CN202535041U - 大功率光伏逆变器的短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种大功率光伏逆变器的短路保护电路，其包括大功率光伏逆变器、交流电流采样电路、信号调理电路、求绝对值与最大值电路，基准参考电压产生电路，电流阈值检测电路，光耦隔离电路，及DSP控制模块、开关管驱动模块；其中，所述的电流采样装置包括霍尔电流传感器和采样电阻；所述的基准参考电压产生电路包括多个基准参考电压分压电阻。本实用新型利用响应速度快、测量精度高的霍尔电流传感器对逆变器输出瞬时电流值进行采样，保护电路全部由常规硬件电路组成，动作速度快，安全可靠，避免通用的集成化电流保护模块，针对不同功率等级光伏逆变器均可采用，对不同类型的短路故障都能使用，检测灵敏度高，保护动作快，执行可靠。

Description

大功率光伏逆变器的短路保护电路

技术领域

本实用新型大体涉及光伏新能源领域，具体涉及大功率光伏逆变器的短路保护技术。

背景技术

大功率光伏逆变器中，当电路中由于控制电路受到干扰或负载故障造成桥臂直通短路，需马上切断，若不及时，电容器上储存的能量将在很短的时间内通过短路元件释放，若此放电电流超过贯穿短路元件的浪涌能力时，就会使元件损坏。短路保护电路是一种在电路中流经大电流时保护整个电路使其不受损坏的一种电路。

1. 与本发明直接相关的现有技术方案一：

1.1 现有技术方案一的内容

光伏逆变器目前常用的短路保护主要有两种方案，其中方案一如图1所示，为间接电压法。图1为利用IGBT过流时IGBT的Vce增大的原理实现的短路保护电路。

如图1所示，短路保护电路包括IC1、IC2、VD1等，其中，IC1是比较器，所述的IC1可为LM339；IC2是用于IGBT的专用驱动电路，所述的IC2可为EXB841；VD1、VD2是快速恢复二极管。EXB841内部电路可很好地完成降栅压及软关断，并具有内部延迟功能，以消除干扰产生的误动作。

如图1所示，所述的短路保护电路，通过检测驱动脉冲高电平期间相应IGBT的Vce电压大小进行短路判断，由IGBT的特性可知，当IGBT开通时，其C、E两端电压与其通过的电流有线性关系，检测过流或短路时的Vce并与设定的阈值进行比较，用比较器的输出控制驱动电路的关断，可完成过流保护。

如图1所示，如果发生短路，含有IGBT过流信息的Vce不直接送至IC2的IGBT集电极电压监视脚——6脚上，而是快速关断VD1，以便使得比较器IC1的V+电压大于V-电压，比较器输出高电平，由VD2送至IC2的6脚，其目的是为了消除VD1正向压降随电流不同而异，采用阈值比较器IC1，提高电流检测的准确性。

如图1所示，如果发生过流，启动IC2内部电路中的降栅压及软关断电路，从而驱动器IC2的低速切断电路使IC2的3脚电位也逐步下降，进而慢速关断IGBT，既避免了集电极电流尖峰损坏IGBT，又完成了IGBT短路保护。

1.2 现有技术方案1的缺点

通过检测IGBT的饱和压降Vce来实现短路保护，它往往需要配合驱动电路IC2，例如EXB841，来实现，这使在电路设计时不够灵活，同时Vce检测是不能对短路或过电流进行完全保护的，这是因为过电流对IGBT后的负载如电机等是不能允许的，并且正向压降的极大升高仅受去饱和功能限制，如果这个压降并未达到临界点，控制功能就不能确定发生了短路。

2.与本发明直接相关的现有技术方案二：

2.1 现有技术方案二的内容

光伏逆变器的短路保护方案二，如图2所示，为检测母线电流法。

图2为桥臂直通短路保护电路，其包括三相交流电源ea、eb、ec，直流电源DC+、DC-，IGBT开关管T1、T2、T3、T4、T5、T6，交流侧霍尔电流传感器IT1、IT2、IT3，及电感La、Lb、Lc等。其中Ip为桥臂母线电流；ia、ib、ic为三相交流电流。

如图2所示，当短路保护电路检测到桥臂母线电流Ip突然增大到一定倍数额定电流时就认为发生桥臂直通故障，此时封锁所有IGBT的驱动，以消除故障，从而避免IGBT烧毁。

2.2 现有技术方案二的缺点

方案二的检测电路适用于单相小容量变换器中。对于三相变换器或者大容量变换器，由于桥臂母线电流Ip的额定电流较大，单相桥臂直通时，在IGBT损坏以前，桥臂母线电流Ip变化不太明显，不能施行有效保护。

3.小结：

综上所述，针对现有技术中过流保护电路的不足，为了解决大功率光伏逆变器的短路保护问题，提出一种检测灵敏度高，保护动作快，执行可靠的短路保护电路，成为亟待解决的问题。

发明内容

本实用新型的目的在于，针对现有技术中过流保护电路的不足，为了解决大功率光伏逆变器的短路保护问题，而提出一种检测灵敏度高，保护动作快，执行可靠的短路保护电路。

为实现上述目的，本实用新型公开如下技术方案：一种大功率光伏逆变器的短路保护电路，其包括大功率光伏逆变器、交流电流采样电路、信号调理电路、求绝对值与最大值电路，基准参考电压产生电路，电流阈值检测电路，光耦隔离电路，及DSP控制模块、开关管驱动模块；

