CN103424598B - 逆变系统输出电压检测电路和逆变系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种逆变系统输出电压检测电路和逆变系统。所述逆变系统输出电压检测电路中的响应子电路与逆变系统的电压输出端相连接，在接收到PWM波后产生相应的动态响应和稳态响应；保护子电路与所述响应子电路相连接，在接收到所述响应子电路传输的电平时，执行相应的保护操作；高速光耦与所述保护子电路相连接，用于输出相应的待检测电平信号，以便待检测装置对所述待检测电平信号进行检测。在该电路中，设置了执行动态响应操作的响应子电路，在接收到逆变系统输出的PWM波时，产生的动态响应能够加快高速光耦的导通，以便由导通的高速光耦产生与所述PWM波相对应的待检测电平信号，增加电路的响应速度。

Description

逆变系统输出电压检测电路和逆变系统

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种逆变系统输出电压检测电路和逆变系统。

背景技术

变频器和EPS（EmergencyPowerSupply，应急电源系统）等系统中，逆变是其非常重要的功能部分，因此可将其称为逆变系统。逆变系统在工作时，一般都是通过PWM（脉冲宽度调制，PulseWidthModulation）方式实现，PWM波产生的效果对研究逆变系统的工作状态具有重要作用。但是，逆变系统在工作时，由于电路本身的寄生参数影响，逆变系统产生的PWM波会出现延时、畸变等问题，从而与理想波形相比具有差异。因此，需要对PWM波形进行检测，获取其与理想波形间的差异，以便后续根据所述差异对PWM进行补偿，以便获得更好的PWM波形效果。

现有技术中，参见图1所示的电路结构示意图，对PWM波进行检测的方式，主要是在逆变系统的初、次级间跨接电阻，以获取较大的电压，再通过差分放大器，将电压的差值放大，通过检测放大的电压差值，获取PWM波相应的电平信息，通过对所述电平信息的检测，获取PWM波是否出现延时和畸变等信息。

但是，发明人在本申请的研究过程中发现，现有技术对PWM波进行检测的方式，由于安规绝缘的要求，跨接的电阻需为大阻值的电阻，滤波周期长，从而具有响应时间慢的缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种变系统输出电压检测电路和逆变系统，以解决现有技术中具有的响应时间慢的缺陷，具体实施方案如下：

一种逆变系统输出电压检测电路，包括：

响应子电路，所述响应子电路与逆变系统的电压输出端相连接，用于在接收到所述逆变系统的电压输出端输出的PWM波信号时，产生相应的动态响应和稳态响应；

保护子电路，所述保护子电路的一端与所述响应子电路相连接，另一端与所述逆变系统的负母线相连接，用于在接收到所述响应子电路输出的电平信号时，执行相应的保护操作；

高速光耦和次级上拉电阻，所述高速光耦的初级与所述保护子电路相连接，所述高速光耦的次级分别与外接电源和所述次级上拉电阻相连接，用于将所述高速光耦的次级输出的待检测电平信号传输至待检测装置。

