CN212063481U - 一种保护电路及逆变系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种保护电路及逆变系统，所述保护电路包括：欠压模块；输出驱动模块，所述输出驱动模块的欠压信号输入端与所述欠压模块的欠压信号输出端连接；过压模块，所述过压模块的过压信号输出端与所述输出驱动模块的过压信号输入端连接；电源模块，分别与所述欠压模块、过压模块和输出驱动模块连接。本实用新型提供了一种检测逆变器上桥臂自举电源过欠压保护的电路，可以用来保护逆变器上桥臂功率元件的驱动电压。

Description

一种保护电路及逆变系统

技术领域

本实用新型属于过欠压保护的技术领域，涉及一种保护电路，特别是涉及一种保护电路及逆变系统。

背景技术

目前，变频器的三相逆变桥广泛使用自举电路为三相桥上桥臂的驱动芯片等供电，自举电路将开关电源单路输出+15V电源(以三相逆变桥下桥臂的公共端作为基准地)分别泵升至以U，V，W三相输出为参考地的三路+15V电源，这种设计简化了电源电路并降低了逆变器成本。

因为自举电压的地和开关电源的地不同地和自举电压受到下桥臂驱动信号的控制，如果想要实时检测和保护逆变桥上桥臂IGBT上的驱动电压，通常的过欠压保护电路很难实现。

因此，如何提供一种结构简单、可实时检测的过欠压保护电路，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种保护电路及逆变系统，用于解决现有技术无法提供一种结构简单、可实时检测的过欠压保护电路的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型一方面提供一种保护电路，所述保护电路包括：欠压模块；输出驱动模块，所述输出驱动模块的欠压信号输入端与所述欠压模块的欠压信号输出端连接；过压模块，所述过压模块的过压信号输出端与所述输出驱动模块的过压信号输入端连接；电源模块，分别与所述欠压模块、过压模块和输出驱动模块连接。

于本实用新型的一实施例中，所述欠压模块包括第一晶体管，所述过压模块包括第二晶体管，所述输出驱动模块包括第三晶体管；所述第一晶体管的输出端与所述输出驱动模块的欠压信号输入端连接；所述第二晶体管的输出端与所述输出驱动模块的过压信号输入端连接，以使所述输出驱动模块中的第三晶体管接收所述第一晶体管输出的欠压信号和第二晶体管输出的过压信号。

于本实用新型的一实施例中，所述第一晶体管为第一三极管；所述欠压模块还包括：基准电压器件、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；所述基准电压器件的阴极分别与所述第一电阻的一端、输入电源连接，阳极分别与所述第二电阻的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端连接，所述基准电压器件的基准电压输出端分别与所述第一电阻的另一端、第二电阻的另一端连接；所述第三电阻的另一端与地连接，所述第四电阻的另一端与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与所述电源模块的低压电源输出端连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第五电阻的一端、输出驱动模块的欠压信号输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述电源模块包括：第一稳压管、第六电阻和电容；所述第六电阻的一端与输入电源连接，另一端分别与所述第一稳压管的阴极、电容的一端连接，且电容的一端为所述低压电源输出端，所述第一稳压管的阳极、电容的另一端均与地连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第二晶体管为第二三极管；所述过压模块还包括：第二稳压管、第七电阻和第八电阻；所述第二稳压管的阴极与输入电源连接，阳极与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述低压电源输出端连接，所述第二三极管的发射极分别与所述第八电阻的一端、输出驱动模块的过压信号输入端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述第三晶体管为第三三极管；所述输出驱动模块还包括：第九电阻、第十电阻和第十四电阻；所述第九电阻的一端为所述欠压信号输入端，所述第十电阻的一端为所述过压信号输入端，所述第九电阻的另一端、所述第十电阻的另一端均与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与地连接，所述第三三极管的发射极为过欠压保护信号输出端，且与所述第十四电阻的一端连接，所述第十四电阻的另一端与所述低压电源输出端连接。

于本实用新型的一实施例中，所述输出驱动模块还包括光耦，所述光耦的输出端为所述过欠压保护信号输出端；所述光耦中发光二极管的阳极与所述第十四电阻的一端连接，阴极与所述第三三极管的发射极连接。

本实用新型另一方面提供一种逆变系统，所述逆变系统包括保护电路；所述保护电路包括：欠压模块、输出驱动模块、过压模块和电源模块；所述输出驱动模块与所述欠压模块连接；所述过压模块与所述输出驱动模块连接；所述电源模块分别与所述欠压模块、过压模块和输出驱动模块连接。

