CN103887959A - 逆变器保护装置 - Google Patents

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CN103887959A CN201310086163.1A CN201310086163A CN103887959A CN 103887959 A CN103887959 A CN 103887959A CN 201310086163 A CN201310086163 A CN 201310086163A CN 103887959 A CN103887959 A CN 103887959A
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Abstract

本发明提供了一种逆变器保护装置，包括：基准电压获取单元，基于来自逆变器模块的输出电流来获取基准电压信号；滤波单元，从基准电压信号中消除噪声以输出滤波后的信号；感测单元，通过感测端感测滤波后的信号；静电放电二极管，被设置在感测端与接地端之间；以及旁路单元，被设置在静电放电二极管的一端与接地端之间。

Description

逆变器保护装置
相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年12月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2012-0149346号的优先权，将其公开内容结合于此供参考。
技术领域
本发明涉及一种逆变器保护装置，具体地，涉及一种能够防止由于噪声而导致其故障的逆变器保护装置。
背景技术
近来，由于电力使用上的普遍增长，已开始关注电力保留比率，且因此，对高效率装置的需求已在逐渐增长。尤其是，由于对诸如空调等的装置的电力供应的需求已随着时间的推移而快速增长，已开始担忧对电力的需求可能会超过能够供应的电量。此外，上述担忧已得到了国内外广泛认同。
因此，政府已根据三种主要电器的效率等级采取了政府补贴计划。另外，这些主要电器的制造商为开发和生产符合政府的能源效率政策的产品已采用了多种技术。例如，一种根据现有技术来操作电机驱动电路的方法已演变为一种采用逆变器的脉宽调制（PWM）电机控制方法，从而已在广泛生产具有改善的能量效率的产品。
逆变器可涉及将直流转换为交流的所有装置。例如，逆变器可被用于控制和驱动电机的装置。
根据现有技术，已通过使用诸如绝缘栅双极型晶体管（IGBT）、金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）和栅极驱动器的开关元件作为单独的单元元件来配置逆变器。然而，由于目前电路和封装件的集成度已得到提高，所以已在使用其中所有单独的单元元件均被集成的单一封装件。
逆变器模块可使用PWM信号来驱动和控制电机。此外，逆变器模块可监测在每个开关元件内流动的电流。基于所监测的电流，可以确定PWM信号的占空比应增大还是减小。
同时，为检测在包括在逆变器模块中的开关元件内流动的电流，通常使用设置在开关元件与逆变器的低侧接地端之间的电流检测电阻器（分流电阻器）。基于施加到电流检测电阻器两端的电压和基准电压，可确定过载电流状态并可防止开关元件的损坏。
同时，当开关噪声、来自外部的雷击浪涌电压（lightning surge voltage，冲击电压）、静电等被施加到电路上时，便要求保护逆变器电路且不出现故障的配置。
在以下现有技术文献中描述的专利文献1涉及一种逆变器的过载电流检测电路，但却未能公开用于保护以避免由于来自外部的雷击浪涌电压、静电等导致的故障的配置。
[现有技术文献]
（专利文献1）韩国专利公开第2000-001632号
发明内容
本发明的一个方面提供了一种能够防止由于噪声导致的故障的逆变器保护装置。
根据本发明的一个方面，提供了一种逆变器保护装置，包括：基准电压获取单元，基于来自逆变器模块的输出电流来获取基准电压信号；滤波单元，从所述基准电压信号中消除噪声以输出滤波后的信号；感测单元，通过感测端感测所述滤波后的信号；静电放电二极管，被设置在所述感测端与接地端之间；以及旁路单元，被设置在所述静电放电二极管的一端与所述接地端之间。
所述基准电压获取单元还可包括合成多个输出电压的合成单元。
所述电平调节单元可包括分配所述输出电压的多个电阻器元件。
所述滤波单元可包括RC滤波器。
所述旁路单元可包括至少一个二极管元件。
所述二极管元件可具有至少0.7V的正向电压。