优选的，所述逆变系统输出电压检测电路还包括：

去耦子电路，所述去耦子电路的一端分别与所述高速光耦和所述外接电源的连接端相连接，另一端接地。

优选的，所述响应子电路包括：限流电阻、动态响应电容和动态响应限流电阻，其中，

所述限流电阻的一端与所述逆变系统的电压输出端相连接，所述限流电阻的另一端与所述动态响应限流电阻的一端相连接；

所述动态响应电容的一端分别与所述限流电阻的一端、所述逆变系统的电压输出端相连接，所述动态响应电容的另一端与所述限流电阻的另一端相连接；

所述动态响应限流电阻的一端分别与所述限流电阻的另一端、所述动态响应电容的另一端相连接，所述动态响应限流电阻的另一端与所述保护子电路相连接。

优选的，所述保护子电路包括：分流电阻和保护二极管，其中，

所述分流电阻的一端与所述响应子电路相连接，所述分流电阻的另一端与所述逆变系统的负母线相连接；

所述保护二极管的负极分别与所述分流电阻的一端、所述响应子电路相连接，所述保护二极管的正极分别与所述分流电阻的另一端、所述逆变系统的负母线相连接。

优选的，

所述高速光耦的第一引脚和第四引脚置空，所述高速光耦的第二引脚分别与所述响应子电路、所述保护子电路相连接，所述高速光耦的所述第三引脚分别与所述保护子电路、所述逆变系统的负母线相连接；所述高速光耦的第五引脚接地，所述高速光耦的第六引脚输出所述待检测电平信号，并与所述次级上拉电阻的一端相连接，所述高速光耦的第七引脚和第八引脚与所述外接电源和所述次级上拉电阻的另一端相连接。

优选的，所述去耦子电路为去耦电容。

优选的，所述外接电源为5V。

相应的，本发明还公开了一种逆变系统，包括：

如上所述的逆变系统输出电压检测电路。

本申请所公开的逆变系统输出电压检测电路，接收PWM波作为被检测信号，并将其转化为待检测电平信号，以便待检测装置对其进行检测。该电路中的响应子电路与逆变系统的电压输出端相连接，其中所述逆变系统的电压输出端输出PWM波，所述响应子电路在接收到所述逆变系统的电压输出端输出的PWM波时，产生相应的动态响应和稳态响应；保护子电路与所述响应子电路相连接，在接收到所述响应子电路传输的电平时，执行相应的保护操作；高速光耦与所述保护子电路相连接，在接收到所述保护子电路输出的电平信息后，输出相应的待检测电平信号，以便待检测装置在接收到所述待检测电平信号后，根据对所述待检测电平信号的检测结果，获悉所述PWM波的延时和畸变情况。

在所述逆变系统输出电压检测电路中，设置了执行动态响应操作和稳态响应的响应子电路，在接收到逆变系统输出的PWM波时，产生的动态响应能够加快高速光耦的导通，以便由导通的高速光耦产生与所述PWM波相对应的待检测电平信号，增加电路的响应速度。

进一步的，在RC振荡电路中，动态响应电容的电容值越大，限流电阻的阻值越小，电路的响应速度越快，动态响应电容和限流电阻的参数可调整，从而更改电路响应速率。而本申请公开的逆变系统输出电压检测电路中，通过设置动态响应电容增加电路的响应速度，这种情况下，电路中可使用更大阻值的限流电阻，从而能够减小限流电阻的成本，减少电路工作时的功耗。

而且，在本申请公开的逆变系统输出电压检测电路中，分别设置有高速光耦和去耦子电路，其中所述高速光耦能够对输入、输出信号起隔离的作用，减少了其他元器件的干扰，所述去耦子电路中的去耦电容能够防止高速光耦的外接电源受到干扰，都提高了该检测电路的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术公开的一种PWM波检测电路；

图2为本发明实施例公开的一种逆变系统输出电压检测电路的结构示意图；

图3为本发明实施例公开的另一种逆变系统输出电压检测电路的结构示意图；

图4为本发明实施例公开的一种逆变系统输出电压检测电路中，响应子电路的结构示意图；

图5为本发明实施例公开的一种逆变系统输出电压检测电路中，保护子电路和高速光耦的结构示意图；

图6为本发明实施例公开的另一种逆变系统输出电压检测电路的结构示意图；

图7为本发明实施例公开的逆变系统电压输出端输出的PWM波和逆变系统输出电压检测电路输出的待检测电平信号的波形示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术中在对PWM波进行检测时存在的滤波周期长、响应时间慢的问题，本发明公开了一种逆变系统输出电压检测电路，参见图2所示的电路结构示意图，所述逆变系统输出电压检测电路包括：响应子电路11、保护子电路12、高速光耦13和次级上拉电阻14。

