CN109599843A - 一种光耦隔离的过流保护电路和逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明实施例中提供了一种电力电子技术领域的光耦隔离的过流保护电路和逆变器；所述光耦隔离的过流保护电路通过在逆变器的母线上设置电流采样电路，通过电流采样电路控制三极管开关电路的导通从而控制光耦隔离电路的导通，从而实现检测信号和驱动信号的隔离，在保证逆变器和IGBT的过流保护的同时，提升了逆变器的抗干扰能力。

Description

一种光耦隔离的过流保护电路和逆变器

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种光耦隔离的过流保护电路和逆变器。

背景技术

在逆变器的设计制造过程中，短路过流保护电路非常重要，其很大程度上决定了逆变器在实际使用中的安全性问题。如果短路过流保护电路失效，那么在带RCD负载或者逆变器输出短路时，逆变管很可能烧毁，因此，短路过流保护电路对逆变器的作用很大。

在现有技术中，IGBT的短路过流保护可分为Uge监测法，或Uce监测法，二者原理基本相似，都是利用集电极电流Ic升高时，Uge或Uce也会升高的原理，当Uge或Uce超过Uge(sat)或Uce(sat)时，自动关断IGBT的驱动电路，由于Uge在发生故障时基本不变，而Uce的变化较大，并且当退饱和发生时Uge变化也较小，难以掌握，因而在实践中一般采用Uce监测技术来对IGBT进行保护。

在实现本发明过程中，发明人发现以上相关技术中至少存在如下问题：上述在逆变器领域中使用的Uce监测技术保护IGBT的方式虽然能够实现IGBT的短路过流保护，但是***电路复杂，成本较高，而且很难实现检测信号的隔离，抗干扰能力差，具有一定的使用局限性。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种能够隔离检测信号的光耦隔离的过流保护电路和逆变器。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

为解决上述技术问题，第一方面，本发明实施例中提供了一种光耦隔离的过流保护电路，包括：电流采样电路、三极管开关电路、光耦隔离电路和与门控制电路；

所述电流采样电路并联在逆变器的直流母线负极上采样母线电流，所述三极管开关电路的控制端并联至所述电流采样电路，所述光耦隔离电路的控制端连接至所述三极管开关电路的输入端，所述光耦隔离电路的输入端连接至所述与门控制电路的控制端；

母线电流过大时，流过所述电流采样电路的电流较大，驱动所述三极管开关电路开通，从而驱动所述光耦隔离电路导通后控制所述与门控制电路关断所述逆变器。

可选的，还包括：DSP控制芯片，所述DSP控制芯片连接至所述与门控制电路的控制端，通过PWM控制信号控制所述与门控制电路驱动IGBT驱动电路模块；

所述光耦隔离电路导通时，所述与门控制电路的控制端关断，从而硬件关断所述PWM控制信号，所述DSP控制芯片关断所述逆变器。

可选的，还包括：RC吸收电路，所述RC吸收电路的输入端并联至所述电流采样电路，输出端连接至所述三极管开关电路的控制端。

可选的，所述RC吸收电路包括第一限流电阻、第二限流电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一限流电阻的输入端并联至所述电流采样电路，所述第一限流电阻的输出端连接至所述第二限流电阻输入端和所述第一滤波电容的阳极，所述第二限流电阻的输出端连接至所述第二滤波电容的阳极和所述三极管开关电路的控制端，所述第一滤波电容和所述第二滤波电容的阴极接地。

可选的，所述电流采样电路包括电流采样电阻。

可选的，所述三极管开关电路包括NPN三极管、下拉电阻、阈值电阻和限流电阻；

所述NPN三极管的基极和发射极并联至所述电流采样电路和所述下拉电阻，所述NPN三极管的集电极连接至所述阈值电阻的输出端，所述阈值电阻两端并联至所述光耦隔离电路的控制端，所述限流电阻的两端分别连接至所述逆变器的驱动电流和所述阈值电阻的输入端，所述NPN三极管的发射极和所述下拉电阻的输出端接地。

可选的，所述光耦隔离电路包括光耦和上拉电阻，所述光耦包括发光二极管和光敏三极管；

所述发光二极管并联至所述三极管开关电路的输入端，所述光敏三极管的集电极连接至所述上拉电阻的输出端，所述上拉电阻的输入端连接至基准电源，所述光敏三极管集电极的发射极接地；

