CN219957719U - 母线过流检测电路及装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种母线过流检测电路及装置，包括：采样支路、信号传输支路、转换支路和比较支路，采样支路连接逆变电路及信号传输支路，信号传输支路连接转换支路，转换支路连接比较支路。转换支路用于将采样信号转换为电压信号，比较支路包括稳压管和三极管，稳压管的第一端连接三极管的第一端，稳压管的第三端连接转换支路，三极管的第二端连接转换支路，三极管的第三端连接输出端口，比较支路用于将电压信号与稳压管的击穿电压及三极管的击穿电压进行比较并输出检测信号，以根据检测信号判断逆变电路是否过流。本实用新型完成逆变电路母线过流检测的同时降低了电路的设计及制造成本。

Description

母线过流检测电路及装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，具体涉及一种母线过流检测电路及装置。

背景技术

现有的变频器、伺服、UPS等产品电路结构一般都采用逆变拓扑结构，逆变电路的母线电容和逆变桥臂之间存在一个电流回路，该回路中的电流大小需要实时检测，以防止过流对逆变器造成损害。

发明人发现：现有技术中缺少能对逆变电路进行过流检测且成本低的母线过流检测电路，目前通常采用光耦隔离对应的母线过流检测电路来完成过流检测，大多需要使用运放、比较器等芯片来实现对采样信号进行处理，另外运放芯片等元件还需额外的电源进行供电，增加了产品的设计及制造成本。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是进行母线过流检测的同时降低母线过流检测电路的设计及制造成本。

鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种母线过流检测电路及装置，克服了上述问题或者至少部分地解决了上述问题。

根据本实用新型实施例的一个方面，提供了一种母线过流检测电路，所述母线过流检测电路包括：采样支路、信号传输支路、转换支路和比较支路，所述采样支路连接逆变电路及所述信号传输支路，所述信号传输支路连接所述转换支路，所述转换支路连接所述比较支路，所述比较支路连接输出端口，所述转换支路用于将采样信号转换为电压信号，所述比较支路包括稳压管和三极管，所述稳压管的第一端连接所述三极管的第一端，所述稳压管的第三端连接所述转换支路，所述三极管的第二端连接所述转换支路，所述三极管的第三端连接所述输出端口，所述比较支路用于将所述电压信号与所述稳压管的击穿电压及所述三极管的击穿电压进行比较并输出检测信号，以根据所述检测信号判断所述逆变电路是否过流。

在一种可选的方式中，所述采样支路包括：第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的两端连接在所述逆变电路的母线电容与逆变桥臂之间，所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述信号传输支路。

在一种可选的方式中，所述信号传输支路包括光耦和第一电容，所述第一电容的第一端连接所述第一电阻的第一端及所述光耦的第二端，所述第一电容的第二端连接所述第二电阻的第二端及所述光耦的第一端，所述光耦的第三端、所述光耦的第四端均连接所述转换支路。

在一种可选的方式中，所述信号传输支路还包括：第三电阻，所述第三电阻的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第二电阻的第二端。

在一种可选的方式中，所述转换支路包括：第四电阻、第五电阻、第二电容和第三电容，所述第四电阻的第一端连接所述光耦的第四端，所述第四电阻的第二端连接电源，所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端连接所述光耦的第三端及所述比较支路，所述第二电容的第一端连接所述第四电阻的第二端，所述第二电容的第二端接地，所述第三电容的第一端连接所述第五电阻的第一端及所述比较支路，所述第三电容的第二端连接所述第五电阻的第二端。

在一种可选的方式中，所述比较支路包括上拉单元、下拉单元和滤波单元，所述上拉单元连接所述滤波单元及所述下拉单元，所述下拉单元连接所述滤波单元，所述滤波单元还连接所述输出端口，所述上拉单元用于将所述检测信号上拉至电源电压，以使输出的检测信号为高电平，所述下拉单元用于将所述检测信号下拉至地，以使输出的检测信号为低电平。

