一種用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，包括模擬電路部分和數(shù)字電路部分。模擬電路部分用于采集、接收電源主電路的電壓、電流、溫度等模擬信號，對相關(guān)信號進(jìn)行調(diào)理、濾波、緩沖和光電隔離等處理；數(shù)字電路部分完成數(shù)字量的傳輸、隔離等功能，用于采集、接收高頻電源主電路的工作狀態(tài)、故障狀態(tài)等開關(guān)信號，傳輸控制邏輯量、PWM波等控制量。兩個部分電路進(jìn)行物理隔離，并各自擁有獨立的地線和供電電源。本發(fā)明將模擬及數(shù)字電路融為一體，完成對模擬及數(shù)字信號的采集、調(diào)理和隔離工作，降低電源線和地線干擾、減少高頻數(shù)字電路對模擬電路的干擾、提高工作穩(wěn)定性，也減少了成本。
【專利說明】
一種用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計技術(shù)，尤其涉及一種用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路。【背景技術(shù)】
[0003]隨著我國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模急劇擴(kuò)大。與之而來的霧霾嚴(yán)重、PM2.5濃度值超標(biāo)等環(huán)境問題嚴(yán)重影響著人們健康的同時也束縛了工業(yè)化的進(jìn)一步發(fā)展。造成這一系列現(xiàn)象的主要原因是工業(yè)生產(chǎn)過程中未經(jīng)處理便排放到空氣中的煙(粉)塵，因此工業(yè)除塵技術(shù)越來越受到人們的重視。
[0004]靜電除塵器的基本原理是使含塵氣體通過高壓電場，使得懸浮顆粒荷電從而被集塵極吸附、清除。其中高頻電源靜電除塵器較工頻電源靜電除塵器來說，除塵效率更高，電網(wǎng)污染更小等，諸多優(yōu)點使得高頻化成為靜電除塵高壓電源發(fā)展的主流趨勢。高頻高壓靜電除塵電源控制系統(tǒng)是高頻高壓靜電除塵器的核心部分，對靜電除塵的除塵效率和運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要影響。
[0005]傳統(tǒng)高頻高壓靜電除塵電源控制系統(tǒng)中常將模擬信號調(diào)理電路和數(shù)字信號調(diào)理電路分開設(shè)計，這將增加系統(tǒng)的成本，不利于控制系統(tǒng)的集成化、小型化。且更多的電路板連接意味著更高的故障率，使系統(tǒng)的穩(wěn)定性無法進(jìn)一步提高。
[0006]因此，一種信號處理準(zhǔn)確，集成化高，相互間干擾小，穩(wěn)定性強(qiáng)，成本低的用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路值得深入研究。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路。該電路較傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字調(diào)理電路而言，提高電路設(shè)計的合理性和信號處理的準(zhǔn)確率性，且同時需減少系統(tǒng)的成本和體積，降低故障率，提高控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成化程度。
[0008]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的:一種用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，其特征在于:該電路包括模擬電路部分和數(shù)字電路部分，模擬電路部分用于采集、接收電源主電路的電壓、電流、溫度模擬信號，對相關(guān)信號進(jìn)行調(diào)理、濾波、緩沖和光電隔離處理，確保提供給DSP+FPGA主控板信號的安全性、可靠性、有效性;數(shù)字電路部分完成數(shù)字量的傳輸、隔離功能，用于采集、 