四橋臂逆變器技術(shù)，就是在三相橋臂的基礎(chǔ)上增設(shè)一對橋臂與用電網(wǎng)的中四橋臂逆變器技術(shù)，就是在三相橋臂的基礎(chǔ)上增設(shè)一對橋臂與用電網(wǎng)的中性線直接相連，用以實現(xiàn)零序電流的直接補償，四橋臂逆變器的控制范圍大于三橋臂逆變器。

雖然三相四橋臂逆變器拓撲結(jié)構(gòu)簡單、直流電壓利用率高，體積小、輸出電壓不平衡度明顯減小，可以有效降低系統(tǒng)損耗，但是控制方式較為復(fù)雜。

一般的三相電使用場合下，不存在絕對的平衡狀態(tài)，一定程度的三相輸出電壓不平衡不會影響到設(shè)備的正常使用。

由于不存在絕對的平衡狀態(tài)，四橋臂逆變器中第四橋臂處于實時的工作狀態(tài)，使得系統(tǒng)的工作狀態(tài)增加，當(dāng)系統(tǒng)僅存在輕微的不平衡時，第四橋臂的參與控制程度較低，性能浪費。

因此，有必要檢測三相四橋臂逆變器的三相輸出電流，以根據(jù)三相輸出電流判斷系統(tǒng)不平衡狀態(tài)，通過切換控制策略，節(jié)約系統(tǒng)資源，提高系統(tǒng)工作的可靠性。

本文介紹一種三相四橋臂逆變器的電流檢測裝置，該裝置可以采集三相四橋臂逆變器的三相輸出電流。

為實現(xiàn)上述目的，采用的技術(shù)方案是：

一種三相四橋臂逆變器的電流檢測裝置，包括三個霍爾電流傳感器、三個采樣電流處理電路和一個數(shù)字信號處理器，所述三個霍爾電流傳感器分別串接在三相四橋臂逆變器的三相輸出線路上，以檢測三相輸出電流，各個霍爾電流傳感器分別與相應(yīng)的采樣電流處理電路連接，然后接至數(shù)字信號處理器，以將采集到的電流模擬信號轉(zhuǎn)換為電流數(shù)字信號再傳輸給數(shù)字信號處理器。

霍爾電流傳感器的兩電流檢測腳串接在三相四橋臂逆變器的三相輸出線路上，所述霍爾電流傳感器的信號輸出腳連接采樣電流處理電路。

霍爾電流傳感器可以采用Allegro公司的ACS758或ACS770芯片，也可以采用意瑞半導(dǎo)體的***CH704. ?

圖1 裝置原理圖。

圖2 ?霍爾電流傳感器的安裝位置示意圖。

三個霍爾電流傳感器CS(A)、CS(B)、CS(C)，三個采樣電流處理電路D和一個數(shù)字信號處理器DSP。

所述三個霍爾電流傳感器分別串接在三相四橋臂逆變器的三相輸出線路上，以檢測三相輸出電流。

各個霍爾電流傳感器分別與相應(yīng)的采樣電流處理電路連接，然后接至數(shù)字信號處理器，以將采集到的電流模擬信號轉(zhuǎn)換為電流數(shù)字信號再傳輸給數(shù)字信號處理器。

圖3 采樣電流處理電路的原理框圖。

霍爾電流傳感器采樣的電流在傳輸至數(shù)字信號處理器之前，先通過采樣電流處理電路進行處理。

參見圖3，采樣電流處理電路包括兩個電壓比較器UA、UB，九個電阻R1~R9，以及四個電容C1~C4。

圖中，數(shù)字1~8表示8個信號接口，2、3、5、6為信號輸入端口，1、7為信號輸出端口，4為接地，8為工作電源。

霍爾電流傳感器的信號輸出端連接電阻R9一端，電阻R9另一端分兩路，一路連接電阻R7一端，另一路連接電阻R8一端，電阻R7另一端分三路，第一路接地，第二路同時連接電壓比較器UA的負電源端和反相輸入端，第三路連接電容C1一端，電容C1另一端分四路，第一路連接電壓比較器UA的同相輸入端，第二、三、四路分別連接電阻R1、R2、R3一端，電阻R1、R2、R3另一端分別連接基礎(chǔ)閾值輸入端、第一閾值輸入端、第二閾值輸入端，電壓比較器UA的正電源端分兩路，一路經(jīng)電容C2接地，另一路經(jīng)電阻R6連接采樣電流處理電路的信號輸出端，電壓比較器UA的輸出端連接信號輸出端，電阻R8另一端分兩路，一路連接電壓比較器UB的同相輸入端，另一路連接電容C4一端，電容C4另一端分三路，第一路連接電壓比較器UB的反相輸入端，第二路經(jīng)電阻R4連接基礎(chǔ)閾值輸入端，第三路連接電阻R5一端，電阻R5另一端分兩路，一路接地，另一路經(jīng)電容C3連接信號輸出端，電壓比較器UB的輸出端連接信號輸出端，信號輸出端連接數(shù)字信號處理器。

