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(duì)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(duì)橋臂與用電網(wǎng)的中性線直接相連，用以實(shí)現(xiàn)零序電流的直接補(bǔ)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(chǎng)合下，不存在絕對(duì)的平衡狀態(tài)，一定程度的三相輸出電壓不平衡不會(huì)影響到設(shè)備的正常使用。

由于不存在絕對(duì)的平衡狀態(tài)，四橋臂逆變器中第四橋臂處于實(shí)時(shí)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(shí)，第四橋臂的參與控制程度較低，性能浪費(fèi)。

因此，有必要檢測(cè)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(guò)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(cè)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(shí)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(cè)裝置，包括三個(gè)霍爾電流傳感器、三個(gè)采樣電流處理電路和一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器，所述三個(gè)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(cè)三相輸出電流，各個(gè)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(hào)處理器，以將采集到的電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流數(shù)字信號(hào)再傳輸給數(shù)字信號(hào)處理器。

霍爾電流傳感器的兩電流檢測(cè)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(hào)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(gè)霍爾電流傳感器CS(A)、CS(B)、CS(C)，三個(gè)采樣電流處理電路D和一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器DSP。

所述三個(gè)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(cè)三相輸出電流。

各個(gè)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(hào)處理器，以將采集到的電流模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流數(shù)字信號(hào)再傳輸給數(shù)字信號(hào)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(hào)處理器之前，先通過(guò)采樣電流處理電路進(jìn)行處理。

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

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

霍爾電流傳感器的信號(hào)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(shí)連接電壓比較器UA的負(fù)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(hào)輸出端，電壓比較器UA的輸出端連接信號(hào)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(hào)輸出端，電壓比較器UB的輸出端連接信號(hào)輸出端，信號(hào)輸出端連接數(shù)字信號(hào)處理器。

所述數(shù)字信號(hào)處理器根據(jù)三相輸出電流計(jì)算電壓不平衡度，判斷三相輸出不平衡度是否超過(guò)設(shè)定的基礎(chǔ)閾值（如取2%），未超過(guò)，則數(shù)字信號(hào)處理器發(fā)出前三橋臂脈沖驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)，逆變器整體作為三相三橋臂結(jié)構(gòu)輸出電壓，此時(shí)的輸出電壓雖然略帶不平衡但是滿足工業(yè)要求；超過(guò)，則數(shù)字信號(hào)處理器同時(shí)輸出前三橋臂脈沖驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)和第四橋臂脈沖驅(qū)動(dòng)PWM信號(hào)，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(guò)霍爾電流傳感器檢測(cè)三相輸出電流，通過(guò)硬件電路處理后傳輸給數(shù)字信號(hào)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(guò)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(jí)標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)的空白。

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

其內(nèi)部集成獨(dú)特的溫度補(bǔ)償電路以實(shí)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(rèn)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(shí)間：4us

? 寬溫度范圍：-40-°C 至 150-°C

? 使用 EEPROM 進(jìn)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(bǔ)償電路

? 幾乎為零的磁滯

? 電源電壓的比例輸出

? 抗外部磁場(chǎng)

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