CN203274949U - 一种变流器过温检测及保护电路 - Google Patents
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Abstract
一种变流器过温检测及保护电路，属于电力电子变流器技术领域。包括：温度采集滤波电路（1）、最大值选择电路（2）、光耦隔离电路（3）、电压基准源电路（4）、过温滞环比较电路（5）；其中，电压基准源电路（4）分别与温度采集滤波电路（1）和过温滞环比较电路（5）相连；温度采集滤波电路（1）、最大值选择电路（2）、光耦隔离电路（3）、过温滞环比较电路（5）依次相连。优点在于，该电路完全基于硬件设计，不通过变流器主控芯片控制，并具有快速、安全、可靠等优点，相比于软件保护，能够在发生过温故障时迅速反应并自动启动保护机制，即使在变流器主控芯片失效的情况下也能启动保护动作，从而能够更有效地保护变流器及其外部设备。
Description
技术领域
本实用新型属于电力电子变流器技术领域，特别是提供了一种变流器过温检测及保护电路，适用于变流器功率模块及其散热器的过温检测和保护。
技术背景
随着电力电子技术的发展，变流器的应用日益广泛，如光伏逆变器、风电变流器、变频器等。大功率开关器件IGBT等作为变流器的核心部件且价格较高，一旦其损坏便会造成整个***的崩溃，因而是变流器保护功能设计时需要重点考虑的因素。在变流器工作过程中，由于其工作特性，大功率开关器件需要承受较大的电流和电压冲击，在电网、负载或者变流器本身出现故障的情况下，往往会导致流过器件的电流迅速超过其允许范围，由于受到制造工艺的制约，功率器件在这种情况下通常会因过温而损坏，因此过温检测及其保护电路的设计是变流器保护设计中必不可少的一环。
变流器过温保护通常有软件保护和硬件保护两方面，由于变流器的主控芯片的保护处理周期较长且工作时有死机的可能，而发生过温故障时通常在很短的时间内便会造成功率器件的损坏，因此软件保护通常作为备用保护措施。基于变流器主回路高电压大电流强干扰的特点以及过温故障时的突发性和快速性，因此有必要设计一种快速、安全、可靠的硬件过温保护电路，能够在发生过温故障时迅速反应并自动启动保护机制，同时具有设计简单、成本低廉的特点。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种变流器过温检测及保护电路，可快速、安全、可靠地反应变流器过温故障，保护变流器及其外部设备不受损坏。
本实用新型包括：温度采集滤波电路1、最大值选择电路2、光耦隔离电路3、电压基准源电路4、过温滞环比较电路5。其中电压基准源电路4分别与温度采集滤波电路1和过温滞环比较电路5相连，为其提供基准电压。温度采集滤波电路1、最大值选择电路2、光耦隔离电路3、过温滞环比较电路5依次相连，过温滞环比较电路5输出过温故障信号。
本实用新型所述的温度采集滤波电路1由3路完全相同的采集滤波电路组成，其中每路都由5V电压基准源、热敏电阻、采样电阻和RC滤波电路组成。5V电压基准源提供电压基准，热敏电阻和采样电阻进行分压，温度变化时采样电阻上分得的电压变化，RC滤波电路滤除采样信号的高频成分。通常选取采样电阻等于过温阈值所对应的热敏电阻阻值，对于负温度系数的热敏电阻，过温时采样信号电压低于2.5V。
本实用新型所述的最大值选择电路2由3个输出端带有二极管并接成电压跟随电路形式的运算放大器组成，3个输出端相连成公共输出端并对地接有电阻。3个二极管共阴极的情况下，由阳极电压值最大的二极管导通，因此该电路能够从3路温度采集信号中选择温度最大值输入到后级处理电路。公共输出端对地所接的电阻保证运放在输出端接二极管的情况下能正常工作。最大值选择电路使得后级处理电路的设计简单，减少了硬件成本。
本实用新型所述的光耦隔离电路3由2个运算放大器、1个光耦芯片和1个5V隔离电源模块组成。光耦芯片将后级保护处理电路与温度采集电路、变流器主回路进行了电气隔离，2个运算放大器电路分别作为光耦芯片的输入和输出，保证光耦芯片正常工作，通常选择2个光敏二极管相连的电阻阻值相同，这样光耦隔离的两边电压值是相同的。5V隔离电源模块为光耦隔离电路两端提供隔离的5V电源。