其中，所述的大功率光伏逆变器包括多个IGBT开关管；

所述的大功率光伏逆变器的A、B、C三相输出端分别与所述的交流电流采样电路的A、B、C三相输入端电性相连；

所述的交流电流采样电路的A、B、C三相输出端分别与所述的信号调理电路的A、B、C三相输入端电性相连；

所述的信号调理电路的A、B、C三相输出端分别与所述的求绝对值与最大值电路的A、B、C三相输入端电性相连；

所述的基准参考电压产生电路的输出端与所述的电流阈值检测电路的第二输入端电性相连；

所述的求绝对值与最大值电路的输出端与所述的电流阈值检测电路的第一输入端电性相连；

所述的电流阈值检测电路的输出端与所述的光耦隔离电路输入端电性相连；

所述的光耦隔离电路输出端与所述的DSP控制模块的输入端电性相连；

所述的DSP控制模块的多个PWM输出引脚与所述的开关管驱动模块的输入引脚相连；

所述的开关管驱动模块的输出引脚与所述的大功率光伏逆变器中的多个IGBT开关管的栅极分别相连。

所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的交流电流采样电路包括多个交流侧霍尔电流传感器、多个采样电阻、多个电阻、多个电容；其中，所述的多个交流侧霍尔电流传感器包括第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、第三霍尔电流传感器；所述的多个采样电阻包括第一电阻、第十一1电阻、第二十一电阻；所述的多个电阻包括第二电阻R2、第十二电阻、第二十二电阻，所述的多个电容包括第一电容C1、第十一电容、第二十一电容；

其中，第一霍尔电流传感器的第一端是交流电流采样电路的A相输入端；第一霍尔电流传感器的第二端与第一电阻的第一端和第二电阻的第一端相连；第一电阻的第二端接地；第一电容的第二端接地；第二电阻的第二端与第一电容的第一端相连后作为交流电流采样电路的A相输出端；

第二霍尔电流传感器的第一端是交流电流采样电路的B相输入端；第二霍尔电流传感器的第二端与第十一电阻的第一端和第十二电阻的第一端相连；第十一电阻的第二端接地；第十一电容的第二端接地；第十二电阻的第二端与第十一电容的第一端相连后作为交流电流采样电路的B相输出端；

第三霍尔电流传感器的第一端是交流电流采样电路的C相输入端；第三霍尔电流传感器的第二端与第二十一电阻的第一端和第二十二电阻的第一端相连；第二十一电阻的第二端接地；第二十一电容的第二端接地；第二十二电阻的第二端与第二十一电容的第一端相连后作为交流电流采样电路的C相输出端。

所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的信号调理电路中包括A相运算放大回路，B相运算放大回路，C相运算放大回路，和多个电压跟随器；其中，电压跟随器包括第二运放、第十二运放、第二十二运放；A相运算放大回路包括第一运放、第三电阻、第四电阻，B相运算放大回路包括第十一运放、第十三电阻、第十四电阻，C相运算放大回路包括第二十一运放、第二十三电阻、第二十四电阻；

其中，第一运放、第十一运放、第二十一运放、和第二运放、第十二运放、第二十二运放，为LM258；

第一运放的同相端是信号调理电路的A相输入端；第三电阻的第一端与第一运放的反相端和第四电阻的第一端相连；第三电阻的第二端接地；第四电阻的第二端与第一运放的输出端、和第二运放的同相端相连；第五电阻的第二端接地；第二运放的反相端与第二运放的输出端和第五电阻的第一端相连，并作为信号调理电路的A相输出端；

第十一运放的同相端是信号调理电路的B相输入端；第十三电阻的第一端与第十一运放的反相端和第十四电阻的第一端相连；第十三电阻的第二端接地；第十四电阻的第二端与第十一运放的输出端、和第十二运放的同相端相连；第十五电阻的第二端接地；第十二运放的反相端与第十二运放的输出端和第十五电阻的第一端相连，并作为信号调理电路的B相输出端；

第二十一运放的同相端是信号调理电路的C相输入端；第二十三电阻的第一端与第二十一运放的反相端和第二十四电阻的第一端相连；第二十三电阻的第二端接地；第二十四电阻的第二端与第二十一运放的输出端、和第二十二运放的同相端相连；第二十五电阻的第二端接地；第二十二运放的反相端与第二十二运放的输出端和第二十五电阻的第一端相连，并作为信号调理电路的C相输出端。

所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的基准参考电压产生电路包括多个基准参考电压分压电阻、一个基准电压芯片和一个运算放大器——第四十一运放；其中，所述的基准电压芯片为LM236AZ5；所述的多个基准参考电压分压电阻包括第四十三电阻、第四十四电阻；

基准电压芯片的第一引脚接地；基准电压芯片的第三引脚开路；基准电压芯片的第二引脚与第三十九电阻的第一端、第七电容的第一端和第四十电阻的第一端相连；第三十九电阻的第二端与+15电压源相连；第七电容的第二端接地；第四十一运放的同相端与第四十电阻的第二端相连；第四十一运放的反相端与第四十一电阻的第二端和第四十二电阻的第一端相连；第四十一电阻的第一端接地；第四十一运放的输出端与第四十二电阻的第二端和第四十三电阻的第一端相连；第四十四电阻的第二端接地；第四十三电阻的第二端与第四十四电阻的第一端相连，作为基准参考电压产生电路的输出端。

所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的电流阈值检测电路包括一个电压比较器——第五运放、多个电阻和一个电容——第九电容，其中，电压比较器——第五运放为比较器LM2903；所述的多个电阻为——第十电阻、第四十五电阻；

第十电阻第一端即为电流阈值检测电路的第一输入端；第十电阻的第二端与第九电容的第一端和第五运放的反相端相连；第九电容的第二端接地；第四十五电阻的第一端即为电流阈值检测电路的第二输入端；第四十五电阻的第一端与第五运放的输出端相连，作为电流阈值检测电路的输出端。

所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的光耦隔离电路可包括快速光耦芯片、第三二极管、第四二极管和第四十六电阻；其中，所述的快速光耦芯片为TLP559；