接收高頻電源主電路的工作狀態(tài)、故障狀態(tài)開關(guān)信號，傳輸控制邏輯量、PWM波控制量;模擬電路部分包括:溫度信號采集調(diào)理電路、母線電壓信號采集調(diào)理電路、相電流信號采集調(diào)理電路、一次電流信號采集調(diào)理電路、二次電流信號采集調(diào)理電路、二次電壓信號采集調(diào)理電路，其中:溫度信號采集調(diào)理電路由溫度信號采集電路、放大電路、跟隨電路、光耦電路、跟隨、限幅鉗位電路依次連接而成;母線電壓信號采集調(diào)理電路由母線電壓采集電路、濾波電路、差分放大電路、光耦電路、跟隨電路、鉗位電路依次連接而成;進(jìn)線電流信號采集調(diào)理電路由相電流采集電路、濾波電路、絕對值電路、光耦隔離電路、鉗位電路依次連接而成;數(shù)字電路部分包括:PWM波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路、數(shù)字量輸出電路和狀態(tài)量采集電路;其中PWM波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路對PWM信號和IGBT故障信號進(jìn)行光耦隔離； 數(shù)字量輸出電路和狀態(tài)量采集電路對數(shù)字量控制信號和狀態(tài)量反饋信號進(jìn)行取反和光耦隔離。
[0009]本發(fā)明中，一次電流信號采集調(diào)理電路包括諧振電流過零檢測電路、一次電流過流保護(hù)電路、一次電流積分電路和一次電流檢測電路。其中，諧振電流過零檢測電路由一次電流采集、濾波、過零比較、光耦隔離、鉗位電路依次連接而成。一次電流過流保護(hù)電路由一次電流采集、濾波、絕對值、比較、光耦、鉗位電路依次連接而成。一次電流積分電路由一次電流采集、濾波、絕對值、光耦、反相、積分、鉗位電路依次連接而成。一次電流檢測電路由一次電流采集、濾波、絕對值、光耦、差分、鉗位電路依次連接而成。
[0010]二次電壓信號采集調(diào)理電路由二次電壓采集、RC濾波、二階巴特沃斯濾波、反向縮小、光耦、放大電路和限幅鉗位電路依次連接而成。二次電流信號采集調(diào)理電路中，二次電流信號依次經(jīng)過二次電流采集、RC濾波、二階巴特沃斯濾波、反向縮小和光耦電路后，其中一路依次進(jìn)入反向比較、積分、限幅鉗位電路組成輸出電流積分電路，另一路依次進(jìn)入放大電路和限幅鉗位電路組成二次電流檢測電路。
[0011]溫度信號采集電路采用PT-100鉑電阻溫度傳感器采集現(xiàn)場溫度量，信號隔離采用 HCNR201和HCPL-600兩款芯片，一次電流信號采集選用LEM公司的LT308-S7型電流傳感器。
[0012]數(shù)字電路部分包括:P麗波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路、數(shù)字量輸出電路和狀態(tài)量采集電路。其中P麗波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路主要是對P麗信號和IGBT故障信號進(jìn)行光耦隔離，主要采用HCPL-600光耦隔離芯片。數(shù)字量輸出電路和狀態(tài)量采集電路主要是對數(shù)字量控制信號和狀態(tài)量反饋信號進(jìn)行取反和光耦隔離，光耦芯片主要采用 HCPL-631芯片，反相器主要采用74HC04和ULN2003A芯片。
[0013]在數(shù)?；旌想娐分?，數(shù)字信號電路會給整個電路帶來地電平面反彈噪聲和電源擾動，這些噪聲和干擾耦合到模擬電路中會影響模擬電路的工作性能。且由于大部分干擾源通過地線和電源線產(chǎn)生，因此對模擬和數(shù)字兩個部分電路進(jìn)行物理隔離，用溝壕隔開，并各自擁有獨立的地線和供電電源，該數(shù)字電路與模擬電路的中低頻部分相靠近，該數(shù)字電路與模擬電路的高頻部分相遠(yuǎn)離，其中高頻部分的信號線靠近連接器。
[0014]本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果:與傳統(tǒng)的模擬和數(shù)字調(diào)理電路相比，本發(fā)明設(shè)計更加合理，信號處理準(zhǔn)確率更高，且同時減少了系統(tǒng)的成本和體積，降低了故障率，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和集成化程度?！靖綀D說明】
[0015]圖1為本發(fā)明電路板布局結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2為本發(fā)明中溫度信號采集調(diào)理電路流程圖。
[0017]圖3為本發(fā)明中母線電壓信號采集調(diào)理電路流程圖。
[0018]圖4為本發(fā)明中相電流信號采集調(diào)理電路流程圖。
[0019]圖5為本發(fā)明中一次電流信號采集調(diào)理電路流程圖。
