CN203589707U - 不间断电源过流保护电路 - Google Patents
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Abstract
不间断电源过流保护电路。提供一种保护功能强、性能更加可靠的不间断电源过流保护电路。包括主回路、控制电路和驱动电路；所述主回路包括IGBT管V1~4，二极管V5、V6，电流互感器T1、T2，电阻R1~10，电容C1~5，电感L1、L2；所述控制电路包括CPLD芯片N3、芯片N1、N2、N4、N5、N7、N8，电阻R11~27、R44~47，电容C6~14，晶振H1及外围器件；所述驱动电路包括IGBT驱动芯片N6、外围电路器件，IGBT驱动芯片1N6、外围电路器件。本实用新型中的电路汇集保护功能强、尖峰电流承受能力强和效率高的特点，使电源能够在多个整流性容性负载的环境中不间断工作，防止数据丢失，降低了维护成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电源技术领域，尤其涉及一种不间断电源的过流保护电路。
背景技术
不间断电源（简称电源）的负载一般为计算机负载（简称负载），电源开机后，插上负载，如果负载的电容较大，启动的瞬间电流很大，特别是当接上负载的瞬间正好是电源输出电压的峰值时经常发生电源的断电重启现象，甚至会出现电源的损坏。因此，电源厂家选用大电流的主回路开关器件，使电源尽可能承受大的尖峰电流，但还是会有电源断电的现象。
电源的过流保护主要是主回路开关器件的保护。主回路开关器件IGBT管（绝缘栅双极型晶体管）遇到短路和过流时，若不加保护或者保护不当，就会失效，其主要原因有：超过热极限、发生擎住效应和超过器件耐压三种。为了避免这三种失效的发生，必须对驱动电路采取适当的措施。传统电源采用的措施是关断IGBT管驱动电压，就是指过流和短路时，通过关断驱动芯片的使能端来关断IGBT管。这种保护措施抗干扰能力差，一旦检测到故障就关断器件，很容易发生误动作，因而为增加保护电路的抗干扰能力，往往在得到故障信号与启动保护电路之间加一个固定延时，然而故障电流会在固定延时内急剧上升，从而大大增加了故障时器件的功率损耗，同时故障电流的增加，还会使器件故障关断时的di/dt（电流变化率）增大，它们之间的参数设计很难折中，因此传统的保护电路，在故障发生时，往往是保护电路启动了，但器件仍然可能会损坏。
实用新型内容
本实用新型针对以上问题，提供一种保护功能强、性能更加可靠的不间断电源过流保护电路。
本实用新型的技术方案：包括主回路、控制电路和驱动电路；
所述主回路包括IGBT管V1~4，二极管V5、V6，电流互感器T1、T2，电阻R1~10，电容C1~5，电感L1、L2；
所述控制电路包括CPLD芯片N3、芯片N1、N2、N4、N5、N7、N8，电阻R11~27、R44~47，电容C6~14，晶振H1及外围器件；
所述驱动电路包括IGBT驱动芯片N6、外围电路器件，IGBT驱动芯片1N6、外围电路器件；
电阻R1~4一一对应地并联IGBT管V1~4，IGBT管V1、V3，IGBT管V2、V4形成两桥臂，构成全桥电路，电流互感器T1、T2分别串联在两桥臂上，电感L1、L2接在输出端，电阻R1~4分别并联在IGBT管V1~4的栅极，
电阻R5一端连接+15V、另一端分别连接电流互感器T1的2脚和二极管V5负端，二极管V5的负端接地，
电阻R6的一端连接+15V、另一端分别连接电流互感器T2的2脚和二极管V6的负端，二极管V6的负端接地，
电阻R7分别连接在电流互感器T1的两端，电阻R8分别连接电流互感器T2的两端，
电容C1和电阻R9的一端分别连接电流互感器T1的1脚，输出电流采样信号，另一端接地；
电容C2和电阻R10的一端分别连接电流互感器T2的1脚，输出电流采样信号，另一端接地；
