CN106374731A - 变频驱动电路、过流保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种过流保护方法、过流保护装置以及包括该过流保护装置的变频驱动电路。该过流保护方法包括：监测变频驱动电路向负载提供的一驱动电流；在所述驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，以增加采样所述第二半导体开关器件电流的时间；其中，所述第二阈值高于所述第一阈值。

Description

变频驱动电路、过流保护方法及装置

技术领域

本公开涉及电力技术领域，具体涉及一种过流保护方法、过流保护装置以及包括该过流保护装置的变频驱动电路。

背景技术

随着微电子技术、电力电子技术和自动化控制技术的不断发展，变频驱动电路也得到了迅速的发展和广泛的应用。而变频驱动电路的过流往往会直接导致变频驱动电路的直流回路烧毁或者负载损坏。因此，变频驱动电路通常还配备有相应的过流保护装置。

如图1中所示，为一种三相逆变全桥变频驱动电路的示意图，主要由6个半导体开关器件S1-S6组成。各个半导体开关器件的开关可以由一PWM模块提供的控制信号控制。控制6个半导体开关器件S1-S6开关顺序的不同组合，可以得到所需的三相正弦驱动电流去驱动电机等负载。

此外，在图1中变频驱动电路的各个桥臂上，分别设置有采样电阻R1、R2和R3。采样电路通过采集各采样电阻两端的电压，并经过放大、滤波以及比较后可以得到一故障检测信号。在通过故障检测信号判断变频驱动电路过流时，则停止提供上述控制信号，从而控制变频驱动电路停止输出，保护变频驱动电路中的元器件。

上述方案中，实现过流保护方式的必要条件是：驱动电流必须流过采样电阻，而且流过的时间必须足够保证采样电路能够完成采样以及后续处理电路能够完成保护动作。

然而，在一些情况下，驱动电流流过采样电阻的时间并不足以保证采样电路能够完成采样以及后续处理电路能够完成保护动作。

发明内容

针对现有技术中的部分或者全部问题，本公开提供一种变频驱动电路、过流保护方法及装置，用于至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的第一方面，提供一种过流保护方法，应用于一变频驱动电路；所述变频驱动电路包括串联的第一、第二半导体开关器件；所述方法包括：

监测所述变频驱动电路向所述负载提供的一驱动电流；

在所述驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，以增加采样所述第二半导体开关器件电流的时间；其中，所述第二阈值高于所述第一阈值。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述过流保护方法还包括：

在所述驱动电流超出所述第一阈值且低于所述第二阈值时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述第一、第二半导体开关器件在基于一调制波及载波生成的控制信号控制下导通；所述过流保护方法包括：

降低所述调制波的幅值，以在降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比的同时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述降低所述调制波的幅值包括：

降低所述调制波的幅值，使得所述驱动电流低于所述第一阈值。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述方法还包括：

在所述驱动电流重新低于所述第一阈值后，恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平包括：

恢复所述调制波的幅值至其降低前的水平。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述方法还包括：

采样所述第二半导体开关器件的电流，并基于采样到的电流生成一故障判断信号。

在本公开的一种示例性实施方式中，在所述驱动电流超出所述第二阈值时，停止提供所述驱动电流。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述变频驱动电路包括并联的三个桥臂；每一所述桥臂均包括依次串联的一所述第一半导体开关器件、一所述第二半导体开关器件以及一采样电阻；其中，通过获取所述采样电阻上的电压采样所述第二半导体开关器件的电流。

根据本公开的第二方面，提供一种过流保护装置，应用于一变频驱动电路；所述变频驱动电路包括串联的第一、第二半导体开关器件；所述装置包括：

一电流监测模块，用于监测所述变频驱动电路向所述负载提供的一驱动电流；

一输出控制模块，用于在所述驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，以增加采样所述第二半导体开关器件电流的时间；其中，所述第二阈值高于所述第一阈值。

在本公开的一种示例性实施方式中，输出控制模块还用于，在所述驱动电流超出所述第一阈值且低于所述第二阈值时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述输出控制模块基于一调制波及载波生成一控制信号以控制所述第一、第二半导体开关器件的导通；以及，