如上所述，本实用新型所述的保护电路，具有以下有益效果：

本实用新型提供一种可以保护逆变桥上桥臂驱动芯片的保护电路，可以检测自举电路电源电压，当自举电源低于IGBT管可靠导通电压(例如+12V)和高于IGBT管栅极耐压(例如+20V)时，保护电路的三极管隔离光耦关闭，将保护信号输出到MCU控制芯片或驱动芯片使能脚，关断三相桥上桥臂的驱动信号，进而保护上桥臂的IGBT等功率元件。由此，可以用来保护逆变器上桥臂功率元件的驱动电压，使之可靠的限定在设定值的范围内，驱动电压不会超过功率元件门极的电压限值，功率元件也不会在电压不足时在的状况下工作，以提高逆变器功率元件的可靠性。

附图说明

图1显示为本实用新型的保护电路于一实施例中的电路连接示意图。

图2显示为本实用新型的保护电路于一实施例中的电路原理图。

图3显示为本实用新型的保护电路于一实施例中的应用场景电路图。

元件标号说明

1 保护电路

11 欠压模块

12 过压模块

13 输出驱动模块

14 电源模块

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

本实施例提供的保护电路提供了一种检测逆变器上桥臂自举电源过欠压保护的电路，其可以用来保护逆变器上桥臂功率元件的驱动电压，使之可靠的限定在设定值的范围内。

请参阅图1，显示为本实用新型的保护电路于一实施例中的电路连接示意图。如图1所示，所述保护电路1包括：欠压模块11、过压模块12、输出驱动模块13和电源模块14。

所述输出驱动模块13的欠压信号输入端与所述欠压模块11的欠压信号输出端连接。

所述过压模块12的过压信号输出端与所述输出驱动模块13的过压信号输入端连接；

所述电源模块14分别与所述欠压模块11、过压模块12和输出驱动模块13连接。

在本实施例中，所述欠压模块包括第一晶体管，所述过压模块包括第二晶体管，所述输出驱动模块包括第三晶体管。

所述第一晶体管的输出端与所述输出驱动模块的欠压信号输入端连接；所述第二晶体管的输出端与所述输出驱动模块的过压信号输入端连接，以使所述输出驱动模块中的第三晶体管接收所述第一晶体管输出的欠压信号和第二晶体管输出的过压信号。

请参阅图2，显示为本实用新型的保护电路于一实施例中的电路原理图。如图2所示，显示了用于实现欠压模块、过压模块、输出驱动模块和电源模块的其中一种电路结构。

在本实施例中，所述欠压模块的第一晶体管为第一三极管T1。此外，所述欠压模块还包括：基准电压器件U1(以三端可调分流基准电压源器件TL431为例)、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5。

所述基准电压器件U1的阴极分别与所述第一电阻R1的一端、输入电源+15V-vs连接，阳极分别与所述第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端连接，所述基准电压器件U1的基准电压输出端分别与所述第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端连接。

所述第三电阻R3的另一端与地连接，所述第四电阻R4的另一端与所述第一三极管T1的基极连接，所述第一三极管T1的发射极与所述电源模块的低压电源输出端连接，所述第一三极管T1的集电极分别与所述第五电阻R5的一端、输出驱动模块的欠压信号输入端连接。所述第一三极管T1的集电极为欠压信号输出端。

所述欠压模块的工作原理为：当电源电压低于欠压阈值时，所述欠压模块开通PNP三极管T1。通过调整第一电阻R1和第二电阻R2的电阻值可以设定保护电路的欠压值，第二电阻R2并联在TL431的阳极和VREF端，其电压固定为2.5V，利用TL431稳压源的特性可得U1阴极和阳极两端的电压等于2.5*(R1+R2)/R2，电阻R3上的电压计算式为：+15Vs-2.5V*(R1+R2)/R2。

例如，电源+15Vs的欠压阈值设置为12V时，将12V替换上述电阻R3上的电压计算式中的+15Vs。假设R1＝5kΩ，R2＝2.5KΩ，R3＝1KΩ时，电阻R3上的电压计算值为：12V-2.5V*(5+2.5)/2.5＝4.5V，由此可知，欠压阈值设置为12V对应的第一三极管T1的基极电压接收到4.5V，小于当前设定的低压电源值+5V-vs，第一三极管T1导通。且当输入电源≤12V时，对应的第一三极管T1的基极电压≤4.5V，此种情况下第一三极管T1均会导通。

