CN102005912B

CN102005912B - 一种正弦波逆变器的双重过流保护电路

Info

Publication number: CN102005912B
Application number: CN201010584800.4A
Authority: CN
Inventors: 汪军; 周治国
Original assignee: Guangdong Real Design Intelligent Technology Co Ltd
Current assignee: Guangdong Real Design Intelligent Technology Co Ltd
Priority date: 2010-12-13
Filing date: 2010-12-13
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2030-12-13
Also published as: CN102005912A

Abstract

本发明是一种正弦波逆变器的双重过流保护电路。包括有前级母线电流检测电路（1）、后级负载电流检测电路（2）、控制保护电路（3）和驱动输出，其中前级母线电流检测电路（1）的信号输出端及后级负载电流检测电路（2）的信号输出端分别与控制保护电路（3）的信号输入端连接，控制保护电路（3）的信号输入端为驱动输出。本发明前级母线电流检测保护采用软件保护，后级负载电流检测保护采用硬件直接保护，并且前级母线电流检测信号的输入通过一个二极管与后级负载电流检测硬件保护信号相连，形成一个连动保护电路。本发明具有过流双重保护功能、可靠性高、连动保护动作执行速度快、避免保护的误动作。本发明是一种设计合理，方便实用的正弦波逆变器的双重过流保护电路。

Description

一种正弦波逆变器的双重过流保护电路

技术领域

本发明是一种正弦波逆变器的双重过流保护电路，属于逆变器技术领域。

背景技术

目前，在电源技术领域，负载短路、故障过流等情况下常常会引起电路中一些元器件流过大电流，特别是功率管，如果不采取相应的保护预防措施，可能会导致关键器件的烧毁，甚至是整个电路板损坏使电源无法正常工作。过流保护电路就是一种在此种情况下保护整个电路使其不受损坏的电路。

在通常电源产品的应用场合中，功率开关管是过流保护的主要对象，目前传统的解决方案主要有以下几种：方法一是在后级逆变输出进行电流检测，控制电路根据负载电流值来控制功率管通断，来达到过流保护的作用。方法二是在前级母线端检测电流，控制电路根据母线电流大小来控制功率管通断，来实现保护。方案三是通过设置分压电阻来对直流母线高压进行取样分析，来判断电路是否出现短路或过流故障来实现保护。

以上这几种传统保护措施在实际使用中存在一些问题和不足：第一，大部分电路都只采用了其中一种保护措施，在逆变器长时间的工作过程中，如果保护电路出现局部的问题或者由于个别器件硬损坏而使检测电路不灵或失效，在短路过流时保护就不起作用，而短路过流对电源产品的损坏是致命的。第二：采用方法一和方法二为了使短路过流保护快速响应，常采用硬件保护，但采用硬件保护后如果逆变器带感性负载会有瞬时的冲击电流，会引起保护电路误动作；如果采用软件保护，短路过流保护快速响应又达不到。采用方法三也存在以上问题，另外，方法三是通过采样分析后来实现动作，保护动作执行速度慢。

发明内容

本发明的目的在于考虑上述问题而提供一种具有过流双重保护功能、可靠性高、连动保护动作执行速度快、避免保护的误动作的正弦波逆变器的双重过流保护电路。本发明设计合理，方便实用。

本发明的技术方案是：本发明的正弦波逆变器的双重过流保护电路，包括有前级母线电流检测电路、后级负载电流检测电路、控制保护电路，其中前级母线电流检测电路的信号输出端及后级负载电流检测电路的信号输出端分别与控制保护电路的信号输入端连接，控制保护电路的信号输入端为驱动输出。

上述前级母线电流检测电路由升压高频变压器T1、电流互感器L3，高压整流二极管D7～D10，整流二极管D2～D5，取样电阻R1，电阻R25，电阻R27～R30，滤波电容C19、C20，电压比较器U1A和光耦OP2组成，升压高频变压器T1、电流互感器L3，高压整流二极管D7-D10依次串联连接，整流二极管输出为母线直流高压；电流互感器L3次级一端与整流二极管D2的阴极、D3的阳极相连，另一端与整流二极管D4的阴极、D5的阳极相连，取样电阻R1一端接地，一端接整流输出V_P_I+；基准分压电阻R27、R28串联后与电压比较器U1A的3脚相连，R27的另一端接基准电压G2.5V，R28另一端接地，取样电压V_P_I+经过电阻R25，滤波电容C19、C20后与电压比较器U1A的2脚相连，电阻R29跨接在电压比较器U1A的3脚和1脚之间；电压比较器U1A的输出经过电阻R30与光耦OP2的LED的阴极相连，光耦OP2的LED的阳极与电压G5V相连，光耦OP2输出边一端接地，一端为过流检测信号输出OC_IN。

