CN214380691U - 一种i型三电平逆变器的保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及保护电路技术领域。本实用新型公开了一种I型三电平逆变器的保护电路，包括短路保护电路，短路保护电路包括第一和第二主开关、第一和第二辅助开关、第一和第二限流单元、短路检测电路以及主控电路，第一主开关和第二主开关分别串接在直流侧的正端和负端，第一辅助开关和第一限流单元串接后与第一主开关并联设置，第二辅助开关和第二限流单元串接后与第二主开关并联设置，第一主开关、第二主开关、第一辅助开关和第二辅助开关的控制端分别与主控电路连接，短路检测电路用于检测直流侧的正端与负端的短路情况并传输给主控电路。本实用新型可以在I型三电平逆变器的直流侧发生短路时进行有效地保护，提高安全性、稳定性和可靠性。

Description

一种I型三电平逆变器的保护电路

技术领域

本实用新型属于保护电路技术领域，具体地涉及一种I型三电平逆变器的保护电路。

背景技术

进入21世纪，经济飞速发展，人们对能源的需求量也是日益增大。而传统的化石能源日益枯竭，人们不得不寻求一种新型能源来满足需求。光伏发电因其成本低，稳定性较好等优点，广泛应用于沙漠、海边等光照强度高的地方。要实现光伏电能的能量转换以及发电并网，逆变器便是其中不可或缺的一部分。传统的两电平逆变器输出的谐波大，而且不适用于高电压大功率场合。三电平中点钳位型逆变器采用SVPWM(空间矢量脉宽调制)控制方法，具有更多的开关矢量组合，进而可以进一步减小输出的谐波，提高光伏发电并网的质量。而且三电平逆变器单相采用四个开关管，降低了开关管应力的要求。

应对日益增大的电能需求量，国家提出‘削峰填谷’的要求，这进一步促进了储能行业的发展。三电平逆变器可以双向工作，当电网电能充足时，三电平逆变器工作在整流状态，能量向DC侧流动，中间通过一级DC/DC降压变换器，给储能设备充电。当电网处于用电高峰期时，三电平逆变器工作在逆变状态，通过DC/DC升压变换器，进而再通过三电平逆变器，将储存的能量回馈给电网。

三电平逆变器不光是在光伏方面应用，还在储能方面也得到了应用。因此三电平逆变器的稳定工作及其安全保护显得尤其重要。传统的三电平逆变器在工作在整流状态时，若直流侧发生短路，并不能及时切断继电器来保护逆变桥不被烧毁；工作在逆变状态时，由于开关管数量多(如对于三相三电平逆变器，总共有12个开关管)，控制复杂，如果开关管受到高频干扰或者是其他扰动，就很容易产生开关管的误导通，导通之后，导致将直流母线短路，进而烧毁开关管。

发明内容

本实用新型的目的之一在于提供一种I型三电平逆变器的保护电路用于在I型三电平逆变器的直流侧发生短路时进行保护。

本实用新型的目的之二在于提供一种I型三电平逆变器的保护电路用于在I型三电平逆变器的直流侧发生短路时进行保护，还对I型三电平逆变器的开关管进行误导通保护。

为实现上述的目的之一，本实用新型采用的技术方案为：一种I型三电平逆变器的保护电路，包括短路保护电路，短路保护电路设置在I型三电平逆变器的直流侧，短路保护电路包括第一主开关、第二主开关、第一辅助开关、第二辅助开关、第一限流单元、第二限流单元、短路检测电路和主控电路，第一主开关和第二主开关分别串接在直流侧的正端和负端，第一辅助开关和第一限流单元串接后与第一主开关并联设置，第二辅助开关和第二限流单元串接后与第二主开关并联设置，第一主开关、第二主开关、第一辅助开关和第二辅助开关的控制端分别与主控电路连接，短路检测电路用于检测直流侧的正端与负端的短路情况并传输给主控电路。

进一步的，所述第一主开关、第二主开关、第一辅助开关和第二辅助开关均为继电器。

进一步的，所述第一限流单元包括限流电阻R18，第二限流单元包括限流电阻R5。

更进一步的，所述限流电阻R18和R5的阻值均为10kΩ。

进一步的，所述短路检测电路包括电压采样电路和比较电路，电压采样电路用于采样直流侧的正端和负端之间的电压并输出给比较电路，比较电路将电压采样电路采样到的电压与阈值进行比较，并将比较结果传输给主控电路。