光耦隔离电路的输入端为第三二极管的负极；电流阈值检测电路的输出端与第三二极管的负极相连；第三二极管的正极与快速光耦芯片的原边发光二极管负极端和第四二极管的正极相连；快速光耦芯片的原边发光二极管正极端和第四二极管的负极及第四十六电阻的第一端相连；第四十六电阻的第二端与+15V电源相连；快速光耦芯片的副边光电三极管的发射极接地；第四十七电阻的第二端与+5V电源相连；快速光耦芯片的副边光电三极管的集电极与第四十六电阻的第一端相连，作为光耦隔离电路的输出端。

所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的DSP控制模块，包括电平转换芯片和DSP芯片；

其中，电平转换芯片为74LVC4245，DSP芯片为TMS320F2812；

电平转换芯片的第一端是DSP控制模块的输入端；电平转换芯片的第二端与DSP芯片的PDPINTA引脚相连；

所述的DSP芯片的多个PWM输出引脚是所述的DSP控制模块的输出端。

本实用新型的有益效果在于，针对现有技术中过流保护电路的不足，为了解决大功率光伏逆变器的短路保护问题，而提出了一种检测灵敏度高，保护动作快，执行可靠的短路保护电路。本实用新型通过直接的电流检测来对大功率光伏逆变器进行短路保护，可以有效防止短路及过流，大大提高了安全性，减少了成本；当逆变器输出短路时能快速封锁导通的IGBT开关管，保护IGBT开关管等其它设备不受损害，短路保护及时，可靠性高。

附图说明

图1是利用过流时IGBT的Vce增大实现的短路保护电路示意图；

图2是桥臂直通短路保护电路示意图；

图3是光伏逆变器短路保护方框示意图；

图4是光伏逆变器短路保护详细电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

请参阅图3，如图3所示，本发明公开一种大功率光伏逆变器的短路保护电路，其包括大功率光伏逆变器300、交流电流采样电路301、信号调理电路302、求绝对值与最大值电路303，基准参考电压产生电路304，电流阈值检测电路305，光耦隔离电路306，及DSP控制模块307、开关管驱动模块308；

其中，所述的大功率光伏逆变器300包括多个IGBT开关管；

所述的大功率光伏逆变器300与所述的交流电流采样电路301电性相连；

所述的交流电流采样电路301与所述的信号调理电路302电性相连；

所述的信号调理电路302与所述的求绝对值与最大值电路303电性相连；

所述的基准参考电压产生电路304与所述的电流阈值检测电路305电性相连；

所述的求绝对值与最大值电路303与所述的电流阈值检测电路30电性相连；

所述的电流阈值检测电路305与所述的光耦隔离电路306电性相连；

所述的光耦隔离电路306与所述的DSP控制模块307电性相连。

所述的DSP控制模块307的多个PWM输出引脚与所述的开关管驱动模块308的输入引脚相连；

所述的开关管驱动模块308的输出引脚与所述的大功率光伏逆变器300中的多个IGBT开关管的栅极分别相连。

(一)大功率光伏逆变器300：

如图4所示，大功率光伏逆变器300输出A、B、C三相的瞬时电流ia、ib、ic到交流电流采样电路301；

图4是图3的一个实施例。下面请参阅图3和图4的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的大功率逆变器300包括包括一直流电源及一逆变器；所述的直流电源，包括一太阳能发电机SG(图未示)及一电容C1，所述的直流电源，其正极记为DC+、其负极记为DC-；所述的逆变器2包括：六个IGBT开关管——第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6及六个二极管——第一百零一二极管D101、第一百零二二极管D102、第一百零三二极管D103、第一百零四二极管D104、第一百零五二极管D105、第一百零六二极管D106；其中，所述的六个二极管——第一百零一二极管D101、第一百零二二极管D102、第一百零三二极管D103、第一百零四二极管D104、第一百零五二极管D105、第一百零六二极管D106，分别反向并联于所述的六个IGBT开关管——第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6的两端，即第一百零一二极管D101反向并联于第一开关管T1的两端、第一百零二二极管D102反向并联于第二开关管T2的两端、第一百零三二极管D103反向并联于第三开关管T3的两端、第一百零四二极管D104反向并联于第四开关管T4的两端、第一百零五二极管D105反向并联于第五开关管T5的两端、第一百零六二极管D106反向并联于第六开关管T6的两端；

所述六个IGBT开关管——第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6分别具有一源极及一漏极，

所述的直流电源的正极DC+与所述的电容C1的第一端、所述第一开关管T1的漏极、所述第二开关管T2的漏极、所述第三开关管T3的漏极相连；

所述的直流电源的负极DC-与所述的电容C1的第二端、所述的第四开关管T4的源极、所述的第五开关管T5的源极、所述的第六开关管T6的源极相连；

所述第一开关管T1的源极与所述的第四开关管T4的漏极电性相连后，作为大功率光伏逆变器300的A相输出端，输出所述的大功率光伏逆变器300的A相输出电流ia；

所述第二开关管T2的源极与所述的第五开关管T5的漏极电性相连后，作为大功率光伏逆变器300的B相输出端，输出所述的大功率光伏逆变器300的B相输出电流ib；

所述第三开关管T3的源极与所述的第六开关管T6的漏极电性相连后，作为大功率光伏逆变器300的C相输出端，输出所述的大功率光伏逆变器300的C相输出电流ic。

(二)交流电流采样电路301：

如图4所示，交流电流采样电路301的多个霍尔电流传感器——第一霍尔电流传感器IT1、第二霍尔电流传感器IT2、第三霍尔电流传感器IT3分别对所述的A、B、C三相的瞬时电流ia、ib、ic进行采样后，接收到采样值并分别送到A、B、C三相的采样电路，交流电流采样电路301经过采样电阻——第一电阻R1(ia采样电阻)，第十一电阻R11(ib采样电阻)，第二十一电阻R21(ic采样电阻)，将所述的采样值转化为A、B、C三相的-5～+5V的电压信号，其中，针对不同功率的光伏逆变器，只需修改一下采样电阻——第一电阻R1、第十一电阻R11、第二十一电阻R21的阻值即可实现短路保护功能；然后所述的-5～+5V电压信号通过第二电阻R2、第一电容C1(ia滤波)，第十二电阻R12、第十一电容C11(ib滤波)，第二十一电阻R21、第二十一电容C21(ic滤波)滤波后输出到信号调理电路302；