由芯片N4、电阻R18、晶振H1、电容C6~8产生的时钟信号经电阻R17接至CPLD芯片N3的87脚，芯片N1、N2 和N3之间相应的数据端和数据端、地址端和地址端相接，R11~16为地址线的上拉电阻；
CPLD芯片N3在80和81脚产生信号NY和Y，信号NY和Y经芯片N7及外围器件产生信号DNY和DY；
CPLD芯片N3在84和85脚产生信号1NY和1Y，信号1NY和1Y经芯片N8及外围器件产生信号1DNY和1DY；
信号DNY和DY经IGBT驱动芯片N6及外围电路器件产生驱动信号VGL0和VGH0；
信号1DNY和1DY经IGBT驱动芯片1N6及外围电路器件产生驱动信号VGL1和VGH1；
驱动信号VGL0和VGH0分别连接IGBT管V3和V1的栅极；
驱动信号VGL1和VGH1分别连接IGBT管V4和V2的栅极；
电流采样信号经由芯片N5及外围器件产生过流信号接CPLD芯片N3的79脚；
外围电路器件包括芯片二极管V12~16、三极管V11，电阻R28~43，电容C15~21；
IGBT驱动芯片N6的5脚经电阻R29、三极管V11、电阻R28接输出端过流信号，
IGBT驱动芯片1N6的5脚经电阻R29、三极管V11、电阻R28接输出端过流信号。
所述电流互感器T1、T2为强迫复位型电流互感器。
所述CPLD芯片N3为EPM3064ATC100-10型芯片。
所述芯片N1、N2为SST39SF040-45-4I-WH型芯片。
所述芯片N5为LM393型芯片。
所述IGBT驱动芯片N6为IR22141型驱动芯片，所述IGBT驱动芯片1N6为IR22141型驱动芯片。
本实用新型相对于现有技术，具有以下技术效果：1）、主回路主要由四个IGBT管、电流互感器、滤波和吸收回路构成。在两个桥臂和输出均有电流采样，电流互感器采样的优点是没有功率损耗，与主回路隔离，检测的电流信号抗干扰能力强。（2）控制回路由EPM3064ATC100-10型芯片N3、SST39SF040-45-4I-WH型FLASH芯片N1~2、反相器、时钟电路及外围器件和检测控制电路构成。芯片N1~2中分别存有两路反向的SPWM信号，通过CPLD芯片N3将它们的数据口DQ0~DQ7的信号读出产生两组信号Y、NY和1Y、1NY。Y、NY和1Y、1NY分别经过一个反相器隔离、由电阻、电容、二极管组成的延时电路和由两个反相器组成的整形电路产生死区延时输出两组信号DY、DNY和1DY、1DNY。此控制回路完全由硬件电路产生抗干扰性能强，另外用芯片N1~2存两路反向的SPWM信号使得正反相回路工作时两个管子同步性好，增加死区延时电路使统一桥臂的两个管子不会产生共态导通，增加了电路的可靠性。检测控制电路由芯片N5（双比较器N5B、N5A）及外围器件构成；当电流采样信号（即Vsen信号）超过基准电压时，N5B的7脚输出高电平，N5A的1脚输出高电平，V10的C脚输出低电平，CPLD芯片N3关断两路控制信号；当电流采样信号Vsen低于基准电压时，经过由电阻R23、二极管V8和电容C10组成的延时电路产生由高变低的100微秒的延时，在N5B的7脚输出低电平，CPLD芯片N3正常输出两路控制信号。CPLD芯片N3和FLASH芯片N1~2都为高速器件，速度分别为10ns和45ns。由于CPLD芯片N3的速度快，电源带大的容性负载时输出端反应的结果是输出电压降低了一些，不会导致计算机重启。当长时间过流时，过流保护电路关断驱动电路，保护IGBT管不会过温损坏。（3）驱动电路为新型IGBT驱动集成芯片具有过流关断和同步封锁功能，短路保护迅速有效，另外该芯片有防止相间短路的功能，可大幅提高系统可靠性。（4）驱动芯片起一级保护作用防止主开关管（即IGBT管）过流、过压损坏，CPLD控制芯片起二级保护作用防止瞬间电流过大导致负载断电，由系统单片机检测的输出长时间过流保护的作用是防止主开关器件长时间过温起三级保护作用，电源在过流方面有三重保护。
