CN108808629A - 带保护功能且可自恢复的pwm逆变器控制模块及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块，包括DA转换模块和依次连接的AD采样处理模块、信号比较模块以及逻辑处理模块；所述逻辑处理模块包括中断触发模块、切断恢复模块、模式设定模块和计数模块；本发明还公开了应用该控制模块控制PWM逆变器的方法，本发明在不增加外围器件和信号处理电路的前提下，当发生过压、过流、过温故障时，控制模块能瞬时关断PWM输出；当监控信号回落到安全阈值范围内时，控制模块又能自动恢复，重新输出PWM脉冲；整个保护和自恢复过程都由逆变器中原有的主控芯片通过软件方式完成，易于实现又快捷可靠。

Description

带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源、家用电器及电力电子技术领域，特别是一种带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块及其控制方法

背景技术

PWM(脉宽调制)逆变器，目前已被广泛应用于新能源汽车、家用电器、电力电子等领域，通常由“升降压(DC-DC电路)”、“逆变(DC-AC电路)”、“控制逻辑”、“电源”等模块组成。

逆变器在使用过程中可能会遭遇过压、过流、过温等故障导致器件损坏，严重时甚至引发安全事故，所以有必要设定可靠的保护措施。目前的保护方法有两种：一是在电路中增加限流熔断器、双向钳位二极管、光耦隔离等保护器件；二是增加电压比较器、运放等外围保护电路，将电压、电流、温度信号经处理后，产生故障信号传输到控制模块，再由控制模块发出相应故障处理指令。

第一种方法是通过发生故障时牺牲保护器件来保全主体，故障保护后系统无法自行恢复；第二种方法需由外部电路产生故障处理信号回传到控制模块，既不够直接快捷，又增加了硬件成本，且外围电路本身也可能失效而无法起到保护作用。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块及方法，本发明在不增加外围器件和信号处理电路的前提下，当发生过压、过流、过温故障时，控制模块能瞬时关断PWM输出；当监控信号回落到安全阈值范围内时，控制模块又能自动恢复，重新输出PWM脉冲；整个保护和自恢复过程都由逆变器中原有的主控芯片通过软件方式完成，易于实现又快捷可靠。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块，包括DA转换模块和依次连接的AD采样处理模块、信号比较模块以及逻辑处理模块；其中：

AD采样处理模块，对监控信号进行AD转换以及滤波处理，并产生对应的数字监控信号；

信号比较模块，对数字监控信号和预先设定的保护动作阈值进行比较；

逻辑处理模块，根据调制波和载波的相交，产生出数组同步或异步的PWM调制脉冲信号；

根据所述信号比较模块的比较结果，对PWM调制脉冲的输出进行控制：当超过保护动作阈值时触发中断，切断PWM调制脉冲信号的输出；当低于保护动作阈值时自动恢复；

DA转换模块，对保护动作阈值进行数值设定，并将所述保护动作阈值输入到所述信号比较模块中与数字监控信号进行比较。

作为一种优选的实施方式，所述监控信号包括电压采样信号、电流采样信号和温度采样信号。

作为另一种优选的实施方式，所述电压采样信号具体包括逆变器DC-DC电路的输入输出电压和DC-AC电路的输出电压；

所述电流采样信号具体包括逆变器DC-DC电路的输入电流和DC-AC电路的负载电流；

所述温度采样信号具体包括逆变器DC-DC电路的开关管体表温度、DC-AC电路的功率开关管温度和箱体温度。

作为另一种优选的实施方式，所述信号比较模块中包括至少一只独立的电压比较器。

作为另一种优选的实施方式，所述逻辑处理模块包括：

中断触发模块，接收信号比较模块的输出信号并根据该输出信号输出中断触发信号；

切断恢复模块，接收中断触发模块的中断触发信号并切断或恢复PWM调制脉冲的输出；

模式设定模块，用于设定保护模式；

计数模块，用于完成控制处理过程的计数。

应用如上述的控制模块控制PWM逆变器的方法，包括以下步骤：

1)通过DA转换模块对保护动作阈值进行数值设定，并将保护动作阈值分别输入到电压比较器的负端；

2)通过模式设定模块对故障的监控过程进行模式设定；

3)通过AD采样处理模块对监控信号进行AD转换以及滤波处理后产生对应的数字监控信号输出；

4)将各个数字监控信号分别输入到信号比较模块中每个独立的电压比较器的正端；

5)逻辑处理模块中的中断触发模块根据信号比较模块的输出产生中断触发信号；逻辑处理模块中的切断恢复模块根据中断触发模块的中断触发信号切断或恢复PWM调制脉冲的输出；