根据本发明的另一方面，提供了一种逆变器保护装置，包括：基准电压获取单元，基于来自逆变器模块的输出电流来获取基准电压信号；滤波单元，从所述基准电压信号中消除噪声以输出滤波后的信号；感测单元，通过感测端感测所述滤波后的信号；静电放电二极管，被设置在所述感测端与接地端之间；以及旁路单元，电连接至所述静电放电二极管并钳位通过所述静电放电二极管施加的电压。
所述基准电压获取单元可包括：电压感测单元，基于来自所述逆变器模块的所述输出电流来获取输出电压；以及电平调节单元，调节所述输出电压的电平。
所述基准电压获取单元还可包括合成多个输出电压的合成单元。
所述电平调节单元可包括分配所述输出电压的多个电阻器元件。
所述滤波单元可包括RC滤波器。
所述旁路单元可包括至少一个二极管元件。
所述二极管元件可具有至少0.7V的正向电压。
根据本发明的另一方面，提供了一种逆变器保护装置，包括：基准电压获取单元，基于来自逆变器模块的输出电流来获取基准电压信号；滤波单元，从所述基准电压信号中消除噪声以输出滤波后的信号；感测单元，通过感测端感测所述滤波后的信号；静电放电二极管，被设置在所述感测端与接地端之间；以及旁路单元，旁路来自所述静电放电二极管的信号。
所述基准电压获取单元可包括：电压感测单元，基于来自所述逆变器模块的所述输出电流来获取输出电压；以及电平调节单元，调节所述输出电压的电平。
所述基准电压获取单元还可包括合成多个输出电压的合成单元。
所述电平调节单元可包括分配所述输出电压的多个电阻器元件。
所述滤波单元可包括RC滤波器。
所述旁路单元可包括至少一个二极管元件。
所述二极管元件可具有至少0.7V的正向电压。
附图说明
结合附图根据以下详细描述将更清晰地理解本发明的上述和其他方面、特征及其他优势，其中：
图1是示出逆变器模块和电流检测电路的示意图；
图2是示出电流检测电路的示意图；
图3A和图3B是示出外部噪声被引入电流检测电路中的状态的示意图，其中，图3A示出了引入外部噪声时的充电和放电路径，以及图3B示出了根据施加到感测端的电压的切换操作信号波形；
图4是示出根据本发明实施方式的逆变器保护装置的示意图；
图5A和图5B是示出外部噪声被引入根据本发明实施方式的逆变器保护装置中的状态的示意图，其中，图5A示出了引入外部噪声时的充电和放电路径，以及图5B示出了根据施加到感测端的电压的切换操作信号波形；以及
图6是示出根据本发明另一实施方式的逆变器保护装置的示意图。
具体实施方式
下文中，将参照附图来详细描述本发明的实施方式。然而，可以多种不同形式实施本发明，且本发明不应被解释为局限于本文所述的实施方式。相反，提供这些实施方式，使得本公开将是彻底和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
附图中，相同或类似的附图标记将被用于指示相同或类似的元件。
图1是示出逆变器模块和电流检测电路的示意图。
参照图1，逆变器模块10可包括逆变器控制单元14、开关元件11、12和13以及感测单元15。
逆变器控制单元14可控制开关元件11、12和13的驱动。
开关元件11、12和13可以是配置逆变器电路的低侧开关元件。开关元件11、12和13的发射极端可分别连接至电流检测电阻器20。即，电流检测电阻器可被连接在相应的开关元件11、12和13与接地端之间。
感测单元15可获取在电流检测电路中测量的电信息。
同时，电流检测电路可包括电流检测电阻器20、开关二极管单元30和降噪滤波器40。
第一电流检测电阻器20-1可连接至第一低侧开关元件11的发射极端。因此，可通过在第一电流检测电阻器20-1中流动的电流将输出电压施加在第一电流检测电阻器20-1的两端。
另外，第二电流检测电阻器20-2可连接至第二低侧开关元件12的发射极端。因此，可通过在第二电流检测电阻器20-2中流动的电流将输出电压施加在第二电流检测电阻器20-2的两端。
另外，第三电流检测电阻器20-3可连接至第三低侧开关元件13的发射极端。因此，可通过在第三电流检测电阻器20-3中流动的电流将输出电压施加在第三电流检测电阻器20-3的两端。
上述配置一般被用于以低成本检测各相中的电流。
开关二极管单元30可包括分别对应于电流检测电阻器20-1、20-2和20-3的二极管元件30-1、30-2和30-3。同时，可通过开关二极管单元30来合成由电流检测电阻器20-1、20-2和20-3获取的相应输出电压。即，可在开关二极管单元30的输出端测量输出电压的总和。
降噪滤波器40可包括RC滤波器且可从由开关二极管单元30合成的输出电压中消除噪声。此外，降噪滤波器40可通过感测端CS向感测单元15传送输出电压。
