CN211018244U - 一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，通过滤波电路、分压比较电路以及分别连接于有源电力滤波器三相输出端用于分别检测三相输出端电压的电流传感器组成短路保护电路，电流传感器输出与电流相对应的电压信号后，直接与正电源分压和负电源分压提供的短路正负阈值电压相比较，比较器输出短路保护信号，进而封锁PWM缓冲器，从而实现有源电力滤波器输出保护，省去了传统检测升压单元和运放处理，从而使得电路更简单，短路响应时间更快，利用正电源分压和负电源分压提供正负阈值电压，分压简单，响应速度快；解决了现有有源电力滤波器短路保护方案中输出短路保护不完整，短路保护相应时间慢以及保护电路的抗扰性差的技术问题。

Description

一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路

技术领域

本实用新型属于电力电子技术领域，涉及一种电流检测和保护电路，具体涉及一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路。

背景技术

随着电网中整流装置，变频调速装置及工业电源等电力电子装置的不断增加，这些非线性负载带来的谐波问题越来越严重，作为用于动态抑制电力***谐波，补偿无功的新型电力电子装置，有源电力滤波器应用越来越广泛，对有源电力滤波器稳定性，可靠性和安全性的要求越来越高，而在使用过程中，输出线缆绝缘损坏，接线错误等都会造成有源电力滤波器输出短路，短路瞬间的大电流会超出IGBT模块正常电流的工作区。在IGBT要求的额定短路时间内如果不能有效的关断IGBT，会使IGBT短路过流而损坏。

为了保证有源电力滤波器稳定可靠的工作，同时保证有源电力滤波器装置在运行过程中不被损坏，需要设计各种保护功能，其中，输出短路保护功能需要在设计中优先考虑。因此输出短路保护的完整性，短路保护响应时间的快速性，以及短路保护电路的抗扰性和经济性等是考核有源电力滤波器性能的一个重要指标。现有短路保护是通过检测输出电流信号，在控制软件中设置短路电流阈值点，当软件检测到输出电流信号值超过短路阈值点时，软件停止发送IGBT控制信号，这种方法由于需要软件计算且进入中断程序，保护响应时间慢，易出现短路保护失效，无法实现有效快速的保护。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，包括滤波电路、分压比较电路以及分别连接于有源电力滤波器三相输出端用于分别检测三相输出端电压的电流传感器，每个电流传感器输出端连接一个滤波电路的输入端，每个滤波电路的输出端连接一个分压比较电路的输入端，三个分压比较电路输出端并联后连接PWM缓冲器，PWM缓冲器的控制端连接于有源电力滤波器控制IGBT的驱动电路。

进一步的，滤波电路包括滤波电阻R和滤波电容C，滤波电阻R一端与电流传感器输出端和滤波电容C一端连接，滤波电容C另一端接地，滤波电阻R另一端连接正电源分压电路的输入端和负电源分压电路的输入端。

进一步的，分压比较电路包括并联的正电源分压电路和负电源分压电路；正电源分压电路包括第一比较器、第一比较电阻和第二比较电阻，第一比较器的反向输入端接滤波电阻R的另一端，第一比较器的同向输出端接第一比较电阻和第二比较电阻的一端，第一比较电阻的另一端接正电源，第二比较电阻的另一端接地，第一比较器的的输出端接上拉电阻R和PWM缓冲器控制端；

负电源分压电路包括第二比较器、第三比较电阻和第四比较电阻，第二比较器的反向输入端接滤波电阻R的另一端，第二比较器的同向输出端接第三比较电阻和第四比较电阻的一端，第三比较电阻的另一端接负电源，第四比较电阻的另一端接地，第二比较器的的输出端接上拉电阻R和PWM缓冲器控制端。

