CN214314535U - 一种变频器保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及变频器技术领域，公开了一种具有良好的EMC性能且故障信号反馈及时的变频器保护电路，电流检测电路包括用于检测直流母线的电流信号，并将电流信号转换为电压信号的取样电路、电源电路、差动电路及隔离电路，当直流母线输入差动电路的电压信号与取样电路输入差动电路的电压信号相等时，隔离电路被触发导通，并向数字信号处理器输出低电平信号；数字信号处理器根据低电平信号进行判断通过取样电路的电流是否过大，若通过所述取样电路的电流过大，则所述数字信号处理器停止输出PWM信号，以控制IGBT的关断。

Description

一种变频器保护电路

技术领域

本实用新型涉及变频器技术领域，更具体地说，涉及一种变频器保护电路。

背景技术

变频器应用于变频技术及电子技术，是通过调整工作电源频率来控制交流电动机运行的电力控制设备。目前，现有的变频器保护电路对输入IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)集电极的电压进行判断是否发生过流或过压时，由于直流母线上产生较为强烈的共模干扰，使得保护电路不能及时准确地在降栅压时间内判断故障信号，长时间运行时，导致变频器输出到负载电机的电压过高，造成电机过热或烧坏电机。

因此，如何降低共模信号对保护电路的干扰，以提高负载运行的安全性成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述由于直流母线上产生较为强烈的共模干扰，使得保护电路不能及时准确地在降栅压时间内判断故障信号，导致变频器输出到负载电机的电压过高，造成电机过热或烧坏电机的缺陷，提供一种具有良好的EMC性能且故障信号反馈及时的变频器保护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种变频器保护电路，具备：

电流检测电路，其中，所述电流检测电路包括：

取样电路，其配置于保护电路的信号输入侧，用于检测直流母线的电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号；

电源电路，其用于提供直流母线保护电路的工作电源；

差动电路，其一输入端与所述直流母线的正极端连接，用于获取所述直流母线的电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号，

所述差动电路的另一输入端与所述取样电路的输出端连接，用于接收所述取样电路输出的所述电压信号；

隔离电路，其一输入端与所述差动电路的输出端连接；

当所述直流母线输入所述差动电路的电压信号与所述取样电路输入所述差动电路的电压信号相等时，所述隔离电路被触发导通，并向数字信号处理器输出低电平信号；

所述数字信号处理器根据所述低电平信号进行判断通过所述取样电路的电流是否过大，

若通过所述取样电路的电流过大，则所述数字信号处理器停止输出PWM信号，以控制IGBT的关断。

在一些实施方式中，所述取样电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述直流母线的正极端连接，用于获取所述直流母线上的电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号，

所述第一电阻的另一端的所述差动电路的一输入端连接，并将所述电压信号输入所述差动电路。

在一些实施方式中，所述差动电路包括第一三极管、第二三极管、第二电阻、第三电阻及第四电阻，

所述第一三极管的发射极与所述第一电阻的一端连接，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，

所述第一三极管的集电极通过所述第二电阻与所述隔离电路的一端连接，

所述第二三极管的发射极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述直流母线的正极端连接，

所述第二三极管的集电极通过所述第三电阻与所述隔离电路的一端连接。

在一些实施方式中，所述隔离电路包括光电耦合器、第三三极管及第二二极管，

所述光电耦合器的输入端通过第五电阻与所述直流母线的正极端连接，

所述第三三极管的基极与所述第二三极管的集电极连接，

所述第三三极管的集电极与所述光电耦合器的一输出端连接，

所述第二二极管的阴极与所述第三三极管的发射极连接，

所述第二二极管的阳极分别与所述第二电阻及所述第三电阻的一端连接，

所述光电耦合器的另一输出端耦接于所述数字信号处理器的信号输入端。

在一些实施方式中，所述第一三极管及所述第二三极管为PNP型三极管，所述第三三极管为NPN型三极管。

在一些实施方式中，所述电源电路包括串联连接的第一二极管及第六电阻，

所述第一二极管的阴极与所述差动电路的一输入端连接，

所述第六电阻的一端与所述直流母线的负极端连接。

在一些实施方式中，还包括电压检测电路，所述电压检测电路的正、负极端分别与所述直流母线的正、负极端连接，用于获取所述直流母线上的电压信号，并将所述电压信号输出至所述数字信号处理器进行处理，

