一种逆变电路的输出保护电路的制作方法

1.本实用新型属于逆变电路技术领域，具体地涉及一种逆变电路的输出保护电路。


背景技术：

2.逆变电路是与整流电路相对应，是用于把直流电变成交流电的转换电路。逆变电路可用于构成各种交流电源，在工业中得到广泛应用。
3.逆变桥电路是逆变电路的关键电路，成本高，且其又工作在高电压、高电流、高应力状态；如果没有短路保护电路进行短路保护，在外部负载短路时，连续的大电流冲击极容易造成逆变桥电路的开关管(mos/igbt管)的损伤和直通损坏。虽然现在也有一些逆变电路的输出短路保护电路，但现有的输出短路保护电路在逆变电路的负载端短路后，在交流电每个周期都有2次很大的短路冲击电流出现，还是会造成逆变桥电路的开关管(mos/igbt管)的损伤和直通损坏，安全性和可靠性低。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种逆变电路的输出保护电路用以解决上述存在的技术问题。
5.为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种逆变电路的输出保护电路，包括逆变电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、工作电流采样电路、第一短路电流判断电路、第二短路电流判断电路、短路电压判断电路、延时电路和基准电压控制电路，输出电流采样电路和输出电压采样电路用于分别采样逆变电路交流输出的电流和电压并分别传输给第一短路电流判断电路和短路电压判断电路，第一短路电流判断电路和短路电压判断电路的输出端共同控制基准电压控制电路，用于在逆变电路的交流输出发生短路时，控制基准电压控制电路将第二短路电流判断电路的基准电压拉低，工作电流采样电路用于采样逆变电路的开关管的工作电流并传输给第二短路电流判断电路，第二短路电流判断电路的输出端用于输出短路信号给逆变电路的驱动电路进行短路保护，延时电路用于在基准电压控制电路停止工作时，使第二短路电流判断电路的基准电压延时恢复至初始电压值。
6.进一步的，所述第一短路电流判断电路由第一比较器电路来实现，输出电流采样电路的输出端接第一比较器电路的同相输入端，短路电压判断电路由第二比较器电路来实现，输出电压采样电路的的输出端接第二比较器电路的反相输入端，第一比较器电路和第二比较器电路的输出端同时接基准电压控制电路的控制输入端。
7.更进一步的，所述基准电压控制电路采用三极管q5来实现，三极管q5接在第二短路电流判断电路的基准电压输入端与地之间，三极管q5的基极同时接第一比较器电路和第二比较器的输出端。
8.进一步的，所述延时电路包括充电电容c23，充电电容c23接在第二短路电流判断电路的基准电压输入端与地之间。
9.进一步的，所述第二短路电流判断电路由第三比较器电路来实现，工作电流采样
电路的的输出端接第三比较器电路的正相输入端。
10.进一步的，还包括过载判断电路，过载判断电路的输入端接输出电流采样电路的输出端，过载判断电路的输出端用于输出过载信号给逆变电路的驱动电路进行过载保护。
11.更进一步的，所述过载判断电路由第四比较器电路来实现，输出电流采样电路的输出端接第四比较器电路的正相输入端。
12.进一步的，所述输出电流采样电路采用电流传感器来实现。
13.进一步的，所述输出电压采样电路采用光耦合器来实现。
14.进一步的，所述输出电压采样电路采用电压传感器来实现。
15.本实用新型的有益技术效果：
16.本实用新型有效控制和限制交流输出短路时的冲击电流，即使负载端长时间短路，也能确保逆变桥的开关管不受大电流冲击，整个短路过程只有初始短路时有瞬间大电流冲击存在，在后续短路的全过程中，始终是以极小的短路电流存在，直到短路解除，解决逆变电路因负载短路对逆变桥的开关管的冲击和损伤，使逆变桥的开关管能更安全、更可靠地工作，也不需要再考虑选用更大电流、更高品质的开关管，从而更方便选型并降低成本。
附图说明
17.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。
18.图1为本实用新型实施例一的逆变电路的驱动电路的电路图；
19.图2为本实用新型实施例一的逆变桥、工作电流采样电路、输出电流采样电路和输出电压采样电路的电路图；
20.图3为本实用新型实施例一的过载判断电路、第一短路电流判断电路、第二短路电流判断电路、短路电压判断电路、延时电路和基准电压控制电路的电路图；
21.图4为本实用新型实施例二的输出电压采样电路的电路图。
具体实施方式
22.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。
23.现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。
