本實(shí)用新型涉及一種三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路及三相逆變系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在三相逆變電源系統(tǒng)中，輸出相電流過(guò)流是非常重要與常見(jiàn)的一類故障，負(fù)載短路，功率器件失效，橋臂誤導(dǎo)通等情況的發(fā)生都可能導(dǎo)致逆變器輸出過(guò)流，過(guò)流嚴(yán)重時(shí)很容易造成系統(tǒng)IGBT等重要器件的損毀，使系統(tǒng)失去工作能力，產(chǎn)生安全隱患，給用戶帶來(lái)?yè)p失。

現(xiàn)有的三相逆變輸出過(guò)流故障處理技術(shù)通常是采用熔斷器或者繼電器等開(kāi)關(guān)器件實(shí)現(xiàn)硬件保護(hù)動(dòng)作，上述方案雖然簡(jiǎn)單易行，但是存在成本較高、易誤動(dòng)作等缺點(diǎn)；或者采用逆變器控制器中的軟件策略對(duì)檢測(cè)的三相輸出電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)生過(guò)流故障時(shí)立刻發(fā)出保護(hù)動(dòng)作指令，此種保護(hù)通常是通過(guò)軟件封鎖六路PWM脈沖波輸出的形式進(jìn)行，通過(guò)軟件保護(hù)雖然成本低，但該保護(hù)方案具有一定延時(shí)，無(wú)法保證保護(hù)的及時(shí)性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路及三相逆變系統(tǒng)，電路能及時(shí)對(duì)發(fā)生了輸出過(guò)流故障的三相逆變器進(jìn)行保護(hù)，同時(shí)將故障信息傳遞給逆變器控制器進(jìn)行處理。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路，包括：用于采集逆變器三相輸出電流的整流取樣濾波模塊，與該整流取樣濾波模塊依次相連的信號(hào)放大模塊、電壓比較模塊，以及邏輯處理模塊；其中所述邏輯處理模塊的第一輸出端適于輸出故障信號(hào)反饋至逆變器控制器，且同時(shí)通過(guò)其第二輸出端輸出PWM封鎖信號(hào)至PWM信號(hào)封鎖電路，以控制PWM信號(hào)封鎖電路關(guān)斷。

進(jìn)一步，所述整流取樣濾波模塊包括：二極管D1、二極管D2、二極管D3，電阻R1、電阻R2、電容C1；其中三相輸出檢測(cè)電流經(jīng)過(guò)相應(yīng)整流二極管整流后在電阻R1的一端匯合，經(jīng)過(guò)取樣電阻R1取樣后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，所述取樣電壓信號(hào)經(jīng)電阻R2和電容C1構(gòu)成的RC濾波電路濾波后作為三相輸出電流采樣信號(hào)輸入到信號(hào)放大模塊。

進(jìn)一步，所述信號(hào)放大模塊適于采用同相比例運(yùn)算電路，即三相輸出電流采樣信號(hào)輸入到同相比例運(yùn)算電路中運(yùn)算放大器A1的同相端。

進(jìn)一步，所述電壓比較模塊包括：電阻R5、電容C2、電壓比較器A2、電阻R6和電阻R7；其中運(yùn)算放大器A1的輸出端與電阻R5的一端相連，電阻R5的另一端與電壓比較器A2的同相端相連；電壓比較器A2的反相端接收電壓比較基準(zhǔn)值，并與濾波電容C2的一端相連，濾波電容C2的另一端接地；電壓比較器A2的輸出端與限流電阻R6的一端相連，限流電阻R6的另一端與上拉電阻R7的一端相連且作為電壓比較模塊的輸出端。

進(jìn)一步，所述邏輯處理模塊還適于通過(guò)逆變器控制器獲得故障清除信號(hào)，并通過(guò)第一輸出端發(fā)送PWM開(kāi)啟信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)在故障消除后，能通過(guò)控制器指令復(fù)位，清除故障反饋信息，解除故障封鎖保護(hù)，使其恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。

進(jìn)一步，所述邏輯處理模塊包括：或非門U1，或非門U2，或非門U3；其中或非門U1的A端與電壓比較模塊的輸出端相連，或非門U1的B端與或非門U3的Y端相連，或非門U1的Y端與或非門U3的A端相連以構(gòu)成RS觸發(fā)器，同時(shí)非門U1的Y端與或非門U2的A端、B端相連；以及或非門U3的B端接收來(lái)自逆變器控制器的故障清除信號(hào)，或非門U3的Y端輸出PWM封鎖信號(hào)給PWM信號(hào)封鎖電路；并且由或非門U2的Y端輸出故障信號(hào)。