所述数字信号处理器根据当前所述直流母线的电压，以控制IGBT导通或关闭的PWM信号的占空比，以控制变频器输出到负载电机的电压值。

在本实用新型所述的变频器保护电路中，包括电流检测电路，电流检测电路包括用于检测直流母线的电流信号，并将电流信号转换为电压信号的取样电路、差动电路、隔离电路及数字信号处理器，当直流母线输入差动电路的电压信号与取样电路输入差动电路的电压信号相等时，隔离电路被触发导通，并向数字信号处理器输出低电平信号；数字信号处理器根据低电平信号进行判断通过取样电路的电流是否过大，若通过取样电路的电流过大，则数字信号处理器停止输出PWM信号，以控制IGBT的关断。与现有技术相比，通过取样电路获取电流信号及隔离电路对电流信号或电压信号的隔离，避免直流母线上的共模信号对保护电路(或数字信号处理器)产生干扰，使得数字信号处理器可根据隔离电路输出的低电平信号进行判断流经取样电路的电流过是否大，可及时关闭控制IGBT工作的PWM信号，进而提高变频器运行的安全性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型提供的变频器保护电路一实施例的电流检测原理图；

图2是本实用新型提供的变频器保护电路一实施例的电压检测原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1-图2所示，在本实用新型的变频器保护电路的第一实施例中，变频器保护电路包括电流检测电路100、电压检测电路200及数字信号处理器DSP。

其中，电流检测电路100包括取样电路101、电源电路102、差动电路103及隔离电路104。

具体地，取样电路101配置于保护电路的信号输入侧(对应DCBUS+端)，其用于检测直流母线的电流信号，并将电流信号转换为电压信号，然后输出至差动电路103的一输入端。

具体而言，取样电路101包括第一电阻R101，其中，第一电阻R101为取样电阻，其用于获取直流母线的正极端(对应DCBUS+端)的电流信号。

具体地，第一电阻R101的一端与直流母线的正极端(对应DCBUS+端)连接，用于获取直流母线上的电流信号，并将电流信号转换为电压信号。

第一电阻R101的另一端的差动电路103的一输入端连接，并将电压信号输入差动电路103。

进一步地，电源电路102用于提供直流母线保护电路的工作电源。

具体地，电源电路102包括第一二极管D101及第六电阻R106，其中，第一二极管D101与第六电阻R106串联连接。

即，第一二极管D101的阴极与直流母线的正极端(对应DCBUS+端)连接，其中，第一二极管D101的阴极还与差动电路103的一输入端连接，第六电阻R106的一端与直流母线的负极端(对应DCBUS-端)连接。

直流母线输入电压通过串联连接的第一二极管D101及第六电阻R106分别输出至差动电路103及隔离电路104，为其提供工作电源。

进一步地，差动电路103的一输入端(对应第四电阻R104的一端)与直流母线的正极端(对应DCBUS+端)连接，第四电阻R104(属于差动电路103)用于获取直流母线的电流信号，并将电流信号转换为电压信号。

差动电路103的另一输入端(对应第一三极管VT101的发射极)与取样电路101的输出端连接，其用于接收取样电路101输出的电压信号。

进一步地，隔离电路104的一输入端与差动电路103的输出端(对应第三电阻R103的一端)连接。

具体而言，当直流母线输入差动电路103的电压信号与取样电路101输入差动电路103的电压信号相等时(需要说明的是，相等的节点指的是第四电阻R104两端的电压相等或相同)，此时，隔离电路104被触发导通，并向数字信号处理器DSP输出低电平信号；数字信号处理器DSP根据该低电平信号进行判断通过取样电路101的电流是否过大，若通过取样电路101的电流过大，则数字信号处理器DSP停止输出PWM信号，进而控制IGBT的关断。

