CN204886146U - 过流保护电路、变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种过流保护电路和变频器，属于电力电子技术领域。本实用新型过流保护电路包括过流检测电路，所述过流检测电路包括:信号输入端，用于接收对所保护主电路电流采样得到的交流电压信号；整流电路，其包括两个半波整流电路，将信号输入端的交流电压信号分别整流成一个正电压信号和一个负电压信号；反相电路，用于对整流电路所输出的负电压信号进行反相；第一比较器，用于将反相电路所输出信号与预设基准电压进行比较并输出比较结果；第二比较器，用于将整流电路所输出的正电压信号与预设基准电压进行比较并输出比较结果。本实用新型不会受缺相情况影响，电路简单、成本低、抗干扰强，能更快速的进行过流保护。

Description

过流保护电路、变频器

技术领域

本实用新型涉及一种过流保护电路，属于电力电子技术领域。

背景技术

几十年来电力电子技术的应用历史表明，功率模块器件因其性能优越、控制方便等优点而获得广泛应用，尤其在交流电机变频调速装置、电动汽车、光伏逆变器、智能家用电器、不间断电源等产品中得到了大范围的应用，功率模块器件是高频开关器件，芯片内部电流密度大。当发生过流或者短路故障时，器件中流过远大于额定值的电流，使器件管芯结温迅速升高，最终导致器件烧坏，应用实践表明：短路是应用功率模块器件的电力电子线路中经常发生的故障和损坏功率模块器件的主要原因之一，而且在发生故障后如不进行保护，功率模块器件将立即损坏，因此，对功率模块器件的短路保护响应时间必须快。

传统的保护电路主要是通过检测功率器件端电压进行短路保护，或者使用电流传感器采集电流信号，对采集到的信号进行处理，一般采用精密整流电路对采集到的信号进行整流，然后把整流后的独立信号进行相加，再送MCU处理，其基本电路结构如图1所示。然而这种过流保护方案的电路环节多，复杂程度高，短路保护的响应时间并不理想，更重要的是，该过流保护方案容易受到缺相情况的影响，从而导致保护精度不高，不利于功率模块器件的快速保护。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的电路复杂度高以及易受缺相情况影响的不足，提供一种过流保护电路，保护过程中不会受缺相情况影响，且电路简单、精度高、成本低、抗干扰强，能够更快速的进行过流保护。

本实用新型具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种过流保护电路，包括过流检测电路，所述过流检测电路包括:

信号输入端，用于接收对所保护主电路电流采样得到的交流电压信号；

整流电路，其包括两个半波整流电路，将信号输入端的交流电压信号分别整流成一个正电压信号和一个负电压信号；

反相电路，用于对整流电路所输出的负电压信号进行反相；

第一比较器，用于将反相电路所输出信号与预设基准电压进行比较并输出比较结果；

第二比较器，用于将整流电路所输出的正电压信号与预设基准电压进行比较并输出比较结果。

进一步地，所述过流保护电路还包括用于对所保护主电路电流进行采样的三相电流采样电路，以及用于根据第一比较器和第二比较器的输出结果判断所保护主电路是否出现过流故障的控制单元。

根据相同的实用新型思路还可以得到以下技术方案：

一种过流保护方法，利用两个半波整流电路将对所保护主电路电流采样得到的交流电压信号分别整流成一个正电压信号和一个负电压信号；然后将所述正电压信号以及负电压信号的反相信号分别与预设基准电压进行比较，如正电压信号或者负电压信号的反相信号大于基准电压，则执行过流保护动作。

相比现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型对过流故障的检测不受缺相情况的影响，过流保护精度更高，可有效提高系统安全可靠性；

本实用新型电路简单、成本低，较少的电路环节使得系统响应时间减小，能够更快速的进行保护。

附图说明

图1为一种现有过流保护电路的电路图；

图2为本实用新型过流保护电路中过流检测电路的结构原理框图；

图3为本实用新型过流保护电路的一个具体实施例的电路图；

图4为无缺相情况下本实用新型过流保护电路中整流电路所输出的VP+的波形图；

图5为缺相情况下本实用新型过流保护电路中整流电路所输出的VP+的波形图；

图6为无缺相情况下现有过流保护电路中输出至比较器的电压信号的波形图；

图7为缺相情况下现有过流保护电路中输出至比较器的电压信号的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明：

本实用新型的思路是利用两个半波整流电路将对所保护主电路电流采样得到的交流电压信号分别整流成一个正电压信号和一个负电压信号；然后将所述正电压信号以及负电压信号的反相信号分别与预设基准电压进行比较，如正电压信号或者负电压信号的反相信号大于基准电压，则执行过流保护动作。