本实用新型所述的电压基准源电路4由2个稳压芯片和2个运算放大器组成。第1个稳压芯片为温度采集滤波电路1提供5V基准电压，保证温度采集的精确，其中稳压芯片输出的2.5V电压经运算放大器放大2倍，得到5V基准电压。第2个稳压芯片为过温滞环比较电路5提供2.5V基准电压，该基准电压由稳压芯片输出的2.5V电压经运算放大器电压跟随后得到。由于温度采集滤波电路1和过温滞环比较电路5电气隔离，故电压基准源电路由两组稳压芯片设计。
本实用新型所述的过温滞环比较电路5由1个比较器和1个二极管组成。比较器设计成可调限值滞环比较器形式，比较器的同相输入端接有2.5V电压基准和电位器，反相输入端接前级电路输出的温度电压信号。比较器的输出端与5V电源间接有发光二极管，当比较器输出低电平时，二极管点亮，指示过温故障状态。滞环比较器的门限宽度可以避免过温限值附近的频繁保护动作。改变电位器的阻值可以改变过温门限值。将过温滞环比较器输出的过温故障信号与变流器驱动信号进行硬件逻辑与运算便可迅速封锁驱动脉冲，从而停止变流器，完成保护过程。
温度采集电路利用热敏电阻检测变流器温度量，最大值选择电路能够从采集的多路温度中选取最大温度，光耦隔离电路确保变流器主回路与控制电路间有效的电气隔离，滞环比较电路输出故障信号并提高保护电路抗干扰能力，电压基准源电路为温度采集滤波电路和滞环比较电路提供电压基准，将过温故障信号与变流器驱动信号进行硬件逻辑运算可以迅速封锁驱动脉冲，从而停止变流器。该电路完全基于硬件设计，不通过变流器主控芯片控制，并具有快速、安全、可靠等优点，相比于软件保护，能够在发生过温故障时迅速反应并自动启动保护机制，即使在变流器主控芯片失效的情况下也能启动保护动作，从而能够更有效地保护变流器及其外部设备。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构。其中，温度采集滤波电路1、最大值选择电路2、光耦隔离电路3、电压基准源电路4、过温滞环比较电路5。
图2为本实用新型的具体电路。其中，温度采集滤波电路1、最大值选择电路2、光耦隔离电路3、电压基准源电路4、过温滞环比较电路5。
具体实施方式
本实用新型包括：温度采集滤波电路1、最大值选择电路2、光耦隔离电路3、电压基准源电路4、过温滞环比较电路5。其中电压基准源电路4分别与温度采集滤波电路1和过温滞环比较电路5相连，为其提供基准电压。温度采集滤波电路1、最大值选择电路2、光耦隔离电路3、过温滞环比较电路5依次相连，过温滞环比较电路5输出过温故障信号。
为了更为具体地描述本实用新型，下面结合附图及具体实施例对本实用新型的技术方案及其相关原理进行详细说明。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型清楚的解释。本实用新型绝不限于下面提出的任何具体配置，而是在不脱离本实用新型精神的前提下覆盖了相关元素或部件的任何修改、替换和改进。
如图1所示，本实用新型包括：温度采集滤波电路1、最大值选择电路2、光耦隔离电路3、电压基准源电路4、过温滞环比较电路5。其中电压基准源电路4分别与温度采集滤波电路1和过温滞环比较电路5相连，为其提供基准电压。温度采集滤波电路1、最大值选择电路2、光耦隔离电路3、过温滞环比较电路5依次相连，过温滞环比较电路5输出过温故障信号。
如图2所示，所述的温度采集滤波电路1，由3路完全相同的采集滤波电路组成，共采样3路温度信号。以第1路为例进行说明，该电路由电压基准源5VREF、热敏电阻Rt1、采样电阻R1和RC滤波电路R4、C1组成。5VREF提供电压基准，由Rt1和R1进行分压，温度变化时R1上分得的电压变化，R1上的电压信号经R4、C1组成的RC滤波电路滤除高频成分。通常选取采样电阻等于过温阈值所对应的热敏电阻阻值，对于负温度系数的热敏电阻，过温时采样信号电压低于2.5V。
所述的最大值选择电路2，由3个输出端带有二极管并接成电压跟随电路形式的运算放大器U1A、U1B、U2A组成，3个输出端相连成公共输出端并对地接有电阻R10，C4、C5为运放芯片LM358D的退耦电容，R7、R8、R9为运放的***电路，二极管D1、D2、D3共阴极，其导通取决于哪一路的阳极电压高，R10可以防止以上3个运算放大器输出端开路而无法正常工作。3个运放都接成电压跟随器形式，因此该电路能够从3路温度采集信号中选择温度最大值输入到后级处理电路。实际应用时，过温保护通常只关心最高温度，得到多路温度的最大值后，后级处理电路只需对这一路温度进行处理，故最大值选择电路使得后级处理电路的设计简单，减少了硬件成本。