所述三极管开关电路导通时所述三极管开关电路的输入端导通，从而所述发光二极管导通驱动所述光敏三极管导通后拉低所述光敏三极管集电极的电平控制所述与门控制电路关闭所述逆变器。

可选的，所述与门控制电路包括与门a、与门b、与门c和与门d；

所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚1分别连接至所述DSP控制芯片，所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚2分别连接至所述光耦隔离电路的输入端，所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚3分别连接至所述I GBT驱动电路模块；

所述光耦隔离电路导通时，所述光耦隔离电路的输入端电平拉低，从而所述与门控制电路关闭硬件关闭所述DSP控制芯片并控制所述IGBT驱动电路模块关断。

可选的，所述IGBT驱动电路模块输入端连接至所述与门控制电路的管脚3，输出端连接至所述逆变器控制逆变器的开通和关断。

为解决上述技术问题，第二方面，本发明实施例中提供了一种逆变器，所述逆变器包括电解电容、逆变桥、以及，上述权利要求1-9任一项所述的光耦隔离的过流保护电路；

所述光耦隔离的过流保护电路中的电流采样电路的两端连接至所述电解电容的负极和所述逆变器桥的前桥臂下管的发射极采样直流母线负极电流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例中提供了一种光耦隔离的过流保护电路和逆变器；所述光耦隔离的过流保护电路通过在逆变器的母线上设置电流采样电路，通过电流采样电路控制三极管开关电路的导通从而控制光耦隔离电路的导通，从而实现检测信号和驱动信号的隔离，在保证逆变器和IGBT的过流保护的同时，提升了逆变器的抗干扰能力。

附图说明

一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例中提供的一种逆变器的电路原理框图；

图2是本发明实施例中提供的一种逆变器的电路结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

具体地，下面结合附图，对本申请实施例作进一步阐述。

实施例一

请参见图1和图2，本发明的实施例中提供了一种光耦隔离的过流保护电路1，包括电流采样电路10、三极管开关电路20、光耦隔离电路30、与门控制电路40、RC吸收电路50、DSP控制芯片60和IGBT驱动电路模块70，所述光耦隔离的过流保护电路1能够在逆变器2的负极母线上采样电流，在电流突然升高或产生尖峰时获取到一个采样信号，通过控制三极管开关电路20的导通从而控制光耦隔离电路30的导通，控制DSP控制芯片60和IGBT驱动电路模块70关闭逆变器，从而实现检测信号和驱动信号的隔离。

所述电流采样电路10并联在逆变器2的直流母线负极上采样母线电流，所述三极管开关电路20的控制端并联至所述电流采样电路10，所述光耦隔离电路30的控制端连接至所述三极管开关电路20的输入端，所述光耦隔离电路30的输入端连接至所述与门控制电路40的控制端。母线电流过大时，流过所述电流采样电路10的电流较大，驱动所述三极管开关电路20开通，从而驱动所述光耦隔离电路30导通后控制所述与门控制电路40关断所述逆变器。

所述RC吸收电路50的输入端并联至所述电流采样电路10，输出端连接至所述三极管开关电路20的控制端。所述DSP控制芯片60连接至所述与门控制电路40的控制端，通过PWM控制信号控制所述与门控制电路40驱动IGBT驱动电路模块70。所述光耦隔离电路30导通时，所述与门控制电路40的控制端关断，从而硬件关断所述PWM控制信号，所述DSP控制芯片60关断所述逆变器2。

上述电流采样电路10包括电流采样电阻R1。

上述三极管开关电路20包括NPN三极管Q5、下拉电阻R4、阈值电阻R6和限流电阻R5。所述NPN三极管Q5的基极和发射极并联至所述电流采样电路10和所述下拉电阻R4，所述NPN三极管Q5的集电极连接至所述阈值电阻R6的输出端，所述阈值电阻R6两端并联至所述光耦隔离电路10的控制端，所述限流电阻R5的两端分别连接至所述逆变器2的驱动电流VF和所述阈值电阻R6的输入端，所述NPN三极管Q5的发射极和所述下拉电阻R4的输出端接地。