在本实施例中，所述电源模块包括：第一稳压管SD1、第六电阻R6和电容C2。

所述第六电阻R6的一端与输入电源+15V-vs连接，另一端分别与所述第一稳压管SD1的阴极、电容C2的一端连接，且电容C2的一端为所述低压电源输出端，输出+5V-vs，所述第一稳压管SD1的阳极、电容C2的另一端均与地连接。

所述电源模块的工作原理为：用于给三极管T1，T2，T3和光耦PC1初级发光二极管提供低压电源。此处，低压电源的电压值要低于设定的欠压保护阈值，也必须高于T1，T2，T3的可靠导通电压，否则电路不能正常工作。例如将电路欠压阈值设置为12V时，SD1选用导通阈值为5V的稳压管。

在本实施例中，所述过压模块的第二晶体管为第二三极管T2。此外，所述过压模块还包括：第二稳压管SD2、第七电阻R7和第八电阻R8。

所述第二稳压管SD2的阴极与输入电源+15V-vs连接，阳极与所述第七电阻R7的一端连接，所述第七电阻R7的另一端与所述第二三极管T2的基极连接，所述第二三极管T2的集电极与所述低压电源输出端连接，所述第二三极管T2的发射极分别与所述第八电阻R8的一端、输出驱动模块的过压信号输入端连接。所述第二三极管T2的发射极为过压信号输出端。

所述过压模块的工作原理为：当输入电源+15Vs高于稳压管的阈值导通电压时，所述过压模块的NPN三极管T2开通。例如当第二稳压管SD2选用导通阈值为18V的时，电源+15Vs的过压阈值就设置为18V。

在本实施例中，所述输出驱动模块的第三晶体管为第三三极管T3。此外，所述输出驱动模块还包括：第九电阻R9、第十电阻R10和第十四电阻R14。

所述第九电阻R9的一端为所述欠压信号输入端，所述第十电阻R10的一端为所述过压信号输入端，所述第九电阻R9的另一端、所述第十电阻R10的另一端均与所述第三三极管T3的基极连接，所述第三三极管T3的集电极与地连接，所述第三三极管T3的发射极为过欠压保护信号输出端，且与所述第十四电阻R14的一端连接，所述第十四电阻R14的另一端与所述低压电源输出端连接。

在本实施例中，所述输出驱动模块还包括光耦PC1，所述光耦PC1的输出端为所述过欠压保护信号输出端。

所述光耦PC1中发光二极管的阳极与所述第十四电阻R14的一端连接，阴极与所述第三三极管T3的发射极连接。

所述输出驱动模块的工作原理为：第三三极管T3的基极接在T1和T2的输出上，当T3的输入为低时，T3开通，否则关闭，即当电源低于欠压阈值或高于欠压阈值时，三级管T3是关闭的，只有电源在正常范围内，三极管T3是开通的。因此，T1和T2只要有一个导通(T1导通时表示欠压，T2导通时表示过压)，则T3基极接收到的电压高于T3发射极的电压，此时T3关闭。

本实用新型提供的逆变系统，包括保护电路。

所述保护电路包括：欠压模块、输出驱动模块、过压模块和电源模块；所述输出驱动模块与所述欠压模块连接；所述过压模块与所述输出驱动模块连接；所述电源模块分别与所述欠压模块、过压模块和输出驱动模块连接。

请参阅图3，显示为本实用新型的保护电路于一实施例中的应用场景电路图。如图3所示，显示了使用所述保护电路的三相逆变器系统电路图。

图3中，U相的上管T4的漏极、V相的上管T5的漏极和W相的上管T6的漏极均与动力电压DCP连接，U相的下管T7的源极、V相的下管T8的源极和W相的下管T9的源极均与地连接。U相的上管T4的源极与U相的下管T7的漏极连接，V相的上管T5的源极与V相的下管T8的漏极连接，W相的上管T6的源极与W相的下管T9的漏极连接。

U相、V相和W相上下管的连接点分别命名为U、V、W。图3中，将保护电路并连在U相的电容C3的两端进行原理性说明。

变压器M1、二极管D2、电容C4作为开关电源电路，开关电源输出的+15V电源通过二极管D1生成自举电压+15V-vs，通过自举的方式给分别给三个上桥臂功率元件T4、T5、T6和驱动电路提供电源，保护电路的+15V-vs与三相逆变电路的+15V-vs连接，保护电路的地和U相输出相连，再将保护电路的输出连接到单片机的中断控制口，以此实现了U相上桥臂的驱动电压保护，V相和W相上桥臂功率元件同理也可以实现。

