CN110086231A - 锂电池dc-ac逆变保护电路及储能设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种锂电池DC‑AC逆变保护电路及储能设备。所述逆变保护电路包括开关控制电路、脉冲宽度调制集成电路、补偿电阻、补偿电容、耦合器接收端、旁路电容、定时电阻、定时电容和上拉电阻；所述脉冲宽度调制集成电路包括电源引脚、第一输出引脚、第二输出引脚、同相输入引脚、反相输入引脚、补偿引脚、定时电阻引脚、定时电容引脚、参考电压引脚、振荡器、误差放大器和比较器。所述储能设备包括所述逆变保护电路。本申请可降低锂电池的峰‑峰电流，使得锂电池可在额定的充放电倍率内工作。

Description

锂电池DC-AC逆变保护电路及储能设备

技术领域

本申请涉及锂电池技术领域，特别涉及一种锂电池DC-AC(直流-交流)逆变保护电路及储能设备。

背景技术

随着新能源的推广，采用锂电池进行逆变的储能设备也得到广泛的应用。通常而言，锂电池的充放电倍率只有1C或2C。在逆变的过程中，锂电池的充放电倍率超过1C或2C将会大大减少锂电池的工作寿命，且会使得电池过热，存在起火的风险。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本申请的发明构思及技术方案，其并不必然属于本申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

本申请提供一种锂电池DC-AC逆变保护电路及储能设备，可降低锂电池的峰-峰电流，使得锂电池可在额定的充放电倍率内工作。

在第一方面，本申请还提供种锂电池DC-AC逆变保护电路，包括开关控制电路、脉冲宽度调制集成电路、补偿电阻、补偿电容、耦合器接收端、旁路电容、定时电阻、定时电容和上拉电阻；

所述脉冲宽度调制集成电路包括电源引脚、第一输出引脚、第二输出引脚、同相输入引脚、反相输入引脚、补偿引脚、定时电阻引脚、定时电容引脚、参考电压引脚、振荡器、误差放大器和比较器；

所述开关控制电路与所述电源引脚连接；

所述第一输出引脚和所述第二输出引脚用于输出信号以控制锂电池DC-AC逆变电路中的升压MOS管；

所述补偿电容的一端连接至所述补偿引脚，所述补偿电容的另一端接地；所述补偿电阻的两端分别连接所述补偿引脚和所述反相输入引脚；

所述耦合器接收端用于与所述锂电池DC-AC逆变电路中的耦合器发射端配合使用；所述耦合器接收端的集电极与所述同相输入引脚连接，所述耦合器接收端的发射极接地，所述耦合器接收端的集电极还通过所述上拉电阻与所述参考电压引脚连接；

所述旁路电容的两端分别连接所述耦合器接收端的集电极和发射极；

所述定时电阻的一端与所述定时电阻引脚连接，所述定时电阻的另一端接地；所述定时电容的一端与所述定时电容引脚连接，所述定时电容的另一端接地；

所述定时电阻引脚和所述定时电容引脚与所述振荡器连接；所述振荡器与所述比较器连接以向所述比较器输入三角波信号；所述同相输入引脚和所述反相输入引脚分别与所述误差放大器的两个输入端连接；所述误差放大器的输出端与所述补偿引脚共同连接至所述比较器以向所述比较器输入信号。

在一些优选的实施方式中，所述开关控制电路包括第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一三极管的发射极与所述第一电阻的一端用于与所述锂电池的正极连接；所述第一三极管的集电极与所述电源引脚连接；所述第一三极管的基极通过所述第二电阻与所述第二三极管的集电极连接；所述第一电阻的另一端连接在所述第一三极管的基极与所述第二电阻之间；

所述第二三极管的基极用于控制逆变输出；所述第二三极管的发射极接地。

在一些优选的实施方式中，所述第二三极管为NPN型三极管。

在一些优选的实施方式中，所述耦合器接收端为光耦合器接收端。

在一些优选的实施方式中，还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容的一端与所述电源引脚连接，所述第一滤波电容的另一端接地。

在第二方面，本申请提供一种储能设备，包括上述锂电池DC-AC逆变保护电路。

在一些优选的实施方式中，还包括MOS管桥式电路的驱动电路；所述MOS管桥式电路包括至少一个半桥，所述半桥包括两个MOS管；

所述驱动电路包括单片机、半桥驱动线路、栅极电路、泄放电路和放电电路；所述半桥驱动线路包括带有死区时间控制的驱动芯片；

所述单片机可产生至少一组互补的正弦脉宽调制驱动信号，所述单片机可设定所述正弦脉宽调制驱动信号的死区时间；

所述半桥驱动线路可对所述一组互补的正弦脉宽调制驱动信号进行放大和转换；

所述栅极电路可将所述半桥驱动线路发出的信号传输给所述MOS管以驱动所述MOS管；

所述泄放电路连接所述MOS管的栅极与源极，用于所述MOS管关断时的栅极与源极之间的电压放电；

所述放电电路连接所述MOS管的栅极与源极，用于所述MOS管关断时的栅极与源极之间的电容放电。

在一些优选的实施方式中，所述栅极电路包括驱动电阻和二极管，所述驱动电阻的一端与所述驱动芯片的一个输出引脚连接，所述二极管的一端与所述驱动电阻的另一端连接，所述二极管的另一端与所述MOS管的栅极连接；所述泄放电路包括泄放电阻和三极管，所述三极管的基极连接至所述驱动电阻和二极管之间，所述三极管的发射极与所述泄放电阻的一端连接，所述三极管的集电极与所述MOS管的源极连接，所述泄放电阻的另一端与所述MOS管的栅极连接；所述放电电路包括连接在所述MOS管的栅极与源极之间的放电电阻。