在一种可选的方式中，所述上拉单元包括：第七电阻，所述第七电阻的第一端连接所述滤波单元及所述下拉单元，所述第七电阻的第二端连接电源。

在一种可选的方式中，所述下拉单元包括：稳压管、三极管和第六电阻，所述稳压管的第一端连接所述第六电阻的第二端，所述稳压管的第三端连接所述光耦的第三端及所述第五电阻的第二端，所述第六电阻的第一端连接所述第三电阻的第一端，所述三极管的第一端连接所述稳压管与所述第六电阻的公共端，所述三极管的第二端连接所述第六电阻的第一端，所述三极管的第三端连接所述第七电阻的第一端及所述滤波单元。

在一种可选的方式中，所述滤波单元包括：第八电阻和第四电容，所述第八电阻的第一端连接所述三极管与所述第七电阻的公共端，所述第八电阻的第二端连接所述输出端口，所述第四电容的第一端连接所述三极管的第二端，所述第四电容的第二端连接所述第八电阻的第二端。

根据本实用新型实施例的另一个方面，提供了一种母线过流检测装置，所述母线过流检测装置包括如上任一项所述的母线过流检测电路。

本实用新型的有益效果是：与现有技术中的母线过流检测电路相比，本实用新型提供的一种母线过流检测电路及装置，所述母线过流检测电路包括：采样支路、信号传输支路、转换支路和比较支路。所述采样支路连接逆变电路及所述信号传输支路，所述信号传输支路连接所述转换支路，所述转换支路连接所述比较支路，所述比较支路连接输出端口。所述转换支路用于将采样信号转换为电压信号；所述比较支路包括稳压管和三极管，所述稳压管的第一端连接所述三极管的第一端，所述稳压管的第三端连接所述转换支路，所述三极管的第二端连接所述转换支路，所述三极管的第三端连接所述输出端口，所述比较支路用于将所述电压信号与所述稳压管的击穿电压及所述三极管的击穿电压进行比较并输出检测信号，以根据所述检测信号判断所述逆变电路是否过流。本申请提供的母线过流检测电路通过以上连接关系不仅能够相互配合实现逆变电路的过流检测，而且通过去除运放、比较器等芯片及去除为运放芯片等元器件供电的电源，有效降低了整体母线过流检测电路的设计及制作成本。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的一种母线过流检测电路的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的母线过流检测电路的电路结构图；

图3是本实用新型实施例提供的母线过流检测电路应用于三相逆变电路的电路结构图；

图4是本实用新型实施例提供的母线过流检测电路应用于三相逆变电路的另一种电路结构图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。

母线过流检测电路是一种广泛应用于电力、电子、通信等领域的电路，可以检测电路中母线电流的大小以保证设备的安全，在进行母线过流检测时，由于涉及到强电和弱电之间的隔离和安全性，通常需要采用光耦隔离技术，将强电侧采集到的电流信号通过光耦隔离后，送到弱电侧进行处理和控制，为了提高电路的精度和稳定性，通常需要使用运放、比较器芯片等元件进行信号放大和滤波，以确保电路的准确性和可靠性，这些运放、比较器等芯片的成本较高，且运放芯片等元器件还需要电源供电，增加了电路的设计及制作成本。因此，如何在保证电路性能的前提下，降低成本是母线过流检测电路设计的重要课题。

请参阅图1，图1是本实用新型实施例提供的一种母线过流检测电路的结构框图，母线过流检测电路1包括：采样支路11、信号传输支路12、转换支路13和比较支路14，采样支路11连接逆变电路2及信号传输支路12，信号传输支路12连接转换支路13，转换支路13连接比较支路14，比较支路14连接输出端口。

当逆变电路2工作时，采样支路11有电流流过并将所述电流作为采样信号，通过信号传输支路12将采样信号传输至转换支路13，转换支路13可以将采样信号转换为电压信号并将所述电压信号发送至比较支路14，比较支路14包括稳压管和三极管，稳压管的第一端连接三极管的第一端，稳压管的第三端连接转换支路13，三极管的第二端连接转换支路13，三极管的第三端连接输出端口，比较支路14可以将电压信号与稳压管的击穿电压及三极管的击穿电压进行比较并输出检测信号，以根据检测信号判断逆变电路2是否过流。具体地，当检测信号为高电平，表示逆变电路不工作或正常工作；当检测信号为低电平，表示逆变电路输出异常电流过大。

