CN111799996B - 一种故障保护电路、方法、变频器设备及空调 - Google Patents

一种故障保护电路、方法、变频器设备及空调 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种故障保护电路、方法、变频器设备及空调。其中，该故障保护电路包括：故障检测模块，其输入端连接开关管的集电极和发射极，其输出端连接驱动芯片，用于在所述开关管导通时，根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障；所述驱动芯片的输入端输入PWM波，其输出端连接所述开关管的栅极，用于在所述开关管发生短路故障后降低所述开关管的栅极电压。通过本发明，能够实现通过开关管两端电压判断是否发生短路故障，相比于通过电流检测故障，缩短了响应时间，降低了成本。

Description

一种故障保护电路、方法、变频器设备及空调
技术领域
本发明涉及电子电力技术领域，具体而言，涉及一种故障保护电路、方法、变频器设备及空调。
背景技术
现阶段的开关管故障保护电路多用检测开关管电流的方式实现，以下为检测电流的两种方案：1、通过高精度采样电阻采样，2、通过电流传感器采样。上述两种方案相对成熟，在变频领域广泛应用，但存在以下问题：由于这两种硬件方案都需要在开关管功率回路上串入检测元器件，增大了整个回路的寄生参数，影响整体电路的EMC特性，导致抗干扰能力差，保护响应时间较长。而且，随着检测电流的增大，这种高精密的检测元器件成本呈指数增长，对于变频驱动硬件方案来说，成本压力很大。
针对现有技术中通过检测电流判断故障，响应时间长且成本高的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例中提供一种故障保护电路、方法、变频器设备及空调，以解决现有技术中检测电流需要通过高精密的检测元器件的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种故障保护电路，其中，该电路包括：故障检测模块，其输入端连接开关管的集电极和发射极，其输出端连接驱动芯片，用于在所述开关管导通时，根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障；
所述驱动芯片的输入端输入PWM波，其输出端连接所述开关管的栅极，用于在所述开关管发生短路故障后降低所述开关管的栅极电压。
进一步地，所述故障检测模块包括：
电压检测单元，其输入端连接开关管的集电极和发射极，输出端连接故障判断单元，用于检测所述集电极和所述发射极之间的电压并将检测值传输至故障判断单元；
所述故障判断单元，其输出端连接驱动芯片，用于根据所述电压检测值判断所述开关管是否发生短路故障，并将判断结果传输至所述驱动芯片。
进一步地，所述故障判断单元，具体用于在所述检测值大于基准值时，判定所述开关管发生短路故障。
进一步地，所述故障检测模块还用于：
在降低所述开关管的栅极电压预设时间后，重新根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管的故障是否解除；
所述驱动芯片还用于在故障检测模块判定所述开关管的故障未解除时，控制所述开关管关断。
进一步地，所述故障检测模块，具体用于在降低所述开关管的栅极电压预设时间后，判断所述集电极和所述发射极之间的电压的检测值是否大于基准值；如果是，则判定故障未解除；如果否，则判定故障已解除。
本发明还提供一种变频器设备，其中包括多个开关管，其中每个开关管对应连接一个上述故障保护电路。
本发明还提供一种空调，包括上述变频器设备。
本发明还提供一种故障保护方法，基于上述故障保护电路实现，该方法包括：
在开关管导通时，根据所述开关管的集电极和发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障；
在判定所述开关管发生短路故障后，降低所述开关管的栅极电压。
进一步地，根据所述开关管的集电极和发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障，包括：
判断所述电压检测值是否大于基准值；
如果是，则判定所述开关管发生短路故障。
进一步地，降低所述开关管的栅极电压后，所述方法还包括：
经过预设时间后，重新根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管的故障是否解除；
如果所述开关管的故障未解除，则控制所述开关管关断。
进一步地，重新根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管的故障是否解除，包括：
判断所述电压检测值是否大于基准值；
如果是，则判定故障未解除；
如果否，则判定故障已解除。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述方法。
应用本发明的技术方案，设置故障检测模块，其输入端连接开关管的集电极和发射极，其输出端连接驱动芯片，用于在所述开关管导通时，根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障，在发生短路故障时，通过驱动芯片降低开关管的栅极电压，能够实现通过开关管两端电压判断是否发生短路故障，相比于通过电流检测故障，缩短了响应时间，降低了成本。
附图说明
图1为根据本发明实施例的故障保护电路的结构图；
图2为根据本发明另一实施例的故障保护电路的结构图；
图3为根据本发明实施例的故障保护方法的流程图；
