CN106026010B - 一种应急电源过流保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应急电源过流保护系统，包括霍尔电流传感器、LM1运放电路、LM2运放电路和滤波电容C1，霍尔电流传感器连接LMI运放电路，LM1运放电路连接LM2运放电路，LM2运放电路连接滤波电容C1，LMI运放电路的输出端连接LM3运放电路的反向端，LM3运放电路的同向端连接电压信号源，所述LM3运放电路的输出端连接控制板。本发明通过霍尔电流传感器、电压信号源、LM3运放电路和控制板组成的通路，能够瞬时检测到主电路的过流，输出过流信号到控制板，实现硬件快速封闭驱动信号输出，保护功率开关器件；通过霍尔电流传感器、LM1运放电路、LM2运放电路和滤波电容C1组成的通路，完成交流电电流、电压数据的采样，减少控制板电路的成本。

Description

一种应急电源过流保护系统

技术领域

本发明属于电学技术领域，涉及一种过流保护系统，具体是一种应急电源过流保护系统。

背景技术

现在各行业重要环节都设计有集中蓄电池式应急供电系统，集中蓄电池式应急电源采用逆变技术，将蓄电池的直流电能逆变成交流电能，提供给交流应急负荷如：应急照明灯、疏散指示灯具和消防泵等使用。

集中蓄电池式应急电源原理是核心控制板控制IGBT等功率器件的开通与关断，将直流变换成与正弦波等效的一系列等幅不等宽的矩形脉冲波形，然后经过滤波和升压，成为交流电能。

应急电源工作过程中，通过交流电流检测电路，电源控制板不断采集逆变器输出电压、电流的数值，一方面根据逆变输出电压、电流采样数值，进行分析运算，通过调整调制度m，再计算调制波的脉宽，调整功率器件的开通与截止的时间，达到控制逆变输出电压的稳定的目的。另一方面不断检测应急电源是否过流，并及时停机或限流，保护应急电源。

现有的交流电流检测电路如图1所示，输出电流经霍尔电流传感器，转换成A点的<±15V的电流检测信号，经过LM1运放电路，调理成为B点直流电压信号，再经过LM2运放电路和滤波电容C1，调理成为C点稳定的直流电压信号。

因为IGBT的集电极电流过大会造成管子的损坏，这种损坏对器件来说是不可逆的，为了保护IGBT等功率器件，必须设置可靠的过流保护，IGBT的集电极电流过大会造成管子的损坏，当出现短路过电流故障时，如果保持驱动电压为15V不变，50A的IGBT能承受250A过电流冲击时间仅为5uS，所以当出现短路过电流时要求系统能快速保护，一般都设计可靠的IGBT驱动保护电路。

IGBT驱动保护电路如图2所示，当IGBT过流时，经1号端子输入驱动器，硬件封锁5号驱动信号输出，并在8号端子输出故障保护信号，经光藕G2隔离成为故障反馈信号F,快速保护功率开关器件。

现有的应急电源过流保护系统为保护应急电源输出过流，同时采用交流电流检测电路和IGBT驱动保护电路，这样存在一些缺点：

1、保护功能类似，增加了检测电路的复杂性和成本。

2、由于电源主机内部的电气环境较为恶劣，温度变化等，增加检测电路，同样也增加了采样信号失真。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种应急电源过流保护系统，不仅能够满足IGBT驱动保护电路的功能，而且还能够满足交流电流数据采样的作用。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种应急电源过流保护系统，包括霍尔电流传感器、LM1运放电路、LM2运放电路和滤波电容C1，所述的霍尔电流传感器连接LMI运放电路，所述的LM1运放电路连接LM2运放电路，所述的LM2运放电路连接滤波电容C1，所述LMI运放电路的输出端连接LM3运放电路的反向端，所述LM3运放电路的同向端连接电压信号源，所述LM3运放电路的输出端连接控制板；

其中，所述的电压信号源用于提供比较电压信号；所述的LM3运放电路用于将LM1运放电路输出的电压信号与比较电压信号进行比较，输出过流信号；所述的控制板根据过流信号输出IGBT控制信号控制功率器件开通与关断。

进一步地，所述比较电压信号的大小为4V。

进一步地，所述的控制板输出IGBT控制信号时采用电平转换芯片74LCV245进行电平转换。

进一步地，所述的电平转换芯片74LCV245通过管脚OE连接LM3运放电路的输出端。

本发明的有益效果：本发明通过霍尔电流传感器、电压信号源、LM3运放电路和控制板组成的通路，能够瞬时检测到主电路的过流，输出过流信号，同时将过流信号作为故障反馈信号输入74LCV245的OE管脚，实现硬件快速封闭驱动信号输出，保护功率开关器件；通过霍尔电流传感器、LM1运放电路、LM2运放电路和滤波电容C1组成的通路，完成交流电电流、电压数据的采样，与常用的过电流保护电路相比，减少控制板电路的成本，可广泛应用于以逆变功能为基础的产品，如UPS、光伏逆变器等场合。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述。