在一些优选的实施方式中，所述两个MOS管分别为一个高端MOS管和一个低端MOS管；

所述半桥驱动线路还包括快回复二极管和自举电容；

所述快回复二极管的一端连接至所述驱动芯片的启动电压引脚，所述快回复二极管的另一端用于接入电压，以提供高端驱动的电压；

所述自举电容的一端连接至所述驱动芯片的启动电压引脚，所述自举电容的另一端连接至所述高端MOS管的源极，从而抬高供电电压以驱动所述高端MOS管。

在一些优选的实施方式中，所述MOS管桥式电路包括两个半桥，所述两个半桥形成H桥；所述驱动芯片的电压接入引脚和接地引脚之间连接有用于储能和滤波的输入电容。

与现有技术相比，本申请的有益效果有：

本申请可降低锂电池的峰-峰电流，使得锂电池可在额定的充放电倍率内工作，从而对锂电池进行保护，可延长锂电池的使用寿命。

附图说明

图1为本申请第一实施例的锂电池DC-AC逆变保护电路的电路结构示意图；

图2为本申请第一实施例的脉冲宽度调制集成电路的内部电路结构示意图；

图3为本申请第一实施例的锂电池DC-AC逆变电路400的电路结构示意图；

图4为本申请第二实施例的储能设备的结构示意图；

图5示意性地示出本申请第二实施例的MOS管桥式电路的一部分电路结构；

图6示意性地示出本申请第二实施例的单片机的电路结构；

图7示意性地示出本申请第二实施例的半桥驱动线路、栅极电路、泄放电路、放电电路和H桥的电路结构；

图8为本申请第二实施例的MOS管桥式电路的驱动方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本申请实施例所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合图1至图8及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

第一实施例

本实施例提供一种锂电池DC-AC逆变保护电路300。参考图1和图3，逆变保护电路300用于对锂电池DC-AC逆变电路400中的升压MOS管进行保护。

参考图1，逆变保护电路300包括开关控制电路31、脉冲宽度调制集成电路U5、补偿电阻R43、补偿电容C4、耦合器接收端U4B、旁路电容C29、定时电阻R45、定时电容C32和上拉电阻R41。

脉冲宽度调制集成电路U5也称为PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)IC芯片。参考图1和图2，脉冲宽度调制集成电路U5包括电源引脚Vcc、电源引脚Vc、第一输出引脚OutA、第二输出引脚OutB、同相输入引脚In+、反相输入引脚In-、补偿引脚Comp、定时电阻引脚RT、定时电容引脚CT、参考电压引脚Vref、振荡器O1、误差放大器OP32和比较器U33。在本实施例中，脉冲宽度调制集成电路U5为现有的脉冲宽度调制集成电路。

参考图1，开关控制电路31用于为脉冲宽度调制集成电路U5提供电源，可控制逆变电路400的开通和关断。开关控制电路31与电源引脚Vcc和电源引脚Vc连接。

参考图1，第一输出引脚OutA和第二输出引脚OutB用于输出信号以控制锂电池DC-AC逆变电路400中的升压MOS管。在本实施例中，第一输出引脚OutA和第二输出引脚OutB分别与接线端Gate1-PP和接线端Gate2-PP连接；参考图3，接线端Gate1-PP与升压MOS管Q6和升压MOS管Q7连接；接线端Gate2-PP与升压MOS管Q8和升压MOS管Q9连接。

补偿电容C4的一端连接至补偿引脚Comp，补偿电容C4的另一端接地。参考图2，脉冲宽度调制集成电路U5内置的误差放大器OP32的输出端与补偿引脚Comp是连接的，那么补偿电容C4实际上就是误差放大器OP32的输出端的补偿电容。补偿电容C4接地，主要是用于保证补偿引脚Comp的电压稳定，形成极点控制。

参考图1，补偿电阻R43的两端分别连接补偿引脚Comp和反相输入引脚In-。反相输入引脚In-用于向误差放大器OP32输入信号，因此，补偿电阻R43是误差放大器OP32输入端的补偿电阻。

