CN219287363U - 一种用于逆变器的过流保护电路和逆变器 - Google Patents

Abstract

一种用于逆变器的过流保护电路和逆变器，过流保护电路包括栅漏极分压电路、分压监测电路和使能信号发生电路。栅漏极分压电路用于对逆变器的功率开关管的栅极和漏极之间的电压信号进行分压以获取栅漏极分压信号，分压监测电路用于当栅漏极分压信号超出一预设电压阈值时向使能信号发生电路发出过流保护启动信号，使能信号发生电路用于接收并响应异常过流保护启动信号生成使能控制信号SD，以用于逆变器响应使能控制信号SD停止工作，进而实现对逆变器的过流保护。由于通过对逆变器的功率开关管电压的采样检测来替换电流采样电阻来实现对逆变器的过电流保护，大大降低了逆变器用于过流保护电路的功率损耗，同时可以明显低高过流保护的响应速度。

Description

一种用于逆变器的过流保护电路和逆变器

技术领域

本申请涉及功率器件保护技术领域，具体涉及一种用于逆变器的过流保护电路和逆变器。

背景技术

随着绿色能源应用的普及化，储能逆变器得到了广泛的应用，越来越多的普通家庭用户也开始接触到储能逆变器，如何提高逆变器的安防防护也就成为了逆变器设计和生产的主要考虑对象。现阶段，一般都通过采样电阻采样的方式对逆变器的输入电流进行监控，但逆变器的输入电流一般都比较大，因此使用采用电阻的方式进行过流保护，会增加逆变器的功率损耗。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是如何降低逆变器用于过流保护电路的功率损耗。

根据第一方面，一种实施例中提供一种用于逆变器的过流保护电路，包括栅极连接端、漏极连接端、工作电源连接端、逆变使能控制输出端、栅漏极分压电路、分压监测电路和使能信号发生电路；

所述栅极连接端和所述漏极连接端用于分别电连接所述逆变器的一个功率开关管的栅极和漏极；

所述工作电源连接端用于所述过流保护电路工作的驱动电源V_IN的输入；

逆变使能控制输出端用于当所述功率开关管的工作电流超出一预设范围时输出使能控制信号SD给所述逆变器，以用于所述逆变器响应所述使能控制信号SD停止驱动控制信号PWM的输出，使得所述逆变器停止工作，进而实现对所述逆变器的过流保护；

所述栅漏极分压电路包括分压信号输出端、第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1的一端与所述分压信号输出端电连接，另一端与所述漏极连接端连接，第二电阻R2的一端与所述栅极连接端电连接，另一端与所述分压信号输出端电连接；所述栅漏极分压电路用于通过第一电阻R1和第二电阻R2对所述功率开关管的栅极和漏极之间的电压信号进行分压，并将分压后获取的栅漏极分压信号通过所述分压信号输出端输出给所述分压监测电路；

所述分压监测电路包括分压信号输入端、异常信号输出端和稳压二极管Z1；所述分压信号输入端与所述分压信号输出端连接，所述异常信号输出端与所述使能信号发生电路连接；所述稳压二极管Z1的正极与所述异常信号输出端连接，所述稳压二极管Z1的负极与所述分压信号输入端连接；所述分压监测电路用于当所述分压信号输入端输入的所述栅漏极分压信号超出一预设电压阈值时，通过所述异常信号输出端向所述使能信号发生电路发出过流保护启动信号；所述预设电压阈值与所述稳压二极管Z1的电参数相关；

所述使能信号发生电路分别与所述工作电源连接端、所述逆变使能控制输出端和所述分压监测电路的异常信号输出端连接；所述使能信号发生电路用于接收并响应所述异常信号输出端输出的所述过流保护启动信号，生成所述使能控制信号SD，并通过所述逆变使能控制输出端输出给所述逆变器。

一实施例中，所述分压监测电路还包括第一电容C1，第一电容C1的一端与所述分压信号输入端连接，另一端接地。

一实施例中，所述分压监测电路还包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端与所述异常信号输出端连接，另一端接地。