图4为根据本发明另一实施例的故障保护方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，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做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。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”、“若”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
实施例1
本实施例提供一种故障保护电路，图1为根据本发明实施例的故障保护电路的结构图，如图1所示，该故障保护电路包括：故障检测模块10，其输入端连接开关管的集电极C和发射极E，其输出端连接驱动芯片20，用于在所述开关管导通时，根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障，其中，开关管可以是IGBT开关，也可以是其他类型的开关器件，本申请中不作具体限定。
所述驱动芯片20的输入端输入PWM波，其输出端通过电阻Rg连接所述开关管的栅极G，用于在所述开关管发生短路故障后降低所述开关管的栅极电压。
本实施例的故障保护电路，通过在开关管的集电极和发射极之间设置故障检测模块10，在所述开关管导通时，根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障，在发生短路故障时，通过驱动芯片20降低开关管的栅极电压，能够实现通过开关管两端电压判断是否发生短路故障，相比于通过电流检测故障，缩短了响应时间，降低了成本，同时，在发生短路故障后，暂时不关闭开关管，而是通过降低开关管的栅极电压来缓解开关管的短路故障，能够实现不停机保护。
实施例2
本实施例提供另一种故障保护电路，图2为根据本发明另一实施例的故障保护电路的结构图，为了分别实现开关管的集电极和发射极之间的电压检测和故障判断，如图2所示，在上述实施例的基础上，故障检测模块10包括：
电压检测单元101，其输入端连接开关管的集电极C和发射极E，输出端连接故障判断单元102，用于检测开关管的集电极和发射极之间的电压并将检测值传输至故障判断单元102；故障判断单元102的输出端连接驱动芯片20，用于根据电压检测值判断所述开关管是否发生短路故障，并将判断结果传输至所述驱动芯片。上述故障判断单元具体用于在检测值大于基准值时，判定开关管发生短路故障，其中，基准值根据开关管的特性决定，在具体实施时，可以通过实验测试出该开关管的最大允许电流，将开关管在该最大允许电流下对应的电压值设置为基准值。
如果开关管的故障是可以修复的，降低所述开关管的栅极电压后，会使得开关管导通阻抗增大，降低开关管中的电流，可以使变频系统恢复正常工作，无需停机，如果开关管的故障是不可以修复的，那么就要控制开关管关断，之后再排除故障，因此，所述故障检测模块还用于：在降低所述开关管的栅极电压预设时间后，重新根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断开关管的故障是否解除；具体地，故障检测模块在降低所述开关管的栅极电压预设时间后，判断所述集电极和所述发射极之间的电压的检测值是否大于基准值；如果是，则判定故障未解除；如果否，则判定故障已解除，在故障检测模块判断所述开关管的故障未解除时，通过控制驱动芯片停止输出电压，控制所述开关管关断。
实施例3
本实施例提供一种变频器设备，其中包括三相整流逆变电路，该三相整流逆变电路至少包括六个上述开关管，每个开关管对应连接一个上述实施例中的故障保护电路，用于在开关管发生短路故障时，解除故障，实现电路的故障保护。
实施例4
本实施例提供一种空调，包括上述实施例中的变频器设备，用于在开关管发生短路故障时，解除故障，实现对空调内部电路的保护。
实施例5
本实施例提供一种故障保护方法，基于上述实施例中的故障保护电路实现，图3为根据本发明实施例的故障保护方法的流程图，如图3所示，该方法包括：
S101，在开关管导通时，根据开关管的集电极和发射极之间的电压判断开关管是否发生短路故障。
在开关管发生短路故障后，其中通过的电流会增大，其集电极C和发射极E之间的电压也会相应增大，因此，通过开关管集电极和发射极之间的电压的大小，可以判断出开关管是否发生短路故障。
S102，在判断开关管发生短路故障后，降低开关管的栅极电压。
如果开关管的故障是可以修复的，降低所述开关管的栅极电压后，会使得开关管导通阻抗增大，降低开关管中的电流，可以使变频系统恢复正常工作，无需停机，即可完成故障的修复。
本实施例的故障保护方法，根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障，在发生短路故障时，降低开关管的栅极电压，能够实现通过开关管两端电压判断是否发生短路故障，相比于通过电流检测故障，缩短了响应时间，降低了成本，同时，在发生短路故障后，暂时不关闭开关管，而是通过降低开关管的栅极电压来缓解开关管的过流故障，能够实现不停机保护。
实施例6
本实施例提供另一种故障保护方法，为了实现根据开关管集电极和发射极之间的电压判断开关管是否发生短路故障，在上述实施例的基础上，步骤S101具体包括：判断所述电压检测值是否大于基准值；如果是，则判定开关管发生短路故障。其中，基准值根据开关管的特性决定，在具体实施时，可以通过实验测试出该开关管的最大允许电流，将开关管在该最大允许电流下对应的电压值设置为基准值。