本实用新型中的电路汇集保护功能强、尖峰电流承受能力强和效率高的特点，使电源能够在多个整流性容性负载的环境中不间断工作，防止数据丢失，降低了维护成本。
附图说明
图1是本实用新型的原理框图，
图2为本实用新型中主回路的原理图，
图3为本实用新型中驱动回路的原理图，
图4为本实用新型中控制回路的原理图。
具体实施方式
本实用新型如图1-4所示，包括主回路、控制电路和驱动电路；
所述主回路包括IGBT管V1~4，二极管V5、V6，电流互感器T1、T2，电阻R1~10，电容C1~5，电感L1、L2；
所述控制电路包括CPLD芯片N3、芯片N1、N2、N4、N5、N7、N8，电阻R11~27、R44~47，电容C6~14，晶振H1及外围器件；
所述驱动电路包括IGBT驱动芯片N6、外围电路器件，IGBT驱动芯片1N6、外围电路器件；所述驱动电路包括驱动电路一和驱动电路二，所述驱动电路一包括IGBT驱动芯片N6、外围电路器件，所述驱动电路二包括IGBT驱动芯片1N6、外围电路器件；
电阻R1~4一一对应地并联IGBT管V1~4，IGBT管V1、V3，IGBT管V2、V4形成两桥臂，构成全桥电路，电流互感器T1、T2分别串联在两桥臂上，电感L1、L2接在输出端，电阻R1~4分别并联在IGBT管V1~4的栅极，
电阻R5一端连接+15V、另一端分别连接电流互感器T1的2脚和二极管V5负端，二极管V5的负端接地，
电阻R6的一端连接+15V、另一端分别连接电流互感器T2的2脚和二极管V6的负端，二极管V6的负端接地，
电阻R7分别连接在电流互感器T1的两端，电阻R8分别连接电流互感器T2的两端，
电容C1和电阻R9的一端分别连接电流互感器T1的1脚，输出电流采样信号（Vsen信号），另一端接地；
电容C2和电阻R10的一端分别连接电流互感器T2的1脚，输出电流采样信号（Vsen信号），另一端接地；
由芯片N4、电阻R18、晶振H1（6.5536MHz）、电容C6~8产生的时钟信号经电阻R17接至CPLD芯片N3的87脚，芯片N1、N2 和N3之间相应的数据端和数据端、地址端和地址端相接，R11~16为地址线的上拉电阻；
CPLD芯片N3在80和81脚产生信号NY和Y，信号NY和Y经芯片N7及外围器件产生信号DNY和DY；
CPLD芯片N3在84和85脚产生信号1NY和1Y，信号1NY和1Y经芯片N8及外围器件产生信号1DNY和1DY；
信号DNY和DY经IGBT驱动芯片N6及外围电路器件产生驱动信号VGL0和VGH0；
信号1DNY和1DY经IGBT驱动芯片1N6及外围电路器件产生驱动信号VGL1和VGH1；
驱动信号VGL0和VGH0分别连接IGBT管V3和V1的栅极；
驱动信号VGL1和VGH1分别连接IGBT管V4和V2的栅极；
电流采样信号（Vsen信号）经由芯片N5及外围器件（包括三极管V10）产生过流信号接CPLD芯片N3的79脚；
外围电路器件包括芯片二极管V12~16、三极管V11，电阻R28~43，电容C15~21；
过流信号（即GL信号由系统单片机产生的过流关断信号）经电阻R29、三极管V11、电阻R28接至IGBT驱动芯片N6的5脚，
过流信号经电阻R29、三极管V11、电阻R28接至IGBT驱动芯片1N6的5脚。
所述电流互感器T1、T2为强迫复位型电流互感器。
所述CPLD芯片N3为EPM3064ATC100-10型芯片。
所述芯片N1、N2为SST39SF040-45-4I-WH型芯片。
所述芯片N5为LM393型芯片。
所述IGBT驱动芯片N6为IR22141型驱动芯片，所述IGBT驱动芯片1N6为IR22141型驱动芯片。
本实用新型对两个桥臂和输出均有电流采样。两个桥臂采用强迫复位型电流互感器的电流采样电路，设置的门限高，采样速度快，当负载瞬间大电流过载时，保护电路会关断驱动芯片N6和1N6的输入信号DNY、DY和1DNY、1DY，当负载瞬间电流回落时，会恢复驱动芯片N6和1N6的输入信号；