图4是图3的一个实施例。下面请参阅图3和图4的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的交流电流采样电路301包括多个交流侧霍尔电流传感器、多个采样电阻、多个电阻、多个电容；其中，多个交流侧霍尔电流传感器包括第一霍尔电流传感器IT1、第二霍尔电流传感器IT2、第三霍尔电流传感器IT3；多个采样电阻包括第一电阻R1、第十一电阻R11、第二十一电阻R21；多个电阻包括第二电阻R2、第十二电阻R12、第二十二电阻R22，多个电容包括第一电容C1、第十一电容C11、第二十一电容C21；

第一霍尔电流传感器IT1的第一端是交流电流采样电路的A相输入端；大功率光伏逆变器300的A相输出端与第一霍尔电流传感器IT1的第一端相连；第一霍尔电流传感器IT1的第二端与第一电阻R1的第一端和第二电阻R2的第一端相连；第一电阻R1的第二端接地；第一电容C1的第二端接地；第二电阻R2的第二端与第一电容C1的第一端相连后作为交流电流采样电路301的A相输出端；其中，在交流电流采样电路301的A相支路中，第一霍尔电流传感器IT1对所述的A相的瞬时电流ia进行采样后，接收到采样值并送到A相的采样电路，交流电流采样电路301经过第一电阻R1对ia进行采样，将所述的采样值转化为A相的-5～+5V的电压信号，其中，针对不同功率的光伏逆变器，只需修改一下采样电阻第一电阻R1的阻值即可实现短路保护功能；然后所述的-5～+5V电压信号通过第二电阻R2、第一电容C1对进行ia滤波后输出到信号调理电路302；

第二霍尔电流传感器IT2的第一端是交流电流采样电路的B相输入端；大功率光伏逆变器300的B相输出端与第二霍尔电流传感器IT2的第一端相连；第二霍尔电流传感器IT2的第二端与第十一电阻R11的第一端和第十二电阻R12的第一端相连；第十一电阻R11的第二端接地；第十一电容C11的第二端接地；第十二电阻R12的第二端与第十一电容C11的第一端相连后作为交流电流采样电路301的B相输出端；其中，在交流电流采样电路301的B相支路中，第二霍尔电流传感器IT2对所述的B相的瞬时电流ib进行采样后，接收到采样值并送到B相的采样电路，交流电流采样电路301经过第十一电阻R11对ib进行采样，将所述的采样值转化为B相的-5～+5V的电压信号，其中，针对不同功率的光伏逆变器，只需修改一下采样电阻第十一电阻R11的阻值即可实现短路保护功能；然后所述的-5～+5V电压信号通过第十二电阻R12、第十一电容C11对进行ib滤波后输出到信号调理电路302；

第三霍尔电流传感器IT3的第一端是交流电流采样电路的C相输入端；大功率光伏逆变器300的C相输出端与第三霍尔电流传感器IT3的第一端相连；第三霍尔电流传感器IT3的第二端与第二十一电阻R21的第一端和第二十二电阻R22的第一端相连；第二十一电阻R21的第二端接地；第二十一电容C21的第二端接地；第二十二电阻R22的第二端与第二十一电容C21的第一端相连后作为交流电流采样电路301的C相输出端；其中，在交流电流采样电路301的C相支路中，第三霍尔电流传感器IT3对所述的C相的瞬时电流ic进行采样后，接收到采样值并送到C相的采样电路，交流电流采样电路301经过第二十一电阻R21对ic进行采样，将所述的采样值转化为C相的-5～+5V的电压信号，其中，针对不同功率的光伏逆变器，只需修改一下采样电阻第二十一电阻R21的阻值即可实现短路保护功能；然后所述的-5～+5V电压信号通过第二十二电阻R22、第二十一电容C21对进行ic滤波后输出到信号调理电路302。

(三)信号调理电路302：

如图4所示，信号调理电路302接收所述的交流电流采样电路301输出的A、B、C三相的-5～+5V电压信号后，分别经过三相运算放大回路进行运算放大处理后，将所述的A、B、C三相的-5～+5V电压信号转化为A、B、C三相的-10～+10V的电压信号；然后把A、B、C三相的-10～+10V的电压信号送到电压跟随器第二运放U2、第十二运放U12、第二十二运放U22以提高输入阻抗、减少输出阻抗后，输出A、B、C三相的-10～+10V的电压信号到求绝对值与最大值电路303；

图4是图3的一个实施例。下面请参阅图3和图4的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的信号调理电路302中包括A相运算放大回路，B相运算放大回路，C相运算放大回路，和多个电压跟随器；其中，电压跟随器包括第二运放U2、第十二运放U12、第二十二运放U22；A相运算放大回路包括第一运放U1、第三电阻R3、第四电阻R4，B相运算放大回路包括第十一运放U11、第十三电阻R13、第十四电阻R14，C相运算放大回路包括第二十一运放U21、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24；

其中，第一运放U1、第十一运放U11、第二十一运放U21、和第二运放U2、第十二运放U12、第二十二运放U22，可为LM258。

第一运放U1的同相端是信号调理电路的A相输入端；交流电流采样电路301的A相输出端与第一运放U1的同相端相连，第三电阻R3的第一端与第一运放U1的反相端和第四电阻R4的第一端相连；第三电阻R3的第二端接地；第四电阻R4的第二端与第一运放U1的输出端、和第二运放U2的同相端相连；第五电阻R5的第二端接地；第二运放U2的反相端与第二运放U2的输出端和第五电阻R5的第一端相连，并作为信号调理电路302的A相输出端。其中；如图4所示，信号调理电路302接收所述的交流电流采样电路301输出的A相的-5～+5V电压信号后，经过由第一运放U1、第三电阻R3、第四电阻R4组成的A相运算放大回路进行运算放大处理后，将所述的A相的-5～+5V电压信号转化为A相的-10～+10V的电压信号；然后把A相的-10～+10V的电压信号送到电压跟随器第二运放U2以提高输入阻抗、减少输出阻抗后，输出A相的-10～+10V的电压信号到求绝对值与最大值电路303的A相输入端。