上述光耦隔离电路30包括光耦U1和上拉电阻R7，所述光耦U1包括发光二极管(未标示)和光敏三极管(未标示)。所述发光二极管(未标示)并联至所述三极管开关电路20的输入端，所述光敏三极管(未标示)的集电极连接至所述上拉电阻R7的输出端，所述上拉电阻R7的输入端连接至基准电源V0，所述光敏三极管(未标示)集电极的发射极接地。所述三极管开关电路20导通时所述三极管开关电路20的输入端导通，从而所述发光二极管(未标示)导通驱动所述光敏三极管(未标示)导通后拉低所述光敏三极管(未标示)的集电极的电平控制所述与门控制电路40关闭所述逆变器2。所述光耦隔离电路30的输出端接地。

上述所述与门控制电路40包括与门a、与门b、与门c和与门d。所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚1分别连接至所述DSP控制芯片接收PWM控制信号，所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚2分别连接至所述光耦隔离电路30的输入端，所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚3分别连接至所述IGBT驱动电路模块70。所述光耦隔离电路30导通时，所述光耦隔离电路30的输入端电平拉低，从而所述与门控制电路40关闭硬件关闭所述DSP控制芯片60并控制所述IGBT驱动电路模块70关断。

上述RC吸收电路50包括第一限流电阻R2、第二限流电阻R3、第一滤波电容C3和第二滤波电容C4，所述第一限流电阻R2的输入端并联至所述电流采样电路10，所述第一限流电阻R2的输出端连接至所述第二限流电阻R3输入端和所述第一滤波电容C3的阳极，所述第二限流电阻R3的输出端连接至所述第二滤波电容C4的阳极和所述三极管开关电路20的控制端，所述第一滤波电容C3和所述第二滤波电容C4的阴极接地。

上述DSP控制芯片60的控制端连接至所述与门控制电路40。所述光耦隔离电路30导通时，所述光耦隔离电路30的输入端电平拉低，从而所述与门控制电路40关闭硬件关闭所述DSP控制芯片60，即不接受来自DSP控制芯片60的PWM控制信号，所述DSP控制芯片60在无法发送PWM控制信号至与门控制电路40即被硬件关断时，所述DSP控制芯片60软件控制关断逆变器2。

上述IGBT驱动电路模块70的输入端连接至所述与门控制电路40的管脚3，输出端连接至所述逆变器2控制逆变器2的开通和关断。

其中，在本实施例中，所述逆变器2的直流母线负极为电流采样电阻R1的两端。所述电流采样电路10的输入端，即所述电流采样电阻R1的输入端连接至逆变器2的开关管Q2与开关管Q4的发射极。所述电流采样电路10的输出端，即所述电流采样电阻R1的输出端分别连接至电解电容21的阴极和接地端GND。

所述三极管开关电路20的控制端为NPN三极管Q5的基极，连接至所述下拉电阻R4的输入端。所述三极管开关电路20的输入端为NPN三极管Q5的集电极，分别连接至所述阈值电阻R6的输出端和所述发光二极管(未标示)的管脚2。所述三极管开关电路20的输出端为NPN三极管Q5的发射极，分别连接至所述下拉电阻R4的输出端和接地端GND。

所述光耦隔离电路30的控制端为阈值电阻R6的两端，即发光二极管(未标示)的管脚1和管脚2；其中，发光二极管(未标示)的管脚1连接至限流电阻R5的输出端和阈值电阻R6的输入端；光二极管(未标示)的管脚2连接至阈值电阻R6的输出端和NPN三极管Q5的集电极。所述光耦隔离电路30的输入端为光敏三极管(未标示)的集电极，即光敏三极管(未标示)的管脚4，分别连接至所述上拉电阻R7的输出端和DSP控制芯片60的INVOCP端。所述光耦隔离电路30的输出端为光敏三极管(未标示)的发射极，即光敏三极管(未标示)的管脚4，连接至接地端GND2。

所述与门控制电路40的控制端为所述与门a、与门b、与门c和与门d的管脚1，分别连接至所述DSP控制芯片的管脚PWM1H、管脚PWM1L、管脚PWM2H和管脚PWM2L接收对应的PWM控制信号。所述与门控制电路40的输入端为所述与门a、与门b、与门c和与门d的管脚2，连接至所述光敏三极管(未标示)的管脚4，所述光耦U1导通后所述光敏三极管(未标示)的管脚4电平拉低，从而使所述与门控制电路40的控制端无法接收来自所述DSP控制芯片的PWM控制信号，从而实现硬件关闭。所述与门控制电路40的输出端为所述与门a、与门b、与门c和与门d的管脚3，分别连接至所述IGBT驱动电路模块70的管脚PWM1H_V、管脚PWM1L_V、管脚PWM2H_V和管脚PWM2L_V，从而控制所述IGBT驱动电路模块70硬件关闭逆变器2。