24.实施例一
25.如图1
‑
3所示，一种逆变电路的输出保护电路，包括逆变电路、输出电流采样电路、输出电压采样电路、工作电流采样电路、第一短路电流判断电路、第二短路电流判断电路、短路电压判断电路、延时电路和基准电压控制电路，本具体实施例中，逆变电路包括驱动电路、逆变桥和lc滤波电路，驱动电路包括控制器1和两个双通道高压半桥驱动芯片u1、u2，逆
变桥为逆变全桥，由开关管q1、q2、q3和q4(本实施例中为mos管，但并不限于此，在其它实施例中，也可以是igbt管等)构成，控制器1可以是mcu处理器、dsp等，控制器1生成正弦波调制的高频spwm波，通过驱动芯片u1、u2处理后，输出给开关管q1、q2、q3和q4进行逆变，逆变后经过lc滤波电路滤波后，输出110v/60hz、220v/50hz或希望的任何交流电压，供各类交流电器设备使用，具体电路请详见图1和2。但并不限于此，在其它实施例中，逆变电路也可以是现有的其它逆变电路。
26.输出电流采样电路和输出电压采样电路用于分别采样逆变电路交流输出的电流和电压并分别传输给第一短路电流判断电路和短路电压判断电路，本具体实施例中，输出电流采样电路包括电流传感器t1、二极管d5、二极管d6、二极管d9、二极管d10、滤波电容c18和采样电阻r18，电流传感器t1串联在逆变电路交流输出回路中，对交流输出电流进行隔离取样，经二极管d5、d6、d9和d10整流以及滤波电容c18滤波后，在采样电阻r18上形成电流取样信号iac，采用该输出电流采样电路，抗干扰性好，可靠性高，但并不限于此，在其它实施例中，也可以采用现有的其它电流采样电路来实现。
27.本具体实施例中，输出电压采样电路包括电阻r22、电阻r29、光耦合器u3、光耦合器u6和电容c21，具体电路连接请详见图2，此不再细说，输出电压采样电路输出电压取样信号vac，采用该输出电压采样电路，电路体积小，抗干扰好。当然，在其它实施例中，输出电压采样电路也可以采用现有的其它电压采样电路来实现。
28.工作电流采样电路用于采样逆变电路的开关管的工作电流并传输给第二短路电流判断电路，本具体实施例中，工作电流采样电路包括采样电阻rs1和rs2，采样电阻rs1和rs2串接在开关管q1、q2、q3和q4的工作回路中，采样电阻rs1和rs2的输出端输出工作电流取样信号ifb。当然，在其它实施例中，工作电流采样电路也可以采用现有的其它电流采样电路来实现。
29.第一短路电流判断电路和短路电压判断电路的输出端共同控制基准电压控制电路，用于在逆变电路的交流输出发生短路时，控制基准电压控制电路将第二短路电流判断电路的基准电压拉低，第二短路电流判断电路的输出端用于输出短路信号给逆变电路的驱动电路进行短路保护，延时电路用于在基准电压控制电路停止工作时，使第二短路电流判断电路的基准电压延时恢复至初始电压值。
30.本具体实施例中，第一短路电流判断电路由第一比较器电路来实现，第一比较器电路由四路比较器u5来实现，四路比较器u5的第10脚为第一比较器电路的反相输入端，接第一基准电压，四路比较器u5的第11脚为第一比较器电路的同相输入端，接电流取样信号iac(即接输出电流采样电路的输出端)，四路比较器u5的第13脚为第一比较器电路的输出端，接基准电压控制电路的控制输入端，但并不限于此，在其它实施例中，第一短路电流判断电路也可以采用现有的其它比较电路来实现。
31.短路电压判断电路由第二比较器电路来实现，第二比较器电路由四路比较器u5来实现，四路比较器u5的第8脚为第二比较器电路的反相输入端，接电压取样信号vac(即接输出电压采样电路的的输出端)，四路比较器u5的第9脚为第二比较器电路的同相输入端，接第二基准电压，四路比较器u5的第14脚为第二比较器电路的输出端，接基准电压控制电路的控制输入端，但并不限于此，在其它实施例中，短路电压判断电路也可以采用现有的其它比较电路来实现。
32.第二短路电流判断电路由第三比较器电路来实现，第三比较器电路由四路比较器u5来实现，四路比较器u5的第4脚为第三比较器电路的反相输入端，接第三基准电压，四路比较器u5的第5脚为第三比较器电路的同相输入端，串联电阻r33接工作电流取样信号ifb(即接工作电流采样电路的的输出端)，四路比较器u5的第2脚为第三比较器电路的输出端，串联二极管d11接驱动芯片u1、u2的使能端sd，但并不限于此，在其它实施例中，第二短路电流判断电路也可以采用现有的其它比较电路来实现。通过对第三基准电压的配置，能够限制逆变全桥开关管的最大允许工作电流。
33.本具体实施例中，基准电压控制电路采用npn三极管q5来实现，npn三极管q5接在第二短路电流判断电路的基准电压输入端(四路比较器u5的第4脚)与地之间，npn三极管q5的基极串联电阻r25同时接第一比较器电路和第二比较器电路的输出端(四路比较器u5的第13脚和14脚)。当然，在其它实施例中，基准电压控制电路也可以采用现有的其它开关电路来实现。