第十一运放U11的同相端是信号调理电路的B相输入端；交流电流采样电路301的B相输出端与第十一运放U11的同相端相连，第十三电阻R13的第一端与第十一运放U11的反相端和第十四电阻R14的第一端相连；第十三电阻R13的第二端接地；第十四电阻R14的第二端与第十一运放U11的输出端、和第十二运放U12的同相端相连；第十五电阻R15的第二端接地；第十二运放U12的反相端与第十二运放U12的输出端和第十五电阻R15的第一端相连，并作为信号调理电路302的B相输出端。其中；如图4所示，信号调理电路302接收所述的交流电流采样电路301输出的B相的-5～+5V电压信号后，经过由第十一运放U11、第十三电阻R13、第十四电阻R14组成的B相运算放大回路进行运算放大处理后，将所述的B相的-5～+5V电压信号转化为B相的-10～+10V的电压信号；然后把B相的-10～+10V的电压信号送到电压跟随器第十二运放U12以提高输入阻抗、减少输出阻抗后，输出B相的-10～+10V的电压信号到求绝对值与最大值电路303的B相输入端。

第二十一运放U21的同相端是信号调理电路的C相输入端；交流电流采样电路301的C相输出端与第二十一运放U21的同相端相连，第二十三电阻R23的第一端与第二十一运放U21的反相端和第二十四电阻R24的第一端相连；第二十三电阻R23的第二端接地；第二十四电阻R24的第二端与第二十一运放U21的输出端、和第二十二运放U22的同相端相连；第二十五电阻R25的第二端接地；第二十二运放U22的反相端与第二十二运放U22的输出端和第二十五电阻R25的第一端相连，并作为信号调理电路302的C相输出端。其中；如图4所示，信号调理电路302接收所述的交流电流采样电路301输出的C相的-5～+5V电压信号后，经过由第二十一运放U21、第二十三电阻R23、第二十四电阻R24组成的C相运算放大回路进行运算放大处理后，将所述的C相的-5～+5V电压信号转化为C相的-10～+10V的电压信号；然后把C相的-10～+10V的电压信号送到电压跟随器第二十二运放U22以提高输入阻抗、减少输出阻抗后，输出C相的-10～+10V的电压信号到求绝对值与最大值电路303的B相输入端。

(四)求绝对值与最大值电路303：

如图4所示，求绝对值与最大值电路303接收所述的信号调理电路302的电压跟随器第二运放U2，第十二运放U12，第二十二运放U22输出的A、B、C三相的-10～+10V的信号后，先把A、B、C三相的-10～+10V的电压信号转化为A、B、C三相的0～+10V的电压信号(即由正弦波转化为馒头波)；求绝对值与最大值电路303再对所述的A、B、C三相的0～+10V的电压信号求最大值，将求出的最大值信号输出到电流阈值检测电路305；

所述的信号调理电路302的A、B、C三相输出端分别与所述的求绝对值与最大值电路303的A、B、C三相输入端电性相连；

所述的求绝对值与最大值电路303的输出端与所述的电流阈值检测电路304的第一输入端电性相连。

(五)电流阈值检测电路305：

如图4所示，电流阈值检测电路305接收到所述的求绝对值与最大值电路303输出的最大值信号后，第十电阻R10、第九电容C9先对输入电压比较器——第五运放U5前的最大值信号进行滤波，滤除尖峰毛刺，避免尖峰毛刺造成的误报警；电流阈值检测电路305的电压比较器第五运放U5将滤波后的最大值信号与给定参考电压值进行比较，当所述的最大值信号大于所述的给定参考电压值时，电流阈值检测电路305的电压比较器第五运放U5的输出电平会发生跳变，变为低电平信号，输出到光耦隔离电路306；

图4是图3的一个实施例。下面请参阅图3和图4的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的电流阈值检测电路305包括一个电压比较器——第五运放U5、多个电阻和一个电容——第九电容C9，其中，电压比较器——第五运放U5可以为比较器LM2903；所述的多个电阻为——第十电阻R10、第四十五电阻R45；其中，第四十五电阻R45也是一个参考电压分压电阻。

第十电阻R10的第一端即为电流阈值检测电路305的第一输入端，其与求绝对值与最大值电路的输出端相连；求绝对值与最大值电路303输出的最大值信号即从此端流入电流阈值检测电路305；第十电阻R10的第二端与第九电容C9的第一端和第五运放U5的反相端相连；第九电容C9的第二端接地；第四十五电阻R45的第一端即为电流阈值检测电路305的第二输入端，其与基准参考电压产生电路304的输出端相连，即基准参考电压产生电路304的输出端与第四十五电阻R45的第一端相连；第四十五电阻R45的第一端与第五运放U5的输出端相连，作为电流阈值检测电路305的输出端。

(六)基准参考电压产生电路304：

图4是图3的一个实施例。下面请参阅图3和图4的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的基准参考电压产生电路304包括多个基准参考电压分压电阻、一个基准电压芯片和一个运算放大器——第四十一运放U41；其中，所述的基准电压芯片可为LM236AZ5；所述的多个基准参考电压分压电阻包括第四十三电阻R43、第四十四电阻R44。

