一种全功率段变频器控制装置的制作方法

1.本实用新型涉及变频器控制技术领域，具体是一种全功率段的变频器控制装置。


背景技术：

2.变频器主要由整流(交流变直流)、滤波、逆变(直流变交流)、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部igbt的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等。
3.随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。现有技术中，应用在变频器控制系统中的硬件电路多采用dsp数字信号处理芯片中的tms320c系列，其控制技术原理上复杂，价格高，功耗高，且外设资源及定时器资源有限。


技术实现要素：

4.在下文中给出了关于本实用新型实施例的简要概述，以便提供关于本实用新型的某些方面的基本理解。应当理解，以下概述并不是关于本实用新型的穷举性概述。它并不是意图确定本实用新型的关键或重要部分，也不是意图限定本实用新型的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。
5.根据本技术的一个方面，提供一种全功率段变频器控制装置，包括核心控制芯片、数字量输入输出电路、电源控制电路、模拟量采集电路、故障检测电路、通信电路、pwm驱动电路及存储电路，所述数字量输入输出电路、电源控制电路、模拟量采集电路、故障检测电路、通信电路、pwm驱动电路及存储电路均与所述核心控制芯片建立双向电性连接。
6.进一步的，所述核心控制芯片是stm32系列芯片。核心控制芯片stm32，用于进行变频器控制演算法，且与各个电路之间进行通讯、驱动、采样数据处理。通过内部通信设置来达到全功率段兼容使用。stm32系列芯片可以是stm32f0系列、stm32l1系列、stm32f1系列、stm32f2系列、stm32f3系列或者stm32f4系列。
7.进一步的，所述数字量输入输出电路连接至核心控制芯片的定时器及i/o口引脚，用于通过核心控制芯片的定时器功能来输出和输入普通频率和高速频率的脉冲信号，让变频器与plc等其他外部控制器之间通信，下发启动、停止及抱闸等命令，同时也检测外部短路，能及时的保护芯片，防止损坏。
8.进一步的，所述电源控制电路连接至核心控制芯片的i/o口引脚，用于提供正负10v和24v电压，给模拟量输入、数字量输入，再通过变频器内部参数关联，进而控制变频器达到预想的功能。
9.进一步的，所述模拟量采集电路连接至核心控制芯片的adc引脚。进一步优选的，所述模拟量采集电路至少包括用于采样电流/电压信号的电流电压采样单元、用于接入模拟正负电压或者电流信号的输入端口单元、用于识别不同的扩展卡设备号的识别单元以及进行温度采样的温度采样单元，电流电压采样单元、输入端口单元、识别单元和温度采样单
元均连接至核心控制芯片的adc引脚。该模拟量采集电路可分为四部分，第一部分为电流电压采样单元，采集外部电压和电流以用于变频器控制演算法计算，且通过软件配置，达到不同功率段对应不同电流值。第二部分为温度采样单元，主要采集变频器相关功率单元温度，进行及时监控及保护。第三部分为输入端口单元(例如扩展卡电路)，扩展卡可实现较多的功能符合更多工况使用，当卡插入变频器控制系统时，可通过软件内部自动识别，进行相对应的功能。第四部分为识别单元，由外部输入正负电压或者电流至控制系统中，再通过内部通信关联至参数，达到欲控制的功能。
10.进一步的，所述故障检测电路连接至核心控制芯片的刹车引脚，将变频器故障反馈信号发送至核心控制芯片。所述故障检测电路将故障信号接至故障刹车引脚上，同时也接至其他引脚实现锁存故障。故障设置保护点也可由核心控制芯片通过定时器输出pwm调节。pwm占空比不同，从而达到不同功率段对应的不同检测门限。
11.进一步的，所述通信电路是由扩展卡电路实现；所述扩展卡电路连接至核心控制芯片的uart、can或者定时器引脚上。扩展卡电路通过核心控制芯片内部资源和外部扩展卡电路通信，实现不同应用场合需求。可实现变频器对外现场总线通信，与其他变频器、plc进行通信或pc端通信，告知其运行情况。对于精度较高的场合，需使用码盘反馈实际转速，通过核心控制芯片定时器资源实现转速的捕获。
12.进一步的，所述pwm驱动电路连接至核心控制芯片的定时器引脚，用于输出含死区时间的三相脉波互补信号。pwm驱动电路通过核心控制芯片内部演算法，并使用芯片定时器资源，输出互补的信号带动电机运行。
13.进一步的，所述存储电路连接至核心控制芯片spi引脚，其由flash电路实现。flash电路将变频器内部的参数存储及发生故障时，将故障的波形存储，以利后续使用者分析及修复。
14.本实用新型通过上述方案，采用一种应用新的平台来实现一种全功率段变频控制系统，其外设较多，不需外加芯片即可实现较多功能且定时器资源和dma通道较多，实现低成本高性能。本实用新型通过使用stm32芯片，配合相应的软件配置，实现全功率段变频器的控制，相对于旧有控制系统多为使用dsp的tms320c系列，具有如下优势：a.外设资源较多，ex:usb、网口；b.存储空间大；c.定时器资源较多；d.dma通道较多；e.价格相对较低；f.有内置d/a转换器；g.功耗较低。
