CN106786396A - 一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其包括有：PFC升压单元；短路开关单元，其输入端连接于PFC升压单元的输出端，所述短路开关单元用于根据其控制端接收的电信号而驱动其输入端和输出端导通或断开；逆变单元；电流采样电路；智能识别单元，用于接收电流采样电路采集的电流信号，以及：当所述电流信号未超过预设值时向短路开关单元的控制端发出导通电信号，以令短路开关单元驱动其输入端和输出端导通；当所述电流信号高于预设值时向短路开关单元的控制端发出断开电信号，以令短路开关单元驱动其输入端和输出端断开。本发明能提高逆变器的带容性负载能力，可避免逆变器误关机或误损坏。

Description

一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路

技术领域

本发明涉及逆变器的保护电路，尤其涉及一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路。

背景技术

现有技术中，常见的修正波逆变器及AC转AC修正波逆变器，都是直接升压滤波后再送给逆变电路，中间没有缓冲电路，当逆变电路的输出端带非纯阻性负载时，会在逆变电路的开关管上产生超过正常带载时几十倍的尖峰电流，通常会造成逆变器带不起非容性负载而导致误关机。而且现有技术中的逆变器，都是靠逆变开关器件本身的性能而承受电流的冲击，因此容易造成误关机或损坏开关管，使得开管器件的损坏率和成本大大增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种能够在逆变部分产生尖峰电流的情况下及时保护，进而提高逆变器的带容性负载能力、避免逆变器误关机或误损坏的修正波逆变器智能型短路保护开关电路。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其包括有：一PFC升压单元，用于对其输入电压进行升压转换；一短路开关单元，其输入端连接于PFC升压单元的输出端，所述短路开关单元用于根据其控制端接收的电信号而驱动其输入端和输出端导通或断开；一逆变单元，其输入端连接于短路开关单元的输出端，所述逆变单元用于将短路开关单元输出的电压逆变为交流电；一电流采样电路，用于采集逆变单元母线的电流信号；一智能识别单元，连接于电流采样电路的输出端，所述智能识别单元用于接收电流采样电路采集的电流信号，以及：当所述电流信号未超过预设值时向短路开关单元的控制端发出导通电信号，以令短路开关单元驱动其输入端和输出端导通；当所述电流信号高于预设值时向短路开关单元的控制端发出断开电信号，以令短路开关单元驱动其输入端和输出端断开。

优选地，所述PFC升压单元包括有升压电感、第一开关管、第一二极管和第一电解电容，所述升压电感的前端用于接入直流电压，所述升压电感的后端连接于第一开关管的漏极，所述第一开关管的源极接地，所述第一开关管的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第一开关管的漏极连接第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极作为PFC升压单元的输出端，且该第一二极管的阴极连接第一电解电容的正极，所述第一电解电容的负极接地。

优选地，所述短路开关单元包括有第二开关管、第一NPN管、PNP管、光耦和第二电解电容，所述第二开关管的漏极作为短路开关单元的输入端，所述第二开关管的源极作为短路开关单元的输出端，所述第一NPN管的集电极连接高电位，所述第一NPN管的基极通过第一电阻连接于高电位，所述第一NPN管的发射极与PNP管的发射极相连接，所述第一NPN管的集电极连接于第二开关管的源极，所述第一NPN管发射极的电信号传输至第二开关管的栅极，所述第二电解电容的正极连接于第二开关管的源极，所述第二电解电容的负极接地，所述光耦包括有发射管和接收管，所述第一NPN管的基极、PNP管的基极和接收管的输入端相互连接，所述接收管的输出端连接于第二开关管的源极，所述发射管的阳极作为短路开关单元的控制端，所述发射管的阴极接地。