参考图3，逆变电路400的变压器的次级电路设有耦合器发射端U4A。耦合器接收端U4B与耦合器发射端U4A配合使用。在本实施例中，耦合器为光耦合器；因此，耦合器发射端U4A为光耦合器发射端，耦合器接收端U4B为光耦合器接收端；耦合器发射端U4A上设有发光二极管，变压器的次级电路工作后，该发光二极管流过的电流大小以光耦合的形式决定耦合器接收端U4B的C-E极的导通状况也即电流大小。在其它实施例中，耦合器为磁隔离器。

参考图1，耦合器接收端U4B的集电极与同相输入引脚In+连接。耦合器接收端U4B的发射极接地。耦合器接收端U4B的集电极还通过上拉电阻R41与参考电压引脚Vref连接。参考电压引脚Vref可输出一定的电压。

旁路电容C29的两端分别连接耦合器接收端U4B的集电极和发射极。

定时电阻R45的一端与定时电阻引脚RT连接，定时电阻R45的另一端接地。

定时电容C32的一端与定时电容引脚CT连接，定时电容C32的另一端接地。在本实施例中，定时电容C32通过脉冲宽度调制集成电路U5内置的电流源进行充电。

参考图2，定时电阻引脚RT和定时电容引脚CT与振荡器O1连接。振荡器O1与比较器U33连接以向比较器U33输入三角波信号。定时电容C32的电容大小决定三角波的斜率大小。定时电容C32的电容大，充电达到最大值的速度就会慢；反之，就会快。定时电阻R45是将定时电容C32的电压通过内置开关控制，进行放电；定时电阻R45的电阻大，放电就慢。

参考图2，同相输入引脚In+和反相输入引脚In-分别与误差放大器OP32的两个输入端连接。误差放大器OP32的输出端与补偿引脚Comp共同连接至比较器U33以向比较器U33输入信号。比较器U33用于产生PWM信号。

参考图1，开关控制电路31工作，为脉冲宽度调制集成电路U5提供电源，从而使脉冲宽度调制集成电路U5工作。脉冲宽度调制集成电路U5产生参考电压并通过参考电压引脚Vref输出至上拉电阻R41，从而为耦合器接收端U4B提供产生C-E极电流的电压。逆变电路400工作后，耦合器发射端U4A的发光二极管导通发出光线，耦合器接收端U4B接受该光线并产生光电流。旁路电容C29是旁路滤波电容，可平滑耦合器接收端U4B的C-E极电压，减少尖峰干涉造成的系统不稳定。耦合器接收端U4B的集电极连接同相输入引脚In+也即连接误差放大器OP32的正向输入端，如此光耦反馈的信号与误差放大器OP32的反向输入端进行比较，由误差放大器OP32输出信号。该输出信号反馈至补偿引脚Comp，然后通过补偿电阻R43传输至反相输入引脚In-也即输出至误差放大器OP32的反向输入端，形成负反馈。误差放大器OP32的输出信号输入至比较器U33，与振荡器O1输入至比较器U33的三角波信号一起比较，从而改变PWM驱动信号的占空比大小，对变压器的初级电路的升压MOS管进行控制，最终调整变压器次级的输出电压。具体的，若变压器次级的输出电压低于预设电压，误差放大器OP32的输出信号变大，使得PWM驱动信号的占空比加大，进而使变压器次级的输出电压升高；反之，误差放大器OP32的输出信号减小，使得变压器次级的输出电压降低。

变压器的次级电路通过耦合器发射端U4A产生反馈信号，该反馈信号通过光耦隔离决定同相输入引脚In+的同相输入信号的大小。

在常规的应用例中，耦合器接收端U4B的集电极是与补偿引脚Comp连接的，从而使隔离反馈信号直接决定PWM驱动信号的占空比大小或是否关断PWM驱动信号。这样会使得锂电池的充放电倍率比较大。

以某一储能设备为例。该储能设备的参数为：500WH、4串17并共68节锂电池、充放电倍率1C(36AH)，锂电池电压为12.4V-16.8VDC,逆变输出电压为230V/50Hz，逆变输出功率为500W。

在常规的应用例中，经过测试，该某一储能设备的电池峰-峰电流为70.5A，大大超过锂电池的充放电倍率1C(36AH)。而采用本实施例的锂电池DC-AC逆变保护电路300，经过测试，该某一储能设备的电池峰-峰电流为25.5A，比常规的应用例降低大约60％，可满足锂电池的充放电倍率1C(36AH)。对于常规的应用例，在某一测试中，逆变输出的AC电压为233.2V，功率为522.8W；对于本实施例的锂电池DC-AC逆变保护电路300，在某一测试中，逆变输出的AC电压为231.4V，功率为517.6W。可见，采用本实施例的锂电池DC-AC逆变保护电路300的储能设备的输出功率可以满足大于230VAC/500W的规格。

根据上述可知，本实施例可降低锂电池的峰-峰电流，使得锂电池可在额定的充放电倍率内工作，从而对锂电池进行保护，可延长锂电池的使用寿命。

以下对本实施例做进一步的说明。

参考图1，开关控制电路31包括第一三极管Q10、第二三极管Q11、第一电阻R40和第二电阻R42。

第一三极管Q10的发射极与第一电阻R40的一端连接，第一三极管Q10的发射极还与锂电池的正极Vbat连接。第一三极管Q10的集电极与电源引脚Vcc和电源引脚Vc连接。第一三极管Q10的基极通过第二电阻R42与第二三极管Q11的集电极连接。第一电阻R40的另一端连接在第一三极管Q10的基极与第二电阻之间R42。