上述高压整流二极管D7-D10依次串联连接的输出为母线直流高压+320V。

上述后级负载电流检测电路由电压放大器U3A、电压比较器U5A、电阻R33～R39，R31，R26，R43，R58、滤波电容C31, C29，C56组成，取样电阻R36一端与后级负载电流输出AC_I相连，一端与分压电阻R58相连；R58与分压电阻R31相连后再与电阻R35相连，R31另一端接地，R35另一端与电压放大器U3A的3脚相连，滤波电容C31一端接U3A的3脚，一端接地；电阻R34与R38串联后与电压放大器U3A的2脚相连，电阻R34另一端接地，电阻R38另一端接U3A的1脚；取样电阻R39、R26串联后与电压比较器U5A的2脚相连，R39的另一端接电压放大器U3A的1脚，R26另一端接地，滤波电容C56与电阻R26并联；基准电压取样电阻R37、R38串联后与电压比较器U5A的3脚相连，R38的另一端接基准电压G2.5V，R37另一端接地，滤波电容C29与电阻R37并联；电阻R43跨接在电压比较器U5A的3脚和1脚之间，电压比较器U5A的1脚为过流硬件保护信号输出shutdown。

上述控制保护电路由单片机U10、驱动芯片U2，U4、三极管Q11、二极管D1，D6、电阻R50～R55，R57，R32以及滤波电容C21，C38组成，单片机U10的14脚与过流检测信号OC_IN相连，U10的15脚输出过流控制信号OC_DISABLE与电阻R53相连，单片机U10的18脚、17脚分别通过电阻R54、R55与驱动芯片U2的2脚、U4的2脚相连，上拉电阻R57、R51一端与D5V相连，一端与驱动芯片的2脚相连；三极管Q11的集电极分别与上拉电阻R50、驱动芯片的3脚、二极管D6的阳极以及滤波电容C38相连，三极管Q11的基极与电阻R53、上拉电阻R52相连，三极管Q11的发射极接地；二极管D6的阴极、二极管D1的阴极和过流硬件保护信号shutdown相连，二极管D1的阳极分别与电阻R32、电容C21、单片机U10的14脚相连，电阻R32另一端接D3.3V，电容C21另一端接地。

上述控制保护电路中三极管Q11为NPN型三极管。

本发明由于采用同时采用前级母线电流检测和后级负载电流检测，并将两者有机结合起来形成双重保护的结构，它具有过流双重保护可靠性高、连动保护动作执行速度快、避免保护的误动作等特点。本发明可靠性增强；另外，本发明前级母线电流检测保护采用软件保护，后级负载电流检测保护采用硬件直接保护，并且前级母线电流检测信号的输入通过一个二极管与后级负载电流检测硬件保护信号相连，形成一个连动保护电路。短路过流时，后级硬件保护起作用的同时会带动前级软件保护动作,连动保护动作执行速度快；前级过流软件保护起作用时后级硬件保护不一定动作，这样可以避免逆变器带感性负载时因瞬时的冲击电流引起保护误动作。本发明正弦波逆变器的双重过流保护电路的组成元件均为常用元件，与采用集成化的电流保护模块相比，具有成本低的优势，是一种设计简单，方便实用的正弦波逆变器的双重过流保护电路。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为本发明前级母线电流检测电路的电路原理图；

图3为本发明后级负载电流检测电路的电路原理图；

图4为本发明控制保护电路的电路原理图。

具体实施方式

实施例：

本发明的原理框图如图1所示，本发明的正弦波逆变器的双重过流保护电路，包括有前级母线电流检测电路1、后级负载电流检测电路2、控制保护电路3，其中前级母线电流检测电路1的信号输出端及后级负载电流检测电路2的信号输出端分别与控制保护电路3的信号输入端连接，控制保护电路3的信号输入端为驱动输出。