更进一步的，所述电压采样电路采用加法运算器U3B构成。

进一步的，所述比较电路采用比较器U3A构成。

为实现上述的目的之二，本实用新型还包括开关管误导通保护电路，开关管误导通保护电路设置在主控电路的控制输出端与I型三电平逆变器的逆变桥的开关管的控制端之间。

进一步的，所述开关管误导通保护电路包括光耦，光耦的正输入端串联电阻接高电平，光耦的负输入端接主控电路的对应于本开关管的控制输出端，光耦的正输入端和负输入端之间接有电阻，光耦的正输入端正向串联二极管接主控电路的对应于另一开关管的控制输出端，另一开关管与本开关管位于同一半桥臂，光耦的输出端接本开关管的控制端。

更进一步的，所述光耦的型号为TLP350。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型可以在I型三电平逆变器的直流侧发生短路时进行有效地保护，提高安全性、稳定性和可靠性，延长使用寿命，且电路结构简单，易于实现。

本实用新型还可以对I型三电平逆变器的开关管进行误导通保护，进一步提高安全性、稳定性和可靠性，延长使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一的电路图；

图2为本实用新型实施例二的对应于MOS管R1的开关管误导通保护电路的电路图；

图3为本实用新型实施例二的对应于MOS管R2的开关管误导通保护电路的电路图；

图4为本实用新型实施例二的另对应于MOS管R3的开关管误导通保护电路的电路图；

图5为本实用新型实施例二的对应于MOS管R4的开关管误导通保护电路的电路图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

实施例一

如图1所示，一种I型三电平逆变器的保护电路，包括短路保护电路，短路保护电路设置在I型三电平逆变器的直流侧，本具体实施例中，I型三电平逆变器为三相的I型三电平逆变器，具体电路结构如图1所示，包括R相、S相和T相，但并不限于此，在其它实施例中，也可以是两相等其它I型三电平逆变器。

本具体实施例中，I型三电平逆变器的三相逆变桥采用12个MOS管构成，包括MOS管R1、MOS管R2、MOS管R3、MOS管R4、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3和MOS管T4，但并不限于此，在其它实施例中，I型三电平逆变器的三相逆变桥也可以采用其它开关管来实现。

短路保护电路包括第一主开关、第二主开关、第一辅助开关、第二辅助开关、第一限流单元、第二限流单元、短路检测电路和主控电路(图中未示出)，第一主开关和第二主开关分别串接在直流侧的正端+和负端-，本具体实施例中，第一主开关和第二主开关分别采用继电器RLY1A和RLY1B来实现，耐流耐压性好，易于实现，但并不限于此，在其它实施例中，也可以采用现有的其它开关来实现。

第一辅助开关和第一限流单元串接后与继电器RLY1A并联设置，第二辅助开关和第二限流单元串接后与继电器RLY1B并联设置，本具体实施例中，第一辅助开关和第二辅助开关分别采用继电器RY1和RY2来实现，耐流耐压性好，易于实现，但并不限于此，在其它实施例中，也可以采用现有的其它开关来实现。第一限流单元和第二限流单元分别采用限流电阻R18和R5来实现，电路结构简单，易于实现，成本低，但并不限于此，在一些实施例中，也可以采用其它限流单元来实现，只要具有较大阻值即可。

本具体实施例中，限流电阻R18和R5的阻值均为10kΩ，限流效果较好，但并不以此为限，在其它实施例中，所述限流电阻R18和R5的阻值可以根据实际情况进行选择，此是本领域技术人员可以轻易实现的，不再细说。

继电器RLY1A、继电器RLY1B、继电器RY1和继电器RY2的控制端分别与主控电路连接，短路检测电路用于检测直流侧的正端+与负端-的短路情况并传输给主控电路。

本具体实施例中，短路检测电路包括电压采样电路和比较电路，电压采样电路用于采样直流侧的正端+和负端-之间的电压并输出给比较电路，比较电路将电压采样电路采样到的电压与阈值进行比较，并将比较结果传输给主控电路。采用该短路检测电路，电路结构简单，易于实现，成本低，但并不限于此，在其它实施例中，也可以采用现有的其它短路检测电路来实现。

本具体实施例中，电压采样电路采用加法运算器U3B构成，具体电路结构如图1所示，电路结构简单，易于实现，但并不限于此。

比较电路采用比较器U3A构成，具体电路结构如图1所示，电路结构简单，易于实现，但并不限于此。

工作过程

当该I型三电平逆变器启动并工作在整流模式时，主控电路先控制继电器RY1和RY2闭合，如果此时直流侧发生短路，在此支路上，串联了两个10kΩ的电阻R18和R5，所以短路电流就会变得很小；同时通过加法运算器U3B采样直流侧的正端+和负端-之间的电压，再通过比较器U3A进行比较，由于小于比较器U3A预设的电压值，比较器U3A输出低电平给主控电路，主控电路此时停止发送驱动信号给逆变器，同时断开继电器RY1、RY2，进而避免了主桥臂因短路而烧毁。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于：本实施例还包括开关管误导通保护电路，开关管误导通保护电路设置在主控电路的控制输出端与I型三电平逆变器的逆变桥的开关管的控制端之间。