进一步的，第一比较电阻的另一端接15V正电源，第三比较电阻的另一端接15V负电源。

进一步的，滤波电阻R阻值为50～150Ω，滤波电容C大小为100pF～1nF。

进一步的，电流传感器采用LS100-P/SP50型电流传感器。

进一步的，第一比较器和第二比较器均采用LM211比较器。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，通过滤波电路、分压比较电路以及分别连接于有源电力滤波器三相输出端用于分别检测三相输出端电压的电流传感器组成短路保护电路，电流传感器输出与电流相对应的电压信号后，直接与正电源分压和负电源分压提供的短路正负阈值电压相比较，比较器输出短路保护信号，并且由高电平跳变为低电平，进而封锁PWM缓冲器，从而实现有源电力滤波器输出保护，省去了传统检测升压单元和运放处理，从而使得电路更简单，短路响应时间更快，利用正电源分压和负电源分压提供正负阈值电压，分压简单，响应速度快；使用本电路，短路保护相应的时间能够小于IGBT额定短路时间10us。解决了现有有源电力滤波器短路保护方案中输出短路保护不完整，短路保护相应时间慢以及保护电路的抗扰性差的技术问题。

进一步的，滤波电阻为50～150Ω，滤波电容选择100pF～1nF，使滤波效果好，滤波时间短。

进一步的，比较器的反应时间对短路保护相应时间也有较大影响，需要选择反应时间相对快速的比较器，本电路中选择使用LM211作为比较器，其反应时间最长为200ns，相应速度快。

附图说明

图1为本实用新型的电路示意图。

图中：1为有源电力滤波器；2为第二电流传感器；3为第一电流传感器；4为第三电流传感器；5为滤波电路；6为正电源分压；7为负电源分压。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述：

如图1所示，本实用新型提供了一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，包括滤波电路5、分压比较电路以及分别连接于有源电力滤波器1三相输出端用于分别检测三相输出端电压的电流传感器，每个电流传感器输出端连接一个滤波电路5的输入端，每个滤波电路5的输出端连接一个分压比较电路的输入端，三个分压比较电路输出端并联后连接PWM缓冲器，PWM缓冲器的控制端连接于有源电力滤波器控制IGBT的驱动电路。

滤波电路5包括滤波电阻R和滤波电容C，滤波电阻R一端与电流传感器输出端和滤波电容C一端连接，滤波电容C另一端接地，滤波电阻R另一端连接正电源分压电路6的输入端和负电源分压电路7的输入端。

分压比较电路包括并联的正电源分压电路6和负电源分压电路7；正电源分压电路6包括第一比较器、第一比较电阻和第二比较电阻，第一比较器的反向输入端接滤波电阻R的另一端，第一比较器的同向输出端接第一比较电阻和第二比较电阻的一端，第一比较电阻的另一端接正电源，第二比较电阻的另一端接地，第一比较器的的输出端接上拉电阻R和PWM缓冲器控制端；

负电源分压电路7包括第二比较器、第三比较电阻和第四比较电阻，第二比较器的反向输入端接滤波电阻R的另一端，第二比较器的同向输出端接第三比较电阻和第四比较电阻的一端，第三比较电阻的另一端接负电源，第四比较电阻的另一端接地，第二比较器的的输出端接上拉电阻R和PWM缓冲器控制端；

第一比较电阻的另一端接15V正电源，第三比较电阻的另一端接15V负电源。

滤波电阻R阻值为50～150Ω，滤波电容C大小为100pF～1nF。

电流传感器采用LS100-P/SP50型电流传感器。

具体的，有源电力滤波器1的A相输出端连接有第一电流传感器2，有源电力滤波器1的B相输出端连接有第二电流传感器3，有源电力滤波器1的C相输出端连接有第三电流传感器4；三个电流传感器分别检测三相输出端输出电流对应的电压信号，具体的第一电流传感器2检测A相输出电流，对应输出A相的电压信号；第二电流传感器3检测B相的输出电流，对应输出B相的电压信号；第三电流传感器4检测C相的输出电流，对应输出C相的电压信号。

如图1所示，三个电流传感器分别以一个滤波电路5连接，具体的，第一电流传感器2的输出端连接滤波电阻R1和滤波电容C1，第二电流传感器3的输出端连接滤波电阻R2和滤波电容C2，第三电流传感器4的输出端连接滤波电阻R3和滤波电容C3；