第二三极管Q11的基极与微控制单元的I/O(input/output，输入/输出)输出口连接，以用于控制逆变输出。第二三极管Q11的发射极接地。

第一三极管Q10是一个PNP功率三极管。第一电阻R40和第二电阻R42作为使第二三极管Q11导通的偏置条件。

第二三极管Q11为NPN型三极管，内置偏置电阻。

当第一三极管Q10的发射极接通电池电压，第二三极管Q11未达到饱和导通；第一三极管Q10的基极是无限接近第一三极管Q10的发射极，所以第一三极管Q10处于截止状态。脉冲宽度调制集成电路U5不会工作，储能设备的逆变电路不会输出电压。

当第二三极管Q11的B-E极施加+3.3V电压，第二三极管Q11的C-E极饱和导通。第一电阻R40与第二电阻R42进行分压，使第二三极管Q11的E-B极正向导通，第一三极管Q10的E-C极处于饱和导通。脉冲宽度调制集成电路U5达到工作电压，开始输出PWM信号驱动逆变电路400中的推挽升压MOS管。最终逆变电路400输出交流电压。

参考图1，本实施例的逆变保护电路300还包括第一滤波电容C30。第一滤波电容C30的一端与电源引脚Vcc和电源引脚Vc连接，第一滤波电容C30的另一端接地。第一滤波电容C30是脉冲宽度调制集成电路U5供电输入引脚Vcc的滤波电容，主要用于滤除输入干涉信号，使VCC(电路的供电电压)平滑。

参考图1，本实施例的逆变保护电路300还包括关断电阻R44、死区时间控制电阻R46和软启动外置电容C31。脉冲宽度调制集成电路U5还包括关断引脚Shuntdown、死区时间控制引脚Dis和软启动引脚SS。

参考图1，关断电阻R44的一端与关断引脚Shuntdown连接，另一端接地。关断电阻R44用于在检测到逆变电路异常工作时，关断脉冲宽度调制集成电路U5的驱动信号输出。

参考图1，死区时间控制电阻R46的两端分别连接死区时间引脚Dis和定时电容引脚CT。通过改变死区时间控制电阻R46，可以对驱动推挽升压MOS管的两个PWM信号同时为高电平的间隔进行设定。死区时间控制电阻R46的电阻阻值大，死区时间就会大，最终导致逆变传输的能量变小。

参考图1，软启动外置电容C31的一端与软启动引脚SS连接，另一端接地。当VCC(电路的供电电压)达到启动电压时，脉冲宽度调制集成电路U5的参考电压将会提供一个恒定的电流，此电流对软启动外置电容C31充电。直到软启动外置电容C31电压达到设定值。脉冲宽度调制集成电路U5就会输出PWM信号，以驱动逆变电路400中的推挽升压MOS管开通和关断。

定时电阻R45和定时电容C32的设定决定了开关频率和占空比大小。通过改变定时电阻R45的电阻和定时电容C32的电容，可改变PWM开关频率大小和PWM占空比大小，从而确定逆变电路输出的最大功率值。

耦合器接收端U4B的C-E极的电流大小决定误差放大器OP32的正向输入电压变高或变低，从而影响PWM信号的占空比大小，最终影响逆变升压后的母线电压变高或变低。

参考图1，脉冲宽度调制集成电路U5还包括同步信号输入引脚SYNC、同步脉冲输出引脚OSC和接地引脚GND。

第二实施例

参考图4，本实施例提供一种储能设备，包括逆变保护电路300、逆变电路400和MOS管桥式电路100。逆变保护电路300与逆变电路400连接，以对逆变电路400进行保护。逆变电路400与MOS管桥式电路100，用于为MOS管桥式电路100供电。

参考图5，MOS管桥式电路100包括两个半桥和驱动电路200，两个半桥形成H桥。驱动电路200用于驱动H桥，以便H桥控制负载。H桥所在的线路为H桥功率线路。在其它实施例中，MOS管桥式电路包括一个半桥。

每个半桥包括两个MOS管，分别为上桥臂MOS管和下桥臂MOS管。对于H桥，则是包括左上桥臂MOS管Q12、左下桥臂MOS管Q14、右上桥臂MOS管Q13和右下桥臂MOS管Q15。其中，左上桥臂MOS管Q12所在的线路和左下桥臂MOS管Q14所在的线路均为高频MOS管线路，右上桥臂MOS管Q13所在的线路和右下桥臂MOS管Q15所在的线路均为低频MOS管线路。