具体的，MOS管R1、MOS管R2、MOS管R3、MOS管R4、MOS管S1、MOS管S2、MOS管S3、MOS管S4、MOS管T1、MOS管T2、MOS管T3和MOS管T4的栅极分别通过一开关管误导通保护电路接主控电路的控制输出端。

本具体实施例中，开关管误导通保护电路包括光耦，光耦的正输入端串联电阻接高电平，光耦的负输入端接主控电路的对应于本开关管的控制输出端，光耦的正输入端和负输入端之间接有电阻，光耦的正输入端正向串联二极管接主控电路的对应于另一开关管的控制输出端，另一开关管与本开关管位于同一半桥臂，光耦的输出端接本开关管的控制端。

本具体实施例中，光耦的型号为TLP350，但并不限于此。

图2、3、4和5分别示出了R相的MOS管R1、MOS管R2、MOS管R3和MOS管R4的开关管误导通保护电路，其中，U1、U2、U3和U4为光耦，R-PWM1、R-PWM2、R-PWM3和R-PWM4分别为主控电路对应于MOS管R1、MOS管R2、MOS管R3和MOS管R4的控制输出端，R-PWMG1、R-PWMG2、R-PWMG3和R-PWMG4分别与MOS管R1、MOS管R2、MOS管R3和MOS管R4的栅极连接。

S相和T相的开关管误导通保护电路与R相的相同，此不再细说。

工作过程：

在该I型三电平逆变器工作在逆变模式时，当R-PWM1为高电平时，由于与5V电源之间没有压差，因此光耦U1不能导通，R-PWMG1输出低电平，MOS管R1仍处于关闭状态；当R-PWM1为低电平时，5V电源通过电阻R6和R7分压，光耦U1导通，R-PWMG1输出高电平，MOS管R1打开。同理当R-PWMG2、R-PWMG3、R-PWMG4输出高电平驱动MOS管R2、MOS管R3和MOS管R4时，R-PWM2、R-PWM3、R-PWM4必须为低电平。由于二极管钳位，若R-PWM1为低电平时，R-PWM2不管为高低电平或者是由于干扰产生的高低电平，R-PWMG2均不能在驱动侧输出高电平来驱动MOS管R2；反之R-PWM2为低时，R-PWM1不管为高低电平或者是由于干扰产生的高低电平，R-PWMG1均不能在驱动侧输出高电平来驱动MOS管R1，R-PWM3和R-PWM4同理，因此，可以有效的防止在逆变桥的MOS管的误导通，进而防止直流侧母线电容短路而烧毁桥臂。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：包括短路保护电路，短路保护电路设置在I型三电平逆变器的直流侧，短路保护电路包括第一主开关、第二主开关、第一辅助开关、第二辅助开关、第一限流单元、第二限流单元、短路检测电路和主控电路，第一主开关和第二主开关分别串接在直流侧的正端和负端，第一辅助开关和第一限流单元串接后与第一主开关并联设置，第二辅助开关和第二限流单元串接后与第二主开关并联设置，第一主开关、第二主开关、第一辅助开关和第二辅助开关的控制端分别与主控电路连接，短路检测电路用于检测直流侧的正端与负端的短路情况并传输给主控电路。

2.根据权利要求1所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：所述第一主开关、第二主开关、第一辅助开关和第二辅助开关均为继电器。

3.根据权利要求1所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：所述第一限流单元包括限流电阻R18，第二限流单元包括限流电阻R5。

4.根据权利要求3所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：所述限流电阻R18和R5的阻值均为10kΩ。

5.根据权利要求1所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：所述短路检测电路包括电压采样电路和比较电路，电压采样电路用于采样直流侧的正端和负端之间的电压并输出给比较电路，比较电路将电压采样电路采样到的电压与阈值进行比较，并将比较结果传输给主控电路。

6.根据权利要求5所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：所述电压采样电路采用加法运算器U3B构成。

7.根据权利要求5所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：所述比较电路采用比较器U3A构成。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：还包括开关管误导通保护电路，开关管误导通保护电路设置在主控电路的控制输出端与I型三电平逆变器的逆变桥的开关管的控制端之间。

9.根据权利要求8所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：所述开关管误导通保护电路包括光耦，光耦的正输入端串联电阻接高电平，光耦的负输入端接主控电路的对应于本开关管的控制输出端，光耦的正输入端和负输入端之间接有电阻，光耦的正输入端正向串联二极管接主控电路的对应于另一开关管的控制输出端，另一开关管与本开关管位于同一半桥臂，光耦的输出端接本开关管的控制端。

10.根据权利要求9所述的I型三电平逆变器的保护电路，其特征在于：所述光耦的型号为TLP350。

Images