其中，所述响应子电路11与逆变系统的电压输出端VIN相连接，用于在接收到所述逆变系统的电压输出端输出的PWM波时，产生相应的动态响应和稳态响应。

所述保护子电路12的一端与所述响应子电路11相连接，所述保护子电路12的另一端与所述逆变系统的负母线相连接，用于在接收到所述响应子电路输出的电平信号时，执行相应的保护操作。

所述高速光耦13的初级与所述保护子电路12相连接，所述高速光耦13的次级分别与外接电源和所述次级上拉电阻14相连接，用于将所述高速光耦13的次级输出的待检测电平信号传输至待检测装置。其中，所述次级上拉电阻14相当于输出电阻。

本申请所公开的逆变系统输出电压检测电路，接收PWM波作为被检测信号，并将其转化为待检测电平信号，以便待检测装置对其进行检测。该电路中的响应子电路与逆变系统的电压输出端相连接，其中所述逆变系统的电压输出端输出PWM波，所述响应子电路在接收到所述逆变系统的电压输出端输出的PWM波时，产生相应的动态响应和稳态响应；保护子电路与所述响应子电路相连接，在接收到所述响应子电路传输的电平时，执行相应的保护操作；高速光耦与所述保护子电路相连接，在接收到所述保护子电路输出的电平信号后，输出相应的待检测电平信号，以便待检测装置在接收到所述待检测电平信号后，根据对所述待检测电平信号的检测结果，获悉所述PWM波的延时和畸变情况。在所述逆变系统输出电压检测电路中，设置了执行动态响应操作和稳态响应的响应子电路，在接收到逆变系统输出的PWM波时，产生的动态响应能够加快高速光耦的导通，以便由导通的高速光耦产生与所述PWM波相对应的待检测电平信号，增加电路的响应速度。

另外，本申请所公开的逆变系统输出电压检测电路中，设置了高速光耦，通过所述高速光耦输出待检测电平信号，而所述高速光耦能够对输入、输出信号起隔离的作用，减少了其他元器件的干扰，提高了该检测电路的精度。

进一步的，参见图3所示的电路结构示意图，所述逆变系统输出电压检测电路还包括：去耦子电路15，所述去耦子电路15的一端分别与所述高速光耦13和所述外接电源的连接端相连接，另一端接地。所述去耦子电路15能够防止高速光耦的外接电源受到干扰，提高对PWM波的检测精度。

另外，参见图4所示的电路结构示意图，所述响应子电路11包括：限流电阻R1、动态响应电容C1和动态响应限流电阻R2。

其中，所述限流电阻R1的一端与所述逆变系统的电压输出端相连接，所述限流电阻R1的另一端与所述动态响应限流电阻R2的一端相连接，用于产生稳态响应；

所述动态响应电容C1的一端分别与所述限流电阻R1的一端、所述逆变系统的电压输出端相连接，所述动态响应电容C1的另一端与所述限流电阻R1的另一端相连接；

所述动态响应限流电阻R2的一端分别与所述限流电阻R1的另一端、所述动态响应电容C1的另一端相连接，所述动态响应限流电阻R2的另一端与所述保护子电路12相连接。

在接收到逆变系统的电压输出端输出的PWM波信号时，在电流的上升阶段或电流的下降阶段，所述动态响应电容C1起作用，并产生相应的动态响应电流，传输至动态响应限流电阻R2，并通过R2流入所述保护子电路12。所述动态响应电容C1的阻抗与电压的频率相关，电压频率越高，其电容阻抗越小。当电流稳定后，限流电阻R1产生稳态响应。

另外，参见图5所示的电路结构示意图，所述保护子电路12包括：分流电阻R3和保护二极管D1。

其中，所述分流电阻R3的一端与所述响应子电路11相连接，所述分流电阻R3的另一端与所述逆变系统的负母线相连接；

所述保护二极管D1的负极分别与所述分流电阻R3的一端、所述响应子电路11相连接，所述保护二极管D1的正极分别与所述分流电阻R3的另一端、所述逆变系统的负母线相连接。