所述输出控制模块通过降低所述调制波的幅值，以在降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比的同时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述降低所述调制波的幅值包括：

降低所述调制波的幅值，使得所述驱动电流低于所述第一阈值。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述输出控制模块还用于，在所述驱动电流重新低于所述第一阈值后，恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述输出控制模块通过恢复所述调制波的幅值至其降低前的水平而恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述过流保护装置还包括：

一故障检测模块，用于采样所述第二半导体开关器件的电流，并基于采样到的电流生成一故障判断信号。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述过流保护装置还包括：

一故障保护模块，用于在所述驱动电流超出所述第二阈值时，停止提供所述驱动电流。

在本公开的一种示例性实施方式中，所述变频驱动电路包括并联的三个桥臂；每一所述桥臂均包括依次串联的一所述第一半导体开关器件、一所述第二半导体开关器件以及一采样电阻；其中，通过获取所述采样电阻上的电压采样所述第二半导体开关器件的电流。

根据本公开的第三方面，提供一种变频驱动电路，包括：

一三相逆变全桥，其每一桥臂均包括依次串联的一第一半导体开关器件、一第二半导体开关器件以及一采样电阻；以及

一上述的任意一种过流保护装置，用于对所述三相逆变全桥进行过流保护。

综上所述，本公开示例性实施方式中所提供的过流保护方法、过流保护装置以及包括该过流保护装置的变频驱动电路中，在监测到驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，从而可以增加采样所述第二半导体开关器件电流的时间，保证采样电路能够完成对第二半导体开关器件电流的采样以及后续处理电路完成保护动作。进一步的，本公开中由于是降低了向负载提供的驱动电流而非停止提供，如此一方面可以起到一定的保护作用，另一方面，可以比相关技术中的过流保护方案有更大的输出转矩，避免无法达到用户设备所需的动作要求。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例性实施方式，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是一种三相逆变全桥变频驱动电路的示意图；

图2是一种三相逆变全桥变频驱动电路支路电流示意图；

图3是一种变频驱动电路的控制信号波形示意图；

图4是本公开示例性实施方式中一种过流保护方法的流程示意图；

图5是本公开示例性实施方式中降低调制波幅值的示意图；

图6是降低调制波幅值后的输出电压及驱动电流波形示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施方式。然而，示例性实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例性实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，夸大了区域和层的厚度。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、模块、元件等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法或者步骤以避免模糊本公开的各方面。

参考图2中所示，其中的三相逆变全桥变频驱动电路主要由并联的U、V、W三相桥臂组成；例如，其中U相桥臂包括依次串联的第一半导体开关器件S1、第二半导体开关器件S2以及采样电阻R1；V相桥臂以及W相桥臂与U相桥臂结构类似。在图2中的半导体开关器件开关顺序组合下，V相下桥臂以及W相下桥臂上的采样电阻R2、R3流过的电流I_V、I_W仅仅是U相上桥臂输出的驱动电流I_U的一半。因此采样电阻R2、R3两端的电压并不能作为故障检测及过流防护用的有效信号，而只能采集U相下桥臂开通时或者续流二极管D_S2续流时采样电阻R1两端的电压作为故障检测及过流防护用的有效信号。

参考图3中所示，图3示出了控制U相上下桥臂的第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的开关顺序的控制信号的波形示意图。当负载增大时，U相上桥臂的第一半导体开关器件S1的导通时间增加，相应的下桥臂的第二半导体开关器件S2的导通时间减短；即在图2所示的变频驱动电路中，随着负载的增大，所述第一半导体开关器件S1、第二半导体开关器件S2的导通时间之比随之增大。

当负载很大，即变频驱动电路提供的驱动电流很大时，第一半导体开关器件S1导通时间很长，第二半导体开关器件S2导通时间极短，因此驱动电流流过采样电阻R1的时间极短，进而可能不足以保证采样电路能够完成对第二半导体开关器件S2电流的采样以及后续处理电路完成保护动作。