请参阅图2，图2是本实用新型实施例提供的母线过流检测电路的电路结构图。

采样支路11包括：第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的两端连接在逆变电路2的母线电容与逆变桥臂之间，第二电阻R2的第一端连接第一电阻R1的第一端，第二电阻R2的第二端连接信号传输支路12。

信号传输支路12包括：光耦U1、第一电容C1和第三电阻R3。第三电阻R3的第一端连接第一电阻R1的第一端，第三电阻R3的第二端连接第二电阻R2的第二端，第一电容C1的第一端连接第三电阻R3的第一端，第一电容C1的第二端连接第三电阻R3的第二端，光耦U1的第一端连接第一电容C1的第二端，光耦U1的第二端连接第一电容C1的第一端，光耦U1的第三端及光耦U1的第四端均连接转换支路13。其中，所述第一电容C1为光耦U1原边的输入滤波电容，可以防干扰，实现对采样信号中的高频噪声的滤波，提高母线过流检测电路的稳定性和可靠性。

转换支路13包括：第四电阻R4、第五电阻R5、第二电容C2和第三电容C3。第四电阻R4的第一端连接光耦U1的第四端，第四电阻R4的第二端连接电源，第五电阻R5的第一端接地，第五电阻R5的第二端连接光耦U1的第三端及比较支路14，第二电容C2的第一端连接第四电阻R4的第二端，第二电容C2的第二端接地，第三电容C3的第一端连接第五电阻R5的第一端及比较支路14，第三电容C3的第二端连接第五电阻R5的第二端。其中，所述电源具体可以为+5V；所述第二电容C2为电源滤波退耦电容，可以进行电源滤波，用于消除电源噪声和其它高频噪声的影响，以提高母线过流检测电路的稳定性；所述第三电容C3为信号滤波电容，可以滤除高频噪声和干扰，使得信号的频率响应更加平滑和稳定。

比较支路14包括上拉单元141、下拉单元142和滤波单元143，上拉单元141连接滤波单元143及下拉单元142，下拉单元142连接滤波单元143，滤波单元143还连接输出端口。

上拉单元141可以将检测信号上拉至电源电压，以使输出的检测信号为高电平，其中，所述电源电压具体可以为+5V。下拉单元142可以将检测信号下拉至地，以使输出的检测信号为低电平。

具体地，上拉单元141包括第七电阻R7，第七电阻R7的第一端连接滤波单元143及下拉单元142，第七电阻R7的第二端连接电源。其中，所述电源具体可以为+5V。

下拉单元142包括稳压管D1、三极管Q1和第六电阻R6，稳压管D1的第一端连接第六电阻R6的第二端，稳压管D1的第三端连接光耦U1的第三端及第五电阻R5的第二端，第六电阻R6的第一端连接第三电阻R3的第一端，三极管Q1的第一端连接稳压管D1与第六电阻R6的公共端，三极管Q1的第二端连接第六电阻R6的第一端，三极管Q1的第三端连接第七电阻R7的第一端及滤波单元143。其中，三极管Q1的第一端是三极管Q1的基极，三极管Q1的第二端是三极管Q1的发射极，三极管Q1的第三端是三极管Q1的集电极。

滤波单元143包括第八电阻R8和第四电容C4，第八电阻R8的第一端连接三极管Q1与第七电阻R7的公共端，第八电阻R8的第二端连接输出端口，第四电容C4的第一端连接三极管Q1的第二端，第四电容C4的第二端连接第八电阻R8的第二端。所述滤波单元143可以对检测信号进行RC滤波，以防止信号干扰，提高检测信号的质量和可靠性。

请参阅图3，图3是本实用新型实施例提供的母线过流检测电路应用于三相逆变电路的电路结构图，第一电阻R1的第一端连接DC-网络母线电容C5的第二端，第一电阻R1的第二端连接逆变桥臂，三相逆变电路有不工作、正常工作及非正常工作三种状态，下面具体进行分析：