本实施例的驱动电路200包括单片机1、两个半桥驱动线路2、四个栅极电路3、四个泄放电路4和四个放电电路5。一个半桥驱动线路2驱动左上桥臂MOS管Q12和左下桥臂MOS管Q14，另一个半桥驱动线路2驱动右上桥臂MOS管Q13和右下桥臂MOS管Q15。左上桥臂MOS管Q12、左下桥臂MOS管Q14、右上桥臂MOS管Q13和右下桥臂MOS管Q15分别对应一个泄放电路4和一个放电电路5。

单片机1可产生两组互补的正弦脉宽调制(Sinusoidal Pulse WidthModulation，简称SPWM)驱动信号。也就是说单片机1可以输出四个驱动信号。一组互补的正弦脉宽调制驱动信号用于使左上桥臂MOS管Q12和左下桥臂MOS管Q14互补开通和关断，也即一个开通，另一个关断。另一组互补的正弦脉宽调制驱动信号用于使右上桥臂MOS管Q13和右下桥臂MOS管Q15互补开通和关断，也即一个开通，另一个关断。单片机1可设定每个正弦脉宽调制驱动信号的死区时间。单片机1产生的一组互补的正弦脉宽调制驱动信号传输至一个半桥驱动线路2，另一组则传输至另一个半桥驱动线路2。

每个半桥驱动线路2包括一个驱动芯片。在本实施例中，参考图7，第一个半桥驱动线路2包括驱动芯片U7，第二个半桥驱动线路2包括驱动芯片U17。其中，驱动芯片是带有死区时间控制的，驱动芯片产生的死区时间可与单片机产生的死区时间在驱动信号中叠加。半桥驱动线路2可对一组互补的正弦脉宽调制驱动信号进行放大和转换；其中，转换主要是指对两个驱动信号进行反向处理，将两个驱动信号反转。经过放大和转换的两个正弦脉宽调制驱动信号分别输送至两个栅极电路3。在本实施例中，驱动芯片是集成半桥驱动放大电路，驱动芯片的死区时间为450nS。

每个栅极电路3可将半桥驱动线路2发出的信号传输给MOS管以驱动MOS管。具体的，参考图5，第一个栅极电路3的一端与第一个半桥驱动线路2的高端输出引脚DRV_Hi连接，另一端则与左上桥臂MOS管Q12的栅极连接；第二个栅极电路3的一端则与第一个半桥驱动线路2的低端输出引脚DRV_Lo连接，另一端则与左下桥臂MOS管Q14的栅极连接；第三个栅极电路3的一端与第二个半桥驱动线路2的高端输出引脚DRV_Hi连接，另一端则与右上桥臂MOS管Q13的栅极连接；第四个栅极电路3的一端则与第二个半桥驱动线路2的低端输出引脚DRV_Lo连接，另一端则与右下桥臂MOS管Q15的栅极连接。

在每个MOS管的栅极与源极之间连接有泄放电路4。泄放电路4用于MOS管关断时对栅极与源极之间的电压Vgs进行放电。

在每个MOS管的栅极与源极之间还连接有放电电路5。放电电路5用于MOS管关断时对栅极与源极之间的电容Cgs进行放电。

结合本实施例的MOS管桥式电路的驱动方法对本实施例进行说明。参考图8，本实施例的驱动方法包括步骤S1至步骤S5。

步骤S1、产生两组互补的正弦脉宽调制驱动信号，以及设定正弦脉宽调制驱动信号的死区时间。在本实施例中，通过单片机1完成步骤S1并将正弦脉宽调制驱动信号发送至两个半桥驱动线路2。

步骤S2、对一组互补的正弦脉宽调制驱动信号进行放大和转换。在本实施例中，每个半桥驱动线路2接收到一组互补的正弦脉宽调制驱动信号后，对该信号进行放大和转换，然后将两个信号分别发送给两个栅极电路3。

步骤S3、将放大和转换后的信号传输给MOS管以驱动MOS管。在本实施例中，通过栅极电路3完成步骤S3。

步骤S4、对MOS管关断时的栅极与源极之间的电压放电。在本实施例中，通过泄放电路4完成步骤S4。

步骤S5、对MOS管关断时的栅极与源极之间的电容放电。在本实施例中，通过放电电路5完成步骤S5。

根据上述可知，单片机1采用互补的上下管驱动方式，可以进行四路输出驱动信号的死区时间设定，半桥驱动线路2带有死区时间控制。在MOS管关断时，泄放电路4对MOS管栅极与源极之间的电压Vgs进行放电，放电电路5则对对MOS管栅极与源极之间的电容Cgs进行放电。如此，可使得MOS管快速响应互补的驱动信号，实现上下管的互补开通和关断，可降低异常情况下H桥的上下MOS管直接导通的风险。

参考图7，第一个栅极电路3包括驱动电阻R112和二极管D18。驱动电阻R112的一端与驱动芯片U7的高端输出引脚DRV_Hi连接。二极管D18的一端与驱动电阻R112的另一端连接，二极管D18的另一端与MOS管Q12的栅极连接。

