CN110535100A - 基于bus电压分档的逆变器保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于BUS电压分档的逆变器保护电路，与获取对逆变器的电流反馈信号的电流采样模块、控制逆变器中的晶体管开通或关闭的控制器、以及BUS电压的正极端和负极端分别相连接，具有：电压分档判断模块，从正极端接受正极电压，基于不同的多个档参考电压来判断该正极电压为过电压状态电压时所对应的电压档位并输出与该电压档位相对应的过电压参考信号；过电流信号生成模块，接受电流反馈信号，基于过电压参考信号来判断该电流反馈信号是过电流状态信号还是工作状态信号，当电流反馈信号一旦显示为过电流状态信号时，生成过电流信号；以及钳位保护模块，根据过电流信号来钳位控制器输出的开关控制信号使得晶体管处于关闭状态。

Description

基于BUS电压分档的逆变器保护电路

技术领域

本发明属于逆变器控制技术领域，具体涉及一种基于BUS电压分档的逆变器保护电路。

背景技术

逆变器作为新能源的重要设备，被广泛的应用于风电、太阳能、新能源汽车等领域。众所周知，由于晶体管本身杂感和链接杂感的存在，晶体管在工作时的关断Vce电压会随着电流的增大而增大，但是从成本等综合考虑，设计时不可能无限制的选择较高电压的晶体管作为设计，因此若逆变器的BUS电压过高，在正常工作时将会在晶体管两端产生较高的Vce电压，从而击穿晶体管发生损坏，导致逆变器发生故障、燃烧、甚至安全事故。因此，根据不同BUS电压给逆变器设置不同的输出电流和设置不同的过流保护电路是非常必要的。

以前的逆变器过流保护电路是针对某一BUS电压值设定一个固定的过流保护阈值，或者根本不参考BUS电压而人为地设置一个过流保护阀值，当逆变器的输出电流一旦超过该过流保护阈值时，令控制器停止工作，从而使晶体管处于关闭状态。但是，晶体管保护和BUS电压是有直接关系的，当BUS电压过高时，即使很小的输出电流都有可能使逆变器中的晶体管被击穿、导致炸机。

逆变器通常工作在较大的BUS电压范围，设置单一的过流保护阈值不能满足实际应用场景，只考虑单一的过流保护阈值极易引起晶体管被击穿而损坏。因此，设计一个根据不同BUS电压值进行控制逆变器的输出电流和根据不同BUS电压下设置过流保护来保护晶体管的方案显得尤为重要。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种基于BUS电压分档的逆变器保护电路，即使BUS电压具有较大的动态范围，也不会导致逆变器中的晶体管因电压过高时发生损坏。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：

本发明提供了一种基于BUS电压分档的逆变器保护电路，与用于对逆变器的输出电流进行实时检测并输出相对应的电流反馈信号的电流采样模块、用于控制逆变器中的晶体管开通或关闭的控制器、以及BUS电压的正极端和负极端分别相连接，其特征在于，具有：电压分档判断模块，从正极端接受正极电压，基于不同的多个档参考电压来判断该正极电压为过电压状态电压时所对应的电压档位并输出与该电压档位相对应的过电压参考信号；过电流信号生成模块，接受电流反馈信号，基于过电压参考信号来判断该电流反馈信号是过电流状态信号还是工作状态信号，当电流反馈信号一旦显示为过电流状态信号时，生成过电流信号；以及钳位保护模块，根据过电流信号来钳位控制器输出的开关控制信号使得晶体管处于关闭状态。

在本发明提供的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，还可以具有这样的特征：其中，电压分档判断模块含有分档比较判断部以及分压器，分档比较判断部由n个相互独立的作为档比较器的比较器构成，每一个档比较器的正相输入端接受对应的档参考电压，负相输入端从正极端接受正极电压，n个档比较器按照电压档位的升序，依次为第一档比较器、第二档比较器、……、第n档比较器，第一档比较器、第二档比较器、……、第n档比较器所对应接受的档参考电压依次增大，分压器由与n个档比较器一一对应的n个作为档电阻的电阻、以及相互串联连接的两个作为分压电阻的电阻构成，档电阻的一端与对应的档比较器的输出端相连接，另一端与两个分压电阻的连接端相连接，过电流信号生成模块含有作为过电流比较器的比较器以及作为信号上拉电阻的电阻，过电流比较器的正相输入端从连接端接受过电压参考信号，负相输入端从电流采样模块接受电流反馈信号，信号上拉电阻的一端与过电流比较器的输出端相连接，另一端接受高电平电压，n为不小于2的正整数。