使用本技术方案，通过取样电路101获取电流信号及隔离电路104对电流信号或电压信号的隔离，避免直流母线上的共模信号对保护电路(或数字信号处理器)产生干扰，使得数字信号处理器可根据隔离电路输出的低电平信号进行判断流经取样电路的电流过是否大，可及时关闭控制IGBT工作的PWM信号，进而提高变频器运行的安全性。

在一些实施方式中，差动电路103包括第一三极管VT101、第二三极管VT102、第二电阻R102、第三电阻R103及第四电阻R104，其中，第一三极管VT101及第二三极管VT102为PNP型三极管，均具有开关的作用。

进一步地，第一三极管VT101的发射极与第一电阻R101的一端连接，即，第一电阻R101将电流信号转换为电压信号再输入第一三极管VT101的发射极。

第一三极管VT101的基极与第二三极管VT102的基极连接，第一三极管VT101的集电极通过第二电阻R102与隔离电路104的一端(对应第二二极管D102的阳极)连接，

第二三极管VT102的发射极与第四电阻R104的一端连接，第四电阻R104的另一端与直流母线的正极端(对应DCBUS+端)连接，第二三极管VT102的集电极通过第三电阻R103与隔离电路104的一端对应第二二极管D102的阳极)连接。

在一些实施方式中，隔离电路104包括光电耦合器U101、第三三极管VT103及第二二极管D102，其中，光电耦合器U101具有隔离的作用，第三三极管VT103为NPN型三极管，其具有开关的作用。

具体地，光电耦合器U101的输入端通过第五电阻R105与直流母线的正极端(对应DCBUS+端)连接，

第三三极管VT103的基极与第二三极管VT102的集电极连接，第三三极管VT103的集电极与光电耦合器U101的一输出端连接，

第二二极管D102的阴极与第三三极管VT103的发射极连接，第二二极管D102的阳极分别与第二电阻R102及第三电阻R103的一端连接，

光电耦合器U101的另一输出端耦接于数字信号处理器DSP的信号输入端(对应OI端)。

具体工作原理为：直流母线的电流信号经第一电阻R101转换为电压信号，且电压信号与第四电阻R104的两端电压相同或相等。此时，当第二三极管VT102的集电极电流在第三电阻R103产生的压降可以击穿第二二极管D102(第二二极管D102为稳压管)时，使第三三极管VT103被触发导通，光电耦合器U101导通工作，并向数字信号处理器DSP输出低电平信号，数字信号处理器DSP根据光电耦合器U101输出的低电平信号来判断通过第一电阻R101电流是否过大，数字信号处理器DSP再停止输出PWM信号，从而实现对变频器(逆变电路IGBT1-IGBT6)的直通短路或过流保护。

在一些实施方式中，为了提高逆变电路IGBT1-IGBT6运行的安全性，可在保护电路中设置电压检测电路200，其在，电压检测电路200将直流母线的电压采样后送至数字信号处理器DSP进行处理，数字信号处理器DSP根据当前直流母线的电压来调节控制IGBT开通和关断的PWM信号的占空比，从而达到控制变频器输出到负载电机电压。

另一方面，电压检测电路200用来防止变频器直流电压过高影响变频器内部功率器件工作可靠性，同时防止变频器输出到负载电机的电压过高，造成电机过热或烧坏电机，达到保护负载电机的目的。

具体地，电压检测电路200的正、负极端分别与直流母线的正、负极端(对应DCBUS+及DCBUS-端)连接，用于获取直流母线上的电压信号，并将电压信号输出至数字信号处理器DSP进行处理，

数字信号处理器DSP根据当前直流母线的电压，以控制IGBT导通或关闭的PWM信号的占空比，以控制变频器输出到负载电机的电压值。

其中，电压检测电路200包括串联连接的第八电阻R201、第九电阻R201及第十电阻R203，第八电阻R201、第九电阻R201及第十电阻R203组成电阻分压网络，将高压直流母线电压降压为低压检测信号，经第十一电阻R204和第二电容C201滤波处理后直接送至数字信号处理器DSP的VDC端口进行处理。