所述數(shù)字信號處理器根據(jù)三相輸出電流計算電壓不平衡度，判斷三相輸出不平衡度是否超過設(shè)定的基礎(chǔ)閾值（如取2%），未超過，則數(shù)字信號處理器發(fā)出前三橋臂脈沖驅(qū)動PWM信號，逆變器整體作為三相三橋臂結(jié)構(gòu)輸出電壓，此時的輸出電壓雖然略帶不平衡但是滿足工業(yè)要求；超過，則數(shù)字信號處理器同時輸出前三橋臂脈沖驅(qū)動PWM信號和第四橋臂脈沖驅(qū)動PWM信號，逆變器整體作為三相四橋臂結(jié)構(gòu)，給電壓不平衡產(chǎn)生的零序電流分量提供通路。

該裝置通過霍爾電流傳感器檢測三相輸出電流，通過硬件電路處理后傳輸給數(shù)字信號處理器，從而可以根據(jù)三相輸出電流判斷系統(tǒng)不平衡狀態(tài)，通過切換控制策略，減少第四橋臂的參與程度，節(jié)約系統(tǒng)資源，減少三相四橋臂逆變器的故障率，提高三相四橋臂逆變器工作的可靠性和快速性。

文章中提到的CH704芯片是意瑞半導(dǎo)體（上海）有限公司推出隔離集成式電流傳感器芯片，該芯片可以替代Allegro的大電流霍爾電流傳感器ACS758/ACS770/ACS772，其中CH704A是滿足汽車級標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，填補了國內(nèi)的空白。

CH704 是專為大電流檢測應(yīng)用開發(fā)的隔離集成式電流傳感芯片。CH704 內(nèi)置 0.1mΩ 的初級導(dǎo)體電阻，有效降低芯片發(fā)熱支持大電流檢測：±50A, ±100A, ±150A, ±200A。

其內(nèi)部集成獨特的溫度補償電路以實現(xiàn)芯片在 -40 到150-°C全溫范圍內(nèi)良好的一致性。出廠前芯片已做好靈敏度和靜態(tài)（零電流）輸出電壓的校準(zhǔn)，在全溫度范圍內(nèi)提供 ±2% 的典型準(zhǔn)確性。

產(chǎn)品信息如下：

? 隔離電壓：4800VRMS

? AEC-Q100 汽車認證 (CH704A)

? 電源：4.5-5.5V

? 輸出電壓與電流成正比：+/-50A,+/-100A,+/-150A,+/-200A

? 帶寬：120kHz

? 響應(yīng)時間：4us

? 寬溫度范圍：-40-°C 至 150-°C

? 使用 EEPROM 進行高分辨率偏移和靈敏度調(diào)整

? 導(dǎo)線電阻：0.1 mΩ

? 集成數(shù)字溫度補償電路

? 幾乎為零的磁滯

? 電源電壓的比例輸出

? 抗外部磁場

Features Package

? Reinforced isolation: 4800VRMS

? AEC-Q100 qualified (CH704A)

? Single supply: 4.5-5.5V

? Output voltage proportional to AC current:?

+/-50A,+/-100A,+/-150A,+/-200A

? Bandwidth: 120 kHz?

? Response time: 4 us

? Wide temperature range: -40oC to 150oC

? High resolution offset and sensitivity trimming with EEPROM ? Primary conductor resistance: 0.1 m??

? Integrated protections o Under-voltage protection o Output voltage clamp provides short circuit diagnostic o Output spiking suppress during fast current step inputs

? Factory programmed sensitivity and quiescent output voltage TC ? Integrated digital temperature compensation circuitry

? Nearly zero magnetic hysteresis?

? Ratio-metric output from supply voltage ? Immunity to external magnetic field Application?

? UPS current sensing?

? DC-to-DC converter control?

? Balance bike motor control?

? Overcurrent fault detection

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審核編輯：劉清