進(jìn)一步，所述邏輯處理模塊的第一輸出端還連接有故障信號(hào)反饋電路；

所述故障信號(hào)反饋電路包括：電阻R8、光耦U4；其中所述故障信號(hào)通過(guò)電阻R8輸入至光耦U4，且經(jīng)過(guò)光耦U4隔離后輸入至逆變器控制器。

又一方面，本實(shí)用新型還提供了一種三相逆變系統(tǒng)。

所述三相逆變系統(tǒng)包括：PWM信號(hào)封鎖電路和逆變器控制器，以及所述的三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路。

進(jìn)一步，所述三相逆變系統(tǒng)為三相兩電平逆變系統(tǒng)，以及所述PWM信號(hào)封鎖電路為六路PWM封鎖電路。

本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型提出一種三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路可針對(duì)瞬時(shí)過(guò)流尖峰做出快速保護(hù)，防止瞬時(shí)過(guò)流損壞功率器件；該過(guò)流保護(hù)電路具有過(guò)流故障鎖定功能，一旦過(guò)流故障發(fā)生，立即通過(guò)硬件方式進(jìn)行六路PWM信號(hào)的封鎖，相較軟件封鎖方式而言所需響應(yīng)時(shí)間短，保護(hù)迅速；并且本過(guò)流保護(hù)電路同時(shí)具有故障信息反饋功能，在硬件保護(hù)實(shí)施的同時(shí)將故障信息反饋給逆變器控制器，方便進(jìn)行軟件保護(hù)，提高保護(hù)冗余度；以及當(dāng)三相逆變系統(tǒng)檢測(cè)到過(guò)流故障消除之后，該過(guò)流保護(hù)電路可根據(jù)逆變器控制器發(fā)出的故障清除指令進(jìn)行復(fù)位，解除故障封鎖與故障信息反饋信號(hào)，使三相逆變系統(tǒng)進(jìn)入正常工作狀態(tài)；相比只檢測(cè)兩相輸出電流值的保護(hù)電路而言，該電路同時(shí)檢測(cè)三相輸出電流的過(guò)流情況，保護(hù)精度和可靠性更高。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路的原理框圖；

圖2是本三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路的電路原理圖；

圖3是六路PWM信號(hào)封鎖電路原理圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。這些附圖均為簡(jiǎn)化的示意圖，僅以示意方式說(shuō)明本實(shí)用新型的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本實(shí)用新型有關(guān)的構(gòu)成。

實(shí)施例1

圖1為本三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路的原理框圖。

本三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路包括：用于采集逆變器三相輸出電流的整流取樣濾波模塊、信號(hào)放大模塊、電壓比較模塊、邏輯處理電路，故障信號(hào)反饋電路，PWM信號(hào)封鎖電路。

圖2所示為本三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路的電路原理圖。

以下對(duì)整流取樣濾波模塊、信號(hào)放大模塊、電壓比較模塊、邏輯處理電路，故障信號(hào)反饋電路，PWM信號(hào)封鎖電路的具體實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)行展開(kāi)說(shuō)明。

作為整流取樣濾波模塊的一種可選的實(shí)施方式，二極管D1、二極管D2、二極管D3，電阻R1、電阻R2、電容C1構(gòu)成整流取樣濾波電路。逆變器三相輸出電流Ia檢測(cè)輸出端與整流二極管D1陽(yáng)極相連，逆變器三相輸出電流Ib檢測(cè)輸出端與整流二極管D2陽(yáng)極相連，逆變器三相輸出電流Ic檢測(cè)輸出端與整流二極管D3陽(yáng)極相連。整流二極管D1陰極、整流二極管D2陰極、整流二極管D3陰極、電阻R1的一端、電阻R2的一端之間相互連接。電阻R1的另一端與地相連。電阻R2的另一端、電容C1的一端同時(shí)與運(yùn)算放大器A1的同相端相連。電容C1的另一端與地相連。逆變器三相輸出檢測(cè)電流Ia、Ib、Ic經(jīng)過(guò)整流二極管D1、D2、D3整流后在R1的一端匯合，經(jīng)過(guò)取樣電阻R1取樣后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，所述取樣電壓信號(hào)經(jīng)電阻R2和電容C1構(gòu)成的RC濾波電路濾波后作為三相輸出電流采樣信號(hào)輸入到運(yùn)算放大器A1的同相端。