优选地，所述第一NPN管的发射极通过第二电阻连接于第二开关管的栅极。

优选地，所述第一NPN管的集电极通过第三电阻连接于高电位。

优选地，所述智能识别单元包括有第一比较器、第二NPN管、第二二极管和第一电容，所述第二二极管的阳极用于连接高电位，所述第二二极管的阴极通过第一电容接地，所述第二NPN管的基极用于接入电流采样电路输出的电流信号，所述第二NPN管的发射极接地，所述第二NPN管的集电极连接于第二二极管的阴极，且所述第二二极管阴极的电信号传输至第一比较器的反相端，所述第一比较器的同相端用于接入第一基准电压，所述第一比较器的输出端作为智能识别单元的输出端而连接于所述发射管的阳极。

优选地，还包括有第二比较器和第三NPN管，所述第二二极管阴极的电信号传输至第二比较器的反相端，所述第二比较器的同相端用于接入第二基准电压，所述第二比较器输出端的电信号传输至第三NPN管的基极，所述第三NPN管的集电极连接于第一比较器的反相端，所述第三NPN管的发射极接地。

优选地，还包括有第四NPN管，所述第二比较器输出端的电信号传输至第四NPN管的基极，所述第四NPN管的集电极连接于第二比较器的反相端，所述第四NPN管的发射极接地。

优选地，所述逆变单元包括由第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管组成的逆变桥，所述第三开关管的栅极、第四开关管的栅极、第五开关管的栅极和第六开关管的栅极分别用于接入PWM驱动信号，藉由所述PWM驱动信号而控制第三开关管、第四开关管、第五开关管和第六开关管的导通状态，以令所述逆变单元输出交流电。

优选地，所述电流采样电路包括有相互并联的第四电阻、第五电阻和第六电阻，所述第四电阻、第五电阻和第六电阻的前端连接于逆变单元的直流母线的负极，所述第四电阻、第五电阻和第六电阻的后端接地，且所述第四电阻、第五电阻和第六电阻的前端作为电流采样电路的输出端。

本发明公开的修正波逆变器智能型短路保护开关电路中，当逆变单元未产生尖峰电流时，智能识别单元控制短路开关单元的输入端和输出端导通，使得PFC升压单元的输出信号通过短路开关单元传输至逆变单元，使得负载正常上电；当逆变单元因带非阻性负载而产生尖峰电流时，该尖峰电流传输至智能识别单元，智能识别单元控制短路开关单元将其输入端和输出端断开，进而将PFC升压单元和逆变单元之间断开。基于上述结构，本发明实现了在逆变部分产生尖峰电流或者负载短路等情况下及时进行保护，从而提高逆变器的带容性负载能力，同时可避免逆变器误关机或误损坏，大大降低了电路成本。

附图说明

图1为PFC升压单元、短路开关单元和智能识别单元的电路原理图。

图2为逆变单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作更加详细的描述。

本发明公开了一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路，结合图1和图2所示，其包括有：

一PFC升压单元10，用于对其输入电压进行升压转换；

一短路开关单元20，其输入端连接于PFC升压单元10的输出端，所述短路开关单元20用于根据其控制端接收的电信号而驱动其输入端和输出端导通或断开；

一逆变单元30，其输入端连接于短路开关单元20的输出端，所述逆变单元30用于将短路开关单元20输出的电压逆变为交流电；

一电流采样电路50，用于采集逆变单元30母线的电流信号；

一智能识别单元40，连接于电流采样电路50的输出端，所述智能识别单元40用于接收电流采样电路50采集的电流信号，以及：

当所述电流信号未超过预设值时向短路开关单元20的控制端发出导通电信号，以令短路开关单元20驱动其输入端和输出端导通；

当所述电流信号高于预设值时向短路开关单元20的控制端发出断开电信号，以令短路开关单元20驱动其输入端和输出端断开。

上述电路中，当逆变单元30未产生尖峰电流时，智能识别单元40控制短路开关单元20的输入端和输出端导通，使得PFC升压单元10的输出信号通过短路开关单元20传输至逆变单元30，使得负载正常上电；当逆变单元30因带非阻性负载而产生尖峰电流时，该尖峰电流传输至智能识别单元40，智能识别单元40控制短路开关单元20将其输入端和输出端断开，进而将PFC升压单元10和逆变单元30之间断开。基于上述结构，本发明实现了在逆变部分产生尖峰电流或者负载短路等情况下及时进行保护，从而提高逆变器的带容性负载能力，同时可避免逆变器误关机或误损坏，大大降低了电路成本。