当三相逆变电路2不工作时，U端口、V端口及W端口均不输出电流，此时流过第一电阻R1的电流I_R1为0A，因此第一电阻R1两端没有电压，即第一电阻R1两端电压V_R1为0V，V_R1为0V时无法导通光耦U1原边的发光二极管，因此原边电流I_F为0A，光耦U1的原边不导通则光耦U1的副边处于开路状态，5V电压均加在光耦U1副边的第四端及第三端，即V_U1为5V，而第五电阻R5两端的电压V_R5为0V，V_R5不满足击穿稳压管D1导通三极管Q1，此时FO信号通过第七电阻R7上拉至5V，输出为高电平。其中，所述FO信号为检测信号。

当三相逆变电路2正常工作时，U端口、V端口和W端口输出额定电流，此时流过第一电阻R1的电流为I_R1，第一电阻R1两端的电压V_R1＝I_R1×R1，流过光耦U1的电流I_F为：

V_F为光耦U1原边发光二极管导通的压降，公式用约等于是因为光耦U1并联第三电阻R3，第三电阻R3会分一点电流，但第三电阻R3的阻值很大用于提高光耦U1的响应速度，因此分流可以忽略不计。此时光耦U1的副边电流I_R4与原边电流I_F成CTR关系，其中，所述CTR为光耦U1的电流传输比，具体为光耦U1副边电流与原边电流之比，即CTR＝Io/Ii。由于三相逆变电路2正常工作，因此稳压管D1不会被击穿，电流I_R5＝I_R4，电阻R5两端的电压V_R5＝I_R5×R5，此时V_R5小于稳压管D1的击穿电压V_D1加上三极管Q1的击穿电压，因此FO信号通过电阻R7上拉到5V，即检测信号输出为高电平。

逆变电路输出异常，U端口、V端口和W端口输出的电流远大于额定电流，此时得到流过第一电阻R1的电流I_R1，同时第一电阻R1两端电压V_R1＝I_R1×R1，流过光耦U1的电流I_F远大于正常工作时的I_F电流，所以光耦U1副边电流I_R4＝I_F×CTR也远大于正常工作时的I_R4电流，同时I_R5＝I_R4，第五电阻R5两端的电压V_R5＝I_R5×R5，此时V_R5电压大于稳压管D1击穿电压V_D1加上三极管Q1的击穿电压，此时三极管Q1导通，FO信号通过三极管Q1拉到了GND，即检测信号输出为低电平。

通过以上三种工况，三相逆变电路2不工作和正常工作时，检测信号都为高电平，只有三相逆变电路2输出异常电流过大时，检测信号为低电平，从而起到了检测母线过流的目的。

请参阅图4，将母线过流检测电路1放置在DC+上也能实现同样的功能，即第一电阻R1的第一端连接DC+网络母线电容C5的第一端，所述第一电阻R1的第二端连接逆变桥臂，与上述将母线过流检测电路1放置在DC－上实现过流检测相比，其工作原理类似，在实现过流检测时可以相互替代，并且在使用时可以根据实际需求进行选择。可以理解的是，本实用新型提供的母线过流检测电路1不仅可以对三相逆变电路的母线电流进行过流检测，还适用于其他逆变电路，例如：母线过流检测电路1还能对单相逆变电路的母线电流进行过流检测。

本实用新型提供的一种母线过流检测电路包括采样支路、信号传输支路、转换支路和比较支路，采样支路连接逆变电路及信号传输支路，信号传输支路连接转换支路，转换支路连接比较支路，比较支路连接输出端口。转换支路用于将采样信号转换为电压信号，比较支路包括稳压管和三极管，稳压管的第一端连接三极管的第一端，稳压管的第三端连接转换支路，三极管的第二端连接转换支路，三极管的第三端连接输出端口，比较支路用于将电压信号与稳压管的击穿电压及三极管的击穿电压进行比较并输出检测信号，以根据检测信号判断所述逆变电路是否过流。本申请提供的母线过流检测电路通过以上连接关系不仅能够相互配合实现逆变电路的过流检测，而且通过去除运放、比较器等芯片及去除为运放芯片等元器件供电的电源，有效降低了整体母线过流检测电路的设计及制作成本。

本实用新型实施例提供一种母线过流检测装置，所述母线过流检测装置包括上述实施例中所述的母线过流检测电路，未在本实施例中详尽描述的技术细节和有益效果可参见本实用新型实施例所提供的所述母线过流检测电路。