第一个泄放电路4包括泄放电阻R49和三极管Q17。在本实施例中，三极管Q17为PNP型的晶体三极管。三极管Q17的基极连接至驱动电阻R112和二极管D18之间，三极管Q17的发射极与泄放电阻R49的一端连接，三极管Q17的集电极与MOS管Q12的源极连接，泄放电阻R49的另一端与MOS管Q12的栅极连接。

第一个放电电路5包括连接在MOS管Q12的栅极与源极之间的放电电阻R114。

参考图7，驱动信号从半桥驱动线路2输出，经过驱动电阻R112和二极管D18进入MOS管Q12的栅极。由于三极管Q17的基极连接至驱动电阻R112和二极管D18之间，因此该驱动信号也会进入三极管Q17的基极。为了使MOS管Q12从导通状态转换到截止状态，驱动信号从高电平转换成低电平，MOS管Q12的栅极是低电平，三极管Q17的基极也是低电平。如此，在MOS管Q12关断时，MOS管Q12的栅极与源极之间的电压Vgs会通过泄放电阻R49和Q17发射极与集电极放电，MOS管Q12的栅极与源极之间的电容Cgs会通过放电电阻R114放电。通过一个信号即可几乎同时触发MOS管Q12关断、泄放电路4放电和放电电路5放电，从而可快速、可靠地关断MOS管Q12，也可简化驱动电路。

对于第二个栅极电路3、第二个泄放电路4和第二个放电电路5也是类似，在此进行简单的描述。第二个栅极电路3包括驱动电阻R53和二极管D21。驱动电阻R53的一端与驱动芯片U7的低端输出引脚DRV_Lo连接。第二个泄放电路4包括泄放电阻R117和三极管Q19。第二个放电电路5包括放电电阻R119。

对于第三个栅极电路3、第三个泄放电路4和第三个放电电路5也是类似，在此进行简单的描述。第三个栅极电路3包括驱动电阻R50和二极管D19。驱动电阻R50的一端与驱动芯片U17的高端输出引脚DRV_Hi连接。第三个泄放电路4包括泄放电阻R113和三极管Q18。第三个放电电路5包括放电电阻R115。

对于第四个栅极电路3、第四个泄放电路4和第四个放电电路5也是类似，在此进行简单的描述。第四个栅极电路3包括驱动电阻R54和二极管D22。驱动电阻R54的一端与驱动芯片U17的低端输出引脚DRV_Lo连接。第四个泄放电路4包括泄放电阻R120和三极管Q20。第四个放电电路5包括放电电阻R122。

左上桥臂MOS管Q12和右上桥臂MOS管Q13为高端MOS管。左下桥臂MOS管Q14和右下桥臂MOS管Q15为低端MOS管。每个半桥驱动线路2还包括快回复二极管和自举电容。

第一个半桥驱动线路2包括快回复二极管D17和自举电容C33。快回复二极管D17的一端连接至驱动芯片21的启动电压引脚Vboot，快回复二极管D17的另一端用于接入电压+12VPRI，以提供高端驱动的电压。自举电容C33的一端连接至驱动芯片21的启动电压引脚Vboot，自举电容C33的另一端连接至高端MOS管Q12的源极。自举电容C33是利用电容两端电压不能突变的特性，当电容两端保持有一定电压时，提高电容负端电压，正端电压仍保持于负端的原始压差，等于正端的电压被负端举起来了，将左上桥臂MOS管Q12的源极电位提升，以满足上桥臂MOS管栅极与源极之间的耐压和正常的驱动。自举电容C33实际就是正反馈电容，用于抬高供电电压以驱动高端MOS管Q12。

对于第二个半桥驱动线路2也是类似，包括快回复二极管D20和自举电容C38。

第一个驱动芯片U7的电压接入引脚VCC和接地引脚GND之间连接有用于储能和滤波的输入电容C35。第二个驱动芯片U17的电压接入引脚VCC和接地引脚GND之间则连接有用于储能和滤波的输入电容C39。输入电容C35和输入电容C39主要用于储能和滤波。

单片机1包括微控制单元U801、直流母线电流检测线路、时钟信号产生电路和外围电容。

在本实施例中，微控制单元U801是32位的控制芯片。微控制单元U801与其周围的线路形成互补驱动信号产生线路，主要作用是发送两组互补的正弦脉宽调制驱动信号。微控制单元U801的接线端Gate1L_Inv和接线端Gate1H_Inv输出的驱动信号分别驱动一个半桥的下桥臂MOS管和上桥臂MOS管，接线端Gate2L_Inv和接线端Gate2H_Inv输出的驱动信号分别驱动另外一个半桥的下桥臂MOS管和上桥臂MOS管。

微控制单元U801可采用使用20PIN的MCU，如此可减少部分外围线路和减少了PCB的面积。

参考图6，直流母线电流检测线路包括比较器U819、电阻R807、电阻R809、电容C805、电阻R805、电容C872和电容C875。直流母线电流检测线路与微控制单元U801连接，用于在输出负载超过限定值时触发微控制单元U801停止输出正弦脉宽调制驱动信号，使SPWM驱动关掉。也就是，若检测到输出负载超过限定值，则停止输出正弦脉宽调制驱动信号。