在本发明提供的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，还可以具有这样的特征：其中，当电流反馈信号为过电流状态信号时，过电流信号为低电平信号，被钳位的开关控制信号为低电平信号，从而使得晶体管处于关闭状态。

在本发明提供的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，还可以具有这样的特征：其中，当电流反馈信号显示为工作状态信号时，过电流信号生成模块生成作为工作电流信号的高电平信号。

在本发明提供的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，还可以具有这样的特征：其中，当正极电压小于第一档比较器所接受的参考电压时，电压分档判断模块输出作为工作电压参考信号的高电平信号，过电流信号生成模块生成作为工作电流信号的高电平信号。

在本发明提供的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，还可以具有这样的特征：其中，第一档比较器所接受的档参考电压不大于晶体管的额定工作电压。

在本发明提供的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，还可以具有这样的特征：还包括：信号滞回模块，用于使过电流信号发生迟滞，其中，信号滞回模块具有一个作为滞回二极管的二极管以及一个作为滞回电阻的电阻，滞回二极管的正极与过电流比较器的输出端，负极与滞回电阻的一端相连接，滞回电阻的另一端与连接端相连接。

在本发明提供的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，还可以具有这样的特征：其中，逆变器中的晶体管的数目为m个，开关控制信号的数目为m个，控制器具有与m个晶体管分别相对应的m个信号输出端，用于把m个开关控制信号对应地提供给m个晶体管，钳位保护模块含有与m个信号输出端分别相对应且相互独立的m个作为钳位二极管的二极管，m个钳位二极管的正极均与过电流比较器的输出端相连接，m个嵌位二极管的负极与m个信号输出端一一对应连接，m为不小于2的正整数。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，因为具有电压分档判断模块、过电流信号生成模块以及嵌位保护模块，电压分档判断模块能够基于不同的档参考电压判断BUS电压的正极电压所对应的电压档位并输出与该电压档位相对应的过电压参考信号，过电流信号生成模块能够基于过电压参考信号来判断电流反馈信号是过电流状态信号还是工作状态信号，当所述电流反馈信号一旦显示为过电流状态信号时，过电流信号生成模块生成过电流信号，钳位保护模块根据该过电流信号来钳位控制器输出的开关控制信号使得晶体管处于关闭状态，所以，本发明中的电压分档判断模块能够根据不同的BUS电压输出相对应的不同的过电压参考信号，即使逆变器在较高的BUS电压下工作时，也能够有效地防止晶体管因BUS电压过高而发生损坏的危险，从而提高了逆变器的安全性。

附图说明

图1是本发明的实施例中基于BUS电压分档的逆变器保护电路的结构框图；

图2是本发明的实施例中基于BUS电压分档的逆变器保护电路的电路图；

图3是本发明的变形例中基于BUS电压分档的逆变器保护电路的结构框图；以及

图4是本发明的变形例中基于BUS电压分档的逆变器保护电路的电路图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明提供的基于BUS电压分档的逆变器保护电路作具体阐述。

<实施例>

图1是本发明的实施例中基于BUS电压分档的逆变器保护电路的结构框图。

如图1所示，本实施例中的基于BUS电压分档的逆变器保护电路100与具有宽电压的BUS电压10的正极端和负极端、对逆变器20的输出电流进行实时检测并输出相对应的电流反馈信号的电流采样模块30、以及控制逆变器20中的晶体管开通或关闭的控制器40分别相连接，并对逆变器20中的晶体管进行保护。该基于BUS电压分档的逆变器保护电路100具有电压分档判断模块110、过电流信号生成模块120以及钳位保护模块130。

电压分档判断模块110从BUS电压10的正极端接受正极电压，基于不同的多个档参考电压来判断该正极电压是过电压状态电压还是工作状态电压，当该正极电压一旦显示为过电压状态电压时，判断该正极电压所对应的电压档位并输出与该电压档位相对应的过电压参考信号；当该正极电压显示为工作状态电压时，输出工作电压参考信号。

过电流信号生成模块120从电流采样模块30接受电流反馈信号，基于过电压参考信号来判断该电流反馈信号是过电流状态信号还是工作状态信号，当电流反馈信号一旦显示为过电流状态信号时，生成过电流信号；当电流反馈信号显示为工作状态信号时，生成工作电流信号。

