一種用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，包括模擬電路部分和數字電路部分。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，對相關信號進行調理、濾波、緩沖和光電隔離等處理；數字電路部分完成數字量的傳輸、隔離等功能，用于采集、接收高頻電源主電路的工作狀態、故障狀態等開關信號，傳輸控制邏輯量、PWM波等控制量。兩個部分電路進行物理隔離，并各自擁有獨立的地線和供電電源。本發明將模擬及數字電路融為一體，完成對模擬及數字信號的采集、調理和隔離工作，降低電源線和地線干擾、減少高頻數字電路對模擬電路的干擾、提高工作穩定性，也減少了成本。
【專利說明】
一種用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路[0001]
技術領域
[0002]本發明屬于集成電路設計技術，尤其涉及一種用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路。【背景技術】
[0003]隨著我國經濟飛速發展，工業生產規模急劇擴大。與之而來的霧霾嚴重、PM2.5濃度值超標等環境問題嚴重影響著人們健康的同時也束縛了工業化的進一步發展。造成這一系列現象的主要原因是工業生產過程中未經處理便排放到空氣中的煙(粉)塵，因此工業除塵技術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，電網污染更小等，諸多優點使得高頻化成為靜電除塵高壓電源發展的主流趨勢。高頻高壓靜電除塵電源控制系統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行穩定性具有重要影響。
[0005]傳統高頻高壓靜電除塵電源控制系統中常將模擬信號調理電路和數字信號調理電路分開設計，這將增加系統的成本，不利于控制系統的集成化、小型化。且更多的電路板連接意味著更高的故障率，使系統的穩定性無法進一步提高。
[0006]因此，一種信號處理準確，集成化高，相互間干擾小，穩定性強，成本低的用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路值得深入研究。
【發明內容】
[0007]本發明的目的在于提供一種用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路。該電路較傳統的模擬和數字調理電路而言，提高電路設計的合理性和信號處理的準確率性，且同時需減少系統的成本和體積，降低故障率，提高控制系統的穩定性和集成化程度。
[0008]本發明的目的是通過以下技術方案來實現的:一種用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，其特征在于:該電路包括模擬電路部分和數字電路部分，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，對相關信號進行調理、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;數字電路部分完成數字量的傳輸、隔離功能，用于采集、 接收高頻電源主電路的工作狀態、故障狀態開關信號，傳輸控制邏輯量、PWM波控制量;模擬電路部分包括:溫度信號采集調理電路、母線電壓信號采集調理電路、相電流信號采集調理電路、一次電流信號采集調理電路、二次電流信號采集調理電路、二次電壓信號采集調理電路，其中:溫度信號采集調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;進線電流信號采集調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;數字電路部分包括:PWM波調理電路、IGBT故障信號反饋電路、數字量輸出電路和狀態量采集電路;其中PWM波調理電路、IGBT故障信號反饋電路對PWM信號和IGBT故障信號進行光耦隔離； 數字量輸出電路和狀態量采集電路對數字量控制信號和狀態量反饋信號進行取反和光耦隔離。
[0009]本發明中，一次電流信號采集調理電路包括諧振電流過零檢測電路、一次電流過流保護電路、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理電路中，二次電流信號依次經過二次電流采集、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]數字電路部分包括:P麗波調理電路、IGBT故障信號反饋電路、數字量輸出電路和狀態量采集電路。其中P麗波調理電路、IGBT故障信號反饋電路主要是對P麗信號和IGBT故障信號進行光耦隔離，主要采用HCPL-600光耦隔離芯片。數字量輸出電路和狀態量采集電路主要是對數字量控制信號和狀態量反饋信號進行取反和光耦隔離，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]在數模混合電路中，數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生，因此對模擬和數字兩個部分電路進行物理隔離，用溝壕隔開，并各自擁有獨立的地線和供電電源，該數字電路與模擬電路的中低頻部分相靠近，該數字電路與模擬電路的高頻部分相遠離，其中高頻部分的信號線靠近連接器。
[0014]本發明的優點和積極效果:與傳統的模擬和數字調理電路相比，本發明設計更加合理，信號處理準確率更高，且同時減少了系統的成本和體積，降低了故障率，提高了控制系統的穩定性和集成化程度。【附圖說明】
[0015]圖1為本發明電路板布局結構圖。
[0016]圖2為本發明中溫度信號采集調理電路流程圖。
[0017]圖3為本發明中母線電壓信號采集調理電路流程圖。
[0018]圖4為本發明中相電流信號采集調理電路流程圖。
[0019]圖5為本發明中一次電流信號采集調理電路流程圖。
