[發明專利]基于可控硅整流的伺服智能電源控制電路及方法

有效

• 申請號: 201210584086.8
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103023355A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 劉強
• 申請（專利權）人: 廣州數控設備有限公司
• 主分類號: H02M7/155
• 分類號: H02M7/155;H02M1/36
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 陳燕嫻

技術領域

本發明主要應用于整流和逆變分離的單軸或多軸的交流伺服驅動和主軸驅動器中，具體是基于可控硅整流的智能電源的控制電路及方法。

背景技術

隨著電力電子技術的不斷發展，各種開關器件技術在不斷提高。開關型電力電子變換器在最近幾十年，已在日常生活、工業、交通、軍事設備及尖端科技等領域得到廣泛應用。在交流電機變頻、變壓調速系統中，主要采用交流—直流—交流的拓撲結構。而目前，在交流直流整流部分主要采用不控整流電路，軟起動主要采用熱敏電阻或大功率水泥電阻充電模式加繼電器旁路。在熱敏電阻方案中，在連續幾次上電后，因熱敏電阻過熱，致使不能上電（需等待散熱后才可再上電）。而在水泥電阻充電方案中，可以解決熱敏電阻不能連續多次上電的問題，但在后級電路出現故障如短路、制動故障時，因充電電路不可控，最終燒壞充電電阻，發生二次故障。其次，因為繼電器是電磁元件，其工作時對外部造成電磁干擾。另外，因為不控整流電路輸出電壓不可調，導致用戶在使用不同電壓等級的伺服驅動時（例如220V交流電），需增減大功率隔離變壓器，用來實現電壓轉換（380V?AC—220V?AC），從而增加了用戶的開支和設備復雜性。更重要的是，在稍大功率的驅動器中（如100A或200A），因為隔離變壓器的容量限制（考慮到變壓器的成本），導致驅動器在大負載運行時出現直流母線電壓下降的情況，影響驅動器性能，甚至無法達到三倍過載能力。

發明內容

本發明提供基于可控硅整流的伺服智能電源控制電路，旨在解決交流直流整流部分采用不控整流電路而使輸出電壓不可調，軟起動采用熱敏電阻而無法連續上電或采用大功率水泥電阻而容易發生二次故障的技術問題。

本發明還提供基于可控硅整流的伺服智能電源控制方法，也旨在解決上述技術問題。

本發明控制電路所采用的技術方案如下：基于可控硅整流的伺服智能電源控制電路，包括與電源連接的可控硅陣列、微控制單元MCU、信號處理電路、采樣電路、ADC轉換電路、報警處理電路及可控硅觸發電路，其中微控制單元MCU分別與信號處理電路、ADC轉換電路、報警處理電路及可控硅觸發電路連接，采樣電路分別與信號處理電路、ADC轉換電路連接，可控硅觸發電路及采樣電路分別與可控硅陣列連接；

采樣電路用于采集交流母線電壓、直流母線電壓和電流信號，并將所采集的信號提供給信號處理電路以及ADC轉換電路；信號處理電路用于對采樣電路所采集的信號進行整形以及比較處理，為微控制單元MCU提供對應相交流母線的自然換相點；ADC轉換電路用于對交流母線電壓、直流母線電壓和直流母線電流進行量化計算；微控制單元MCU用于對來自信號處理電路、ADC轉換電路的信號進行處理，然后通過可控硅觸發電路控制可控硅陣列。

本發明控制方法所采用的技術方案如下：基于上述控制電路的控制方法，包括以下步驟：

S1、微控制單元MCU初始化；

S2、檢測交流母線的電壓和缺相是否正常，若正常則轉入步驟S3；

S3、開始軟起動，首先對可控硅陣列進行自檢，并由微控制單元MCU對后級負載進行短路檢測，同時對制動電路進行檢測，若均正常，則轉入步驟S4；

S4、繼續軟啟動，對直流母線上的電容進行充電和電壓監測，直至充電電壓達到啟動門限電壓為止，轉入步驟S5；若直流母線電壓出現相關報警，則進行相關報警處理；

S5、通過電壓閉環和PID調節進行相控整流，在相控整流過程中，同時對報警進行實時監測、處理。

優選的，步驟S4在對直流母線上的電容進行充電的過程中，對直流母線上的電容電壓進行階梯上升控制，步驟如下：

S41、對已進入自然換相區域的某相交流母線電壓值進行AD轉換，并與上一次轉換后的直流母線電壓值進行求和計算，當交流母線電壓值和直流母線電壓值之差在階梯上升電壓值范圍內時，對相應相的可控硅觸發電路輸出觸發脈沖，控制對應相的可控硅陣列導通；

S42、對直流母線電流值進行多次連續轉換處理，求取加權平均值；

S43、檢測直流母線的當前直流電壓值和當前直流電流值；通過當前直流電壓值和當前直流電流值進行判斷，若當前直流電流值為零、當前直流電壓值為零或當前直流電壓值未變，則判斷整流電路出現故障；若當前直流電流值不為零而當前直流電壓值為零，則判斷負載過大或負載短路故障；若當前直流電流值不為零，當前直流電壓值大于上一次電壓值，則判斷電路正常，進行下一充電循環周期；

按步驟S41-43重復，直至充電電壓達到啟動門限電壓為止。

優選的，步驟S5所述相控整流的步驟具體如下：