基准电压芯片的第一引脚1接地；基准电压芯片的第三引脚3开路；基准电压芯片的第二引脚2与第三十九电阻R39的第一端、第七电容C7的第一端和第四十电阻R40的第一端相连；第三十九电阻R39的第二端与+15电压源相连；第七电容C7的第二端接地；第四十一运放U41的同相端与第四十电阻R40的第二端相连；第四十一运放U41的反相端与第四十一电阻R41的第二端和第四十二电阻R42的第一端相连；第四十一电阻R41的第一端接地；第四十一运放U41的输出端与第四十二电阻R42的第二端和第四十三电阻R43的第一端相连；第四十四电阻R44的第二端接地；第四十三电阻R43的第二端与第四十四电阻R44的第一端相连，作为基准参考电压产生电路304的输出端。

如图4所示，基准参考电压产生电路304为电流阈值检测电路305提供10V的基准电压；其原理是由基准电压芯片LM236AZ5的第二引脚2脚输出5V基准电压到运算放大器——第四十一运放U41，运算放大器——第四十一运放U41将接收到的所述的5V基准电压放大2倍后变为10V基准电压输出到电流阈值检测电路305的第四十四电阻R44处，然后经第四十三电阻R43，第四十四电阻R44，第四十五电阻R45比例关系求出电流阈值检测电路305中的比较器——第五运放U5的参考电压，输出到光耦隔离电路306中光耦隔离电流306；其中，针对不同功率的光伏逆变器，只需修改一下基准参考电压分压电阻——第四十三电阻R43，第四十四电阻R44，第四十五电阻R45——的阻值即可实现短路保护功能；其中，如果比较器U5是用LM2903实现，则比较器第五运放U5的输出端同相输入端相当于比较器LM2903的第三引脚3脚；比较器第五运放U5的反相输入端相当于比较器LM2903的第二引脚2；比较器第五运放U5的输出端相当于比较器LM2903的第一引脚1。

(七)光耦隔离电路306：

图4是图3的一个实施例。下面请参阅图3和图4的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的光耦隔离电路306可包括快速光耦芯片、第三二极管D3、第四二极管D4和第四十六电阻R46；其中，所述的快速光耦芯片可为TLP559；

光耦隔离电路306的输入端为第三二极管D3的负极；电流阈值检测电路305的输出端与第三二极管D3的负极相连；第三二极管D3的正极与快速光耦芯片的原边发光二极管负极端和第四二极管D4的正极相连；快速光耦芯片的原边发光二极管正极端和第四二极管D4的负极及第四十六电阻R46的第一端相连；第四十六电阻R46的第二端与+15V电源相连；快速光耦芯片的副边光电三极管的发射极接地；第四十七电阻R47的第二端与+5V电源相连；快速光耦芯片的副边光电三极管的集电极与第四十六电阻R46的第一端相连，作为光耦隔离电路306的输出端，与所述的DSP控制模块的输入端电性相连。

如图4所示，光耦隔离电路306接收到电流阈值检测电路305输出的低电平信号后，其中，光耦隔离电路306采用快速光耦芯片TLP559对保护信号进行隔离；具体原理为：当比较器第五运放U5的输出端输出为低电平时，快速光耦芯片通过第三二极管D3使原边导通，副边输出变为低电平，***进入保护状态。经光耦输出的低电平信号被输出到DSP控制模块307。

(八)DSP控制模块307及开关管驱动模块308：

图4是图3的一个实施例。下面请参阅图3和图4的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其中，所述的DSP控制模块307可包括DSP芯片和电平转移芯片；

其中，DSP芯片可为TMS320F2812，电平转换芯片可为74LVC4245；

其中，TMS320F2812包括I/O口、PDPINTA脚、以及多个PWM输出引脚(如图4所示)；电平转换芯片74LVC4245的第一端是DSP控制模块307的输入端；电平转换芯片74LVC4245的第二端与DSP芯片TMS320F2812的PDPINTA引脚相连。

所述的DSP控制模块307(如图3、图4所示)的多个PWM输出引脚(如图4所示)与所述的开关管驱动模块308(如图3所示，图4未示)的输入引脚相连；

所述的开关管驱动模块308的输出引脚与所述的大功率光伏逆变器300中的六个IGBT开关管——第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6的栅极分别相连。

其中，为保证***中电路安全可靠工作，TMS320F2812提供了PDPINTA输入信号，利用它可方便地实现保护功能。如图4所示，DSP控制模块307中的电平转换芯片74LVC4245，把信号转化成3.3V电平后送到DSP的PDPINTA脚；有任何故障状态出现时，光耦隔离电路306经过DSP控制模块307的电平转换芯片74LVC4245向DSP控制模块307的DSP芯片TMS320F2812输入引脚——PDPINTA引脚输出低电平，PDPINTA引脚也被拉为低电平；此时，TMS320F2812内的定时器立即停止计数，所有PWM输出引脚全部呈高阻状态.同时产生中断信号，通知TMS320F2812的CPU有异常情况发生。整个过程不需程序干预，全部自动完成，这对实现各种故障状态的快速处理非常有用。

其中，PWM输出引脚高阻状态即为所述的PWM输出引脚呈截止状态。

如图4所示，由于所述的DSP控制模块307中的TMS320F2812的I/O口为3.3V电平(图未示)，所以光耦隔离电路306输出的低电平信号需通过电平转换芯片74LVC4245转化后接到TMS320F2812的PDPINTA脚，该PDPINTA引脚在低电平时向TMS320F2812申请中断，同时在低电平时，TMS320F2812的多个PWM输出引脚PWM1、PWM2......PWMn(如图4所示)会被置为高阻状态，从而直接封锁PWM脉冲，即所有PWM输出引脚全部呈高阻状态。所述的DSP芯片的多个PWM输出引脚是所述的DSP控制模块的输出端。

因为，所述的DSP控制模块307的多个PWM输出引脚(如图4所示)与所述的开关管驱动模块308的输入引脚相连；所以，在PWM输出引脚为高阻状态时，开关管驱动模块308的输出引脚也呈高阻状态。