需要说明的是，本实用新型的说明书及其附图中给出了本实用新型的较佳的实施例，但是，本实用新型可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例，这些实施例不作为对本实用新型内容的额外限制，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。并且，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本实用新型说明书记载的范围；进一步地，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种母线过流检测电路，其特征在于，所述母线过流检测电路包括：采样支路、信号传输支路、转换支路和比较支路；

所述采样支路连接逆变电路及所述信号传输支路，所述信号传输支路连接所述转换支路，所述转换支路连接所述比较支路，所述比较支路连接输出端口；

所述转换支路用于将采样信号转换为电压信号；

所述比较支路包括稳压管和三极管，所述稳压管的第一端连接所述三极管的第一端，所述稳压管的第三端连接所述转换支路，所述三极管的第二端连接所述转换支路，所述三极管的第三端连接所述输出端口，所述比较支路用于将所述电压信号与所述稳压管的击穿电压及所述三极管的击穿电压进行比较并输出检测信号，以根据所述检测信号判断所述逆变电路是否过流。

2.根据权利要求1所述的母线过流检测电路，其特征在于，所述采样支路包括：第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的两端连接在所述逆变电路的母线电容与逆变桥臂之间，所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第二电阻的第二端连接所述信号传输支路。

3.根据权利要求2所述的母线过流检测电路，其特征在于，所述信号传输支路包括光耦和第一电容；

所述第一电容的第一端连接所述第一电阻的第一端及所述光耦的第二端，所述第一电容的第二端连接所述第二电阻的第二端及所述光耦的第一端，所述光耦的第三端、所述光耦的第四端均连接所述转换支路。

4.根据权利要求3所述的母线过流检测电路，其特征在于，所述信号传输支路还包括：第三电阻；

所述第三电阻的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第三电阻的第二端连接所述第二电阻的第二端。

5.根据权利要求3所述的母线过流检测电路，其特征在于，所述转换支路包括：第四电阻、第五电阻、第二电容和第三电容；

所述第四电阻的第一端连接所述光耦的第四端，所述第四电阻的第二端连接电源，所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端连接所述光耦的第三端及所述比较支路，所述第二电容的第一端连接所述第四电阻的第二端，所述第二电容的第二端接地，所述第三电容的第一端连接所述第五电阻的第一端及所述比较支路，所述第三电容的第二端连接所述第五电阻的第二端。

6.根据权利要求1所述的母线过流检测电路，其特征在于，所述比较支路包括上拉单元、下拉单元和滤波单元；

所述上拉单元连接所述滤波单元及所述下拉单元，所述下拉单元连接所述滤波单元，所述滤波单元还连接所述输出端口；

所述上拉单元用于将所述检测信号上拉至电源电压，以使输出的检测信号为高电平；

所述下拉单元用于将所述检测信号下拉至地，以使输出的检测信号为低电平。

7.根据权利要求6所述的母线过流检测电路，其特征在于，所述上拉单元包括：第七电阻；

所述第七电阻的第一端连接所述滤波单元及所述下拉单元，所述第七电阻的第二端连接电源。

8.根据权利要求7所述的母线过流检测电路，其特征在于，所述下拉单元包括：稳压管、三极管和第六电阻；

所述稳压管的第一端连接所述第六电阻的第二端，所述稳压管的第三端连接光耦的第三端及第五电阻的第二端，所述第六电阻的第一端连接第三电阻的第一端，所述三极管的第一端连接所述稳压管与所述第六电阻的公共端，所述三极管的第二端连接所述第六电阻的第一端，所述三极管的第三端连接所述第七电阻的第一端及所述滤波单元。

9.根据权利要求8所述的母线过流检测电路，其特征在于，所述滤波单元包括：第八电阻和第四电容；

所述第八电阻的第一端连接所述三极管与所述第七电阻的公共端，所述第八电阻的第二端连接所述输出端口，所述第四电容的第一端连接所述三极管的第二端，所述第四电容的第二端连接所述第八电阻的第二端。

10.一种母线过流检测装置，其特征在于，所述母线过流检测装置包括如权利要求1-9任一项所述的母线过流检测电路。