一实施例中，所述使能信号发生电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管Q1和第二电容C2；

第四电阻R4的一端与所述异常信号输出端连接，另一端与第一三极管Q1的基极连接；

第二电容C2的一端与所述异常信号输出端连接，另一端接地；

第五电阻R5的一端与所述工作电源连接端连接，另一端与所述逆变使能控制输出端连接；

第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极与所述逆变使能控制输出端连接。

一实施例中，所述栅漏极分压电路还包括第一二极管D1，第一二极管D1串联连接在第一电阻R1与所述漏极连接端之间，且第一二极管D1的负极与所述漏极连接端连接。

一实施例中，所述栅漏极分压电路还包括第二二极管D2，第二二极管D2串联连接在第二电阻R2与所述栅极连接端之间，且第二二极管D2的正极与所述栅极连接端连接。

一实施例中，所述驱动电源V_IN的电压值为12V。

根据第二方面，一种实施例中提供一种逆变器，包括至少一个如上所述的过流保护电路。

一实施例中，所述逆变器包括所述过流保护电路的数量与所述逆变器的功率开关管的数量相同，且每个所述功率开关管对应连接一个所述过流保护电路，以用于对每个功率开关管分别进行过电流保护。

一实施例中，所述逆变器的功率开关管为MOS管或IGBT管。

依据上述实施例的过流保护电路，通过对逆变器的功率开关管电压的采样检测来替换电流采样电阻来实现对逆变器的过电流保护，可以大大降低了逆变器用于过流保护电路的功率损耗，同时还能明显提高逆变器过流保护的响应速度。

附图说明

图1为一种实施例中过流保护电路的电路连接示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

由于IGBT结合了MOSFET与GTR的优点，具有开关频率高、导通压降低、驱动功率小等优点，目前逆变器都采用IGBT，但其输入电流一般比较大如果使用电阻进行采样电流来判断过流保护势必带来多余功率损耗。在本申请实施例中公开了一种不需要使用采样电阻检测开关管电流就能判断逆变器主功率过流的一种新型保护电路。

实施例一：

请参考图1，为一种实施例中过流保护电路的电路连接示意图，包括用于逆变器的过流保护电路1和逆变器电路2，过流保护电路1包括栅极连接端、漏极连接端、工作电源连接端、逆变使能控制输出端、栅漏极分压电路10、分压监测电路20和使能信号发生电路30。栅极连接端和漏极连接端用于分别电连接逆变器的一个功率开关管Q21的栅极和漏极。工作电源连接端用于过流保护电路1工作的驱动电源V_IN的输入。逆变使能控制输出端用于当功率开关管Q21的工作电流超出一预设范围时输出使能控制信号SD给逆变器，以用于逆变器响应使能控制信号SD停止驱动控制信号PWM的输出，使得逆变器停止工作，进而实现对逆变器的过流保护，一实施例中，使能控制信号SD为低电平有效。栅漏极分压电路10包括分压信号输出端、第一电阻R1和第二电阻R2。第一电阻R1的一端与分压信号输出端电连接，另一端与漏极连接端连接，第二电阻R2的一端与栅极连接端电连接，另一端与分压信号输出端电连接。栅漏极分压电路10用于通过第一电阻R1和第二电阻R2对功率开关管Q21的栅极和漏极之间的电压信号进行分压，并将分压后获取的栅漏极分压信号通过分压信号输出端输出给分压监测电路20。分压监测电路20包括分压信号输入端、异常信号输出端和稳压二极管Z1。稳压二极管Z1的正极与异常信号输出端连接，稳压二极管Z1的负极与分压信号输入端连接，分压信号输入端与分压信号输出端连接，异常信号输出端与使能信号发生电路30连接。分压监测电路20用于当分压信号输入端输入的栅漏极分压信号超出一预设电压阈值时，通过异常信号输出端向使能信号发生电路30发出过流保护启动信号。预设电压阈值与稳压二极管Z1的电参数相关。使能信号发生电路30分别与工作电源连接端、逆变使能控制输出端和分压监测电路20的异常信号输出端连接，使能信号发生电路30用于接收并响应异常信号输出端输出的过流保护启动信号，生成使能控制信号SD，并通过逆变使能控制输出端输出给逆变器。