[0020]圖6為本發(fā)明中二次電流信號采集調(diào)理電路流程圖。[0021 ]圖7為本發(fā)明中二次電壓信號采集調(diào)理電路流程圖?！揪唧w實施方式】[〇〇22]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明:一種用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，參見圖1，包括模擬電路部分和數(shù)字電路部分。模擬電路部分用于采集、接收電源主電路的電壓、電流、溫度等模擬信號，對相關(guān)信號進(jìn)行調(diào)理、濾波、緩沖和光電隔離等處理，確保提供給DSP+FPGA主控板信號的安全性、可靠性、有效性;數(shù)字信號采集調(diào)理電路完成數(shù)字量的傳輸、隔離等功能，用于采集、接收高頻電源主電路的工作狀態(tài)、故障狀態(tài)等開關(guān)信號，傳輸控制邏輯量、PWM波等控制量。
[0023]參見圖1，在數(shù)模混合電路中，數(shù)字信號會給整個電路帶來地電平面反彈噪聲和電源擾動，這些噪聲和干擾耦合到模擬電路中會影響模擬電路的工作性能。由于大部分干擾源通過地線和電源線產(chǎn)生，因此對模擬和數(shù)字兩個部分電路進(jìn)行物理隔離，用溝壕隔開，并各自擁有獨立的地線和供電電源。為減少高頻電路和低頻電路間的相互干擾，該數(shù)字電路與該模擬電路的中低頻部分相靠近、高頻部分相遠(yuǎn)離，其中高頻部分的信號線靠近連接器。 [〇〇24]模擬電路部分包括:溫度信號采集調(diào)理電路、母線電壓信號采集調(diào)理電路、相電流信號采集調(diào)理電路、一次電流信號采集調(diào)理電路、二次電流信號采集調(diào)理電路、二次電壓信號米集調(diào)理電路；參見圖2,溫度信號采集調(diào)理電路由溫度信號采集電路、放大電路、跟隨電路、光耦電路、跟隨和限幅鉗位電路依次連接而成。
[0025]參見圖3,母線電壓信號采集調(diào)理電路由母線電壓采集電路、濾波電路、差分放大電路、光耦電路、跟隨電路、鉗位電路依次連接而成。
[0026]參見圖4,相電流信號采集調(diào)理電路由相電流采集電路、濾波電路、絕對值電路、光耦隔離電路、鉗位電路依次連接而成。[〇〇27]參見圖5, 一次電流信號采集調(diào)理電路中，諧振電流過零檢測電路由一次電流采集、濾波、過零比較、光耦隔離、鉗位電路依次連接而成。一次電流過流保護(hù)電路由一次電流采集、濾波、絕對值、比較、光耦、鉗位電路依次連接而成。一次電流積分電路由一次電流采集、濾波、絕對值、光耦、反相、積分、鉗位電路依次連接而成。一次電流檢測電路由一次電流采集、濾波、絕對值、光耦、差分、鉗位電路依次連接而成。[〇〇28]參見圖6,二次電流信號采集調(diào)理電路中，二次電流信號依次經(jīng)過二次電流采集、 RC濾波、二階巴特沃斯濾波、反向縮小和光耦電路后，一路依次進(jìn)入反向比較、積分、限幅鉗位電路組成輸出電流積分電路，另一路依次進(jìn)入放大電路和限幅鉗位電路組成二次電流檢測電路。[〇〇29]參見圖7,二次電壓信號采集調(diào)理電路由二次電壓采集、RC濾波、二階巴特沃斯濾波、反向縮小、光耦、放大電路和限幅鉗位電路依次連接而成。
[0030]溫度信號采集電路采用PT-100鉑電阻溫度傳感器采集現(xiàn)場溫度量，信號隔離采用 HCNR201和HCPL-600兩款芯片，一次電流信號采集選用LEM公司的LT308-S7型電流傳感器。
[0031]數(shù)字電路部分包括:PTOl波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路、數(shù)字量輸出電路和狀態(tài)量采集電路。其中P麗波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路主要是對P麗信號和IGBT故障信號進(jìn)行光耦隔離，主要采用HCPL-600光耦隔離芯片。數(shù)字量輸出電路和狀態(tài)量采集電路主要是對數(shù)字量控制信號和狀態(tài)量反饋信號進(jìn)行取反和光耦隔離，光耦芯片主要采用 HCPL-631芯片，反相器主要采用74HC04和ULN2003A芯片。
[0032]本發(fā)明將模擬及數(shù)字電路融為一體，完成對模擬及數(shù)字信號的采集、調(diào)理和隔離工作，降低電源線和地線干擾、減少高頻數(shù)字電路對模擬電路的干擾、提高工作穩(wěn)定性，也減少了成本。
【主權(quán)項】