所述RC吸收电路50的输入端为第一限流电阻R2的输入端，分别连接至电流采样电阻R1的输入端和逆变器2的开关管Q2与开关管Q4的发射极。所述RC吸收电路50的输出端为第一滤波电容C3和第二滤波电容C4的阴极。分别连接至电流采样电阻R1的输出端、电解电容21的阴极和接地端GND。

所述DSP控制芯片60的控制端分别为管脚INVOCP、管脚PWM1H、管脚PWM1L、管脚PWM2H和管脚PWM2L。所述管脚INVOCP分别连接至上拉电阻R7和光敏三极管(未标示)的管脚4。所述管脚PWM1H、管脚PWM1L、管脚PWM2H和管脚PWM2L分别连接至所述与门a、与门b、与门c和与门d的管脚1，用于输出相应PWM控制信号控制所述与门控制电路40的与门a、与门b、与门c和与门d的开通和闭合规律。

所述IGBT驱动电路模块70的输入端为管脚PWM1H_V、管脚PWM1L_V、管脚PWM2H_V和管脚PWM2L_V，分别连接至所述与门a、与门b、与门c和与门d的管脚3接收开通和/或闭合的控制信号。所述IGBT驱动电路模块70的输出端为管脚PWM1H_D、管脚PWM1L_D、管脚PWM2H_D和管脚PWM2L_D，连接至逆变器2控制逆变桥22的通断。

在本实施例中，所述基准电源V0为+5V，所述逆变管驱动电源VF为+21V。所述电流采样电阻R1为一阻值较小的电阻，一般选择精度较抗冲击能力大、温漂很低、受温度影响小的电阻。

在实际应用的其他的一些实施例中，所述电流采样电路10、三极管开关电路20、光耦隔离电路30、与门控制电路40、RC吸收电路50、DSP控制芯片60和IGBT驱动电路模块70中的各个元件和芯片等的具体型号选择和位置设置等可根据需要进行设置，不需要拘泥于本申请实施例的限定。所述光耦隔离的过流保护电路1中各个元件的连接方式，连接的介质可以根据需要进行设置，不需要拘泥于本申请实施例的限定。

实施例二

请参见图1和图2，本发明的实施例中提供了一种逆变器2，所述逆变器2包括电解电容21(EC3)、逆变桥22、以及，上述实施例一所述的光耦隔离的过流保护电路1。所述光耦隔离的过流保护电路1中的电流采样电路10的两端连接至所述电解电容21(EC3)的负极和所述逆变器桥22的前桥臂下管Q2的发射极采样直流母线负极电流。

其中，所述直流母线负极为所述电解电容21(EC3)的阴极和前桥臂下管Q2(开关管Q2)之间的导线。所述光耦隔离的过流保护电路1中的IGBT驱动电路模块70的输出端，即管脚PWM1H_D、管脚PWM1L_D、管脚PWM2H_D和管脚PWM2L_D还分别连接至所述逆变桥22的四个开关管(开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4)的基极，用于控制所述逆变桥22的四个开关管的通断规律。

在本实施例中，所述电解电容21(EC3)为大容量电容，其单位体积的电容量非常大，用于滤波整流。所述开关管Q1、开关管Q2、开关管Q3和开关管Q4为MOS管。

在实际应用的其他的一些实施例中，所述光耦隔离的过流保护电路1中的各个元件在其他实施例中的设置参考上述实施例一的其他实施例中的限定，此处不再详述。所述电解电容21(EC3)和逆变桥22的具体型号选择和位置设置等可根据需要进行设置，不需要拘泥于本申请实施例的限定。所述逆变器2中各个元件的连接方式，连接的介质可以根据需要进行设置，不需要拘泥于本申请实施例的限定。

本发明实施例中提供了一种光耦隔离的过流保护电路和逆变器；所述光耦隔离的过流保护电路通过在逆变器的母线上设置电流采样电路，通过电流采样电路控制三极管开关电路的导通从而控制光耦隔离电路的导通，从而实现检测信号和驱动信号的隔离，在保证逆变器和IGBT的过流保护的同时，提升了逆变器的抗干扰能力。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例中所记载的技术方案进行修改，或者对其中区域技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例中技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种光耦隔离的过流保护电路，其特征在于，包括：电流采样电路、三极管开关电路、光耦隔离电路和与门控制电路；

