CN205304597U - 一种h桥逆变器的上下桥臂直通保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路，包括第一比较器、第二比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，所述的第一比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的第二比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端；优点是该保护电路在上桥臂和下桥臂直通时，保护上桥臂和下桥臂不损坏。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种H桥逆变器的保护电路，尤其是涉及一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路。
背景技术
目前，逆变器通常为全桥结构，采用H桥电路来实现，我们将该逆变器称为H桥逆变器。现有的H桥逆变器的电路图如图1所示，其由四个NMOS管和一个电阻组成，其中NMOS管Q1和NMOS管Q3为两个上桥臂，NMOS管Q2和NMOS管Q4为两个下桥臂，上桥臂NMOS管Q1和下桥臂NMOS管Q2构成一个半桥(即左半桥)，上桥臂NMOS管Q3和下桥臂NMOS管Q4也构成一个半桥(即右半桥)。
H桥逆变器正常工作时，在SPWM信号发生器产生的SPWM驱动信号控制下，上桥臂和下桥臂(NMOS管Q1和NMOS管Q2或者NMOS管Q3和NMOS管Q4)交替导通实现交流信号的输出。但是，H桥逆变器电路中不可避免的会存在干扰或是其他异常情况，这些干扰和异常情况会导致SPWM驱动信号出现问题。当SPWM驱动信号出现问题时，H桥逆变器运行过程中就会出现上桥臂NMOS管Q1和下桥臂NMOS管Q2同时导通或者上桥臂NMOS管Q3和下桥臂NMOS管Q4同时导通的情况，此时，图1中的电源端(即NMOS管Q1和NMOS管Q3的源极连接端)和接地端GND(即NMOS管Q2和NMOS管Q4的漏极连接端)之间形成短路，上下桥臂(NMOS管Q1和NMOS管Q2或者NMOS管Q3和NMOS管Q4)之间直通，电源端接入的电压VH较大(通常为400V左右)，上桥臂和下桥臂会过压损坏直接导致H桥逆变器的损坏。
鉴此，设计一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路来防止上桥臂和下桥臂直通时的损坏具有重要意义。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路，该保护电路在上桥臂和下桥臂直通时，保护上桥臂和下桥臂不损坏。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路，包括第一比较器、第二比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，所述的第一比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的第二比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端；所述的第一二极管的负极为所述的上下桥臂直通保护电路的第一输入端、所述的第一二极管的正极、所述的第四电阻的一端、所述的第一比较器的输出端和所述的第三二极管的正极连接，所述的第四电阻的另一端接入电源，所述的第二二极管的负极为所述的上下桥臂直通保护电路的第二输入端，所述的第二二极管的正极、所述的第三电阻的一端和所述的第一比较器的第一输入端连接，所述的第三电阻的另一端接入电源，所述的第二电阻的一端接入电源，所述的第二电阻的另一端、所述的第一电阻的一端和所述的第一比较器的第二输入端连接，所述的第一电阻的另一端接地，所述的第三二极管的负极和所述的第二比较器的第二输入端连接，所述的第二比较器的第一输入端、所述的第五电阻的一端、所述的第六电阻的一端和所述的第七电阻的一端连接，所述的第五电阻的另一端接地，所述的第六电阻的另一端接入电源，所述的第七电阻的另一端和所述的第四二极管的正极连接，所述的第四二极管的负极、所述的第二比较器的输出端和所述的第五二极管的负极连接，所述的第五二极管的正极为所述的上下桥臂直通保护电路的输出端，所述的电源用于提供所述的上下桥臂直通保护电路的工作电压。