时钟信号产生电路与微控制单元U801连接，以向微控制单元U801输入用于计算的时钟信号。参考图6，时钟信号产生电路是微控制单元U801外部时钟信号的产生线路，包括晶振Y801、电容C819、电容C820和电阻R815。

参考图6，外围电容具体包括电容C811、电容C813和电容C812，用于为微控制单元U801供电以及用于滤除干扰杂讯，可保证微控制单元U801工作稳定。

电阻R810、电容C838和电阻R816是微控制单元U801正常工作所需要配置的外围线路。

接线端Vbus_Meas用于接入直流母线电压的反馈弱电信号。电阻R811和电容C842形成RC低通滤波线路。

接线端Uac_FB_Inv用于接入AC输出的电压反馈信号。电阻R812和电容C848形成RC低通滤波线路。

参考图7，当直流高压母线+360VPRI正常工作，将会通过降压线路产生驱动芯片U7和驱动芯片U17所需的工作电压+12VPRI以及微控制单元U801所需的工作电压+3V3PRI。微控制单元U801内部计算的时钟将会通过外部晶振Y801得到。微控制单元U801根据检测到的直流母线电压的反馈弱电信号以及接线端Uac_FB_Inv接入的AC输出的电压反馈信号，确认生成SPWM驱动信号。

接线端Gate1L_Inv和接线端Gate1H_Inv输出的一组互补的正弦脉宽调制驱动信号，输入到驱动芯片U7的低端输入脚IN_Lo和高端输入脚IN_Hi。驱动芯片U7通过低端输出引脚DRV_Lo和高端输出引脚DRV_Hi输出驱动左下桥臂MOS管Q14和左上桥臂MOS管Q12的信号。

接线端Gate2L_Inv和接线端Gate2H_Inv输出的一组互补的正弦脉宽调制驱动信号，输入到驱动芯片U17的低端输入脚IN_Lo和高端输入脚IN_Hi。驱动芯片U17通过低端输出引脚DRV_Lo和高端输出引脚DRV_Hi输出驱动右下桥臂MOS管Q15和右上桥臂MOS管Q13的信号。

参考图6，微控制单元U801上设有多个引脚，包括引脚VSS、引脚BOOT0、引脚PB7、引脚PB6、引脚PB5、引脚PB4、引脚PB3、引脚PA15、引脚PA14、引脚PA13、引脚PA12、引脚PA11、引脚PA10、引脚PA9、引脚PA8、引脚VDD、引脚PB1、引脚PB0、引脚PA7、引脚PA6、引脚PA5、引脚PA4、引脚PA3、引脚PA1、引脚PA0、引脚VDDA、引脚NRST、引脚OSC_OUT和引脚OSC_IN。各个引脚与相应的电路连接。其中，引脚OSC_OUT和引脚OSC_IN与连接，引脚PA6与接线端Gate1H_Inv连接，引脚PB6与接线端Gate1L_Inv连接，引脚PA8与接线端Gate2H_Inv连接，引脚PA7与接线端Gate2L_Inv连接。引脚PA10与电阻R808的一端连接。引脚PA9与电阻R820的一端连接。

参考图7，驱动芯片还设有引脚IN_Lo、引脚IN_Hi和引脚Bridge。驱动芯片U7的引脚IN_Lo和引脚IN_Hi分别与接线端Gate1L_Inv和接线端Gate1H_Inv连接。驱动芯片U17的引脚IN_Lo和引脚IN_Hi分别与接线端Gate2L_Inv和接线端Gate2H_Inv连接。

第三实施例

本实施例提供一种储能设备，包括上述驱动电路200和至少一个半桥。

本实施例的储能设备具体为500W便携式储能新能源产品，产品规格为：

500WH4串17并共68节铁锂18650 1C(36AH)放电锂电储能设备，电池电压12.4V至16.8VDC，逆变输出电压230V/50Hz/500W；

充电可以满足汽车车载点烟器12VDC充电，可通过适配器的15VDC电压充电以及户外或户内的10V至25VDC太阳能板充电；

逆变输出是纯正弦波输出，可以满足100V至230VAC、50/60Hz的输出。

第四实施例

本实施例提供一种储能设备，包括处理器、存储器和一个或多个程序，其中，一个或多个程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，一个或多个程序包括用于执行上述驱动方法的指令。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本申请所作的进一步详细说明，不能认定本申请的具体实施只局限于这些说明。对于本申请所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本申请的保护范围。

Claims (10)

1.一种锂电池DC-AC逆变保护电路，其特征在于：包括开关控制电路、脉冲宽度调制集成电路、补偿电阻、补偿电容、耦合器接收端、旁路电容、定时电阻、定时电容和上拉电阻；

所述脉冲宽度调制集成电路包括电源引脚、第一输出引脚、第二输出引脚、同相输入引脚、反相输入引脚、补偿引脚、定时电阻引脚、定时电容引脚、参考电压引脚、振荡器、误差放大器和比较器；