钳位保护模块130在过电流信号生成模块120生成过电流信号时，根据该过电流信号来钳位控制器40输出的开关控制信号使得逆变器20中的晶体管处于关闭状态。

图2是本发明的实施例中基于BUS电压分档的逆变器保护电路的电路图。

如图2所示，电压分档判断模块110含有分档比较判断部111以及分压器112。

分档比较判断部111由n个相互独立的作为档比较器的比较器构成，n为不小于2的正整数。每一个档比较器的正相输入端对应接受一个档参考电压，负相输入端从BUS电压10的正极端接受正极电压VBUS。并且，对每一个档比较器设定一个与其所接受的档参考电压相对应的电压档位。

n个档比较器按照电压档位的升序，依次为第一档比较器Ad1、第二档比较器Ad2、……、第n档比较器Adn。相对应地，第一档比较器Ad1、第二档比较器Ad2、……、第n档比较器Adn所对应接受的n个档参考电压分别为第一档参考电压Vref1、第二档参考电压Vref2、……、第n档参考电压Vrefn；并且，Vref1、Vref2、……、Vrefn依次增大，即：Vref1<Vref2<……<Vrefn。为了确保晶体管的安全，Vref1不大于逆变器20中晶体管21的额定工作电压Vce。在本实施例中，Vref1与Vref2的间隔、……、Vrefn-1与Vrefn的间距为10-50伏，也可根据实际需要进行设置。

分压器112由两个作为分压电阻的电阻R1和电阻R2、以及分别作为档电阻的电阻Rd1、电阻Rd2、……、电阻Rdn构成。

电阻R1的一端接受高电平电压，另一端与电阻R2的一端以及过电流信号生成模块120相连接；电阻R2的另一端与BUS电压10的负极端相连接。

电阻Rd1、电阻Rd2、……、电阻Rdn的一端与第一档比较器Ad1、第二档比较器Ad2、……、第n档比较器Adn的输出端一一对应连接，电阻Rd1、电阻Rd2、……、电阻Rdn的另一端都与电阻R1和电阻R2的连接端相连接。

如图2所示，过电流信号生成模块120含有作为过电流比较器的比较器A1以及作为信号上拉电阻的电阻R3。

比较器A1的正相输入端从电阻R1和电阻R2的连接端接受工作电压参考信号或过电压参考信号Vref0，负相输入端从电流采样模块30接受电流反馈信号INV_I。

电阻R3的一端与比较器A1的输出端相连接，另一端接受高电平电压V。

在本实施例中，如图2所示，逆变器20具有m个晶体管21(图中仅示出了一个晶体管的结构)，m为不小于2的正整数。每个晶体管具有一个控制极G，该控制极G形成一个开关控制端。相对应地，控制器40生成m个分别与m个晶体管21相对应的开关控制信号PWM1、PWM2、……、PWMm；控制器40具有m个分别与m个晶体管21相对应的信号输出端，用于把m个开关控制信号PWM1、PWM2、……、PWMm对应地提供给m个开关控制端，m个信号输出端上依次具有电阻Rz1、电阻Rz2、……、电阻Rzm。

如图2所示，钳位保护模块130含有与m个信号输出端分别相对应且相互独立的m个作为钳位二极管的二极管，该m个嵌位二极管分别为二极管Dz1、二极管Dz2、……、二极管Dzm。二极管Dz1、二极管Dz2、……、二极管Dzm的正极均与比较器A1的输出端相连接，从而接受过电流信号生成模块120生成的工作电流信号或过电流信号INV_OVER；二极管Dz1、二极管Dz2、……、二极管Dzm的负极与m个信号输出端一一对应连接。

下面结合图2对本实施例中的基于BUS电压分档的逆变器保护电路100的工作原理进行说明。

当BUS电压10的正极电压VBUS小于第一档参考电压Vref1时，BUS电压10的电压为工作状态电压。此时，所有档比较器都输出高阻抗，电压分档判断模块110输出作为工作电压参考信号的高电平信号Vref0，此时的Vref0＝Vref00＝V*R1/(R1+R2)，比较器A1的负相输入端的电流反馈信号INV_I小于该工作电压参考信号Vref00，即，该电流反馈信号INV_I显示为工作状态信号，从而过电流信号生成模块120生成作为工作电流信号的高电平信号INV_OVER，该工作电流信号不会影响控制器40中开关控制信号的正常输出，此时逆变器20中的晶体管21处于正常工作状态。