第一比较器和第二比较器均采用LM211比较器。

电压信号滤波时间受电流信号RC滤波参数的影响，RC的滤波参数较小，滤波时间较小，但是滤波效果变差，有源电力滤波器抗扰能力下降，容易误触发短路信号，误报短路故障；RC的滤波参数较大，滤波效果好，有源电力滤波器抗扰能力提高，但是滤波时间较长，易使短路保护时间超过额定短路时间，从而使短路失效，损坏有源电力滤波器。

如图1所示，本实用新型电路中三个滤波电路的滤波电阻R为50～150Ω，滤波电容C为100pF～1nF；具体的滤波电阻R1为50Ω、100Ω或者150Ω，滤波电容C1为100pF、600pF或1nF；滤波电阻R2为70Ω、90Ω或者120Ω，滤波电容C2为200pF、500pF或900pF；滤波电阻R3为80Ω、110Ω或者140Ω，滤波电容C3为400pF、700pF或800pF。

本实用新型的工作原理是：当有源电力滤波器1输出短路时，电流传感器检测出的有源电力滤波器输出相的输出电流会急剧增加，并且其对应的电压信号急剧上升，当三个电压信号中的一路或者多路高于分压比较电路的正电源分压6的电压值或低于负电源分压7的电压值时，比较器输出短路保护信号，并且由高电平跳变为低电平，进而封锁PWM缓冲器，从而实现有源电力滤波器输出保护，电流传感器输出与电流相对应的电压信号后，直接与正电源分压和负电源分压提供的短路正负阈值电压相比较，省去了传统检测升压单元和运放处理，从而使得电路更简单，短路响应时间更快。正电源分压和负电源分压提供正负阈值电压比传统正电源分压计算保护电压的上限和下限电路上简单，分压计算简单，参数更容易匹配；使用本电路，短路保护相应的时间能够小于IGBT额定短路时间10us。

Claims (4)

1.一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，其特征在于，包括滤波电路(5)、分压比较电路以及分别连接于有源电力滤波器(1)三相输出端用于分别检测三相输出端电压的电流传感器，每个电流传感器输出端连接一个滤波电路(5)的输入端，每个滤波电路(5)的输出端连接一个分压比较电路的输入端，三个分压比较电路输出端并联后连接PWM缓冲器，PWM缓冲器的控制端连接于有源电力滤波器控制IGBT的驱动电路，滤波电路(5)包括滤波电阻R和滤波电容C，滤波电阻R一端与电流传感器输出端和滤波电容C一端连接，滤波电容C另一端接地，滤波电阻R另一端连接正电源分压电路(6)的输入端和负电源分压电路(7)的输入端，分压比较电路包括并联的正电源分压电路(6)和负电源分压电路(7)；正电源分压电路(6)包括第一比较器、第一比较电阻和第二比较电阻，第一比较器的反向输入端接滤波电阻R的另一端，第一比较器的同向输出端接第一比较电阻和第二比较电阻的一端，第一比较电阻的另一端接正电源，第二比较电阻的另一端接地，第一比较器的输出端接上拉电阻R和PWM缓冲器控制端；

负电源分压电路(7)包括第二比较器、第三比较电阻和第四比较电阻，第二比较器的反向输入端接滤波电阻R的另一端，第二比较器的同向输出端接第三比较电阻和第四比较电阻的一端，第三比较电阻的另一端接负电源，第四比较电阻的另一端接地，第二比较器的输出端接上拉电阻R和PWM缓冲器控制端，电流传感器采用LS100-P/SP50型电流传感器。

2.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，其特征在于，第一比较电阻的另一端接15V正电源，第三比较电阻的另一端接15V负电源。

3.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，其特征在于，滤波电阻R阻值为50～150Ω，滤波电容C大小为100pF～1nF。

4.根据权利要求1所述的一种有源电力滤波器输出电流检测短路保护电路，其特征在于，第一比较器和第二比较器均采用LM211比较器。

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