数字信号处理器DSP的VDC端口通过检测直流母线电压检测信号VDC波形来判断变频器是否输入缺相。当变频器输入的三相交流电源缺失两相时，变频器根据检测到的直流电压进行欠压保护。其中，第十一电阻R204和第二电容C201选取要考虑抗EMC干扰，此外，若滤波时间常数过大影响直流母线电压纹波检测和输入缺相判断。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (7)

1.一种变频器保护电路，其特征在于，具备：

电流检测电路，其中，所述电流检测电路包括：

取样电路，其配置于保护电路的信号输入侧，用于检测直流母线的电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号；

电源电路，其用于提供直流母线保护电路的工作电源；

差动电路，其一输入端与所述直流母线的正极端连接，用于获取所述直流母线的电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号，

所述差动电路的另一输入端与所述取样电路的输出端连接，用于接收所述取样电路输出的所述电压信号；

隔离电路，其一输入端与所述差动电路的输出端连接；

当所述直流母线输入所述差动电路的电压信号与所述取样电路输入所述差动电路的电压信号相等时，所述隔离电路被触发导通，并向数字信号处理器输出低电平信号；

所述数字信号处理器根据所述低电平信号进行判断通过所述取样电路的电流是否过大，

若通过所述取样电路的电流过大，则所述数字信号处理器停止输出PWM信号，以控制IGBT的关断。

2.根据权利要求1所述的变频器保护电路，其特征在于，

所述取样电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述直流母线的正极端连接，用于获取所述直流母线上的电流信号，并将所述电流信号转换为电压信号，

所述第一电阻的另一端的所述差动电路的一输入端连接，并将所述电压信号输入所述差动电路。

3.根据权利要求2所述的变频器保护电路，其特征在于，

所述差动电路包括第一三极管、第二三极管、第二电阻、第三电阻及第四电阻，

所述第一三极管的发射极与所述第一电阻的一端连接，所述第一三极管的基极与所述第二三极管的基极连接，

所述第一三极管的集电极通过所述第二电阻与所述隔离电路的一端连接，

所述第二三极管的发射极与所述第四电阻的一端连接，所述第四电阻的另一端与所述直流母线的正极端连接，

所述第二三极管的集电极通过所述第三电阻与所述隔离电路的一端连接。

4.根据权利要求3所述的变频器保护电路，其特征在于，

所述隔离电路包括光电耦合器、第三三极管及第二二极管，

所述光电耦合器的输入端通过第五电阻与所述直流母线的正极端连接，

所述第三三极管的基极与所述第二三极管的集电极连接，

所述第三三极管的集电极与所述光电耦合器的一输出端连接，

所述第二二极管的阴极与所述第三三极管的发射极连接，

所述第二二极管的阳极分别与所述第二电阻及所述第三电阻的一端连接，

所述光电耦合器的另一输出端耦接于所述数字信号处理器的信号输入端。

5.根据权利要求4所述的变频器保护电路，其特征在于，

所述第一三极管及所述第二三极管为PNP型三极管，所述第三三极管为NPN型三极管。

6.根据权利要求1所述的变频器保护电路，其特征在于，

所述电源电路包括串联连接的第一二极管及第六电阻，

所述第一二极管的阴极与所述差动电路的一输入端连接，

所述第六电阻的一端与所述直流母线的负极端连接。

7.根据权利要求1所述的变频器保护电路，其特征在于，

还包括电压检测电路，所述电压检测电路的正、负极端分别与所述直流母线的正、负极端连接，用于获取所述直流母线上的电压信号，并将所述电压信号输出至所述数字信号处理器进行处理，

所述数字信号处理器根据当前所述直流母线的电压，以控制IGBT导通或关闭的PWM信号的占空比，以控制变频器输出到负载电机的电压。

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