关于升压部分，所述PFC升压单元10包括有升压电感L2、第一开关管Q5、第一二极管D1和第一电解电容C2，所述升压电感L2的前端用于接入直流电压，所述升压电感L2的后端连接于第一开关管Q5的漏极，所述第一开关管Q5的源极接地，所述第一开关管Q5的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第一开关管Q5的漏极连接第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极作为PFC升压单元10的输出端，且该第一二极管D1的阴极连接第一电解电容C2的正极，所述第一电解电容C2的负极接地。

上述PFC升压单元10中，滤波电容C1将获得的直流脉动电源或纯直流进行高频滤波送给第一开关管Q5、升压电感L2进行升压，升压原理如下：第一开关管Q5导通时，滤波电容C1上的电流经升压电感L2、第一开关管Q5到GND形成回路，升压电感L2储存能量，这时升压电感L2的电压极性为前正后负；当第一开关管Q5关断时，升压电感上会形成比输入电压高得多的感应电动势，这时升压电感L2上的电压极性为前负后正，感应电动势经第一二极管D1进行整流后形成单向电压再送给第一电解电容C2滤波，第一电解电容C2为大容量的电解电容，经过第一电解电容C2滤波后的电压为纯直流电压。

作为一种优选方式，所述短路开关单元20包括有第二开关管Q6、第一NPN管Q9、PNP管Q10、光耦和第二电解电容C3，所述第二开关管Q6的漏极作为短路开关单元20的输入端，所述第二开关管Q6的源极作为短路开关单元20的输出端，所述第一NPN管Q9的集电极连接高电位，所述第一NPN管Q9的基极通过第一电阻R21连接于高电位，所述第一NPN管Q9的发射极与PNP管Q10的发射极相连接，所述第一NPN管Q9的集电极连接于第二开关管Q6的源极，所述第一NPN管Q9发射极的电信号传输至第二开关管Q6的栅极，所述第二电解电容C3的正极连接于第二开关管Q6的源极，所述第二电解电容C3的负极接地，所述光耦包括有发射管U5A和接收管U5B，所述第一NPN管Q9的基极、PNP管Q10的基极和接收管U5B的输入端相互连接，所述接收管U5B的输出端连接于第二开关管Q6的源极，所述发射管U5A的阳极作为短路开关单元20的控制端，所述发射管U5A的阴极接地。

进一步地，所述第一NPN管Q9的发射极通过第二电阻R1连接于第二开关管Q6的栅极。所述第一NPN管Q9的集电极通过第三电阻R20连接于高电位。

上述短路开关单元20中，当电源开通时由于没有异常信号接收管U5B没有导通，这时VCC1通过第三电阻R20、第一电阻R21、第一NPN管Q9、PNP管Q10、第二电阻R1组成的驱动电路给第二开关管Q6的GEAT极，第二开关管Q6导通，对第二电解电容C3充电，第二电解电容C3的容量要比第一电解电容C2少很多，这时逆变电路正常工作输出修正波电压给负载。当接入的负载发生异常时，逆变电路会产生异常电流，通电流采样电路送给智能识别电路，这时接收管U5B会导通，将第一NPN管Q9的基极拉低，第一NPN管Q9关闭，PNP管Q10导通，第二开关管Q6的GEAT极电压被PNP管Q10拉到低电平为零，第二开关管Q6关闭，第二电解电容C3上储存的电压供给逆变电路，当异常信号消除后，接收管U5B会关掉，同时第二开关管Q6会继续导通，第二电解电容C3上将有持续的电压供给逆变电路。如果第二开关管Q6关闭后，第二电解电容C3的电压放到零时，逆变电路产生的异常电流仍没有消除，这时接收管U5B会永久导通关掉第二开关管Q6，从而断掉逆变电路的供电，达到保护设备和用户人身安全的目的。

