1所述的一种用于APF的综合保护电路，其特征在于：所述参考电路（112）包括两个串联的电阻，一端连接外部电源+5V端，另一端连接电路共地端，两个所述电阻的串联点输出参考信号RT并连接所述A、B、C、N四路温度运算电路（111）各路输入负端。

3.根据权利要求2所述的一种用于APF的综合保护电路，其特征在于：所述A、B、C、N四路温度运算电路（111）中各路电路结构相同，均包括一个运算集成电路和三个电阻一个电容，以A路为例：包括第一运算集成电路（U1）、第一电阻（R1）、第二电阻（R2）、第三电阻（R3）、第一电容（C1），所述运算集成电路（U1）的输入正端连接所述第一电阻（R1）的一端，所述第一电阻（R1）的另一端连接外部温度传感信号TA，所述运算集成电路（U1）的输入负端连接所述参考电路（112），所述第二电阻（R2）并联在所述运算集成电路（U1）的输入正端和输出端，所述运算集成电路（U1）的输出端还连接所述第三电阻（R3）的一端、第一电容（C1）的一端，所述第三电阻（R3）的另一端连接外部电源+5V端，所述第一电容（C1）的另一端连接电路共地端，所述运算集成电路（U1）的输出端输出后级所需信号OH-A至所述温控综合电路（113）输入端。

4.根据权利要求3所述的一种用于APF的综合保护电路，其特征在于：所述温控综合电路（113）包括第五集成电路（U5）、第六集成电路（U6）、第七集成电路（U7）、第八集成电路（U8）、第九集成电路（U9）、第十集成电路（U10）、第十一集成电路（U11）、第十二集成电路（U12）、第十六电阻（R16）、第五电容（C5）、第二开关（S2），所述第五集成电路（U5）、第六集成电路（U6）、第七集成电路（U7）、第八集成电路（U8）的输入B端分别依次连接所述A、B、C、N四路温度运算电路（111）中的输出信号OH-A、OH-B、OH-C、OH-N，所述第五集成电路（U5）、第六集成电路（U6）、第七集成电路（U7）、第八集成电路（U8）的输入A端分别依次连接信号HF-A、HF-B、HF-C、HF-N，所述第五集成电路（U5）的输出端连接所述第九集成电路（U9）的输入A端，所述第六集成电路（U6）连接所述第九集成电路（U9）的输入B端，所述第七集成电路（U7）的输出端连接所述第十集成电路（U10）的输入A端，所述第八集成电路（U8）的输出端连接所述第十集成电路（U10）的输入B端，所述第九集成电路（U9）的输出端、所述第十集成电路（U10）的输出端分别依次连接所述第十一集成电路（U11）输入A端和B端，所述第十一集成电路（U11）的输出端连接所述第五电容（C5）的一端和所述第十二集成电路（U12）的RST端，所述第五电容（C5）的另一端连接电路共地端，所述第十二集成电路（U12）的D端、CLK端连接电路共地端，所述第十二集成电路（U12）的SET端分别连接所述第十六电阻（R16）的一端和所述第二开关（S2）的一端，所述第十六电阻（R16）的另一端连接电路共地端，所述第二开关（S2）的另一端连接外部电源+5V端，所述第十二集成电路（U12）的输出端通过所述反馈信号电路（12）连接所述综合运算电路（3）。

5.根据权利要求4所述的一种用于APF的综合保护电路，其特征在于：所述综合运算电路（3）包括第十三集成电路（U13）、第十四集成电路（U14），所述智能控制电路（2）包括第一开关（S1）、第六电容（C6）、CPU控制信号、面板控制信号，所述故障指示电路（4）包括第十七电阻（R17）、第十八电阻（R18）、第一晶体管（Q1），所述设备脱网电路（5）包括第十九电阻（R19）、第二十电阻（R20）、第一晶体管（Q1），所述综合运算电路（3）分别连接所述智能控制电路（2）、所述故障指示电路（4）、所述设备脱网电路（5），所述综合运算电路（3）将所述反馈信号接收电路（1）处理后的信号综合运算处理后对应输入至所述智能控制电路（2）、所述故障指示电路（4）、所述设备脱网电路（5），所述智能控制电路（2）输出控制信号，所述故障指示电路（4）输出故障指示信号，所述设备脱网电路（5）输出信号控制断路器线圈和IGBT驱动。