所述的光耦隔离电路3，由运算放大器U2B和U5A、光耦芯片U3、5V隔离电源模块U4组成，C6、R11、R12、R13、C7、C8、R14、C9为***电路。光耦芯片U3将后级保护处理电路与温度采集电路、变流器主回路进行了电气隔离，为后级电路提供隔离5V电源5V2。运放U2B的输出通过R13驱动光耦芯片HCNR201的发光二极管，HCNR201的3、4脚和5、6脚接成对称形式，R12和R14通常选择相同阻值，这样光耦隔离后的电压信号与隔离前端一样。U4将5V1—0V1电源变换成隔离的5V2—0V2电源，为后级电路供电。
所述的电压基准源电路4，由稳压芯片U7、U9和运算放大器U8A、U8B、U5B组成，R22、R23、R24、R25、C11为运放的***电路。U7输出基准电压2.5V，对于U8A电阻R23和R24阻值相同，则其输出为输入的2倍电压，即5V基准电压。该电压为温度采集滤波电路1提供5V基准电压，保证温度采集的精确。U5B为电压跟随模式，输出2.5V基准电压，该电压为过温滞环比较电路5提供2.5V基准电压。由于温度采集滤波电路1和过温滞环比较电路5电气隔离，故电压基准源电路由两组稳压芯片U7和U9设计。
所述的过温滞环比较电路5，由比较器U6A和发光二极管LED1组成，R15、R16、R17、R18、R19、R20、C10为比较器的***电路，其中R20为输出上拉电阻，R18为电位器，R21为LED1的限流电阻。U6A设计成可调限值滞环比较器形式，其同相输入端接有2.5V电压基准2V5和电位器R18，温度电压信号经R15、R16分压到合适范围后后接比较器反相输入端，调节R18即可调节滞环比较器的门限值。当比较器输出低电平时，LED1点亮，指示过温故障状态。相比于一般比较器设计，滞环比较器的门限宽度可以避免过温限值附近的频繁保护动作。将过温滞环比较器输出的过温故障电平信号OVTMP与变流器驱动信号进行硬件逻辑与运算便可迅速封锁驱动脉冲，从而停止变流器，完成保护过程。
Claims (6)
1.一种变流器过温检测及保护电路，其特征在于，包括：温度采集滤波电路（1）、最大值选择电路（2）、光耦隔离电路（3）、电压基准源电路（4）、过温滞环比较电路（5）；其中，电压基准源电路（4）分别与温度采集滤波电路（1）和过温滞环比较电路（5）相连；温度采集滤波电路（1）、最大值选择电路（2）、光耦隔离电路（3）、过温滞环比较电路（5）依次相连。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的温度采集滤波电路（1）由3路完全相同的采集滤波电路组成，其中，每路都由5V电压基准源、热敏电阻、采样电阻和RC滤波电路组成。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的最大值选择电路（2）由3个输出端带有二极管并接成电压跟随电路形式的运算放大器组成，3个输出端相连成公共输出端并对地接有电阻。
4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的光耦隔离电路（3）由2个运算放大器、1个光耦芯片和1个5V隔离电源模块组成。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的电压基准源电路（4）由2个稳压芯片和2个运算放大器组成。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述的过温滞环比较电路（5）由1个比较器和1个二极管组成；比较器设计成可调限值滞环比较器形式，比较器的同相输入端接有2.5V电压基准和电位器，反相输入端接前级电路输出的温度电压信号；比较器的输出端与5V电源间接有发光二极管。
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