所述的第一比较器和所述的第二比较器采用一个型号为LM339的电压比较器芯片实现，所述的电压比较器芯片的第5脚为所述的第一比较器的第一输入端，所述的电压比较器芯片的第4脚为所述的第一比较器的第二输入端，所述的电压比较器芯片的第2脚为所述的第一比较器的输出端，所述的电压比较器芯片的第7脚为所述的第二比较器的第一输入端，所述的电压比较器芯片的第6脚为所述的第二比较器的第二输入端，所述的电压比较器芯片的第1脚为所述的第二比较器的输出端。该结构中，采用一个电压比较器芯片即可实现第一比较器和第二比较器的功能，电路结构简单，成本较低。
所述的第一比较器和所述的第二比较器采用一个型号为LM393的电压比较器芯片来实现，所述的电压比较器芯片的第3脚为所述的第一比较器的第一输入端，所述的电压比较器芯片的第2脚为所述的第一比较器的第二输入端，所述的电压比较器芯片的第1脚为所述的第一比较器的输出端，所述的电压比较器芯片的第5脚为所述的第二比较器的第一输入端，所述的电压比较器芯片的第6脚为所述的第二比较器的第二输入端，所述的电压比较器芯片的第7脚为所述的第二比较器的输出端。该结构中，采用一个电压比较器芯片即可实现第一比较器和第二比较器的功能，电路结构简单，成本较低。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于将上下桥臂直通保护电路的第一输入端与H桥逆变器的一个交流输出端连接，将上下桥臂直通保护电路的第二输入端与H桥逆变器的SPWM驱动信号输入端连接，将上下桥臂直通保护电路的输出端和SPWM信号发生器连接，当H桥逆变器中上桥臂和下桥臂直通时，该交流输出端的电压为H桥逆变器的电源端接入电压的一半(通常为200V)，远大于上下桥臂直通保护电路接入的电源提供的工作电压，所以对于上下桥臂直通保护电路接入的电源电压(通常为12V)来说，H桥逆变器的交流输出端电压为高电平，此时，第一二极管不起作用，上下桥臂直通保护电路的第二输入端的电压为高电平，第一比较器的第一输入端为高电平大于其第二输入端的电平，第一比较器输出高电平，第二比较器的第一输入端电平小于其第二输入端电平，第二比较器输出为低电平，上下桥臂直通保护电路的输出端输出低电平，此时SPWM信号发生器被关闭，SPWM驱动信号为0电压，整个H桥逆变器处于关闭状态，上桥臂和下桥臂不会过压损坏。
附图说明
图1为现有的H桥逆变器的电路图；
图2为本实用新型的直通保护电路的电路图；
图3为本实用新型的直通保护电路应用于H桥逆变器的整体电路图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例一：如图2所示，一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路，包括第一比较器U1、第二比较器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5，第一比较器U1具有第一输入端、第二输入端和输出端，第二比较器U2具有第一输入端、第二输入端和输出端；
第一二极管D1的负极为上下桥臂直通保护电路的第一输入端、第一二极管D1的正极、第四电阻R4的一端、第一比较器U1的输出端和第三二极管D3的正极连接，第四电阻R4的另一端接入电源，第二二极管D2的负极为上下桥臂直通保护电路的第二输入端，第二二极管D2的正极、第三电阻R3的一端和第一比较器U1的第一输入端连接，第三电阻R3的另一端接入电源，第二电阻R2的一端接入电源，第二电阻R2的另一端、第一电阻R1的一端和第一比较器U1的第二输入端连接，第一电阻R1的另一端接地，第三二极管D3的负极和第二比较器U2的第二输入端连接，第二比较器U2的第一输入端、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端连接，第五电阻R5的另一端接地，第六电阻R6的另一端接入电源，第七电阻R7的另一端和第四二极管D4的正极连接，第四二极管D4的负极、第二比较器U2的输出端和第五二极管D5的负极连接，第五二极管D5的正极为上下桥臂直通保护电路的输出端，电源用于提供上下桥臂直通保护电路的工作电压，该工作电压为12V。