进而，因为，所述的开关管驱动模块308的输出引脚与所述的大功率光伏逆变器300中的六个IGBT开关管——第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6的栅极分别相连；所以，随后正在导通的大功率光伏逆变器300中的六个IGBT开关管截止——即第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6截止，使电路进入续流状态，从而起到短路保护作用，从而强迫电流下降，进而保护六个IGBT开关管——第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6不受损坏。

其中，所述的续流状态指的是，当大功率光伏逆变器300中的六个IGBT开关管——第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6截止后，短路电流会通过如图4所示的续流二极管快速放电——即短路电流通过所述的六个二极管——第一百零一二极管D101、第一百零二二极管D102、第一百零三二极管D103、第一百零四二极管D104、第一百零五二极管D105、第一百零六二极管D106快速放电，从而使电流快速下降。

综上所述，本方案相对于现有技术的技术方案，具有以下特点：

1.利用响应速度快、测量精度高的霍尔电流传感器对逆变器输出瞬时电流值进行采样：

本实用新型所描述的大功率光伏逆变器快速短路保护电路，其电流采样值分别为A、B、C三相交流侧瞬时电流值，为了保证响应速度快和测量精度高，电流采样装置是采用多个霍尔电流传感器——第一霍尔电流传感器IT1、第二霍尔电流传感器IT2、第三霍尔电流传感器IT3实现的，相对现有技术的电流互感器采样电流，再经变压比较判断封锁逆变桥的方式，具有更高的灵敏度，更快的响应速度。

2.保护电路全部由常规硬件电路组成，可靠性好、成本低：

本实用新型所描述的电路，其保护功能的实现完全由常规硬件电路来实现，其组成元器件均为常用元件，动作速度快，安全可靠性好，与使用通用的集成化电流保护模块相比，本实用新型简化了设计流程，降低了设计成本，具有更好的经济性，是一种实用的短路保护电路。

3.保护速度快(直接停止PWM的发波)：

本实用新型所描述的电路，其短路保护是通过封锁控制芯片的PWM输出引脚来实现保护的，不是通过封锁开关管驱动模块的PWM输出引脚来实现的。

因为，如果是通过封锁开关管驱动模块308的PWM输出引脚来实现，就需要先驱动开关管驱动模块308内部相应的处理过程才可以关断六个IGBT开关管——第一开关管T1、第二开关管T2、第三开关管T3、第四开关管T4、第五开关管T5、第六开关管T6，有一定的响应延迟。

所以，本实用新型所描述的短路保护电路，是通过封锁控制芯片的PWM输出引脚来实现保护的，其保护速度更快(直接停止PWM的发波)。

4、对不同类型的短路故障都能使用：

本实用新型所描述的短路保护电路，是通过封锁控制芯片的PWM输出引脚来实现保护的，不管对负载短路还是IGBT上下桥臂直通引起的短路，都能够快速的抑制电路中电流的增长，很好的保护IGBT开关管因电流过大造成超温而损坏。

5.针对不同功率等级光伏逆变器均可采用，通用性强，设计灵活：

如图4所示，本实用新型所描述的电路通用性较强，针对不同功率的光伏逆变器，只需修改一下采样电阻——第一电阻R1、第十一电阻R11、第二十一电阻R21的阻值和基准参考电压分压电阻——第四十三电阻R43，第四十四电阻R44，第四十五电阻R45——的阻值即可实现短路保护功能。

6.检测速度快：

本实用新型具有电流阈值检测电路305，因此具有检测速度快的特点。

7.采用了保护信号的滤波处理，避免由于尖峰毛刺造成的误保护，可靠性高：

如图4所示，电流阈值检测电路305中的第十电阻R10、第九电容C9对输入电压比较器——第五运放U5前的最大值信号进行滤波，滤除尖峰毛刺，避免尖峰毛刺造成的误报警。

以上说明只是本实用新型的较佳实施例，对本实用新型而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离本实用新型所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，通过分析、推理或有限实验，可做出许多修改，变化，或等效，得到多个技术方案，但这些技术方案都将落入本实用新型的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大功率光伏逆变器的短路保护电路，其特征在于，其包括大功率光伏逆变器、交流电流采样电路、信号调理电路、求绝对值与最大值电路，基准参考电压产生电路，电流阈值检测电路，光耦隔离电路，及DSP控制模块、开关管驱动模块；

其中，所述的大功率光伏逆变器包括多个IGBT开关管；

所述的大功率光伏逆变器的A、B、C三相输出端分别与所述的交流电流采样电路的A、B、C三相输入端电性相连；

所述的交流电流采样电路的A、B、C三相输出端分别与所述的信号调理电路的A、B、C三相输入端电性相连；

所述的信号调理电路的A、B、C三相输出端分别与所述的求绝对值与最大值电路的A、B、C三相输入端电性相连；

所述的基准参考电压产生电路的输出端与所述的电流阈值检测电路的第二输入端电性相连；

所述的求绝对值与最大值电路的输出端与所述的电流阈值检测电路的第一输入端电性相连；

所述的电流阈值检测电路的输出端与所述的光耦隔离电路输入端电性相连；

所述的光耦隔离电路输出端与所述的DSP控制模块的输入端电性相连；

所述的DSP控制模块的多个PWM输出引脚与所述的开关管驱动模块的输入引脚相连；

所述的开关管驱动模块的输出引脚与所述的大功率光伏逆变器中的多个IGBT开关管的栅极分别相连。

2.如权利要求1所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其特征在于，所述的交流电流采样电路包括多个交流侧霍尔电流传感器、多个采样电阻、多个电阻、多个电容；其中，所述的多个交流侧霍尔电流传感器包括第一霍尔电流传感器、第二霍尔电流传感器、第三霍尔电流传感器；所述的多个采样电阻包括第一电阻、第十一电阻、第二十一电阻；所述的多个电阻包括第二电阻R2、第十二电阻、第二十二电阻，所述的多个电容包括第一电容C1、第十一电容、第二十一电容；