图1是现有的交流电流检测电路图。

图2是现有的IGBT驱动保护电路图。

图3是本发明系统电路示意图。

图4是本发明系统电路A点电流检测信号的波形图。

图5是本发明系统电路B点第一直流电压信号的波形图。

图6是本发明系统电路C点第二直流电压信号的波形图。

图7是本发明系统电路D点过流信号的波形图。

图8是本发明控制板输出IGBT控制信号示意图。

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图3所示，本发明提供了了一种应急电源过流保护系统，包括霍尔电流传感器、电压信号源、LM1运放电路、LM2运放电路、滤波电容C1、LM3运放电路以及控制板。其中，霍尔电流传感器连接LMI运放电路的同相端，LM1运放电路的输出端分别连接LM2运放电路的同相端和LM3运放电路的反向端，LM3运放电路的同相端连接电压信号源，LM3运放电路的输出端连接控制板，LM1运放电路的反向端和LM2运放电路的反向端均接地，LM2运放电路的输出端连接滤波电容C1。

霍尔电流传感器用于将应急电源输出电流转换成<±15V的电流检测信号；LM1运放电路用于将电流检测信号调理为变化的第一直流电压信号；LM2运放电路和滤波电容C1用于对直流电压信号进行进一步调理，形成稳定的第二直流电压信号，完成交流电电流、电压数值的采集；电压信号源用于提供比较电压信号，比较电压信号大小与过流信号阈值相同；LM3运放电路用于将第一直流电压信号与比较电压信号进行比较，输出过流信号；控制板根据过流信号输出IGBT控制信号控制功率器件开通与关断。

本发明工作原理如下：应急电源输出电流经霍尔电流传感器，转换成A点<±15V的电流检测信号，A点信号波形如图4所示；电流检测信号再经过LM1运放电路，调理成为B点变化的第一直流电压信号，B点信号波形如图5所示，其最大采样数值为5V，波形为0到5V变化的信号；第一直流电压信号经过LM2运放电路和滤波电容，调理成为C点稳定的第二直流电压信号，C点信号波形如图6所示，完成交流电电流、电压数值的采集；第一直流电压信号输入到LM3运放电路的反相端，如果B点直流电压信号4V为过流信号阈值，那么电压信号源在LM3运放电路的同相端输入比较电压信号4V，当LM3运放电路的反相端输入的第一直流电压信号低于4V时，D点的过流信号为低电平，当LM3运放电路的反相端输入的第一直流电压信号超过4V时，D点的过流信号翻转至5V信号，D点的过流信号为如图7所示的方波信号。

控制板输出IGBT控制信号时采用电平转换芯片74LCV245进行电平转换，其功能表如表所示：

根据74LCV245的功能表，控制板的工作原理如图8所示，B口是控制板发出控制IGBT等功率器件开通与关断的PWM信号，对应的是3.3V电平信号，A口对应的是5V电平信号，是电平转换后的PWM信号。LM3运放电路的输出端直接连接管脚OE，当有过流信号时，直接通过OE封锁PWM信号输出，达到快速保护功率开关器件的目的。

本发明通过霍尔电流传感器、电压信号源、LM3运放电路和控制板组成的通路，能够瞬时检测到主电路的过流，输出过流信号，同时将过流信号作为故障反馈信号输入74LCV245的OE管脚，实现硬件快速封闭驱动信号输出，保护功率开关器件；通过霍尔电流传感器、LM1运放电路、LM2运放电路和滤波电容C1组成的通路，完成交流电电流、电压数据的采样，与常用的过电流保护电路相比，减少控制板电路的成本，可广泛应用于以逆变功能为基础的产品，如UPS、光伏逆变器等场合。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种应急电源过流保护系统，包括霍尔电流传感器、LM1运放电路、LM2运放电路和滤波电容C1，所述的霍尔电流传感器连接LMI运放电路，所述的LM1运放电路连接LM2运放电路，所述的LM2运放电路连接滤波电容C1，其特征在于：所述LMI运放电路的输出端连接LM3运放电路的反向端，所述LM3运放电路的同向端连接电压信号源，所述LM3运放电路的输出端连接控制板；

其中，所述的电压信号源用于提供比较电压信号；所述的LM3运放电路用于将LM1运放电路输出的电压信号与比较电压信号进行比较，输出过流信号；所述的控制板根据过流信号输出IGBT控制信号控制功率器件开通与关断；

所述比较电压信号的大小为4V；

所述的控制板输出IGBT控制信号时采用电平转换芯片74LCV245进行电平转换；

所述的电平转换芯片74LCV245通过管脚OE连接LM3运放电路的输出端；

应急电源输出电流经霍尔电流传感器，转换成A点<±15V的电流检测信号；电流检测信号再经过LM1运放电路，调理成为B点变化的第一直流电压信号，其最大采样数值为5V，波形为0到5V变化的信号；第一直流电压信号经过LM2运放电路和滤波电容，调理成为C点稳定的第二直流电压信号，完成交流电电流、电压数值的采集；第一直流电压信号输入到LM3运放电路的反相端，如果B点直流电压信号4V为过流信号阈值，那么电压信号源在LM3运放电路的同相端输入比较电压信号4V，当LM3运放电路的反相端输入的第一直流电压信号低于4V时，D点的过流信号为低电平，当LM3运放电路的反相端输入的第一直流电压信号超过4V时，D点的过流信号翻转至5V信号，D点的过流信号为方波信号。