作为一种优选方式，所述智能识别单元40包括有第一比较器U9A、第二NPN管Q12、第二二极管D2和第一电容C4，所述第二二极管D2的阳极用于连接高电位，所述第二二极管D2的阴极通过第一电容C4接地，所述第二NPN管Q12的基极用于接入电流采样电路50输出的电流信号，所述第二NPN管Q12的发射极接地，所述第二NPN管Q12的集电极连接于第二二极管D2的阴极，且所述第二二极管D2阴极的电信号传输至第一比较器U9A的反相端，所述第一比较器U9A的同相端用于接入第一基准电压VF1，所述第一比较器U9A的输出端作为智能识别单元40的输出端而连接于所述发射管U5A的阳极。

进一步地，所述智能识别单元40还包括有第二比较器U9B和第三NPN管Q11，所述第二二极管D2阴极的电信号传输至第二比较器U9B的反相端，所述第二比较器U9B的同相端用于接入第二基准电压VF2，所述第二比较器U9B输出端的电信号传输至第三NPN管Q11的基极，所述第三NPN管Q11的集电极连接于第一比较器U9A的反相端，所述第三NPN管Q11的发射极接地。

此外，所述智能识别单元40还包括有第四NPN管Q13，所述第二比较器U9B输出端的电信号传输至第四NPN管Q13的基极，所述第四NPN管Q13的集电极连接于第二比较器U9B的反相端，所述第四NPN管Q13的发射极接地。

上述智能识别单元40中，第七电阻R36、第八电阻R37、第二二极管D2、第一电容C4、第二NPN管Q12组成定时电路，第九电阻R44、第十电阻R35、第二电容C5与电流采样电路相连。第七电阻R36、第八电阻R37组成分压电路，第二二极管D2将分得的电压给第一电容C4充电，第二二极管D2防止第一电容C4向第八电阻R37放电，由于第一比较器U9A和第二比较器U9B是由比较器组成，所以输入电阻很大，第一电容C4充满电后没有放电回路。当负载在逆变电路的承受范围内，电流采样电路上流过的电流形成的压降不足以当第二NPN管Q12导通，第一电容C4上的电压高过VF1和VF2，第一比较器U9A的1脚与第二比较器U9B的7脚分别输出低电平，发射管U5A不导通，第二开关管Q6正常工作。当电流采样电路上有大电流形成的高电压后，通过分压R38、第九电阻R44，分压后再经第二电容C5滤除干扰信号送到第二NPN管Q12的基极，第二NPN管Q12会导通，这时会将定时电路第一电容C4上的电压释放，当电容第一电容C4的电压释放到比VF1低时，第一比较器U9A的1脚会输出高电平，同时发射管U5A导通，由发射管U5A去控制接收管U5B，接收管U5B也导通，接收管U5B关断第二开关管Q6，这时逆变电路靠第二电解电容C3储存的电压供电，如果第二电解电容C3的电压没有放完，但是采样电路上的大电流产生的高电压已消失，那么第七电阻R36会对第一电容C4充电，当第一电容C4上的电压高于VF1时，第一比较器U9A的1脚会输出低电平，第二开关管Q6继续工作，这时应该是用户接入了容性或感性负载所产生的干扰尖峰电流，电路是可以工作的。但如果第二电解电容C3上的电压已放完，采样电阻上由大电流产生的高电压仍然足以让第二NPN管Q12继续导通，这时第一电容C4上的电压通过第二NPN管Q12释放到低于VF2电压时，第二比较器U9B将输出高电平，第三NPN管Q11、第四NPN管Q13导通，分别将第一比较器U9A与第二比较器U9B的2脚和6脚电平拉低到零，这时第一比较器U9A被第二比较器U9B锁死，发射管U5A将永久导通，从而将第二开关管Q6永久关闭。

作为一种优选方式，第二电解电容C3的容量要少于第一电解电容C2，并且当第二开关管Q6断开时，第二电解电容C3上储存的能量不能足以损坏逆变电路的开关管，同时第二电解电容C3上的电压放完后，定时器电路第一电容C4上的电压要降到VF2以下，但第一电容C4上的电压不能释放到零。