作為信號(hào)放大模塊的一種可選的實(shí)施方式，電阻R2、電阻R3、電阻R4、運(yùn)算放大器A1構(gòu)成信號(hào)放大模塊。運(yùn)算放大器A1的同相端與電阻R1、電容C1的相交處相連，運(yùn)算放大器A1的反相端與電阻R3的一端、電阻R4的一端相互連接，電阻R3的另一端與地相連，電阻R4的另一端與運(yùn)算放大器A1的輸出端相連，電源VCC與運(yùn)算放大器的電源端相連為運(yùn)算放大器A1供電。整流取樣濾波電路調(diào)理之后的三相電流采樣信號(hào)經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器A1進(jìn)行信號(hào)同相放大調(diào)理之后輸出幅值符合處理需求的采樣信號(hào)。

作為信號(hào)放大模塊的一種可選的實(shí)施方式，電阻R5、電容C2、電壓比較器A2、電阻R6、電阻R7構(gòu)成電壓比較模塊。運(yùn)算放大器A1的輸出端與電阻R5的一端相連，電阻R5的另一端與電壓比較器A2的同相端相連。電壓比較器A2的反相端接收電壓比較基準(zhǔn)值Uref，并與濾波電容C2的一端相連，濾波電容C2的另一端與地相連。電壓比較器A2的輸出端與限流電阻R6的一端相連，限流電阻R6的另一端與上拉電阻R7的一端相連，上拉電阻R7的另一端與電源VCC相連。經(jīng)過(guò)同相信號(hào)放大處理后的采樣信號(hào)Ufdb輸入給電壓比較器A2的同相端，與電壓比較器A2反相端輸入的電壓比較基準(zhǔn)值Uref進(jìn)行比較后輸出比較結(jié)果。

作為邏輯處理模塊的一種可選的實(shí)施方式，或非門U1，或非門U2，或非門U3構(gòu)成邏輯處理電路?；蚍情TU1的A端與電阻R6、電阻R7的連接處相連，或非門U1的B端與或非門U3的Y端相連?；蚍情TU1的Y端與或非門U3的A端相連，同時(shí)與或非門U2的A端、B端相連。或非門U3的B端接收來(lái)自逆變器控制器的故障清除信號(hào)ERROR_clear。或非門U3的Y端輸出PWM封鎖信號(hào)給六路PWM封鎖電路。該邏輯處理電路的或非門U1與或非門U3構(gòu)成一個(gè)RS觸發(fā)器，所述RS觸發(fā)器根據(jù)電壓比較器A2的比較結(jié)果與ERROR_clear的狀態(tài)決定故障反饋信號(hào)與PWM封鎖信號(hào)的狀態(tài)?；蚍情TU2輸出反相后的故障反饋信號(hào)控制故障反饋電路的通斷。

作為故障信號(hào)反饋電路的一種可選的實(shí)施方式，電阻R8、光耦U4、電阻R9構(gòu)成故障信號(hào)反饋電路。電阻R8的一端與或非門U2的Y端相連，接收故障反饋信號(hào)，R8的另一端與光耦U4的1端相連。光耦U4的2端與地相連，光耦U4的3端與電阻R9的一端相連，同時(shí)輸出故障反饋信號(hào)ERROR_fdb給逆變器控制器。電阻R9的另一端與信號(hào)地相連。光耦U4的4端與信號(hào)供電電源VDD相連。該故障信號(hào)反饋電路通過(guò)邏輯處理電路輸出信號(hào)對(duì)光耦U4的通斷控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)過(guò)流故障信息的傳遞。