本实施例中，第一比较器U1和第二比较器U2采用一个型号为LM339的电压比较器芯片来实现，电压比较器芯片的第5脚为第一比较器U1的第一输入端，电压比较器芯片的第4脚为第一比较器U1的第二输入端，电压比较器芯片的第2脚为第一比较器U1的输出端，电压比较器芯片的第7脚为第二比较器U2的第一输入端，电压比较器芯片的第6脚为第二比较器U1的第二输入端，电压比较器芯片的第1脚为第二比较器U1的输出端。
实施例二：如图2所示，一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路，包括第一比较器U1、第二比较器U2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4和第五二极管D5，第一比较器U1具有第一输入端、第二输入端和输出端，第二比较器U2具有第一输入端、第二输入端和输出端；
第一二极管D1的负极为上下桥臂直通保护电路的第一输入端、第一二极管D1的正极、第四电阻R4的一端、第一比较器U1的输出端和第三二极管D3的正极连接，第四电阻R4的另一端接入电源，第二二极管D2的负极为上下桥臂直通保护电路的第二输入端，第二二极管D2的正极、第三电阻R3的一端和第一比较器U1的第一输入端连接，第三电阻R3的另一端接入电源，第二电阻R2的一端接入电源，第二电阻R2的另一端、第一电阻R1的一端和第一比较器U1的第二输入端连接，第一电阻R1的另一端接地，第三二极管D3的负极和第二比较器U2的第二输入端连接，第二比较器U2的第一输入端、第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端连接，第五电阻R5的另一端接地，第六电阻R6的另一端接入电源，第七电阻R7的另一端和第四二极管D4的正极连接，第四二极管D4的负极、第二比较器U2的输出端和第五二极管D5的负极连接，第五二极管D5的正极为上下桥臂直通保护电路的输出端，电源用于提供上下桥臂直通保护电路的工作电压，该工作电压为12V。
本实施例中，第一比较器U1和第二比较器U2采用一个型号为LM393的电压比较器芯片来实现。电压比较器芯片的第3脚为第一比较器U1的第一输入端，电压比较器芯片的第2脚为第一比较器U1的第二输入端，电压比较器芯片的第1脚为第一比较器U1的输出端，电压比较器芯片的第5脚为第二比较器U2的第一输入端，电压比较器芯片的第6脚为第二比较器U1的第二输入端，电压比较器芯片的第7脚为第二比较器U1的输出端。
本实用新型的直通保护电路的工作原理为：如图3所示，将上下桥臂直通保护电路的第一输入端与H桥逆变器的一个交流输出端(NMOS管Q3和NMOS管Q4的连接端)连接且其连接端节点记为V1，将上下桥臂直通保护电路的第二输入端与H桥逆变器的SPWM驱动信号输入端连接且其连接端节点记为V2，将上下桥臂直通保护电路的输出端和SPWM信号发生器连接，H桥逆变器电源端接入的电压记为VH，上下桥臂直通保护电路接入的电源的工作电压为VCC，VCC为12V；
当H桥逆变器正常工作，且NMOS管Q3导通，NMOS管Q4不导通时，V1点的电压约等于VH，V2点的电压为0电平，第一比较器U1的第一输入端为0电平，第一比较器U1的第二输入端的电压大于其第一输入端的电压，从而使第一比较器的输出端为0电平，故此，第二比较器U2的第一输入端的电压高于其第二输入端的电压，第二比较器U2的输出端为高电平，上下桥臂直通保护电路的输出端输出高电平，SPWM信号发生器正常工作，上下桥臂直通保护电路不起作用；