一实施例中，分压监测电路20还包括第一电容C1，第一电容C1的一端与分压信号输入端连接，另一端接地。一实施例中，分压监测电路20还包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端与异常信号输出端连接，另一端接地。

一实施例中，使能信号发生电路30包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管Q1和第二电容C2。第四电阻R4的一端与异常信号输出端连接，另一端与第一三极管Q1的基极连接。第二电容C2的一端与异常信号输出端连接，另一端接地。第五电阻R5的一端与工作电源连接端连接，另一端与逆变使能控制输出端连接。第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极与逆变使能控制输出端连接。

一实施例中，栅漏极分压电路10还包括第一二极管D1，第一二极管D1串联连接在第一电阻R1与漏极连接端之间，且第一二极管D1的负极与漏极连接端连接。一实施例中，栅漏极分压电路10还包括第二二极管D2，第二二极管D2串联连接在第二电阻R2与栅极连接端之间，且第二二极管D2的正极与栅极连接端连接。

一实施例中，驱动电源V_IN的电压值为12V，第一三极管Q1为小功率三极管。

如图1所示，一实施例中，逆变器包括逆变器电路2，逆变器电路2包括功率开关管Q21、第六电阻R21、第七电阻R22和感性负载L。第六电阻R21连接在功率开关管Q21的栅极和逆变器驱动控制信号PWM（脉冲输入信号）的输入端之间，第七电阻R22连接在功率开关管Q21的栅极和接地点之间。连接端HV为直流电源供应连接端口。

在上述实施例中，过流保护电路的工作原理是，当驱动控制信号PWM为高电平时，功率开关管Q21导通，如果没有负载电流或者电流比较小时，功率开关管Q21导通内阻比较低，第一电阻R1和第二电阻R2组成分压电压，较低的稳压二极管Z1截止不导通，第一三极管Q1基极没有电流通过截止，使能控制信号SD为高电平。当负载电流很大时候功率开关管Q21的漏源级电压升高导致第一电阻R1和第二电阻R2分压电压升高，稳压二极管Z1导通，第一三极管Q1基极有电流通过，第一三极管Q1饱和导通，逆变使能控制输出端输出使能控制信号SD为低电平，触发逆变器的PWM信号发生芯片停止脉冲输出，进行保护功率开关管不被大电流损坏。该过流保护电路的保护响应速度极快，只需要2uS左右，并且电路使用器件少，成本低，稳定性好，可靠性强。

本申请一实施例中还公开了一种逆变器，包括如上所述的过流保护电路。一实施例中，该逆变器包括过流保护电路的数量与逆变器的功率开关管的数量相同，且每个功率开关管对应连接一个过流保护电路，以用于对每个功率开关管分别进行过电流保护。一实施例中，逆变器的功率开关管为MOS管或IGBT管。

本申请实施例中公开的过流保护电路，包括栅漏极分压电路、分压监测电路和使能信号发生电路。栅漏极分压电路用于对逆变器的功率开关管的栅极和漏极之间的电压信号进行分压以获取栅漏极分压信号，分压监测电路用于当栅漏极分压信号超出一预设电压阈值时向使能信号发生电路发出过流保护启动信号，使能信号发生电路用于接收并响应异常过流保护启动信号生成使能控制信号SD，以用于逆变器响应使能控制信号SD停止工作，进而实现对逆变器的过流保护。由于通过对逆变器的功率开关管电压的采样检测来替换电流采样电阻来实现对逆变器的过电流保护，大大降低了逆变器用于过流保护电路的功率损耗，同时可以明显低高过流保护的响应速度。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种用于逆变器的过流保护电路，其特征在于，包括栅极连接端、漏极连接端、工作电源连接端、逆变使能控制输出端、栅漏极分压电路、分压监测电路和使能信号发生电路；