其中，第一霍尔电流传感器的第一端是交流电流采样电路的A相输入端；第一霍尔电流传感器的第二端与第一电阻的第一端和第二电阻的第一端相连；第一电阻的第二端接地；第一电容的第二端接地；第二电阻的第二端与第一电容的第一端相连后作为交流电流采样电路的A相输出端；

第二霍尔电流传感器的第一端是交流电流采样电路的B相输入端；第二霍尔电流传感器的第二端与第十一电阻的第一端和第十二电阻的第一端相连；第十一电阻的第二端接地；第十一电容的第二端接地；第十二电阻的第二端与第十一电容的第一端相连后作为交流电流采样电路的B相输出端；

第三霍尔电流传感器的第一端是交流电流采样电路的C相输入端；第三霍尔电流传感器的第二端与第二十一电阻的第一端和第二十二电阻的第一端相连；第二十一电阻的第二端接地；第二十一电容的第二端接地；第二十二电阻的第二端与第二十一电容的第一端相连后作为交流电流采样电路的C相输出端。

3.如权利要求1所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其特征在于，所述的信号调理电路中包括A相运算放大回路，B相运算放大回路，C相运算放大回路，和多个电压跟随器；其中，电压跟随器包括第二运放、第十二运放、第二十二运放；A相运算放大回路包括第一运放、第三电阻、第四电阻，B相运算放大回路包括第十一运放、第十三电阻、第十四电阻，C相运算放大回路包括第二十一运放、第二十三电阻、第二十四电阻；

其中，第一运放、第十一运放、第二十一运放、和第二运放、第十二运放、第二十二运放，为LM258；

第一运放的同相端是信号调理电路的A相输入端；第三电阻的第一端与第一运放的反相端和第四电阻的第一端相连；第三电阻的第二端接地；第四电阻的第二端与第一运放的输出端、和第二运放的同相端相连；第五电阻的第二端接地；第二运放的反相端与第二运放的输出端和第五电阻的第一端相连，并作为信号调理电路的A相输出端；

第十一运放的同相端是信号调理电路的B相输入端；第十三电阻的第一端与第十一运放的反相端和第十四电阻的第一端相连；第十三电阻的第二端接地；第十四电阻的第二端与第十一运放的输出端、和第十二运放的同相端相连；第十五电阻的第二端接地；第十二运放的反相端与第十二运放的输出端和第十五电阻的第一端相连，并作为信号调理电路的B相输出端；

第二十一运放的同相端是信号调理电路的C相输入端；第二十三电阻的第一端与第二十一运放的反相端和第二十四电阻的第一端相连；第二十三电阻的第二端接地；第二十四电阻的第二端与第二十一运放的输出端、和第二十二运放的同相端相连；第二十五电阻的第二端接地；第二十二运放的反相端与第二十二运放的输出端和第二十五电阻的第一端相连，并作为信号调理电路的C相输出端。

4.如权利要求1所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其特征在于，所述的基准参考电压产生电路包括多个基准参考电压分压电阻、一个基准电压芯片和一个运算放大器——第四十一运放；其中，所述的基准电压芯片为LM236AZ5；所述的多个基准参考电压分压电阻包括第四十三电阻、第四十四电阻；

基准电压芯片的第一引脚接地；基准电压芯片的第三引脚开路；基准电压芯片的第二引脚与第三十九电阻的第一端、第七电容的第一端和第四十电阻的第一端相连；第三十九电阻的第二端与+15电压源相连；第七电容的第二端接地；第四十一运放的同相端与第四十电阻的第二端相连；第四十一运放的反相端与第四十一电阻的第二端和第四十二电阻的第一端相连；第四十一电阻的第一端接地；第四十一运放的输出端与第四十二电阻的第二端和第四十三电阻的第一端相连；第四十四电阻的第二端接地；第四十三电阻的第二端与第四十四电阻的第一端相连，作为基准参考电压产生电路的输出端。

5.如权利要求1所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其特征在于，所述的电流阈值检测电路包括一个电压比较器——第五运放、多个电阻和一个电容——第九电容，其中，电压比较器——第五运放为比较器LM2903；所述的多个电阻为——第十电阻、第四十五电阻；

第十电阻第一端即为电流阈值检测电路的第一输入端；第十电阻的第二端与第九电容的第一端和第五运放的反相端相连；第九电容的第二端接地；第四十五电阻的第一端即为电流阈值检测电路的第二输入端；第四十五电阻的第一端与第五运放的输出端相连，作为电流阈值检测电路的输出端。

6.如权利要求1所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其特征在于，所述的光耦隔离电路可包括快速光耦芯片、第三二极管、第四二极管和第四十六电阻；其中，所述的快速光耦芯片为TLP559；

光耦隔离电路的输入端为第三二极管的负极；电流阈值检测电路的输出端与第三二极管的负极相连；第三二极管的正极与快速光耦芯片的原边发光二极管负极端和第四二极管的正极相连；快速光耦芯片的原边发光二极管正极端和第四二极管的负极及第四十六电阻的第一端相连；第四十六电阻的第二端与+15V电源相连；快速光耦芯片的副边光电三极管的发射极接地；第四十七电阻的第二端与+5V电源相连；快速光耦芯片的副边光电三极管的集电极与第四十六电阻的第一端相连，作为光耦隔离电路的输出端。

7.如权利要求1所述的大功率光伏逆变器的短路保护电路，其特征在于，所述的DSP控制模块，包括电平转换芯片和DSP芯片；

其中，电平转换芯片为74LVC4245，DSP芯片为TMS320F2812；

电平转换芯片的第一端是DSP控制模块的输入端；电平转换芯片的第二端与DSP芯片的PDPINTA引脚相连；

所述的DSP芯片的多个PWM输出引脚是所述的DSP控制模块的输出端。

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