所述开关控制电路与所述电源引脚连接；

所述第一输出引脚和所述第二输出引脚用于输出信号以控制锂电池DC-AC逆变电路中的升压MOS管；

所述补偿电容的一端连接至所述补偿引脚，所述补偿电容的另一端接地；所述补偿电阻的两端分别连接所述补偿引脚和所述反相输入引脚；

所述耦合器接收端用于与所述锂电池DC-AC逆变电路中的耦合器发射端配合使用；所述耦合器接收端的集电极与所述同相输入引脚连接，所述耦合器接收端的发射极接地，所述耦合器接收端的集电极还通过所述上拉电阻与所述参考电压引脚连接；

所述旁路电容的两端分别连接所述耦合器接收端的集电极和发射极；

所述定时电阻的一端与所述定时电阻引脚连接，所述定时电阻的另一端接地；所述定时电容的一端与所述定时电容引脚连接，所述定时电容的另一端接地；

所述定时电阻引脚和所述定时电容引脚与所述振荡器连接；所述振荡器与所述比较器连接以向所述比较器输入三角波信号；所述同相输入引脚和所述反相输入引脚分别与所述误差放大器的两个输入端连接；所述误差放大器的输出端与所述补偿引脚共同连接至所述比较器以向所述比较器输入信号。

2.根据权利要求1所述的锂电池DC-AC逆变保护电路，其特征在于：所述开关控制电路包括第一三极管、第二三极管、第一电阻和第二电阻；

所述第一三极管的发射极与所述第一电阻的一端用于与所述锂电池的正极连接；所述第一三极管的集电极与所述电源引脚连接；所述第一三极管的基极通过所述第二电阻与所述第二三极管的集电极连接；所述第一电阻的另一端连接在所述第一三极管的基极与所述第二电阻之间；

所述第二三极管的基极用于控制逆变输出；所述第二三极管的发射极接地。

3.根据权利要求2所述的锂电池DC-AC逆变保护电路，其特征在于：所述第二三极管为NPN型三极管。

4.根据权利要求1所述的锂电池DC-AC逆变保护电路，其特征在于：所述耦合器接收端为光耦合器接收端。

5.根据权利要求1至4任一项所述的锂电池DC-AC逆变保护电路，其特征在于：还包括第一滤波电容，所述第一滤波电容的一端与所述电源引脚连接，所述第一滤波电容的另一端接地。

6.一种储能设备，其特征在于：包括根据权利要求1至5任一项所述锂电池DC-AC逆变保护电路。

7.根据权利要求6所述的储能设备，其特征在于：还包括MOS管桥式电路的驱动电路；所述MOS管桥式电路包括至少一个半桥，所述半桥包括两个MOS管；

所述驱动电路包括单片机、半桥驱动线路、栅极电路、泄放电路和放电电路；所述半桥驱动线路包括带有死区时间控制的驱动芯片；

所述单片机可产生至少一组互补的正弦脉宽调制驱动信号，所述单片机可设定所述正弦脉宽调制驱动信号的死区时间；

所述半桥驱动线路可对所述一组互补的正弦脉宽调制驱动信号进行放大和转换；

所述栅极电路可将所述半桥驱动线路发出的信号传输给所述MOS管以驱动所述MOS管；

所述泄放电路连接所述MOS管的栅极与源极，用于所述MOS管关断时的栅极与源极之间的电压放电；

所述放电电路连接所述MOS管的栅极与源极，用于所述MOS管关断时的栅极与源极之间的电容放电。

8.根据权利要求7所述的储能设备，其特征在于：

所述栅极电路包括驱动电阻和二极管，所述驱动电阻的一端与所述驱动芯片的一个输出引脚连接，所述二极管的一端与所述驱动电阻的另一端连接，所述二极管的另一端与所述MOS管的栅极连接；

所述泄放电路包括泄放电阻和三极管，所述三极管的基极连接至所述驱动电阻和二极管之间，所述三极管的发射极与所述泄放电阻的一端连接，所述三极管的集电极与所述MOS管的源极连接，所述泄放电阻的另一端与所述MOS管的栅极连接；

所述放电电路包括连接在所述MOS管的栅极与源极之间的放电电阻。

9.根据权利要求8所述的储能设备，其特征在于：

所述两个MOS管分别为一个高端MOS管和一个低端MOS管；

所述半桥驱动线路还包括快回复二极管和自举电容；

所述快回复二极管的一端连接至所述驱动芯片的启动电压引脚，所述快回复二极管的另一端用于接入电压，以提供高端驱动的电压；

所述自举电容的一端连接至所述驱动芯片的启动电压引脚，所述自举电容的另一端连接至所述高端MOS管的源极，从而抬高供电电压以驱动所述高端MOS管。

10.根据权利要求7至9任一项所述的储能设备，其特征在于：所述MOS管桥式电路包括两个半桥，所述两个半桥形成H桥；所述驱动芯片的电压接入引脚和接地引脚之间连接有用于储能和滤波的输入电容。