6)当计数模块递减计数到0时，若无新的中断触发信号产生，则切断恢复模块会自动将PWM调制脉冲的输出脚恢复为正常状态。

作为一种优选的实施方式，在步骤1)中，所述的保护动作阈值还可由用户在外部进行设定。

作为另一种优选的实施方式，在步骤2)中，所述的模式设定具体包括：

将信号比较模块和中断触发模块的输出设定为时钟同步或时钟非同步模式；

将中断触发模块设定为单次输出模式或循环输出模式；

将故障发生时PWM调制脉冲的输出脚设定为高电平、低电平或高阻态三种中的一种。

作为另一种优选的实施方式，所述步骤5)具体如下：

当信号比较模块的输出为高电平时，中断触发模块输出中断触发信号给切断恢复模块；

当信号比较模块的输出为低电平时，中断触发模块不产生中断触发信号。

本发明的有益效果是：本发明在不增加外围器件和信号处理电路的前提下，当发生过压、过流、过温故障时，控制模块能瞬时关断PWM调制脉冲的输出；当监控信号回落到安全的保护动作阈值范围内时，控制模块又能自动恢复，重新输出PWM调制脉冲；整个保护和自恢复过程都由逆变器中原有的主控芯片通过软件方式完成，易于实现又快捷可靠。

附图说明

图1为本发明实施例的原理框图；

附图标记：

10、DA转换模块，20、AD采样处理模块，30、信号比较模块，40、逻辑处理模块，41、中断触发模块，42、切断恢复模块，43、模式设定模块，44、计数模块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1

如图1所示，一种带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块，包括DA转换模块10和依次连接的AD采样处理模块20、信号比较模块30以及逻辑处理模块40；其中：

AD采样处理模块20，对电压采样信号、电流采样信号和温度采样信号等监控信号进行AD转换以及滤波处理，并产生对应的数字监控信号；

信号比较模块30中包括至少一只独立的电压比较器，用于对各个数字监控信号和预先设定的保护动作阈值进行比较；

逻辑处理模块40，根据调制波和载波的相交，产生出数组同步或异步的PWM调制脉冲信号；

根据所述信号比较模块30的比较结果，对PWM调制脉冲的输出进行控制：当超过保护动作阈值时触发中断，切断PWM调制脉冲信号的输出；当低于保护动作阈值时自动恢复；

DA转换模块10，对保护动作阈值进行数值设定，并将所述保护动作阈值输入到所述信号比较模块30中与数字监控信号进行比较。

具体地，逻辑处理模块40包括中断触发模块41、切断恢复模块42、模式设定模块43和计数模块44，其中：

中断触发模块41，接收信号比较模块30的输出信号并根据该输出信号输出中断触发信号；

切断恢复模块42，接收中断触发模块41的中断触发信号并切断或恢复PWM调制脉冲的输出；

模式设定模块43，用于设定保护模式；

计数模块44，用于完成控制处理过程的计数。

实施例2

实施例2为应用实施例1所提供的控制模块控制PWM逆变器的方法，以如下例子进行具体说明：

某单相离网光伏逆变器，内部采用某公司32bit微控器作为主控芯片，DC-DC升压电路及DC-AC逆变电路所选开关管IGBT的集射电压不得超过600V，输出交流电流有效值不得超过30A，最高箱体温度不得超过105℃。为提高产品使用的安全性，必须对该逆变器的直流母线电压、交流负载电流和IGBT体表温度进行监控，以达到直流侧过压、交流侧过流和关键器件的过温保护；如图1所示，其保护过程步骤如下：

1)首先通过主控芯片内的DA转换模块10，设定过压保护动作阈值为580V，过流保护动作阈值为25A，过温保护动作阈值为100℃，并将保护动作阈值的数字值(ADC值)分别输入到信号比较模块30的三个电压比较器COMP1、COMP2、COMP3的负端；

2)通过模式设定模块43将保护模式设定为“循环非同步”，即故障发生时产生的中断触发信号为循环多次非同步信号；当过压、过流、过温发生时，信号比较模块30输出为高电平，中断触发模块41输出为高电平，使得切断恢复模块42关闭PWM调制脉冲输出；

3)将逆变器的直流母线电压经采样电阻分压，送入主控芯片AD采样处理模块20的ADCINA2端，将交流负载电流通过霍尔传感器采样后送入AD采样处理模块20的ADCINA4端，将DC-DC升压电路的IGBT体表温度通过热敏电阻采样后送入AD采样处理模块20的ADCINA6端，经均值滤波处理后得到直流母线电压(标记为“V_bus”)、交流负载电流(标记为“I_ac”)和开关管温度的数字信号(标记为“T_igbt”)；

4)将V_bus、I_ac、T_igbt分别输入到信号比较模块30的三个电压比较器COMP1、COMP2、COMP3的正端；主控芯片的PWM输出脚PWM1A经光耦驱动放大后连至DC-DC升压电路IGBT_dc栅极；PWM2A\2B、PWM3A\3B经光耦驱动放大后连至DC-AC逆变电路的四个桥路IGBT_ac1-4的栅极；