本实施例中，上述前级母线电流检测电路1的电路原理图如图2所示，由升压高频变压器T1、电流互感器L3，高压整流二极管D7～D10，整流二极管D2～D5，取样电阻R1，电阻R25，电阻R27～R30，滤波电容C19、C20，电压比较器U1A和光耦OP2组成，升压高频变压器T1、电流互感器L3，高压整流二极管D7-D10依次串联连接，整流二极管输出为母线直流高压；电流互感器L3次级一端与整流二极管D2的阴极、D3的阳极相连，另一端与整流二极管D4的阴极、D5的阳极相连，取样电阻R1一端接地，一端接整流输出V_P_I+；基准分压电阻R27、R28串联后与电压比较器U1A的3脚相连，R27的另一端接基准电压G2.5V，R28另一端接地，取样电压V_P_I+经过电阻R25，滤波电容C19、C20后与电压比较器U1A的2脚相连，电阻R29跨接在电压比较器U1A的3脚和1脚之间；电压比较器U1A的输出经过电阻R30与光耦OP2的LED的阴极相连，光耦OP2的LED的阳极与电压G5V相连，光耦OP2输出边一端接地，一端为过流检测信号输出OC_IN。

上述后级负载电流检测电路2的电路原理图如图3所示，由电压放大器U3A、电压比较器U5A、电阻R33～R39，R31，R26，R43，R58、滤波电容C31, C29，C56组成，取样电阻R36一端与后级负载电流输出AC_I相连，一端与分压电阻R58相连；R58与分压电阻R31相连后再与电阻R35相连，R31另一端接地，R35另一端与电压放大器U3A的3脚相连，滤波电容C31一端接U3A的3脚，一端接地；电阻R34与R38串联后与电压放大器U3A的2脚相连，电阻R34另一端接地，电阻R38另一端接U3A的1脚；取样电阻R39、R26串联后与电压比较器U5A的2脚相连，R39的另一端接电压放大器U3A的1脚，R26另一端接地，滤波电容C56与电阻R26并联；基准电压取样电阻R37、R38串联后与电压比较器U5A的3脚相连，R38的另一端接基准电压G2.5V，R37另一端接地，滤波电容C29与电阻R37并联；电阻R43跨接在电压比较器U5A的3脚和1脚之间，电压比较器U5A的1脚为过流硬件保护信号输出shutdown。

上述控制保护电路3的电路原理图如图4所示，由单片机U10、驱动芯片U2，U4、三极管Q11、二极管D1，D6、电阻R50～R55，R57，R32以及滤波电容C21，C38组成，单片机U10的14脚与过流检测信号OC_IN相连，U10的15脚输出过流控制信号OC_DISABLE与电阻R53相连，单片机U10的18脚、17脚分别通过电阻R54、R55与驱动芯片U2的2脚、U4的2脚相连，上拉电阻R57、R51一端与D5V相连，一端与驱动芯片的2脚相连；三极管Q11的集电极分别与上拉电阻R50、驱动芯片的3脚、二极管D6的阳极以及滤波电容C38相连，三极管Q11的基极与电阻R53、上拉电阻R52相连，三极管Q11的发射极接地；二极管D6的阴极、二极管D1的阴极和过流硬件保护信号shutdown相连，二极管D1的阳极分别与电阻R32、电容C21、单片机U10的14脚相连，电阻R32另一端接D3.3V，电容C21另一端接地。本实施例中，上述控制保护电路3中三极管Q11为NPN型三极管。

本发明的工作原理如下：参照图1～图4，逆变器正常工作时，本发明的双重保护电路不起作用。当电路出现过流故障时，前级母线电流会增大，电流互感器检测电流P_I+也随之增加，当P_I+超过电流保护点时，取样电压V_P_I+会大于电压比较器U1A是3脚基准电压U3，也就是U2＞U3，电压比较器U1A的1脚输出低电平，此时光耦导通输出低电平，也就是过流检测信号OC_IN为低电平，单片机U10的14脚检测到低电平后，延时一段时间，单片机U10的15脚输出高电平，即OC_DISABLE为高电平，此时三极管Q11导通，将驱动芯片U2、U4的3脚拉低关断驱动芯片的输出，逆变器被关闭。此时，后级负载电流未达到其保护点，硬件保护不起作用。如果此时过流是因为逆变器带感性负载瞬时大电流引起的，由于采用了软件延时保护，不会引起保护的误动作。当电路出现短路过流时，后级负载电流AC_I会突然增大，电流会瞬时超过电流保护点，同时取样电压的增加会使电压比较器U5A的2脚电压大于3脚的基准电压，电压比较器U5A的输出低电平，即关断信号shutdown为低电平，此时控制保护电路3中二极管D6导通，将驱动芯片U2、U4的3脚拉低关断驱芯片的输出，逆变器被关闭。与此同时，当shutdown为低电平时，电阻R32、二极管D1形成回路，单片机U10的14脚被拉低，也就是过流检测信号OC_IN为低电平，软件保护起作用，这样对短路保护就起到双重连动保护的作用。