所述栅极连接端和所述漏极连接端用于分别电连接所述逆变器的一个功率开关管的栅极和漏极；

所述工作电源连接端用于所述过流保护电路工作的驱动电源V_IN的输入；

逆变使能控制输出端用于当所述功率开关管的工作电流超出一预设范围时输出使能控制信号SD给所述逆变器，以用于所述逆变器响应所述使能控制信号SD停止驱动控制信号PWM的输出，使得所述逆变器停止工作，进而实现对所述逆变器的过流保护；

所述栅漏极分压电路包括分压信号输出端、第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1的一端与所述分压信号输出端电连接，另一端与所述漏极连接端连接，第二电阻R2的一端与所述栅极连接端电连接，另一端与所述分压信号输出端电连接；所述栅漏极分压电路用于通过第一电阻R1和第二电阻R2对所述功率开关管的栅极和漏极之间的电压信号进行分压，并将分压后获取的栅漏极分压信号通过所述分压信号输出端输出给所述分压监测电路；

所述分压监测电路包括分压信号输入端、异常信号输出端和稳压二极管Z1；所述分压信号输入端与所述分压信号输出端连接，所述异常信号输出端与所述使能信号发生电路连接；所述稳压二极管Z1的正极与所述异常信号输出端连接，所述稳压二极管Z1的负极与所述分压信号输入端连接；所述分压监测电路用于当所述分压信号输入端输入的所述栅漏极分压信号超出一预设电压阈值时，通过所述异常信号输出端向所述使能信号发生电路发出过流保护启动信号；所述预设电压阈值与所述稳压二极管Z1的电参数相关；

所述使能信号发生电路分别与所述工作电源连接端、所述逆变使能控制输出端和所述分压监测电路的异常信号输出端连接；所述使能信号发生电路用于接收并响应所述异常信号输出端输出的所述过流保护启动信号，生成所述使能控制信号SD，并通过所述逆变使能控制输出端输出给所述逆变器。

2.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述分压监测电路还包括第一电容C1，第一电容C1的一端与所述分压信号输入端连接，另一端接地。

3.如权利要求2所述的过流保护电路，其特征在于，所述分压监测电路还包括第三电阻R3，第三电阻R3的一端与所述异常信号输出端连接，另一端接地。

4.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述使能信号发生电路包括第四电阻R4、第五电阻R5、第一三极管Q1和第二电容C2；

第四电阻R4的一端与所述异常信号输出端连接，另一端与第一三极管Q1的基极连接；

第二电容C2的一端与所述异常信号输出端连接，另一端接地；

第五电阻R5的一端与所述工作电源连接端连接，另一端与所述逆变使能控制输出端连接；

第一三极管Q1的发射极接地，第一三极管Q1的集电极与所述逆变使能控制输出端连接。

5.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述栅漏极分压电路还包括第一二极管D1，第一二极管D1串联连接在第一电阻R1与所述漏极连接端之间，且第一二极管D1的负极与所述漏极连接端连接。

6.如权利要求5所述的过流保护电路，其特征在于，所述栅漏极分压电路还包括第二二极管D2，第二二极管D2串联连接在第二电阻R2与所述栅极连接端之间，且第二二极管D2的正极与所述栅极连接端连接。

7.如权利要求1所述的过流保护电路，其特征在于，所述驱动电源V_IN的电压值为12V。

8.一种逆变器，其特征在于，包括至少一个如权利要求1至7任一项所述的过流保护电路。

9.如权利要求8所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器包括所述过流保护电路的数量与所述逆变器的功率开关管的数量相同，且每个所述功率开关管对应连接一个所述过流保护电路，以用于对每个功率开关管分别进行过电流保护。

10.如权利要求9所述的逆变器，其特征在于，所述逆变器的功率开关管为MOS管或IGBT管。

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