图2显示了本实用新型过流保护电路中过流检测电路的结构原理，如图2所示，该过流检测电路包括：

信号输入端，用于接收对所保护主电路电流采样得到的交流电压信号；

整流电路，其包括两个半波整流电路，将信号输入端的交流电压信号分别整流成一个正电压信号和一个负电压信号；

反相电路，用于对整流电路所输出的负电压信号进行反相；

第一比较器，用于将反相电路所输出信号与预设基准电压进行比较并输出比较结果；

第二比较器，用于将整流电路所输出的正电压信号与预设基准电压进行比较并输出比较结果。

图3显示了本实用新型过流保护电路的一个具体实施例，该过流保护电路用于变频器中逆变电路的过流保护。如图3所示，该过流保护电路包括输入端子Iu、Iv、Iw；二极管D1～D6；运算放大器U1B；比较器U2A、U2B；电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7。输入端子Iu、Iv、Iw信号取自变频器中对逆变电路输出电流进行采样的三相电流采样电路，其输入信号为与三相电流相对应的电压信号；如图3所示，输入端子Iu连接二极管D1阳极、二极管D4阴极，输入端子Iv连接二极管D2阳极、二极管D5阴极，输入端子Iw连接二极管D3阳极、二极管D6阴极，二极管D1、D2、D3的阴极连接电阻R1、R3的一端，电阻R1另一端接地，电阻R3另一端连接比较器U2B的负输入端，比较器U2B的正输入端连接基准Vref，比较器U2B的输出端连接电阻R7一端、电阻R7另一端连接电源VCC，二极管D4、D5、D6的阳极连接电阻R2的一端，R2的另一端连接电阻R6一端及运放U1B负输入端，电阻R6另一端连接运放U1B输出端，电阻R5一端接地，另一端连接运放U1B正输入端，运放输出端连接电阻R4一端，电阻R4另一端连接比较器U2A负输入端，比较器U2A正输入端连接基准Vref，比较器U2B的输出端连接电阻R7一端，两个比较器输出端的信号FO即过流故障输出信号。

根据图3可看出，二极管D1、D2、D3构成一个三相半波整流电路，二极管D4、D5、D6构成一个三相半波整流电路，输入信号通过输入端子Iu、Iv、Iw经二极管D1、D2、D3所构成的整流电路整流后形成一个正的直流电压信号VP+，经二极管D4、D5、D6所构成整流电路整流后形成一个负的直流电压信号VP-，VP+连接比较器U2B的负输入端，与比较器U2B的正输入端基准Vref进行比较，若VP+超过Vref，则比较器U2B的输出端输出低电平故障信号（FO低电平有效），反之则输出高电平信号；VP-通过运放U1B进行反相成-VP-，-VP-与比较器U2A的正输入端基准Vref进行比较，若-VP-超过Vref，则比较器U2A的输出端输出低电平故障信号（FO低电平有效），反之则输出高电平信号。因此，只要FO为低电平，即可判断所保护的主电路出现过流故障。当变频器逆变电路输出短路，电流迅速增大后，此时过流保护电路输出FO信号至变频器的控制电路,变频器的控制电路接收到FO信号后，控制逆变电路停止工作，即可达到保护逆变电路安全的效果。

本实用新型过流保护电路是取输入信号Iu、Iv、Iw的绝对值的峰值与基准电压进行比较后输出相应的故障信号，Iu、Iv、Iw相互之间没有关联，因此不受缺相情况的影响，电路的保护精度可以达到±2%。图4、图5分别显示了无缺相情况下和缺相情况下，本实用新型过流保护电路中整流电路所输出的VP+的波形图；图中最上面的曲线是VP+的波形，下面的曲线是对主电路采样得到的三相交流电压信号的波形。在无缺相情况下，当输入三相交流电压信号峰值均为1.98V的时候，其输出至比较器的峰值电压为1.81V(经过二极管的压降为0.17V)；当缺失一相，输入两相峰值为1.98V的交流电压信号的时候，其输出至比较器的峰值电压仍为1.81V，不受影响。同样，VP-的峰值电压也不受缺相的影响。

而对于图1所示的现有过流保护电路来说，其原理是运放U1A与电阻R1~R12，电容C1~C3组成整流电路，整流得到的值相加，并通过U1D与电阻R13~R14组成的反相电路进行反相得到三相整流的直流信号V+与基准电压进行比较，形成保护电路，由于其信号相加，Iu、Iv、Iw三个信号相互偶合，假设变频器U相对W相短路，U相和W相电流增加，但是在计算保护的时候V相的电流也加在其中，对保护点有较大的影响，若V相电流变化较大可导致保护点偏离，极端情况下偏离值可超过20%。如图5所示，在无缺相情况下，当输入三相信号峰值均为1.98V的时候，其输出至比较器的峰值电压为1.81V；如图6所示，当缺失一相，输入两相峰值为1.98V的信号的时候，其输出至比较器的峰值电压下降为1.57V，严重偏离保护点。

Claims (3)

1.一种过流保护电路，包括过流检测电路，其特征在于，所述过流检测电路包括:

信号输入端，用于接收对所保护主电路电流采样得到的交流电压信号；

整流电路，其包括两个半波整流电路，将信号输入端的交流电压信号分别整流成一个正电压信号和一个负电压信号；

反相电路，用于对整流电路所输出的负电压信号进行反相；

第一比较器，用于将反相电路所输出信号与预设基准电压进行比较并输出比较结果；

第二比较器，用于将整流电路所输出的正电压信号与预设基准电压进行比较并输出比较结果。

2.如权利要求1所述过流保护电路，其特征在于，还包括用于对所保护主电路电流进行采样的三相电流采样电路，以及用于根据第一比较器和第二比较器的输出结果判断所保护主电路是否出现过流故障的控制单元。

3.一种变频器，包括逆变电路以及用于对逆变电路进行过流保护的过流保护电路；其特征在于，所述过流保护电路为如权利要求1或2所述过流保护电路。