圖3為本設(shè)計(jì)的六路PWM信號(hào)封鎖電路原理圖。

電阻R10以及六個(gè)具有相同結(jié)構(gòu)的PWM信號(hào)封鎖電路構(gòu)成六路PWM信號(hào)封鎖電路。

電阻R11、電容C3、MOS管Q1構(gòu)成PWM1信號(hào)封鎖電路。電阻R11一端連PWM1輸入信號(hào)PWM1I，電阻R11另一端與電容C11一端及MOS管Q1的漏極相連，并輸出PWM1信號(hào)PWM1O。電容C11的另一端與地相連。MOS管Q1的柵極連接電阻R10的一端，電阻R10的另一端連接PWM封鎖信號(hào)。MOS管Q1的源極與地相連。所述R11、C3、Q1即構(gòu)成了PWM1信號(hào)封鎖電路，其余五路PWM信號(hào)(PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6)封鎖電路與所述PWM1信號(hào)封鎖電路具有相同的電路結(jié)構(gòu)。六路PWM信號(hào)封鎖電路的MOS管柵極共同連接至電阻R10的一端，接收同一PWM封鎖信號(hào)。所述六路PWM信號(hào)封鎖電路通過(guò)PWM封鎖信號(hào)的狀態(tài)控制PWM信號(hào)封鎖電路中六個(gè)MOS管的導(dǎo)通與關(guān)斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)六路PWM信號(hào)的封鎖控制。

本設(shè)計(jì)所述功能實(shí)現(xiàn)過(guò)程：

三相逆變器輸出檢測(cè)電流(Ia、Ib、Ic)經(jīng)過(guò)整流二極管(D1、D2、D3)整流疊加后形成三相直流電流之和在(D1、D2、D3)的陰極節(jié)點(diǎn)輸出，任何一相輸出電流的變化都將引起該電流之和的變化。所述電流之和經(jīng)電阻R1取樣后轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)方便后續(xù)電路處理。所述電壓信號(hào)經(jīng)電阻R2與電容C1構(gòu)成的濾波電路濾除高頻干擾信號(hào)之后得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓信號(hào)。為使得所述電壓幅值滿足后續(xù)電路處理需求，濾波后的電壓信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器U1進(jìn)行同相放大，同相放大倍數(shù)由電阻R3和電阻R4決定。放大后的電壓信號(hào)Ufdb送入到電壓比較器A2的同相端，與反相端設(shè)定的電壓比較基準(zhǔn)值Uref進(jìn)行比較，輸出比較結(jié)果給后續(xù)邏輯處理電路。過(guò)流保護(hù)判斷閾值由電壓比較基準(zhǔn)值Uref決定，用戶可根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。當(dāng)三相輸出電流正常時(shí)，電流檢測(cè)信號(hào)Ufdb小于基準(zhǔn)值Uref，電壓比較器A2輸出低電平給邏輯處理電路。當(dāng)三相輸出電流達(dá)到用戶設(shè)定的過(guò)流故障閾值時(shí)，電流檢測(cè)信號(hào)Ufdb大于基準(zhǔn)值Uref，電壓比較器A2輸出經(jīng)電阻R7上拉的高電平給邏輯處理電路，表示發(fā)生過(guò)流故障。

未發(fā)生過(guò)流故障時(shí)，輸入到邏輯處理電路或非門U1的故障判斷信號(hào)和逆變器控制器發(fā)出的輸入到或非門U3的故障清除信號(hào)ERROR_clr同為低電平，兩者使得由或非門U1和或非門U3組成的RS觸發(fā)器保持在系統(tǒng)正常工作時(shí)設(shè)定的或非門U1輸出高電平，或非門U3輸出低電平的狀態(tài)，即正常時(shí)故障反饋信號(hào)為高電平，PWM封鎖信號(hào)為低電平。為降低電路能耗，設(shè)定輸出電流正常時(shí)光耦為關(guān)斷狀態(tài)，同時(shí)輸入到逆變器控制器的故障反饋信號(hào)為低電平。為實(shí)現(xiàn)該設(shè)定，電路中或非門U1輸出的高電平故障反饋信號(hào)送入或非門U2后進(jìn)行反相處理，使得經(jīng)或非門U2輸出的故障反饋信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?。該低電平使得光耦U4處于關(guān)斷狀態(tài)，光耦U4輸出給逆變器控制器的故障反饋信號(hào)ERROR_fdb被電阻R9拉至地，即輸入到逆變器控制器的故障反饋信號(hào)ERROR_fdb為低電平，軟件保護(hù)不動(dòng)作?；蚍情TU3輸出的低電平PWM封鎖信號(hào)經(jīng)電阻R10送入PWM信號(hào)封鎖電路，該低電平使得六路PWM信號(hào)封鎖電路的MOS管均處于關(guān)斷狀態(tài)，不影響六路PWM輸入信號(hào)(PWM1I、PWM2I、PWM3I、PWM4I、PWM5I、PWM6I)的輸出狀態(tài)。