Claims

1.一种正弦波逆变器的双重过流保护电路，其特征在于包括有前级母线电流检测电路（1）、后级负载电流检测电路（2）、控制保护电路（3），其中前级母线电流检测电路（1）的信号输出端及后级负载电流检测电路（2）的信号输出端分别与控制保护电路（3）的信号输入端连接，控制保护电路（3）的信号输出端为驱动输出；上述前级母线电流检测电路（1）由升压高频变压器T1、电流互感器L3，高压整流二极管D7～D10，整流二极管D2～D5，取样电阻R1，电阻R25，电阻R27～R30，滤波电容C19、C20，电压比较器U1A和光耦OP2组成，升压高频变压器T1、电流互感器L3，高压整流二极管D7-D10依次串联连接，整流二极管输出为母线直流高压；电流互感器L3次级一端与整流二极管D2的阴极、D3的阳极相连，另一端与整流二极管D4的阴极、D5的阳极相连，取样电阻R1一端接地，一端接整流输出V_P_I+；基准分压电阻R27、R28串联后与电压比较器U1A的3脚相连，R27的另一端接基准电压G2.5V，R28另一端接地，取样电压V_P_I+经过电阻R25，滤波电容C19、C20后与电压比较器U1A的2脚相连，电阻R29跨接在电压比较器U1A的3脚和1脚之间；电压比较器U1A的输出经过电阻R30与光耦OP2的LED的阴极相连，光耦OP2的LED的阳极与电压G5V相连，光耦OP2输出边一端接地，一端为过流检测信号输出OC_IN; 上述后级负载电流检测电路（2）由电压放大器U3A、电压比较器U5A、电阻R33～R39，R31，R26，R43，R58、滤波电容C31, C29，C56组成，取样电阻R36一端与后级负载电流输出AC_I相连，一端与分压电阻R58相连；R58与分压电阻R31相连后再与电阻R35相连，R31另一端接地，R35另一端与电压放大器U3A的3脚相连，滤波电容C31一端接U3A的3脚，一端接地；电阻R34与R38串联后与电压放大器U3A的2脚相连，电阻R34另一端接地，电阻R38另一端接U3A的1脚；取样电阻R39、R26串联后与电压比较器U5A的2脚相连，R39的另一端接电压放大器U3A的1脚，R26另一端接地，滤波电容C56与电阻R26并联；基准电压取样电阻R37、R38串联后与电压比较器U5A的3脚相连，R38的另一端接基准电压G2.5V，R37另一端接地，滤波电容C29与电阻R37并联；电阻R43跨接在电压比较器U5A的3脚和1脚之间，电压比较器U5A的1脚为过流硬件保护信号输出shutdown。

2.根据权利要求1所述的正弦波逆变器的双重过流保护电路，其特征在于上述高压整流二极管D7-D10依次串联连接的输出为母线直流高压+320V。

3.根据权利要求1所述的正弦波逆变器的双重过流保护电路，其特征在于上述控制保护电路（3）由单片机U10、驱动芯片U2，U4、三极管Q11、二极管D1，D6、电阻R50～R55，R57，R32以及滤波电容C21，C38组成，单片机U10的14脚与过流检测信号OC_IN相连，U10的15脚输出过流控制信号OC_DISABLE与电阻R53相连，单片机U10的18脚、17脚分别通过电阻R54、R55与驱动芯片U2的2脚、U4的2脚相连，上拉电阻R57、R51一端与D5V相连，一端与驱动芯片的2脚相连；三极管Q11的集电极分别与上拉电阻R50、驱动芯片的3脚、二极管D6的阳极以及滤波电容C38相连，三极管Q11的基极与电阻R53、上拉电阻R52相连，三极管Q11的发射极接地；二极管D6的阴极、二极管D1的阴极和过流硬件保护信号shutdown相连，二极管D1的阳极分别与电阻R32、电容C21、单片机U10的14脚相连，电阻R32另一端接D3.3V，电容C21另一端接地。

4.根据权利要求3所述的正弦波逆变器的双重过流保护电路，其特征在于上述控制保护电路（3）中三极管Q11为NPN型三极管。