当H桥逆变器正常工作，且NMOS管Q3不导通，NMOS管Q4导通时，V1点的电压约等于地(即0电平)，V2点的电压为高电平，第一比较器U1的第一输入端为高电平，第一比较器U1的第二输入端的电压大于其第一输入端的电压，但是由于V1点为0电平，从而使第一比较器输出端的电压在第一二极管D1作用下被强制变为0电平，故此，第二比较器U2的第一输入端的电压高于其第二输入端的电压，第二比较器U2的输出端为高电平，上下桥臂直通保护电路的输出端输出高电平，SPWM信号发生器正常工作，上下桥臂直通保护电路不起作用；
当H桥逆变器中上桥臂和下桥臂直通(即NMOS管Q3和NMOS管Q4均导通)时，V1点的电压约等于VH/2(通常为200V)，远大于上下桥臂直通保护电路接入的电源提供的工作电压VCC，对于VCC来说，V1点为高电平，此时第一二极管D1不起作用，V2点的电压为高电平，第一比较器U1的第一输入端为高电平，第一比较器U1的第二输入端的电压小于其第一输入端的电压，从而使第一比较器U1输出端为高电平，故此，第二比较器U2的第一输入端的电压小于其第二输入端的电压，第二比较器U2的输出端为0电平，上下桥臂直通保护电路的输出端输出低电平，此时SPWM信号发生器被关闭，SPWM驱动信号为0电压，整个H桥逆变器处于关闭状态，上桥臂和下桥臂不会过压损坏。
Claims (3)
1.一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路，其特征在于包括第一比较器、第二比较器、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管和第五二极管，所述的第一比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端，所述的第二比较器具有第一输入端、第二输入端和输出端；
所述的第一二极管的负极为所述的上下桥臂直通保护电路的第一输入端、所述的第一二极管的正极、所述的第四电阻的一端、所述的第一比较器的输出端和所述的第三二极管的正极连接，所述的第四电阻的另一端接入电源，所述的第二二极管的负极为所述的上下桥臂直通保护电路的第二输入端，所述的第二二极管的正极、所述的第三电阻的一端和所述的第一比较器的第一输入端连接，所述的第三电阻的另一端接入电源，所述的第二电阻的一端接入电源，所述的第二电阻的另一端、所述的第一电阻的一端和所述的第一比较器的第二输入端连接，所述的第一电阻的另一端接地，所述的第三二极管的负极和所述的第二比较器的第二输入端连接，所述的第二比较器的第一输入端、所述的第五电阻的一端、所述的第六电阻的一端和所述的第七电阻的一端连接，所述的第五电阻的另一端接地，所述的第六电阻的另一端接入电源，所述的第七电阻的另一端和所述的第四二极管的正极连接，所述的第四二极管的负极、所述的第二比较器的输出端和所述的第五二极管的负极连接，所述的第五二极管的正极为所述的上下桥臂直通保护电路的输出端，所述的电源用于提供所述的上下桥臂直通保护电路的工作电压。
2.根据权利要求1所述的一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路，其特征在于所述的第一比较器和所述的第二比较器采用一个型号为LM339的电压比较器芯片实现，所述的电压比较器芯片的第5脚为所述的第一比较器的第一输入端，所述的电压比较器芯片的第4脚为所述的第一比较器的第二输入端，所述的电压比较器芯片的第2脚为所述的第一比较器的输出端，所述的电压比较器芯片的第7脚为所述的第二比较器的第一输入端，所述的电压比较器芯片的第6脚为所述的第二比较器的第二输入端，所述的电压比较器芯片的第1脚为所述的第二比较器的输出端。
3.根据权利要求1所述的一种H桥逆变器的上下桥臂直通保护电路，其特征在于所述的第一比较器和所述的第二比较器采用一个型号为LM393的电压比较器芯片来实现，所述的电压比较器芯片的第3脚为所述的第一比较器的第一输入端，所述的电压比较器芯片的第2脚为所述的第一比较器的第二输入端，所述的电压比较器芯片的第1脚为所述的第一比较器的输出端，所述的电压比较器芯片的第5脚为所述的第二比较器的第一输入端，所述的电压比较器芯片的第6脚为所述的第二比较器的第二输入端，所述的电压比较器芯片的第7脚为所述的第二比较器的输出端。
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