需要说明的是，本实用新型的保护电路除应用于逆变系统外，经保护电路的欠压模块、输出驱动模块、过压模块和电源模块的电路器件参数做适应性改变后应用于其他电路系统进行过、欠压保护的电路结构方案也在本实用新型保护的范围内。

综上所述，本实用新型提供的保护电路提供了一种可以保护逆变桥上桥臂驱动芯片的保护电路，可以检测自举电路电源电压，当自举电源低于IGBT管可靠导通电压和高于IGBT管栅极耐压时，保护电路将保护信号输出到单片机控制芯片或驱动芯片使能脚，关断三相桥上桥臂的驱动信号，进而保护上桥臂的IGBT等功率元件。由此，可以用来保护逆变器上桥臂功率元件的驱动电压，使之可靠的限定在设定值的范围内，驱动电压不会超过功率元件门极的电压限值，功率元件也不会在电压不足时在的状况下工作，以提高逆变器功率元件的可靠性。有效克服了现有技术中的种种缺点而具有高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种保护电路，其特征在于，所述保护电路包括：

欠压模块；

输出驱动模块，所述输出驱动模块的欠压信号输入端与所述欠压模块的欠压信号输出端连接；

过压模块，所述过压模块的过压信号输出端与所述输出驱动模块的过压信号输入端连接；

电源模块，分别与所述欠压模块、过压模块和输出驱动模块连接。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于：

所述欠压模块包括第一晶体管，所述过压模块包括第二晶体管，所述输出驱动模块包括第三晶体管；

所述第一晶体管的输出端与所述输出驱动模块的欠压信号输入端连接；所述第二晶体管的输出端与所述输出驱动模块的过压信号输入端连接，以使所述输出驱动模块中的第三晶体管接收所述第一晶体管输出的欠压信号和第二晶体管输出的过压信号。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述第一晶体管为第一三极管；

所述欠压模块还包括：基准电压器件、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻和第五电阻；

所述基准电压器件的阴极分别与所述第一电阻的一端、输入电源连接，阳极分别与所述第二电阻的一端、第三电阻的一端、第四电阻的一端连接，所述基准电压器件的基准电压输出端分别与所述第一电阻的另一端、第二电阻的另一端连接；

所述第三电阻的另一端与地连接，所述第四电阻的另一端与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与所述电源模块的低压电源输出端连接，所述第一三极管的集电极分别与所述第五电阻的一端、输出驱动模块的欠压信号输入端连接。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于：

所述电源模块包括：第一稳压管、第六电阻和电容；

所述第六电阻的一端与输入电源连接，另一端分别与所述第一稳压管的阴极、电容的一端连接，且电容的一端为所述低压电源输出端，所述第一稳压管的阳极、电容的另一端均与地连接。

5.根据权利要求4所述的保护电路，其特征在于，所述第二晶体管为第二三极管；

所述过压模块还包括：第二稳压管、第七电阻和第八电阻；

所述第二稳压管的阴极与输入电源连接，阳极与所述第七电阻的一端连接，所述第七电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的集电极与所述低压电源输出端连接，所述第二三极管的发射极分别与所述第八电阻的一端、输出驱动模块的过压信号输入端连接。

6.根据权利要求5所述的保护电路，其特征在于，所述第三晶体管为第三三极管；

所述输出驱动模块还包括：第九电阻、第十电阻和第十四电阻；

所述第九电阻的一端为所述欠压信号输入端，所述第十电阻的一端为所述过压信号输入端，所述第九电阻的另一端、所述第十电阻的另一端均与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的集电极与地连接，所述第三三极管的发射极为过欠压保护信号输出端，且与所述第十四电阻的一端连接，所述第十四电阻的另一端与所述低压电源输出端连接。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于：

所述输出驱动模块还包括光耦，所述光耦的输出端为所述过欠压保护信号输出端；

所述光耦中发光二极管的阳极与所述第十四电阻的一端连接，阴极与所述第三三极管的发射极连接。

8.一种逆变系统，其特征在于，所述逆变系统包括保护电路；

所述保护电路包括：欠压模块、输出驱动模块、过压模块和电源模块；

所述输出驱动模块的欠压信号输入端与所述欠压模块的欠压信号输出端连接；所述过压模块的过压信号输出端与所述输出驱动模块的过压信号输入端连接；所述电源模块分别与所述欠压模块、过压模块和输出驱动模块连接。

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