所述电流采样电路并联在逆变器的直流母线负极上采样母线电流，所述三极管开关电路的控制端并联至所述电流采样电路，所述光耦隔离电路的控制端连接至所述三极管开关电路的输入端，所述光耦隔离电路的输入端连接至所述与门控制电路的控制端；

母线电流过大时，流过所述电流采样电路的电流较大，驱动所述三极管开关电路开通，从而驱动所述光耦隔离电路导通后控制所述与门控制电路关断所述逆变器。

2.根据权利要求1所述的光耦隔离的过流保护电路，其特征在于,

还包括：DSP控制芯片，所述DSP控制芯片连接至所述与门控制电路的控制端，通过PWM控制信号控制所述与门控制电路驱动IGBT驱动电路模块；

所述光耦隔离电路导通时，所述与门控制电路的控制端关断，从而硬件关断所述PWM控制信号，所述DSP控制芯片关断所述逆变器。

3.根据权利要求1或2所述的光耦隔离的过流保护电路，其特征在于，还包括：RC吸收电路，所述RC吸收电路的输入端并联至所述电流采样电路，输出端连接至所述三极管开关电路的控制端。

4.根据权利要求3所述的光耦隔离的过流保护电路，其特征在于，

所述RC吸收电路包括第一限流电阻、第二限流电阻、第一滤波电容和第二滤波电容，所述第一限流电阻的输入端并联至所述电流采样电路，所述第一限流电阻的输出端连接至所述第二限流电阻输入端和所述第一滤波电容的阳极，所述第二限流电阻的输出端连接至所述第二滤波电容的阳极和所述三极管开关电路的控制端，所述第一滤波电容和所述第二滤波电容的阴极接地。

5.根据权利要求1-4任一项所述的光耦隔离的过流保护电路，其特征在于，所述电流采样电路包括电流采样电阻。

6.根据权利要求1-5任一项所述的光耦隔离的过流保护电路，其特征在于，所述三极管开关电路包括NPN三极管、下拉电阻、阈值电阻和限流电阻；

所述NPN三极管的基极和发射极并联至所述电流采样电路和所述下拉电阻，所述NPN三极管的集电极连接至所述阈值电阻的输出端，所述阈值电阻两端并联至所述光耦隔离电路的控制端，所述限流电阻的两端分别连接至所述逆变器的驱动电流和所述阈值电阻的输入端，所述NPN三极管的发射极和所述下拉电阻的输出端接地。

7.根据权利要求1-6任一项所述的光耦隔离的过流保护电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括光耦和上拉电阻，所述光耦包括发光二极管和光敏三极管；

所述发光二极管并联至所述三极管开关电路的输入端，所述光敏三极管的集电极连接至所述上拉电阻的输出端，所述上拉电阻的输入端连接至基准电源，所述光敏三极管集电极的发射极接地；

所述三极管开关电路导通时所述三极管开关电路的输入端导通，从而所述发光二极管导通驱动所述光敏三极管导通后拉低所述光敏三极管集电极的电平控制所述与门控制电路关闭所述逆变器。

8.根据权利要求2-7任一项所述的光耦隔离的过流保护电路，其特征在于，所述与门控制电路包括与门a、与门b、与门c和与门d；

所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚1分别连接至所述DSP控制芯片，所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚2分别连接至所述光耦隔离电路的输入端，所述与门a、所述与门b、所述与门c和所述与门d的管脚3分别连接至所述IGBT驱动电路模块；

所述光耦隔离电路导通时，所述光耦隔离电路的输入端电平拉低，从而所述与门控制电路关闭硬件关闭所述DSP控制芯片并控制所述IGBT驱动电路模块关断。

9.根据权利要求8所述的光耦隔离的过流保护电路，其特征在于，所述IGBT驱动电路模块输入端连接至所述与门控制电路的管脚3，输出端连接至所述逆变器控制逆变器的开通和关断。

10.一种逆变器，其特征在于，所述逆变器包括电解电容、逆变桥、以及，上述权利要求1-9任一项所述的光耦隔离的过流保护电路；

所述光耦隔离的过流保护电路中的电流采样电路的两端连接至所述电解电容的负极和所述逆变器桥的前桥臂下管的发射极采样直流母线负极电流。