同时，逆变器控制单元14可将由感测单元15获取的输出电压与基准电压进行比较，从而关闭开关元件11、12和13。同时，基准电压是指用于确定过载电流状态的基准值。因此，在过载电流状态的情况下，由感测单元15获取的输出电压大于基准电压。
在过载电流状态下，关闭开关元件11、12和13，从而可防止开关元件11、12和13的损坏。
一般地，将300V以上的电压施加在逆变器模块的开关元件的两端，且有几安（A）以上的电流流过开关元件。因此，当开关元件重复开和关操作时，由于PCB图形的寄生分量，噪声可能增加。另外，由于雷击浪涌电压、静电等导致的外部噪声，可能在感测端施加异常信号。在该情况下，逆变器控制单元14可能会错误地将逆变器模块的状态识别为过载电流状态。在逆变器控制单元14错误地将逆变器模块的状态识别为过载电流状态的情况下，停止逆变器模块的驱动。
来自外部的雷击浪涌电压和静电电压可能甚至在短时间内达到从几十伏特到几百伏特。因此，需要用于防止由于上述噪声导致的故障的配置。
图2是示出电流检测电路的示意图。
参照图2，电流检测电路可包括基准电压获取单元120、滤波单元130和静电放电二极管140。
基准电压获取单元120可包括电压感测单元122、合成单元123和电平调节单元124。
电压感测单元122可包括感测电阻器。该感测电阻器可将来自逆变器模块的电流转换为电压。例如，感测电阻器可相当于图1中的电流检测电阻器20-1、20-2和20-3。
此外，电压感测单元122可包括运算放大器（OP-AMP）。该放大器（OP-AMP）可放大由感测电阻器获取的电压。
合成单元123可分别合成由连接至逆变器模块的开关元件的感测电阻器获取的电压。
例如，合成单元123可包括开关二极管D1。开关二极管D1可将来自电压感测单元122的电压传送到合成单元的输出端。
图2示出了用于逆变器的每一相的电压感测单元122和开关二极管D1。可通过开关二极管在合成单元的输出端合成针对各个相的电压。
电平调节单元124可将来自合成单元123的输出电压调节到预定电平。为此，电平调节单元124可包括多个用于分配合成单元的输出电压的电阻器元件R1和R2。
滤波单元130可针对来自基准电压获取单元的输出电压执行噪声滤波操作。例如，滤波单元130可消除来自基准电压的噪声，从而输出滤波后的信号。滤波后的信号是指滤波单元130的输出。
同时，滤波单元130可包括RC滤波器，该RC滤波器包括电阻器元件R3和电容器元件C1。
滤波单元130的输出可被输入到感测端CS。
感测单元和逆变器控制单元可被连接至感测端CS。
通过上述方法，逆变器控制单元可获取逆变器电流。
在正常状态下，当出现在PCB上的寄生分量很小时，逆变器模块的驱动可能不会成为问题。然而，在从外部引入噪声的情况下，在感测端CS测量的电压水平可能高于基准电压。该基准电压可以是确定逆变器电流的正常状态的标准。因此，在引入外部噪声的情况下，在感测端CS测量的电压水平高于基准电压，使得逆变器模块不能正常操作。
图3A和图3B是示出外部噪声被引入电流检测电路中的状态的示意图，其中，图3A示出了引入外部噪声时的充电和放电路径，以及图3B示出了根据施加到感测端的电压的切换操作信号波形。
参照图3A，可通过接地端对电流检测电路施加由于外部噪声或者开关元件的连续切换操作导致的开关噪声。
例如，可通过静电放电二极管140（①）将噪声引入电流检测电路中。
可通过预定路径（②和③）在电容器元件C1中存储被引入电流检测电路中的噪声。
接下来，当噪声的引入停止时，可通过预定路径（④、⑤和⑥）释放充入电容器元件C1中的能量。
图3B是示出根据施加到感测端CS的电压的切换操作信号波形的示意图。
本实施方式将被描述为：假设电容器元件C1的电容为1nF，电阻器元件R3的电阻为2kΩ，电阻器元件R2的电阻为1.62kΩ，以及电阻器元件R1的电阻为6.8kΩ。
在引入预定噪声以及通过路径（①、②和③）对电容器元件C1充电的情况下，放电电阻（R2+R3）为3.62Ω且电容器元件C1的电容为1nF，且因此，放电时间τ可以是3.62μs。即，被充电的电容器元件C1可在3.62微秒内放电。
通常，在将高于预定基准电压的电压保持预定时间以上的情况下，过载电流保护操作可被转变为激活状态。在过载电流保护操作被转变为激活状态的情况下，停止开关操作，并因此停止逆变器模块的操作。
例如，参照图3B，可确认基准电压为0.5V且在感测端CS检测到在预定时间以上的高于基准电压的电压，并因此关闭开关操作信号。即，可确认出现由于噪声导致的逆变器模块的故障。
因此，需要提供一种用于抑制由于噪声导致的故障的配置。
图4是示出根据本发明实施方式的逆变器保护装置的示意图；
参照图4，逆变器保护装置可包括基准电压获取单元220、滤波单元230、静电放电二极管240、旁路单元250和感测单元。