34.本具体实施例中，延时电路包括充电电容c23，充电电容c23接在四路比较器u5的第4脚与地之间。但并不以此为限。
35.进一步的，还包括过载判断电路，过载判断电路的输入端接输出电流采样电路的输出端，过载判断电路的输出端用于输出过载信号给逆变电路的驱动电路进行过载保护。具体的，过载判断电路由第四比较器电路来实现，第四比较器电路由四路比较器u5来实现，四路比较器u5的第6脚为第四比较器电路的反相输入端，接第四基准电压，四路比较器u5的第7脚为第四比较器电路的同相输入端，串联电阻r31接电流取样信号iac，四路比较器u5的第1脚为第四比较器电路的输出端，接控制器1的输入端，但并不限于此，在其它实施例中，过载判断电路也可以采用现有的其它比较电路来实现。
36.本具体实施例中，第一、第二、第三和第四比较电路由四路比较器u5来实现，电路集成度高，结构简单，体积小，但并不限于此。
37.本具体实施例中，第一、第二、第三和第四基准电压由基准电源、第一分压电路、第二分压电路、第三分压电路和第四分压电路来提供，基准电源包括电阻r20和稳压管u4，第一分压电路包括电阻r28和r37，第二分压电路包括电阻r27和r36，第三分压电路包括电阻r24和r34，第四分压电路包括电阻r23和r32，具体电路连接请详见图3，此不再细说，但并不限于此。
38.正常工作时，电流取样信号iac低于四路比较器u5的第6脚基准值，四路比较器u5的第1脚输出低电平，控制器1正常工作；当负载功率超过设定值时，电流取样信号iac超过四路比较器u5的第6脚基准值，四路比较器u5的第1脚输出高电平，经控制器1识别和处理，启动过载保护，关闭spwm1、spwm2、spwm3、spwm4输出，从而关闭驱动芯片u1、u2，即关闭交流输出，进行过载保护。
39.正常工作时，电流取样信号iac低于四路比较器u5的第10脚基准值，四路比较器u5的第13脚输出低电平，不管四路比较器u5的第14脚什么状态，npn三极管q5关断，四路比较器u5的第4脚的电压为第三分压电路的输出的分压电压(初始电压值)，工作电流取样信号ifb始终低于四路比较器u5的第4脚的基准值，四路比较器u5的地2脚输出低电平，不对驱动芯片u1、u2进行控制；当启动感性、容性大负载时，如负载电流瞬间超过设定的短路电流值，在交流电压周期内，工作电流取样信号ifb瞬间高于四路比较器u5的第4脚的基准值，四路
比较器u5的第2脚在交流周期内输出高电平关断驱动芯片u1、u2，实现对交流输出进行逐波限流，保证负载的正常启动；当负载端真正被短路时，因输出交流电压接近为零，电压取样信号vac小于四路比较器u5的第9脚基准值，而短路电流又非常大，因此，电流取样信号iac超过四路比较器u5的第10脚基准值，四路比较器u5的第13、14脚同时为高，经过电阻r25使npn三极管q5导通，充电电容c23被直接放电并使四路比较器u5的第4脚的基准电压拉低到接近零，使得四路比较器u5的第2脚立即输出高电平关断驱动芯片u1、u2，从而关断交流输出进行短路保护。此时，虽负载电流消失，电流取样信号iac低于四路比较器u5的第10脚基准值，四路比较器u5的第14脚恢复低电平，npn三极管q5也关断，四路比较器u5的第2脚恢复低电平使驱动芯片u1、u2再开启，交流电恢复输出，但因四路比较器u5的第4脚基准电压因充电电容c23被放空、通过电阻r24给充电电容c23充电需要时间而不能立即恢复至分压电压(只能逐步升高)，若短路仍然存在，只要有很小的短路电流就能再次触发四路比较器u5的第2脚输出高电平保护，直到充电电容c23上电平高到一定值(基准值高到一定值)后，将会再次启动四路比较器u5的第13、14脚输出高电平使npn三极管q5导通，再次给充电电容c23放电。整个短路过程只有初始短路时有瞬间大电流冲击存在，在后续短路的全过程中，始终是以极小的短路电流存在，直到短路解除。当然，也可以把四路比较器u5的第2脚输出的短路信号同时传送给控制器1，通过控制器1计算配置在短路一定时间后直接关闭输出并锁死，关机再开机恢复。
40.实施例二
41.如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：本实施例的输出电压采样电路包括电压传感器t2、电阻r39、电阻r40、二极管d12
‑
d15，电压传感器t2通过电阻r39和r40接逆变电路的交流输出端ac_l和ac_n，电压传感器t2输出经过二极管d12
‑
d15构成的整流电路后输出电压取样信号vac。
42.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。