另外，所述高速光耦13的第一引脚至第四引脚为初级，即强电区，第五引脚至第八引脚为次级，即弱电区，其中所述高速光耦13的第一引脚和第四引脚置空，所述高速光耦13的第二引脚分别与所述响应子电路11、所述保护子电路12相连接，所述高速光耦13的所述第三引脚分别与所述保护子电路12、所述逆变系统的负母线相连接；所述高速光耦13的第五引脚接地，所述高速光耦13的第六引脚输出所述待检测电平信号，并与所述次级上拉电阻R4的一端相连接，所述高速光耦13的第七引脚和第八引脚与外接电源和所述次级上拉电阻R4的另一端相连接。其中，与所述高速光耦13的第七引脚和第八引脚相连接的外接电源，通常为+5V，当然，在不同的应用场景下，可适当调整所述外接电源的大小，本申请对此不做限定。

在电流的下降阶段，所述保护子电路12中的保护二极管D1能够保护所述高速光耦13不被反向击穿。

另外，所述去耦子电路为：去耦电容C2，所述去耦电容C2的一端与所述高速光耦和外接电源的连接端相连接，所述去耦电容C2的另一端接地。所述去耦子电路能够防止高速光耦的外接电源受到干扰，提高对PWM波的检测精度。

本申请所公开的逆变系统输出电压检测电路中，各个电路元器件间的电路结构示意图如图6所示，能够接收逆变系统的电压输出端产生的PWM波，并将所述PWM波作为被检测信号，将其转化为待检测电平信号。待检测装置通过对所述待检测电平信号的检测，就可以获知逆变系统的PWM波的实际脉宽时间、延时时间，获取所述PWM波的畸变情况等，从而便于后续对所述PWM波进行补偿控制，使逆变系统获得更理想的输出波形，以使所述逆变系统工作在更为理想的工作状态下。

其中，VIN端为逆变系统的电压输出端，用于输出PWM波信号。当VIN端输出的为高电平时，在电压的上升阶段，动态响应电容C1起作用，产生动态响应电流，所述动态响应电流通过动态响应限流电阻R2，流入高速光耦U1，从而使所述高速光耦U1次级的第六引脚导通，将所述高速光耦U1输出的待检测电平信号拉低，从而输出低电平信号。当VIN端到达平台电压后，限流电阻R1和动态响应限流电阻R2同时工作，所述高速光耦U1的第三引脚和次级的第六引脚仍然导通，输出仍为拉低，输出的仍为低电平的待检测电平信号。

当VIN端输出的为低电平时，在电压的下降阶段，动态响应电容C1起作用，产生动态响应电流，所述动态响应电流通过动态响应限流电阻R2，流入高速光耦U1。保护二极管D1保护所述高速光耦U1不被反向击穿，所述高速光耦U1的第三引脚立即导通，第六引脚关断输出，使所述高速光耦U1输出高电平的待检测电平信号。当VIN端到达平台电压后，所述高速光耦U1的次级仍然为关断，所述高速光耦U1仍然输出高电平的待检测电平信号。

参见图7所示的波形示意图，其中，Q3-E表示的是逆变系统电压输出端输出的PWM波信号，U2-C表示的本申请公开的逆变系统输出电压检测电路输出的待检测电平信号。参见该波形示意图，当逆变系统的电压输出端输出的为高电平时，在电压的上升阶段，所述逆变系统输出电压检测电路输出的待检测电平信号为低电平信号。当逆变系统的电压输出端输出的为平台电压后，所述逆变系统输出电压检测电路输出的待检测电平信号仍然为低电平信号。

本申请公开的逆变系统输出电压检测电路，通过设置的动态响应电容，能够加快高速光耦的第三引脚的导通，从而增加电路的响应速度。

进一步的，在RC振荡电路中，动态响应电容的电容值越大，限流电阻的阻值越小，电路的响应速度越快，动态响应电容和限流电阻的参数可调整，从而更改电路响应速率。而本申请公开的逆变系统输出电压检测电路中，通过设置动态响应电容增加电路的响应速度，这种情况下，电路中可使用更大阻值的限流电阻，从而能够减小限流电阻的成本，减少电路工作时的功耗。