当BUS电压10的正极电压VBUS大于第一档参考电压Vref1且小于第二档参考电压Vref2时，BUS电压10的电压为对应于第一电压档的过电压状态电压。此时，第一档比较器Ad1输出低阻抗，其他档比较器都输出高阻抗，电压分档判断模块110输出作为过电压参考信号的低电平信号Vref0，此时的Vref0＝Vref01＝V*R1/(R1+R2//Rd1)，比较器A1的负相输入端的电流反馈信号INV_I大于该过电压参考信号Vref01，从而过电流信号生成模块120生成作为过电流信号的低电平信号INV_OVER，嵌位保护模块130根据该过电流信号INV_OVER把控制器40输出的开关控制信号PWM1、PWM2、……、PWMm都钳位为低电平信号从而使得逆变器20中的所有晶体管处于关闭状态。

当BUS电压10的正极电压VBUS大于第二档参考电压Vref2且小于第三档参考电压Vref3时，BUS电压10的电压为对应于第二电压档的过电压状态电压。此时，第一档比较器Ad1和第二档比较器Ad2都输出低阻抗，其他档比较器都输出高阻抗，电压分档判断模块110输出作为过电压参考信号的低电平信号Vref0，此时的Vref0＝Vref02＝V*R1/(R1+R2//Rd1//Rd2)，比较器A1的负相输入端的电流反馈信号INV_I大于该过电压参考信号Vref02，从而过电流信号生成模块120生成作为过电流信号的低电平信号INV_OVER，嵌位保护模块130根据该过电流信号INV_OVER把控制器40输出的开关控制信号PWM1、PWM2、……、PWMm都钳位为低电平信号从而使得逆变器20中的所有晶体管处于关闭状态。

依次类推，当BUS电压10的正极电压VBUS大于第n档参考电压Vrefn时，BUS电压10的电压为对应于第n电压档的过电压状态电压。此时，第一档比较器Ad1、第二档比较器Ad2、……、第n档比较器Adn都输出低阻抗，电压分档判断模块110输出作为过电压参考信号的低电平信号Vref0，此时的Vref0＝Vref0n＝V*R1/(R1+R2//Rd1//Rd2//…Rdn)，比较器A1的负相输入端的电流反馈信号INV_I大于该过电压参考信号Vref0n，从而过电流信号生成模块120生成作为过电流信号的低电平信号INV_OVER，嵌位保护模块130根据该过电流信号INV_OVER把控制器40输出的开关控制信号PWM1、PWM2、……、PWMm都钳位为低电平信号从而使得逆变器20中的所有晶体管处于关闭状态。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，因为具有电压分档判断模块、过电流信号生成模块以及嵌位保护模块，电压分档判断模块能够基于不同的档参考电压判断BUS电压的正极电压所对应的电压档位并输出与该电压档位相对应的过电压参考信号，过电流信号生成模块能够基于过电压参考信号来判断电流反馈信号是过电流状态信号还是工作状态信号，当所述电流反馈信号一旦显示为过电流状态信号时，过电流信号生成模块生成过电流信号，钳位保护模块根据该过电流信号来钳位控制器输出的开关控制信号使得晶体管处于关闭状态，所以，本实施例中的电压分档判断模块能够根据不同的BUS电压输出相对应的不同的过电压参考信号，即使逆变器在较高的BUS电压下工作时，也能够有效地防止晶体管因BUS电压过高而发生损坏的危险，从而提高了逆变器的安全性。

<变形例>

本变形例是实施例的进一步改进，对于和实施例中相同的构成要素，给予相同的符号，并省略相同的说明。

图3是本发明的变形例中基于BUS电压分档的逆变器保护电路的结构框图；图4是本发明的变形例中基于BUS电压分档的逆变器保护电路的电路图。

如图3和图4所示，本变形例中的基于BUS电压分档的逆变器保护电路200具有实施例中的基于BUS电压分档的逆变器保护电路100所含有的构成要素外，还具有一个信号滞回模块240。

信号滞回模块240具有作为滞回二极管的二极管D1以及作为滞回电阻的电阻R4。二极管D1的正极与比较器A1的输出端，负极与电阻R4的一端相连接；电阻R4的另一端与电阻R1和电阻R2的连接端以及比较器A1的正相输入端相连接。该信号滞回模块240用于使过电流信号生成模块120生成的过电流信号INV_OVER发生迟滞，例如，当BUS电压10的正极电压VBUS大于第一档参考电压Vref1且小于第二档参考电压Vref2时，此时的过电压参考信号Vref0＝Vref01'＝V*R1/(R1+R2//Rd1//R4)小于Vref01＝V*R1/(R1+R2//Rd1)。