基准电压获取单元220可基于从逆变器模块输出的电流来获取基准电压信号。基准电压信号是指从基准电压获取单元220输出的电压。
基准电压获取单元220可包括电压感测单元222、合成单元223和电平调节单元224。
电压感测单元222可基于来自逆变器模块的输出电流来获取输出电压。
电压感测单元222可包括感测电阻器。感测电阻器可将来自逆变器模块的电流转换为电压。例如，感测电阻器可相当于图1中的电流检测电阻器20-1、20-2和20-3。
此外，电压感测单元222可包括运算放大器（OP-AMP）。该放大器（OP-AMP）可放大由感测电阻器获取的电压。
合成单元223可分别合成由连接至逆变器模块的开关元件的感测电阻器获取的电压。这里，由感测电阻器获取的电压是指从逆变器模块输出的电压。
例如，合成单元223可包括开关二极管D10。开关二极管D10可将来自电压感测单元222的电压传送至合成单元223的输出端。
图4示出了用于逆变器的每一相的电压感测单元222和开关二极管D10。可利用开关二极管在合成单元的输出端合成针对各相的电压。
电平调节单元224可将来自合成单元223的输出电压调节到预定电平。为此，电平调节单元224可包括多个用于分配合成单元的输出电压的电阻器元件R10和R20。
滤波单元230可针对来自基准电压获取单元的输出电压执行噪声滤波操作。例如，滤波单元230可消除来自基准电压信号的噪声，从而输出滤波后的信号。滤波后的信号是指滤波单元130的输出。
同时，滤波单元230可包括RC滤波器，该RC滤波器包括电阻器元件R30和电容器元件C10。
滤波单元230的输出可被输入到感测端CS。
感测单元和逆变器控制单元可被连接至感测端CS。
感测单元可通过感测端来感测滤波后的信号。
通过上述方法，逆变器控制单元可获取逆变器电流。
静电放电二极管240可被形成在感测端CS与接地端之间。静电放电二极管240可执行静电放电保护功能。
同时，可在静电放电二极管D20的一端与接地端之间设置旁路单元250。
此外，旁路单元250可被电连接至静电放电二极管D20并可钳位通过静电放电二极管D20施加的电压。
此外，旁路单元250可旁路来自静电放电二极管D20的信号。
旁路单元250可包括二极管元件。此外，二极管的阳极可被连接至感测端CS且二极管的阴极可被连接至接地端。
此外，旁路单元250可包括多个二极管元件。例如，旁路单元250可包括两个二极管元件D30和D40。二极管元件D30和D40可彼此串联连接。
二极管元件可钳位由于噪声引入的异常电压。在该情况下，二极管元件可显著降低在电容器元件C10中充入的电压。考虑到逆变器模块的通常使用环境，二极管元件的正向电压可至少为0.7V。
图5A和图5B是示出外部噪声被引入根据本发明实施方式的逆变器保护装置中的状态的示意图，其中，图5A示出了引入外部噪声时的充电和放电路径，以及图5B示出了根据施加到感测端的电压的切换操作信号波形。
参照图5A，由于外部噪声或开关元件的连续切换操作导致的开关噪声可通过接地端被施加至逆变器保护装置。
例如，可通过静电放电二极管240（①）将噪声引入逆变器保护装置中。
可通过预定路径（②和③）将引入逆变器保护装置中的噪声存储在电容器元件C10中。在该情况下，旁路单元250可钳位通过路径（②和③）施加的电压。可替代地，旁路单元250可旁路通过路径（②和③）施加的电压。
与噪声大小相比，利用旁路单元可显著降低在电容器元件C10中充入的电压。
接下来，当停止噪声的引入时，可通过预定路径（④、⑤和⑥）来释放充入电容器元件C10中的能量。
在该情况下，由于降低了在电容器元件C10中充入的电压，所以放电时间也可显著减小。
因此，根据本发明实施方式的逆变器保护装置可防止由于噪声导致的故障。
图5B是示出根据施加到感测端CS上的电压的切换操作信号波形的示意图。
本实施方式将被描述为：假设电容器元件C10的电容为1nF，电阻器元件R30的电阻为2kΩ，电阻器元件R20的电阻为1.62kΩ，以及电阻器元件R10的电阻为6.8kΩ。
参照图3B和图5B，可确认将高于基准电压的电压施加到感测端CS所用的时间显著短于图5B的实施方式中的时间。因此，切换操作信号可连续保持开状态。即，可确认在当前实施方式中不会出现由于噪声导致的故障。
图6是示出根据本发明另一实施方式的逆变器保护装置的示意图。
这里，由于相应元件执行与上述功能相同的功能，所以将省略对其的详细描述。
参照图6，旁路单元250可被置于逆变器模块中。
即，旁路单元250可防止由于逆变器模块内部的噪声导致的故障。