附图说明
15.本实用新型可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部分，而且用来进一步举例说明本实用新型的优选实施例和解释本实用新型的原理和优点。在附图中：
16.图1为本实用新型的全功率段变频器控制装置的原理框图；
17.图2为本实用新型的模拟量采集电路的原理框图。
具体实施方式
18.下面将参照附图来说明本实用新型的实施例。应当注意，为了清楚的目的，附图和
说明中省略了与本实用新型无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描述。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
19.参见图1，本实施例的全功率段变频器控制装置包括作为核心控制芯片10的stm32、数字量输入输出电路11、电源控制电路12、模拟量采集电路13、故障检测电路、作为通信电路的扩展卡电路15、pwm驱动电路16及作为存储电路的flash电路17。数字量输入输出电路11、电源控制电路12、模拟量采集电路13、故障检测电路、扩展卡电路15、pwm驱动电路16及flash电路17皆和核心控制芯片相连，且信号连接为双向。其中，数字量输入输出电路11接至核心控制芯片10内定时器及普通i/o口引脚，支持普通频率和高速频率数字信号输入和输出；电源控制电路12输出电源电平，接至核心控制芯片10的i/o口引脚。模拟量采集电路13连接至核心控制芯片10的adc引脚；故障检测电路14将变频器故障反馈信号连接核心控制芯片10刹车引脚上，同时也连接至芯片其他引脚上做锁存故障；扩展卡电路15连接至核心控制芯片uart、can及定时器引脚资源；pwm驱动电路16可输出含死区时间的三相脉波互补信号，连接至核心控制芯片10内定时器引脚；flash电路17将变频器控制系统内部的参数存储及故障时波形，连接至核心控制芯片spi引脚。
20.本实施例中，参见图2，模拟量采集电路13分为四部分，第一部分为采样系统电压及电流21，为采集外部电压和电流做变频器控制演算法计算，且透过软件配置，达到不同功率段对应不同电流值。第二部分为采样功率单元温度22，为温度采样，连接至模拟开关输入引脚，主要采集变频器相关功率单元温度，进行及时监控及保护。第三部分为采样扩展卡电路23，采样不同的扩展卡识别设备号，扩展卡可实现较多的功能符合更多工况使用，当卡插入变频器控制系统时，可透过软件内部自动识别，进行相对应的功能。第四部分为采样外部控制低压电压电流24，获取输入端口接入模拟正负电压或者电流信号，由外部输入正负电压或者电流至控制系统中，在透过内部通信关联至参数，达到欲控制的功能。四个部分均连接至核心控制芯片10的adc引脚。
21.本实施例中，作为核心控制芯片10的stm32，内部进行变频器控制演算法，且与各个电路之间进行通讯、驱动、采样数据处理。通过内部通信设置来达到全功率段兼容使用。
22.数字量输入输出电路11，透过芯片定时器功能，能够输出和输入普通频率和高速频率的脉冲信号，让变频器与plc等其他外部控制器之间沟通，下发启动、停止及抱闸等命令，同时也检测外部短路时，能及时的保护芯片损坏。
23.电源控制电路12，电源可提供正负10v和24v电压，给模拟量输入、数字量输入，在透过变频器内部参数关联，进而控制变频器达到预想的功能。
24.故障检测电路14，应用stm32芯片，将故障信号接至故障刹车引脚上，同时也接至其他引脚实现锁存故障。故障设置保护点也可由核心控制芯片通过定时器输出pwm调节。pwm占空比不同，达到不同功率段对应的不同检测门限。
25.扩展卡电路15，透过stm32内部资源和外部扩展卡电路通信，实现不同应用场合需求。可实现变频器对外现场总线通信，与其他变频器、plc进行通信或pc端通信，告知其运行
情况。对于精度较高的场合，需使用码盘反馈实际转速，透过核心控制芯片定时器资源实现转速的捕获。
26.pwm驱动电路16，透过核心控制芯片内部演算法，并使用芯片定时器资源，输出互补的信号带动电机运行。
27.flash电路17，将变频器内部的参数存储及发生故障时，将故障的波形存储，以利后续使用者分析及修复。
28.本实用新型使用stm32芯片作为新的平台，其外设较多，不需外加芯片即可实现较多功能且定时器资源和dma通道较多，能够实现成本较低高性能全功率段变频控制系统。
29.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存在或附加。
30.尽管上面已经通过对本实用新型的具体实施例的描述对本实用新型进行了披露，但是，应该理解，上述的所有实施例和示例均是示例性的，而非限制性的。本领域的技术人员可在所附权利要求的精神和范围内设计对本实用新型的各种修改、改进或者等同物。这些修改、改进或者等同物也应当被认为包括在本实用新型的保护范围内。