而且，在本申请公开的逆变系统输出电压检测电路中，分别设置有高速光耦和去耦子电路，其中所述高速光耦能够对输入、输出信号起隔离的作用，减少了其他元器件的干扰，所述去耦子电路中的去耦电容能够防止高速光耦的外接电源受到干扰，都提高了该检测电路的精度。

相应的，本发明还公开了一种逆变系统，所述逆变系统中，包括上述的逆变系统输出电压检测电路。该逆变系统在产生PWM波信号后，将其传输至所述逆变系统输出电压检测电路，所述逆变系统输出电压检测电路根据所述PWM波信号，输出相应的待检测电平信号，并将其传输至检测电路，由所述检测电路通过对所述待检测电平信号的检测，获取逆变系统的PWM波的实际脉宽时间、延时时间，获取所述PWM波的畸变情况等，从而便于后续对所述PWM波进行补偿控制，使逆变系统获得更理想的输出波形，使所述逆变系统工作在更为理想的工作状态下。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种逆变系统输出电压检测电路，其特征在于，包括：

响应子电路，所述响应子电路与逆变系统的电压输出端相连接，用于在接收到所述逆变系统的电压输出端输出的PWM波信号时，产生相应的动态响应和稳态响应；

保护子电路，所述保护子电路的一端与所述响应子电路相连接，另一端与所述逆变系统的负母线相连接，用于在接收到所述响应子电路输出的电平信号时，执行相应的保护操作；

高速光耦和次级上拉电阻，所述高速光耦的初级与所述保护子电路相连接，所述高速光耦的次级分别与外接电源和所述次级上拉电阻相连接，用于将所述高速光耦的次级输出的待检测电平信号传输至待检测装置，其中，所述次级上拉电阻相当于输出电阻；

所述响应子电路包括：限流电阻、动态响应电容和动态响应限流电阻，其中，

所述限流电阻的一端与所述逆变系统的电压输出端相连接，所述限流电阻的另一端与所述动态响应限流电阻的一端相连接；

所述动态响应电容的一端分别与所述限流电阻的一端、所述逆变系统的电压输出端相连接，所述动态响应电容的另一端与所述限流电阻的另一端相连接；

所述动态响应限流电阻的一端分别与所述限流电阻的另一端、所述动态响应电容的另一端相连接，所述动态响应限流电阻的另一端与所述保护子电路相连接。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述逆变系统输出电压检测电路还包括：

去耦子电路，所述去耦子电路的一端分别与所述高速光耦和所述外接电源的连接端相连接，另一端接地。

3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述保护子电路包括：分流电阻和保护二极管，其中，

所述分流电阻的一端与所述响应子电路相连接，所述分流电阻的另一端与所述逆变系统的负母线相连接；

所述保护二极管的负极分别与所述分流电阻的一端、所述响应子电路相连接，所述保护二极管的正极分别与所述分流电阻的另一端、所述逆变系统的负母线相连接。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，

所述高速光耦的第一引脚和第四引脚置空，所述高速光耦的第二引脚分别与所述响应子电路、所述保护子电路相连接，所述高速光耦的第三引脚分别与所述保护子电路、所述逆变系统的负母线相连接；所述高速光耦的第五引脚接地，所述高速光耦的第六引脚输出所述待检测电平信号，并与所述次级上拉电阻的一端相连接，所述高速光耦的第七引脚和第八引脚与所述外接电源和所述次级上拉电阻的另一端相连接。

5.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述去耦子电路为去耦电容。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述外接电源为5V。

7.一种逆变系统，其特征在于，包括：

权利要求1至6任一项所述的逆变系统输出电压检测电路。