关于逆变部分，请参照图2，所述逆变单元30包括由第三开关管Q1、第四开关管Q2、第五开关管Q3和第六开关管Q4组成的逆变桥，所述第三开关管Q1的栅极、第四开关管Q2的栅极、第五开关管Q3的栅极和第六开关管Q4的栅极分别用于接入PWM驱动信号，藉由所述PWM驱动信号而控制第三开关管Q1、第四开关管Q2、第五开关管Q3和第六开关管Q4的导通状态，以令所述逆变单元30输出交流电。

上述逆变单元30中，第三开关管Q1、第六开关管Q4与第四开关管Q2、第五开关管Q3交替导通，会在OUT_L、OUT_N上形成修正波交流电压送给负载，F1是安全保险管。

作为一种优选方式，所述电流采样电路50包括有相互并联的第四电阻R3、第五电阻R4和第六电阻R5，所述第四电阻R3、第五电阻R4和第六电阻R5的前端连接于逆变单元30的直流母线的负极，所述第四电阻R3、第五电阻R4和第六电阻R5的后端接地，且所述第四电阻R3、第五电阻R4和第六电阻R5的前端作为电流采样电路50的输出端。

上述电流采样电路50中，当逆变电路工作时，会在第四电阻R3、第五电阻R4和第六电阻R5上流过电流从而产生压降，当负载短路时或超过逆变电路所承受的功率时第四电阻R3、第五电阻R4和第六电阻R5上会产生很大的压降，从而让智能识别电路去识别负载是否短路。

本发明公开的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其具有智能识别负载是否短路，并能及时应对容性或感性负载的冲击电流，在上述电路的作用下，可使得修正波逆变器的带容性或感性载能力增强，同时不容易损坏设备，安全性大大提高，此外还可以减少逆变电路的成本。

以上所述只是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的技术范围内所做的修改、等同替换或者改进等，均应包含在本发明所保护的范围内。

Claims (10)

1.一种修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，包括有：

一PFC升压单元(10)，用于对其输入电压进行升压转换；

一短路开关单元(20)，其输入端连接于PFC升压单元(10)的输出端，所述短路开关单元(20)用于根据其控制端接收的电信号而驱动其输入端和输出端导通或断开；

一逆变单元(30)，其输入端连接于短路开关单元(20)的输出端，所述逆变单元(30)用于将短路开关单元(20)输出的电压逆变为交流电；

一电流采样电路(50)，用于采集逆变单元(30)母线的电流信号；

一智能识别单元(40)，连接于电流采样电路(50)的输出端，所述智能识别单元(40)用于接收电流采样电路(50)采集的电流信号，以及：

当所述电流信号未超过预设值时向短路开关单元(20)的控制端发出导通电信号，以令短路开关单元(20)驱动其输入端和输出端导通；

当所述电流信号高于预设值时向短路开关单元(20)的控制端发出断开电信号，以令短路开关单元(20)驱动其输入端和输出端断开。

2.如权利要求1所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，所述PFC升压单元(10)包括有升压电感(L2)、第一开关管(Q5)、第一二极管(D1)和第一电解电容(C2)，所述升压电感(L2)的前端用于接入直流电压，所述升压电感(L2)的后端连接于第一开关管(Q5)的漏极，所述第一开关管(Q5)的源极接地，所述第一开关管(Q5)的栅极用于接入一路PWM控制信号，所述第一开关管(Q5)的漏极连接第一二极管(D1)的阳极，所述第一二极管(D1)的阴极作为PFC升压单元(10)的输出端，且该第一二极管(D1)的阴极连接第一电解电容(C2)的正极，所述第一电解电容(C2)的负极接地。