在本变形例中，因为在过电流比较器的输出端以及正相输入端之间设置有信号滞回模块，那么，在过电流信号生成模块生成过电流信号时，信号滞回模块能够使得过电压参考信号产生回差，进而使得该过电流信号发生迟滞，延长了晶体管的关闭时间，避免晶体管因频繁开关发生损坏，进一步提高了逆变器的使用寿命。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

例如，在上述实施方式中，还可以将过电流信号生成模块生成的过电流信号直接输送给控制器中的处理器，该处理器根据过电流信号令控制器停止工作以停止发出开关控制信号，更好地确保使晶体管处于关闭状态，从而进一步提高了逆变器的安全性。

Claims (8)

1.一种基于BUS电压分档的逆变器保护电路，与用于对逆变器的输出电流进行实时检测并输出相对应的电流反馈信号的电流采样模块、用于控制所述逆变器中的晶体管开通或关闭的控制器、以及BUS电压的正极端和负极端分别相连接，其特征在于，具有：

电压分档判断模块，从所述正极端接受正极电压，基于不同的多个档参考电压来判断该正极电压为过电压状态电压时所对应的电压档位并输出与该电压档位相对应的过电压参考信号；

过电流信号生成模块，接受所述电流反馈信号，基于所述过电压参考信号来判断该电流反馈信号是过电流状态信号还是工作状态信号，当所述电流反馈信号一旦显示为过电流状态信号时，生成过电流信号；以及

钳位保护模块，根据所述过电流信号来钳位所述控制器输出的开关控制信号使得所述晶体管处于关闭状态。

2.根据权利要求1所述的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，其特征在于：

其中，所述电压分档判断模块含有分档比较判断部以及分压器，

所述分档比较判断部由n个相互独立的作为档比较器的比较器构成，

每一个所述档比较器的正相输入端接受对应的所述档参考电压，负相输入端从所述正极端接受所述正极电压，

n个所述档比较器按照所述电压档位的升序，依次为第一档比较器、第二档比较器、……、第n档比较器，所述第一档比较器、所述第二档比较器、……、所述第n档比较器所对应接受的所述档参考电压依次增大，

所述分压器由与n个所述档比较器一一对应的n个作为档电阻的电阻、以及相互串联连接的两个作为分压电阻的电阻构成，

所述档电阻的一端与对应的所述档比较器的输出端相连接，另一端与所述两个分压电阻的连接端相连接，

所述过电流信号生成模块含有作为过电流比较器的比较器以及作为信号上拉电阻的电阻，

所述过电流比较器的正相输入端从所述连接端接受所述过电压参考信号，负相输入端从所述电流采样模块接受所述电流反馈信号，

所述信号上拉电阻的一端与所述过电流比较器的输出端相连接，另一端接受高电平电压，

所述n为不小于2的正整数。

3.根据权利要求2所述的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，其特征在于：

其中，当所述电流反馈信号为过电流状态信号时，所述过电流信号为低电平信号，被钳位的所述开关控制信号为低电平信号，从而使得所述晶体管处于所述关闭状态。

4.根据权利要求2所述的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，其特征在于：

其中，当所述电流反馈信号显示为所述工作状态信号时，所述过电流信号生成模块生成作为工作电流信号的高电平信号。

5.根据权利要求2所述的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，其特征在于：

其中，当所述正极电压小于所述第一档比较器所接受的所述参考电压时，所述电压分档判断模块输出作为工作电压参考信号的高电平信号，所述过电流信号生成模块生成作为工作电流信号的高电平信号。

6.根据权利要求2所述的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，其特征在于：

其中，所述第一档比较器所接受的所述档参考电压不大于所述晶体管的额定工作电压。

7.根据权利要求2所述的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，其特征在于，还包括：

信号滞回模块，用于使所述过电流信号发生迟滞，

其中，所述信号滞回模块具有一个作为滞回二极管的二极管以及一个作为滞回电阻的电阻，

所述滞回二极管的正极与所述过电流比较器的输出端，负极与滞回电阻的一端相连接，

所述滞回电阻的另一端与所述连接端相连接。

8.根据权利要求2所述的基于BUS电压分档的逆变器保护电路，其特征在于：

其中，所述逆变器中的晶体管的数目为m个，

所述开关控制信号的数目为m个，

所述控制器具有与m个所述晶体管分别相对应的m个信号输出端，用于把m个所述开关控制信号对应地提供给m个所述晶体管，

所述钳位保护模块含有与所述m个信号输出端分别相对应且相互独立的m个作为钳位二极管的二极管，

m个所述钳位二极管的正极均与所述过电流比较器的输出端相连接，m个所述钳位二极管负极与m个信号输出端一一对应连接，

所述m为不小于2的正整数。