[0020]圖6為本發明中二次電流信號采集調理電路流程圖。[0021 ]圖7為本發明中二次電壓信號采集調理電路流程圖。【具體實施方式】[〇〇22]下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步說明:一種用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，參見圖1，包括模擬電路部分和數字電路部分。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，對相關信號進行調理、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;數字信號采集調理電路完成數字量的傳輸、隔離等功能，用于采集、接收高頻電源主電路的工作狀態、故障狀態等開關信號，傳輸控制邏輯量、PWM波等控制量。
[0023]參見圖1，在數模混合電路中，數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生，因此對模擬和數字兩個部分電路進行物理隔離，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，該數字電路與該模擬電路的中低頻部分相靠近、高頻部分相遠離，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:溫度信號采集調理電路、母線電壓信號采集調理電路、相電流信號采集調理電路、一次電流信號采集調理電路、二次電流信號采集調理電路、二次電壓信號米集調理電路；參見圖2,溫度信號采集調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理電路中，二次電流信號依次經過二次電流采集、 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]數字電路部分包括:PTOl波調理電路、IGBT故障信號反饋電路、數字量輸出電路和狀態量采集電路。其中P麗波調理電路、IGBT故障信號反饋電路主要是對P麗信號和IGBT故障信號進行光耦隔離，主要采用HCPL-600光耦隔離芯片。數字量輸出電路和狀態量采集電路主要是對數字量控制信號和狀態量反饋信號進行取反和光耦隔離，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]本發明將模擬及數字電路融為一體，完成對模擬及數字信號的采集、調理和隔離工作，降低電源線和地線干擾、減少高頻數字電路對模擬電路的干擾、提高工作穩定性，也減少了成本。
【主權項】
1.一種用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，其特征在于:該電路包 括模擬電路部分和數字電路部分，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，對相關信號進行調理、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;數字電路部分完成數字量的傳輸、隔離功能，用于采 集、接收高頻電源主電路的工作狀態、故障狀態開關信號，傳輸控制邏輯量、PWM波控制量； 模擬電路部分包括:溫度信號采集調理電路、母線電壓信號采集調理電路、相電流信號采集 調理電路、一次電流信號采集調理電路、二次電流信號采集調理電路、二次電壓信號采集調 理電路，其中:溫度信號采集調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;進線電流信號采集 調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;數字電路部分包括:PWM波調理電路、IGBT故障信號反饋電路、數字量輸出電路和狀態量 采集電路;其中HVM波調理電路、IGBT故障信號反饋電路對HVM信號和IGBT故障信號進行光 耦隔離;數字量輸出電路和狀態量采集電路對數字量控制信號和狀態量反饋信號進行取反 和光親隔咼。2.根據權利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，其特 征在于:一次電流信號采集調理電路包括諧振電流過零檢測電路、一次電流過流保護電路、 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.根據權利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，其特 征在于:二次電壓信號采集調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理電路中，二次電 流信號依次經過二次電流采集、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.根據權利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，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.根據權利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，其特 征在于:P麗波調理電路、IGBT故障信號反饋電路采用HCPL-600光耦隔離芯片;數字量輸出 電路和狀態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.根據權利要求1所述的用于靜電除塵電源控制系統的模擬數字信號調理電路，其特 征在于:模擬電路部分和數字電路部分進行物理隔離，用溝壕隔開，并各自擁有獨立的地線 和供電電源，模擬電路部分和數字電路部分的中低頻部分相靠近，高頻部分相遠離，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
【發明人】曾慶軍, 申兆豐, 魏月, 陳 峰, 陶守林
【申請人】鎮江天力變壓器有限公司