如上所述，根据本发明的实施方式，可提供一种能够防止由于噪声导致的故障的逆变器保护装置。
尽管已结合实施方式示出并描述了本发明，但对于本领域技术人员而言，显然在不背离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的前提下，可进行修改和变更。

Claims (21)

1.一种逆变器保护装置，包括：
基准电压获取单元，基于来自逆变器模块的输出电流来获取基准电压信号；
滤波单元，从所述基准电压信号中消除噪声以输出滤波后的信号；
感测单元，通过感测端感测所述滤波后的信号；
静电放电二极管，被设置在所述感测端与接地端之间；以及
旁路单元，被设置在所述静电放电二极管的一端与所述接地端之间。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述基准电压获取单元包括：
电压感测单元，基于来自所述逆变器模块的所述输出电流来获取输出电压；以及
电平调节单元，调节所述输出电压的电平。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述基准电压获取单元还包括合成多个输出电压的合成单元。
4.根据权利要求2所述的装置，其中，所述电平调节单元包括分配所述输出电压的多个电阻器元件。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述滤波单元包括RC滤波器。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述旁路单元包括至少一个二极管元件。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述二极管元件具有至少0.7V的正向电压。
8.一种逆变器保护装置，包括：
基准电压获取单元，基于来自逆变器模块的输出电流来获取基准电压信号；
滤波单元，从所述基准电压信号中消除噪声以输出滤波后的信号；
感测单元，通过感测端感测所述滤波后的信号；
静电放电二极管，被设置在所述感测端与接地端之间；以及
旁路单元，电连接至所述静电放电二极管并钳位通过所述静电放电二极管施加的电压。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述基准电压获取单元包括：
电压感测单元，基于来自所述逆变器模块的所述输出电流来获取输出电压；以及
电平调节单元，调节所述输出电压的电平。
10.根据权利要求9所述的装置，其中，所述基准电压获取单元还包括合成多个输出电压的合成单元。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述电平调节单元包括分配所述输出电压的多个电阻器元件。
12.根据权利要求8所述的装置，其中，所述滤波单元包括RC滤波器。
13.根据权利要求8所述的装置，其中，所述旁路单元包括至少一个二极管元件。
14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述二极管元件具有至少0.7V的正向电压。
15.一种逆变器保护装置，包括：
基准电压获取单元，基于来自逆变器模块的输出电流来获取基准电压信号；
滤波单元，从所述基准电压信号中消除噪声以输出滤波后的信号；
感测单元，通过感测端感测所述滤波后的信号；
静电放电二极管，被设置在所述感测端与接地端之间；以及
旁路单元，旁路来自所述静电放电二极管的信号。
16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述基准电压获取单元包括：
电压感测单元，基于来自所述逆变器模块的所述输出电流来获取输出电压；以及
电平调节单元，调节所述输出电压的电平。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述基准电压获取单元还包括合成多个输出电压的合成单元。
18.根据权利要求16所述的装置，其中，所述电平调节单元包括分配所述输出电压的多个电阻器元件。
19.根据权利要求15所述的装置，其中，所述滤波单元包括RC滤波器。
20.根据权利要求15所述的装置，其中，所述旁路单元包括至少一个二极管元件。
21.根据权利要求20所述的装置，其中，所述二极管元件具有至少0.7V的正向电压。
CN201310086163.1A 2012-12-20 2013-03-18 逆变器保护装置 Pending CN103887959A (zh)

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