对此，本示例性实施方式中提供一种过流保护方法，应用于上述变频驱动电路，上述变频驱动电路可以用于为一三相电机等负载提供驱动电流。然而，本领域技术人员容易理解的是，本示例性实施方式所提供的过流保护方法也可以用于其他类型的变频驱动电路；例如，所述变频驱动电路也可以仅包括两组串联的第一、第二半导体开关器件，而用于驱动一单相电机，并不以本示例性实施方式中所例举的变频驱动电路为限。如图4中所示，所述过流保护方法可以包括：

步骤1.监测所述变频驱动电路向所述负载提供的所述驱动电流。本示例性实施方式中，监测所述驱动电流可以通过多种方式实现，例如直接监测、采样监测以及间接计算等等。

步骤2.在步骤1中监测到所述驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比，以增加采样所述第二半导体开关器件S2电流的时间。所述第一阈值和第二阈值可以根据工程需求而设置，例如，第一阈值可以设置为正常驱动电流的190％，第二阈值可以设置为正常驱动电流的260％等等。

本示例性实施方式中，在驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，并没有改变所述第一半导体开关器件S1、第二半导体开关器件S2的开关频率，而是暂时降低所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比，从而使得第二半导体开关器件S2的导通时间得到延长。由于第二半导体开关器件S2的导通时间得到延长，因此可以增加采样所述第二半导体开关器件S2电流的时间，保证采样电路能够完成对第二半导体开关器件S2电流的采样以及后续处理电路完成保护动作。

本示例性实施方式中，降低所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比可以通过改变控制所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2开关的控制信号的波形而实现。如图2中所示，所述控制信号可以基于一调制波12以及一载波11而生成。因此，如图5中所示，本示例性实施方式中，可以通过降低所述调制波12的幅值，实现所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比的降低。其中，所述调制波幅值的降低程度可以依需求而具体设定，只要足以保证采样电路能够完成对第二半导体开关器件S2电流的采样以及后续处理电路完成保护动作即可。本示例性实施方式中的方案可以无需在硬件上进行改动而通过软件的方式实现，成本较低且易于控制。

在本公开的一种示例性实施方式中，在采样所述第二半导体开关器件S2的电流，可以基于采样到的电流生成一故障判断信号，从而可以提示出现过流故障，并由后续处理电路进行保护动作。

相关技术中，如果负载过大，变频驱动电路输出的驱动电流达到一定的水平，例如超出上述的第一阈值，虽然可能通过上述故障检测信号提示出现故障后，后续处理电路会停止提供所述控制信号，从而控制变频驱动电路停止输出，保护变频驱动电路中的元器件；然而，其虽然保护了变频驱动电路中的元器件，但电机等负载失去了驱动电流，因此没有了输出转矩，进而可能会因转矩不足达不到用户设备所需的动作要求。

反观本示例性实施方式中所提供的过流保护方法，在所述驱动电流超出所述第一阈值且小于第二阈值时，由于调制波的幅值是得到下降，而非停止提供所述控制信号，如此，参考图6中所示，在调制波的幅值下降之后，所述变频驱动电路的输出电压随之下降，从而可以降低提供的所述驱动电流。这样，一方面由于降低了所述变频驱动电路向所述负载提供的所述驱动电流而不至于变频驱动电路中的元器件被烧毁，从而起到一定的保护作用，另一方面，由于不停止提供所述控制信号，变频驱动电路仍然向电机等负载提供驱动电流，电机的输出转矩一直存在，因此比相关技术中的过流保护方案有更大的输出转矩，从而避免无法达到用户设备所需的动作要求。

本领域技术人员容易理解的是，本示例性实施方式中通过降低调制波的幅值而使得所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比以及变频驱动电流的输出电压得以同时下降，但在本公开的其他示例性实施方式中，降低所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比与降低所述变频驱动电流的输出电压也可以分别通过不同的方式进行，而不局限于本示例性实施方式中所例举的方式。