當(dāng)過(guò)流故障發(fā)生時(shí)，輸入到邏輯處理電路或非門U1的故障判斷信號(hào)由低電平變?yōu)楦唠娖?，輸入到或非門U3的故障清除信號(hào)ERROR_clr仍為低電平，兩者經(jīng)過(guò)或非門U1和或非門U3組成的RS觸發(fā)器處理后使得或非門U1輸出的故障反饋信號(hào)變?yōu)榈碗娖剑沟没蚍情TU3輸出的PWM封鎖信號(hào)為變高電平。U1輸出的低電平故障反饋信號(hào)經(jīng)或非門U2反相后轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖剑|發(fā)光耦U4導(dǎo)通，反饋給逆變器控制器的故障反饋信號(hào)ERROR_fdb被拉至高電平VDD，觸發(fā)控制器內(nèi)部軟件保護(hù)動(dòng)作。或非門U3輸出的高電平PWM封鎖信號(hào)經(jīng)電阻R10送入PWM信號(hào)封鎖電路，該高電平觸發(fā)六路PWM信號(hào)封鎖電路的MOS管導(dǎo)通，使得六路PWM輸入信號(hào)(PWM1I、PWM2I、PWM3I、PWM4I、PWM5I、PWM6I)均被拉至地，即六路PWM輸出信號(hào)(PWM1O、PWM2O、PWM3O、PWM4O、PWM5O、PWM6O)全部變?yōu)榈碗娖剑瑢?shí)現(xiàn)了六路PWM信號(hào)的封鎖。

當(dāng)過(guò)流故障清除后，電壓比較器A2輸出的故障判斷結(jié)果由故障時(shí)的高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖捷斎氲交蚍情TU1，逆變器控制器發(fā)出一個(gè)高電平故障清除信號(hào)ERROR_clr到或非門U3,兩者經(jīng)過(guò)或非門U1和或非門U3組成的RS觸發(fā)器處理后使得或非門U1輸出的故障反饋信號(hào)變?yōu)楦唠娖剑沟没蚍情TU3輸出的PWM封鎖信號(hào)變?yōu)榈碗娖?，即RS觸發(fā)器輸出故障反饋信號(hào)和PWM封鎖信號(hào)均恢復(fù)到正常工作時(shí)候的電平狀態(tài)。故障反饋信號(hào)經(jīng)或非門U2反相后轉(zhuǎn)變成低電平，控制光耦U4關(guān)斷，輸入到逆變器控制器的故障反饋信號(hào)ERROR_fdb由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，即故障反饋信?hào)被清除。輸入到六路PWM信號(hào)封鎖電路的PWM封鎖信號(hào)由高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，六路PWM封鎖電路中的MOS管被關(guān)斷，六路PWM輸入信號(hào)(PWM1I、PWM2I、PWM3I、PWM4I、PWM5I、PWM6I)被解除封鎖，六路PWM輸出信號(hào)(PWM1O、PWM2O、PWM3O、PWM4O、PWM5O、PWM6O)輸出正常PWM信號(hào)。

因此，本三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路，能迅速有效進(jìn)行三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)，同時(shí)具有故障信號(hào)反饋及故障清除功能。

實(shí)施例2

在實(shí)施例1基礎(chǔ)上，本實(shí)施例2提供了一種三相逆變系統(tǒng)。

所述三相逆變系統(tǒng)包括：PWM信號(hào)封鎖電路和逆變器控制器，以及如實(shí)施例1所述的三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路。

所述三相逆變系統(tǒng)為三相兩電平逆變系統(tǒng)，以及所述PWM信號(hào)封鎖電路為六路PWM封鎖電路。

因此，三相逆變器輸出過(guò)流保護(hù)電路具有軟硬件雙重冗余保護(hù)，保護(hù)迅速，性能可靠，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用常用電子元器件，成本低，能廣泛用于三相逆變系統(tǒng)的輸出過(guò)流保護(hù)。

以上述依據(jù)本實(shí)用新型的理想實(shí)施例為啟示，通過(guò)上述的說(shuō)明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項(xiàng)實(shí)用新型技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進(jìn)行多樣的變更以及修改。本項(xiàng)實(shí)用新型的技術(shù)性范圍并不局限于說(shuō)明書(shū)上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來(lái)確定其技術(shù)性范圍。