输出端电流采样设置的门限低，采样速度慢，当负载长时间过载时，输出端的采样控制电路会关断驱动芯片的使能端，保护IGBT管不会过温损坏；驱动电路由驱动芯片N6及其外围电路、驱动芯片1N6及其外围电路构成，驱动芯片N6和1N6具有功率IGBT过流软关断功能，通过Vce饱和压降检测电路，采用两步法软关断技术，有效抑制dv／dt（电压变化率），降低EMI（电磁干扰），IR22141型驱动芯片N6和IR22141型驱动芯片1N6两路之间通过SY－FLT和FAULT／SD引脚连接组成“局域网”。该引脚具有输入输出功能；一旦有某一路发生故障，IR22141型驱动芯片的故障管理系统立即同步封锁，同时向控制器送出报警信号；保护迅速有效，可大幅提高电源的可靠性。
本实用新型的工作原理为：芯片N1~2中分别存有两路反向的SPWM信号，通过CPLD芯片N3将它们的数据口DQ0~DQ7的信号读出产生两组信号NY、Y和1NY、1Y，经N7、N8及外围器件分别产生两对具有死区的信号DNY、DY和1DNY、1DY，再经驱动芯片N6及外围器件、驱动芯片1N6及外围器件，产生两组驱动信号VGL0、VGH0 和VGL1、VGH1送至V1~4的栅极。强迫复位型电流互感器T1、T2当检测到大的瞬间过流信号Vsen时，在芯片N5的１脚产生一个高电平，三极管V10的C脚输出低电平到CPLD芯片N3的79脚，关断SPWM脉冲信号，一旦没有过流信号，通过R23、C10延时后使得芯片N5的１脚产生一个低电平，三极管V10的C脚输出高电平到CPLD芯片N3的79脚，输出SPWM脉冲信号。
当输出端负载长时间过载时，过流信号（GL信号）会变为高电平，三极管V11的C脚输出低电平到驱动芯片N6的5脚，三极管V11的C脚输出低电平到驱动芯片1N6的5脚，驱动芯片N6和1N6禁止使能，关断V1~4的栅极电压，保护IGBT管不会过温损坏；主回路有两桥臂V1、V3和V2、V4，在每个桥臂有一个驱动芯片，假设当某桥臂下管发生过流时，即下管的Vce探测点电压超过其7 V门限值，SY-FLT由高变低，系统封锁驱动输出，启动软关断过程，经测量时间约9．6微秒，同时向控制电路发出功率模块短路故障报警。软关断结束后，SY-FLT恢复高电平，同时在该路SY-FLT由高变低的下降沿，与此相连的另一路IR22141同时封锁输出，能够有效防止相间短路。另外IR22141有一个故障清除信号FLT-CLR，当无过流信号时，可通过在FLT-CLR端口上施加一个脉冲信号快速恢复输出电压，使得计算机不会重启。
本实用新型中不间断电源过流保护电路的性能参数为：
输出电压：AC220±5%（可根据用户的需要设计）；
输出功率：2KW；
输出尖峰电流承受能力:可承受>4500μF整流性容性负载，输出不间断。
Claims (6)
1.不间断电源过流保护电路，其特征在于，包括主回路、控制电路和驱动电路；
所述主回路包括IGBT管V1~4，二极管V5、V6，电流互感器T1、T2，电阻R1~10，电容C1~5，电感L1、L2；
所述控制电路包括CPLD芯片N3、芯片N1、N2、N4、N5、N7、N8，电阻R11~27、R44~47，电容C6~14，晶振H1及外围器件；
所述驱动电路包括IGBT驱动芯片N6、外围电路器件，IGBT驱动芯片1N6、外围电路器件；
电阻R1~4一一对应地并联IGBT管V1~4，IGBT管V1、V3，IGBT管V2、V4形成两桥臂，构成全桥电路，电流互感器T1、T2分别串联在两桥臂上，电感L1、L2接在输出端，电阻R1~4分别并联在IGBT管V1~4的栅极，
电阻R5一端连接+15V、另一端分别连接电流互感器T1的2脚和二极管V5负端，二极管V5的负端接地，
电阻R6的一端连接+15V、另一端分别连接电流互感器T2的2脚和二极管V6的负端，二极管V6的负端接地，
电阻R7分别连接在电流互感器T1的两端，电阻R8分别连接电流互感器T2的两端，
电容C1和电阻R9的一端分别连接电流互感器T1的1脚，输出电流采样信号，另一端接地；