5)当V_bus、I_ac、T_igbt均小于保护动作阈值时，信号比较模块30的输出为低电平，不会产生中断触发和切断PWM调制脉冲输出的保护动作；

而一旦监控的三个信号中有一个或多个超过保护动作阈值，则信号比较模块30的输出立刻为高电平，中断触发模块41也输出为高电平，切断恢复模块42立刻置低PWM的输出脚，从而关断IGBT的栅极驱动脉冲输出。只要三个信号中有一个没有回落到保护动作阈值以下，信号比较模块30和中断触发模块41就一直输出为高电平，从而实现过压或过温保护；

6)当V_bus、I_ac和T_igbt均已回落到阈值以下时，信号比较模块30输出为低电平，中断触发模块41不再输出高电平。一旦计数模块44递减到0，就会重新判断此时的中断触发模块41的输出，当其为低电平时，则切断恢复模块42会重新恢复PWM1A、PWM2A\2B、PWM3A\3B的输出。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块，其特征在于，包括DA转换模块和依次连接的AD采样处理模块、信号比较模块以及逻辑处理模块；其中：

AD采样处理模块，对监控信号进行AD转换以及滤波处理，并产生对应的数字监控信号；

信号比较模块，对数字监控信号和预先设定的保护动作阈值进行比较；

逻辑处理模块，根据调制波和载波的相交，产生出数组同步或异步的PWM调制脉冲信号；

根据所述信号比较模块的比较结果，对PWM调制脉冲的输出进行控制：当超过保护动作阈值时触发中断，切断PWM调制脉冲信号的输出；当低于保护动作阈值时自动恢复；

DA转换模块，对保护动作阈值进行数值设定，并将所述保护动作阈值输入到所述信号比较模块中与数字监控信号进行比较。

2.根据权利要求1所述的带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块，其特征在于，所述监控信号包括电压采样信号、电流采样信号和温度采样信号。

3.根据权利要求2所述的带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块，其特征在于，所述电压采样信号具体包括逆变器DC-DC电路的输入输出电压和DC-AC电路的输出电压；

所述电流采样信号具体包括逆变器DC-DC电路的输入电流和DC-AC电路的负载电流；

所述温度采样信号具体包括逆变器DC-DC电路的开关管体表温度、DC-AC电路的功率开关管温度和箱体温度。

4.根据权利要求1所述的带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块，其特征在于，所述信号比较模块中包括至少一只独立的电压比较器。

5.根据权利要求1所述的带保护功能且可自恢复的PWM逆变器控制模块，其特征在于，所述逻辑处理模块包括：

中断触发模块，接收信号比较模块的输出信号并根据该输出信号输出中断触发信号；

切断恢复模块，接收中断触发模块的中断触发信号并切断或恢复PWM调制脉冲的输出；

模式设定模块，用于设定保护模式；

计数模块，用于完成控制处理过程的计数。

6.应用如权利要求1-5任一项所述的控制模块控制PWM逆变器的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过DA转换模块对保护动作阈值进行数值设定，并将保护动作阈值分别输入到电压比较器的负端；

2)通过模式设定模块对故障的监控过程进行模式设定；

3)通过AD采样处理模块对监控信号进行AD转换以及滤波处理后产生对应的数字监控信号输出；

4)将各个数字监控信号分别输入到信号比较模块中每个独立的电压比较器的正端；

5)逻辑处理模块中的中断触发模块根据信号比较模块的输出产生中断触发信号；逻辑处理模块中的切断恢复模块根据中断触发模块的中断触发信号切断或恢复PWM调制脉冲的输出；

6)当计数模块递减计数到0时，若无新的中断触发信号产生，则切断恢复模块会自动将PWM调制脉冲的输出脚恢复为正常状态。

7.根据权利要求6所述的控制模块控制PWM逆变器的方法，其特征在于，在步骤1)中，所述的保护动作阈值还可由用户在外部进行设定。

8.根据权利要求6所述的控制模块控制PWM逆变器的方法，其特征在于，在步骤2)中，所述的模式设定具体包括：

将信号比较模块和中断触发模块的输出设定为时钟同步或时钟非同步模式；

将中断触发模块设定为单次输出模式或循环输出模式；

将故障发生时PWM调制脉冲的输出脚设定为高电平、低电平或高阻态三种中的一种。

9.根据权利要求6所述的控制模块控制PWM逆变器的方法，其特征在于，所述步骤5)具体如下：

当信号比较模块的输出为高电平时，中断触发模块输出中断触发信号给切断恢复模块；

当信号比较模块的输出为低电平时，中断触发模块不产生中断触发信号。