在所述驱动电流被降低至重新低于所述第一阈值后，则可以恢复所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比至其降低前的水平，即结束保护动作，恢复正常运作。同降低所述第一半导体开关器件S1以及第二半导体开关器件S2的导通时间之比一样，可以通过恢复所述调制波的幅值至其降低前的水平，而恢复所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比至其降低前的水平。容易理解的是，恢复所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比至其降低前的水平指代的是恢复所述第一半导体开关器件S1和第二半导体开关器件S2的导通时间之比至其在没有降低情况下原本应有的水平。

进一步的，在本公开的一种示例性实施方式中，所述方法还可以包括，在所述驱动电流超出所述第二阈值时，停止提供所述驱动电流。这样，则可以避免由于变频驱动电流突然出现较大的过流而导致变频驱动电路的直流回路烧毁或者负载损坏。

本示例性实施方式中还提供了一种对应上述过流保护方法的一种过流保护装置，应用于一变频驱动电路；所述变频驱动电路包括串联的第一、第二半导体开关器件；所述装置可以包括一电流监测模块、一输出控制模块以及一故障保护模块。所述电流监测模块用于监测所述变频驱动电路向所述负载提供的一驱动电流。所述输出控制模块用于在所述驱动电流超出所述第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，以增加采样所述第二半导体开关器件电流的时间。所述故障保护模块用于在所述驱动电流超出所述第二阈值时，停止提供所述驱动电流；其中，所述第二阈值高于所述第一阈值。

在本示例性实施方式中，输出控制模块还用于，在所述驱动电流超出所述第一阈值且低于所述第二阈值时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。例如，所述输出控制模块基于一调制波及载波生成一控制信号以控制所述第一、第二半导体开关器件的导通。进而，输出控制模块可以通过降低所述调制波的幅值，以在降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比的同时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

在本示例性实施方式中，所述第一、第二半导体开关器件在基于一调制波及载波生成的控制信号控制下导通；所述输出控制模块通过降低所述调制波的幅值而降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，同时，降低所述变频驱动电路的输出电压从而降低向所述负载提供的所述驱动电流。

在本示例性实施方式中，所述降低所述调制波的幅值包括：降低所述调制波的幅值，使得所述驱动电流低于所述第一阈值。所述输出控制模块还可以用于，在所述驱动电流重新低于所述第一阈值后，恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平。所述输出控制模块可以通过恢复所述调制波的幅值至其降低前的水平而恢复所述第一半导体开关器件以及第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平。

在本示例性实施方式中，所述装置还可以包括：一故障检测模块。所述故障检测模块用于采样所述第二半导体开关器件的电流，并基于采样到的电流生成一故障判断信号。

进一步的，本示例性实施方式中还提供一种变频驱动电路。该变频驱动电路可以包括一三相逆变全桥以及一上述的任意一种过流保护装置。该三相逆变全桥可以如图2中所示，其每一桥臂均包括依次串联的所述第一、第二半导体开关器件以及采样电阻；所述过流保护装置，电性连接于所述三相逆变全桥，从而实现过流保护。

关于上述实施例中的过流保护装置以及变频驱动电路，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关过流保护方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

综上所述，本示例性实施方式中所提供的过流保护方法、过流保护装置以及包括该过流保护装置的变频驱动电路中，在监测到驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，从而可以增加采样所述第二半导体开关器件电流的时间，保证采样电路能够完成对第二半导体开关器件电流的采样以及后续处理电路完成保护动作。进一步的，本公开中由于是降低向负载提供的驱动电流而非停止提供，如此一方面可以起到一定的保护作用，另一方面，可以比相关技术中的过流保护方案有更大的输出转矩，避免无法达到用户设备所需的动作要求。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反地，在不脱离本公开的精神和范围内所作的更动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (19)

1.一种过流保护方法，应用于一变频驱动电路；所述变频驱动电路包括至少两组串联的第一、第二半导体开关器件；其特征在于，所述方法包括：

监测所述变频驱动电路向所述负载提供的一驱动电流；

在所述驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，以增加采样所述第二半导体开关器件电流的时间；其中，所述第二阈值高于所述第一阈值。