3.如权利要求1所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，所述短路开关单元(20)包括有第二开关管(Q6)、第一NPN管(Q9)、PNP管(Q10)、光耦和第二电解电容(C3)，所述第二开关管(Q6)的漏极作为短路开关单元(20)的输入端，所述第二开关管(Q6)的源极作为短路开关单元(20)的输出端，所述第一NPN管(Q9)的集电极连接高电位，所述第一NPN管(Q9)的基极通过第一电阻(R21)连接于高电位，所述第一NPN管(Q9)的发射极与PNP管(Q10)的发射极相连接，所述第一NPN管(Q9)的集电极连接于第二开关管(Q6)的源极，所述第一NPN管(Q9)发射极的电信号传输至第二开关管(Q6)的栅极，所述第二电解电容(C3)的正极连接于第二开关管(Q6)的源极，所述第二电解电容(C3)的负极接地，所述光耦包括有发射管(U5A)和接收管(U5B)，所述第一NPN管(Q9)的基极、PNP管(Q10)的基极和接收管(U5B)的输入端相互连接，所述接收管(U5B)的输出端连接于第二开关管(Q6)的源极，所述发射管(U5A)的阳极作为短路开关单元(20)的控制端，所述发射管(U5A)的阴极接地。

4.如权利要求3所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，所述第一NPN管(Q9)的发射极通过第二电阻(R1)连接于第二开关管(Q6)的栅极。

5.如权利要求3所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，所述第一NPN管(Q9)的集电极通过第三电阻(R20)连接于高电位。

6.如权利要求3所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，所述智能识别单元(40)包括有第一比较器(U9A)、第二NPN管(Q12)、第二二极管(D2)和第一电容(C4)，所述第二二极管(D2)的阳极用于连接高电位，所述第二二极管(D2)的阴极通过第一电容(C4)接地，所述第二NPN管(Q12)的基极用于接入电流采样电路(50)输出的电流信号，所述第二NPN管(Q12)的发射极接地，所述第二NPN管(Q12)的集电极连接于第二二极管(D2)的阴极，且所述第二二极管(D2)阴极的电信号传输至第一比较器(U9A)的反相端，所述第一比较器(U9A)的同相端用于接入第一基准电压(VF1)，所述第一比较器(U9A)的输出端作为智能识别单元(40)的输出端而连接于所述发射管(U5A)的阳极。

7.如权利要求6所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，还包括有第二比较器(U9B)和第三NPN管(Q11)，所述第二二极管(D2)阴极的电信号传输至第二比较器(U9B)的反相端，所述第二比较器(U9B)的同相端用于接入第二基准电压(VF2)，所述第二比较器(U9B)输出端的电信号传输至第三NPN管(Q11)的基极，所述第三NPN管(Q11)的集电极连接于第一比较器(U9A)的反相端，所述第三NPN管(Q11)的发射极接地。

8.如权利要求7所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，还包括有第四NPN管(Q13)，所述第二比较器(U9B)输出端的电信号传输至第四NPN管(Q13)的基极，所述第四NPN管(Q13)的集电极连接于第二比较器(U9B)的反相端，所述第四NPN管(Q13)的发射极接地。

9.如权利要求1所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，所述逆变单元(30)包括由第三开关管(Q1)、第四开关管(Q2)、第五开关管(Q3)和第六开关管(Q4)组成的逆变桥，所述第三开关管(Q1)的栅极、第四开关管(Q2)的栅极、第五开关管(Q3)的栅极和第六开关管(Q4)的栅极分别用于接入PWM驱动信号，藉由所述PWM驱动信号而控制第三开关管(Q1)、第四开关管(Q2)、第五开关管(Q3)和第六开关管(Q4)的导通状态，以令所述逆变单元(30)输出交流电。

10.如权利要求9所述的修正波逆变器智能型短路保护开关电路，其特征在于，所述电流采样电路(50)包括有相互并联的第四电阻(R3)、第五电阻(R4)和第六电阻(R5)，所述第四电阻(R3)、第五电阻(R4)和第六电阻(R5)的前端连接于逆变单元(30)的直流母线的负极，所述第四电阻(R3)、第五电阻(R4)和第六电阻(R5)的后端接地，且所述第四电阻(R3)、第五电阻(R4)和第六电阻(R5)的前端作为电流采样电路(50)的输出端。