电容C2和电阻R10的一端分别连接电流互感器T2的1脚，输出电流采样信号，另一端接地；
由芯片N4、电阻R18、晶振H1、电容C6~8产生的时钟信号经电阻R17接至CPLD芯片N3的87脚，芯片N1、N2 和N3之间相应的数据端和数据端、地址端和地址端相接，R11~16为地址线的上拉电阻；
CPLD芯片N3在80和81脚产生信号NY和Y，信号NY和Y经芯片N7及外围器件产生信号DNY和DY；
CPLD芯片N3在84和85脚产生信号1NY和1Y，信号1NY和1Y经芯片N8及外围器件产生信号1DNY和1DY；
信号DNY和DY经IGBT驱动芯片N6及外围电路器件产生驱动信号VGL0和VGH0；
信号1DNY和1DY经IGBT驱动芯片1N6及外围电路器件产生驱动信号VGL1和VGH1；
驱动信号VGL0和VGH0分别连接IGBT管V3和V1的栅极；
驱动信号VGL1和VGH1分别连接IGBT管V4和V2的栅极；
电流采样信号经由芯片N5及外围器件产生过流信号接CPLD芯片N3的79脚；
外围电路器件包括芯片二极管V12~16、三极管V11，电阻R28~43，电容C15~21；
IGBT驱动芯片N6的5脚经电阻R29、三极管V11、电阻R28接输出端过流信号，
IGBT驱动芯片1N6的5脚经电阻R29、三极管V11、电阻R28接输出端过流信号。
2.根据权利要求1所述的不间断电源过流保护电路，其特征在于：所述电流互感器T1、T2为强迫复位型电流互感器。
3.根据权利要求1所述的不间断电源过流保护电路，其特征在于： 所述CPLD芯片N3为EPM3064ATC100-10型芯片。
4.根据权利要求1所述的不间断电源过流保护电路，其特征在于：所述芯片N1、N2为SST39SF040-45-4I-WH型芯片。
5.根据权利要求1所述的不间断电源过流保护电路，其特征在于：所述芯片N5为LM393型芯片。
6.根据权利要求1所述的不间断电源过流保护电路，其特征在于：所述IGBT驱动芯片N6为IR22141型驱动芯片，所述IGBT驱动芯片1N6为IR22141型驱动芯片。
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Cited By (2)
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| CN110456134A (zh) * | 2019-08-27 | 2019-11-15 | 华中师范大学 | 电流监控电路及激光器应用电路 |
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Legal Events
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 225006 No. 96 Anlin Road, Guangling District, Yangzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Yangzhou Wanfang Technology Co.,Ltd. Address before: 225006 No. 96 Anlin Road, Guangling District, Yangzhou City, Jiangsu Province Patentee before: YANGZHOU WANFANG ELECTRONIC TECHNOLOGY LLC |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140507 |
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| CX01 | Expiry of patent term |