1.一種用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，其特征在于:該電路包 括模擬電路部分和數(shù)字電路部分，模擬電路部分用于采集、接收電源主電路的電壓、電流、 溫度模擬信號，對相關(guān)信號進(jìn)行調(diào)理、濾波、緩沖和光電隔離處理，確保提供給DSP+FPGA主 控板信號的安全性、可靠性、有效性;數(shù)字電路部分完成數(shù)字量的傳輸、隔離功能，用于采 集、接收高頻電源主電路的工作狀態(tài)、故障狀態(tài)開關(guān)信號，傳輸控制邏輯量、PWM波控制量； 模擬電路部分包括:溫度信號采集調(diào)理電路、母線電壓信號采集調(diào)理電路、相電流信號采集 調(diào)理電路、一次電流信號采集調(diào)理電路、二次電流信號采集調(diào)理電路、二次電壓信號采集調(diào) 理電路，其中:溫度信號采集調(diào)理電路由溫度信號采集電路、放大電路、跟隨電路、光耦電 路、跟隨、限幅鉗位電路依次連接而成;母線電壓信號采集調(diào)理電路由母線電壓采集電路、 濾波電路、差分放大電路、光耦電路、跟隨電路、鉗位電路依次連接而成;進(jìn)線電流信號采集 調(diào)理電路由相電流采集電路、濾波電路、絕對值電路、光耦隔離電路、鉗位電路依次連接而 成;數(shù)字電路部分包括:PWM波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路、數(shù)字量輸出電路和狀態(tài)量 采集電路;其中HVM波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路對HVM信號和IGBT故障信號進(jìn)行光 耦隔離;數(shù)字量輸出電路和狀態(tài)量采集電路對數(shù)字量控制信號和狀態(tài)量反饋信號進(jìn)行取反 和光親隔咼。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，其特 征在于:一次電流信號采集調(diào)理電路包括諧振電流過零檢測電路、一次電流過流保護(hù)電路、 一次電流積分電路和一次電流檢測電路;其中，諧振電流過零檢測電路由一次電流采集、濾 波、過零比較、光耦隔離、鉗位電路依次連接而成;一次電流過流保護(hù)電路由一次電流采集、 濾波、絕對值、比較、光耦、鉗位電路依次連接而成;一次電流積分電路由一次電流采集、濾 波、絕對值、光耦、反相、積分、鉗位電路依次連接而成;一次電流檢測電路由一次電流采集、 濾波、絕對值、光耦、差分、鉗位電路依次連接而成。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，其特 征在于:二次電壓信號采集調(diào)理電路由二次電壓采集、RC濾波、二階巴特沃斯濾波、反向縮 小、光耦、放大電路和限幅鉗位電路依次連接而成;二次電流信號采集調(diào)理電路中，二次電 流信號依次經(jīng)過二次電流采集、RC濾波、二階巴特沃斯濾波、反向縮小和光耦電路后，其中 一路依次進(jìn)入反向比較、積分、限幅鉗位電路組成輸出電流積分電路，另一路依次進(jìn)入放大 電路和限幅鉗位電路組成二次電流檢測電路。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，其特 征在于:溫度信號采集電路采用PT-100鉑電阻溫度傳感器采集現(xiàn)場溫度量，信號隔離采用 HCNR201和HCPL-600兩款芯片，一次電流信號采集選用LEM公司的LT308-S7型電流傳感器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，其特 征在于:P麗波調(diào)理電路、IGBT故障信號反饋電路采用HCPL-600光耦隔離芯片;數(shù)字量輸出 電路和狀態(tài)量采集電路光耦芯片采用HCPL-631芯片，反相器采用74HC04和ULN2003A芯片。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統(tǒng)的模擬數(shù)字信號調(diào)理電路，其特 征在于:模擬電路部分和數(shù)字電路部分進(jìn)行物理隔離，用溝壕隔開，并各自擁有獨立的地線 和供電電源，模擬電路部分和數(shù)字電路部分的中低頻部分相靠近，高頻部分相遠(yuǎn)離，其中高 頻部分的信號線靠近連接器。
【文檔編號】G01R19/25GK106018940SQ201610343355
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月23日
【發(fā)明人】曾慶軍, 申兆豐, 魏月, 陳 峰, 陶守林
【申請人】鎮(zhèn)江天力變壓器有限公司