2.根据权利要求1所述的过流保护方法，其特征在于，所述过流保护方法还包括：

在所述驱动电流超出所述第一阈值且低于所述第二阈值时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

3.根据权利要求1所述的过流保护方法，其特征在于，所述第一、第二半导体开关器件在基于一调制波及载波生成的控制信号控制下导通；所述过流保护方法包括：

降低所述调制波的幅值，以在降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比的同时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

4.根据权利要求3所述的过流保护方法，其特征在于，所述降低所述调制波的幅值包括：

降低所述调制波的幅值，使得所述驱动电流低于所述第一阈值。

5.根据权利要求4所述的过流保护方法，其特征在于，所述方法还包括：

在所述驱动电流重新低于所述第一阈值后，恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平。

6.根据权利要求5所述的过流保护方法，其特征在于，所述恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平包括：

恢复所述调制波的幅值至其降低前的水平。

7.根据权利要求1所述的过流保护方法，其特征在于，所述方法还包括：

采样所述第二半导体开关器件的电流，并基于采样到的电流生成一故障判断信号。

8.根据权利要求1所述的过流保护方法，其特征在于，在所述驱动电流超出所述第二阈值时，停止提供所述驱动电流。

9.根据权利要求1-8任意一项所述的过流保护方法，其特征在于，所述变频驱动电路包括并联的三个桥臂；每一所述桥臂均包括依次串联的一所述第一半导体开关器件、一所述第二半导体开关器件以及一采样电阻；其中，通过获取所述采样电阻上的电压采样所述第二半导体开关器件的电流。

10.一种过流保护装置，应用于一变频驱动电路；所述变频驱动电路包括串联的第一、第二半导体开关器件；其特征在于，所述装置包括：

一电流监测模块，用于监测所述变频驱动电路向所述负载提供的一驱动电流；

一输出控制模块，用于在所述驱动电流超出一第一阈值且低于一第二阈值时，暂时降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比，以增加采样所述第二半导体开关器件电流的时间；其中，所述第二阈值高于所述第一阈值。

11.根据权利要求10所述的过流保护装置，其特征在于，输出控制模块还用于，在所述驱动电流超出所述第一阈值且低于所述第二阈值时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

12.根据权利要求10所述的过流保护装置，其特征在于，所述输出控制模块基于一调制波及载波生成一控制信号以控制所述第一、第二半导体开关器件的导通；以及，通过降低所述调制波的幅值，以在降低所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比的同时，降低所述变频驱动电路的输出电压，从而降低提供的所述驱动电流。

13.根据权利要求12所述的过流保护装置，其特征在于，所述降低所述调制波的幅值包括：

降低所述调制波的幅值，使得所述驱动电流低于所述第一阈值。

14.根据权利要求13所述的过流保护装置，其特征在于，所述输出控制模块还用于，在所述驱动电流重新低于所述第一阈值后，恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平。

15.根据权利要求14所述的过流保护装置，其特征在于，所述输出控制模块通过恢复所述调制波的幅值至其降低前的水平而恢复所述第一、第二半导体开关器件的导通时间之比至其降低前的水平。

16.根据权利要求10所述的过流保护装置，其特征在于，所述过流保护装置还包括：

一故障检测模块，用于采样所述第二半导体开关器件的电流，并基于采样到的电流生成一故障判断信号。

17.根据权利要求10所述的过流保护装置，其特征在于，所述过流保护装置还包括：

一故障保护模块，用于在所述驱动电流超出所述第二阈值时，停止提供所述驱动电流。

18.根据权利要求10-17任意一项所述的过流保护装置，其特征在于，所述变频驱动电路包括并联的三个桥臂；每一所述桥臂均包括依次串联的一所述第一半导体开关器件、一所述第二半导体开关器件以及一采样电阻；其中，通过获取所述采样电阻上的电压采样所述第二半导体开关器件的电流。

19.一种变频驱动电路，其特征在于，包括：

一三相逆变全桥，其每一桥臂均包括依次串联的一第一半导体开关器件、一第二半导体开关器件以及一采样电阻；以及

一如权利要求10-18任意一项所述的过流保护装置，用于对所述三相逆变全桥进行过流保护。