如果开关管的故障是可以修复的，可以通过降低开关管的栅极电压，进行修复，也有些故障是不能通过上述方法修复的，必须关断开关，为了实现确定故障是否可以修复，降低所述开关管的栅极电压后，所述方法还包括：经过预设时间后，重新根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管的故障是否解除；如果所述开关管的故障未解除，则控制所述开关管关断。
具体地，重新根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管的故障是否解除，包括：判断所述电压检测值是否仍大于基准值；如果是，则判定故障未解除，说明该故障不可以通过上述方法修复；如果否，则判定故障已解除，说明上述故障可以通过上述方法修复，并且故障已经解除。
实施例7
本实施例提供另一种故障保护方法，图4为根据本发明另一实施例的故障保护方法的流程图，如图4所示，该方法包括：
S1，判断开关是否导通，如果是，则执行步骤S2，如果否，则继续执行步骤S1，直至确定结果为是后，执行步骤S2。
故障判断单元对输入的电压波形信号做逻辑判断时，只在开关管导通时检测集电极和发射极之间的电压VCE是否大于预先设定的基准值VCE，关断时不检测。
S2，检测开关管的集电极和发射极之间的电压VCE。
S3，判断开关管的集电极和发射极之间的电压VCE是否大于基准值，如果是，则执行步骤S4，如果否，则返回步骤S2。
S4，降低开关管的栅极电压。
开关管发生短路故障后，集电极和发射极之间的电压VCE会大于基准值，此时降低开关管栅极电压，使得开关管导通阻抗增大，降低短路电流；
S5，延时3-4us后，再次检测并判断开关管的集电极和发射极之间的电压VCE是否大于基准值，如果是，则执行步骤S6，如果否，则执行步骤S7。
S6，关断开关管，锁定故障。
若仍然大于基准值，说明短路故障没有被消除，此时应该关断开关管，锁定故障。并且由于该驱动电路是单通道控制，即可以实现分布式精准控制，每个开关管用单独一个驱动IC控制，如果某个开关管发生短路，主芯片可以快速判断是哪个开关管出现故障，从而可以进行准确的记录和判断。对于三相整流逆变电路，共有6个IGBT开关管，每个IGBT开关管的集电极和发射极之间的电压波形是一个跟随输入PWM波的方波，开关管关断时电压值为母线电压，开通时电压为集电极和发射极之间的电压VCE。实时检测集电极和发射极之间的电压VCE的值的变化，并将检测值传输至故障判断单元。如果集电极和发射极之间的电压VCE的检测值大于基准值，则输出故障信号FAULT至驱动芯片，触发驱动芯片停止输出PWM波，关断开关管。
S7，控制开关管的输入电压不变，使其保持导通状态。
本实施例的故障保护方法，由于故障保护信号触发是通过检测电压变化判断，而变频驱动多为感性负载，电压变化先于电流变化，所以故障保护响应时间大大缩短，可以达到1us以内。
实施例8
本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现上述故障保护方法。
以上所描述的电路实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种故障保护电路，其特征在于，所述电路包括：
故障检测模块，其输入端连接开关管的集电极和发射极，其输出端连接驱动芯片，用于在所述开关管导通时，根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管是否发生短路故障；
所述驱动芯片的输入端输入PWM波，其输出端连接所述开关管的栅极，用于在所述开关管发生短路故障后降低所述开关管的栅极电压；
所述故障检测模块还用于：在降低所述开关管的栅极电压预设时间后，重新根据所述集电极和所述发射极之间的电压判断所述开关管的故障是否解除；
所述驱动芯片还用于在故障检测模块判定所述开关管的故障未解除时，控制所述开关管关断；
所述故障检测模块包括：故障判断单元，所述故障判断单元具体用于在所述集电极和所述发射极之间的电压的检测值大于基准值时，判定所述开关管发生短路故障；还用于在降低所述开关管的栅极电压预设时间后，判断所述集电极和所述发射极之间的电压的检测值是否大于所述基准值；如果是，则判定故障未解除；如果否，则判定故障已解除。
2.根据权利要求1所述的故障保护电路，其特征在于，所述故障检测模块包括：
电压检测单元，其输入端连接开关管的集电极和发射极，输出端连接故障判断单元，用于检测所述集电极和所述发射极之间的电压并将检测值传输至所述故障判断单元；
所述故障判断单元，其输出端连接驱动芯片，用于根据所述检测值判断所述开关管是否发生短路故障，并将判断结果传输至所述驱动芯片。
3.一种变频器设备，其中包括多个开关管，其特征在于，其中每个开关管对应连接一个权利要求1-2中任一项所述的故障保护电路。
4.一种空调，其特征在于，包括权利要求3所述的变频器设备。
5.一种故障保护方法，基于权利要求1或2所述的故障保护电路实现，其特征在于，所述方法包括：
在开关管导通时，根据所述开关管的集电极和发射极之间的电压的检测值判断所述开关管是否发生短路故障，其中包括：判断所述检测值是否大于基准值；如果是，则判定所述开关管发生短路故障；
在判定所述开关管发生短路故障后，降低所述开关管的栅极电压；
经过预设时间后，重新根据所述集电极和所述发射极之间的电压的检测值判断所述开关管的故障是否解除，其中包括：判断所述检测值是否大于所述基准值；如果是，则判定故障未解除；如果否，则判定故障已解除；
如果所述开关管的故障未解除，则控制所述开关管关断。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求5所述的故障保护方法。
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