一种ups不间断电源igbt过载短路保护功能电路
技术领域
1.本实用新型涉及ups不间断电源保护电路领域，特别涉及一种ups不间断电源igbt过载短路保护功能电路。
背景技术：
2.ups即不间断电源(uninterruptible power supply)，是一种含有储能装置的不间断电源。主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源，其工作方式如下：当市电输入正常时，ups 将市电稳压后供应给负载使用，此时的ups就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， ups 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220v交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏，ups 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
3.igbt不仅具有易驱动、开关频率高、控制简单的特点，而且又有导通电压低、通态电流大的优点，因而成为ups功率设计中的理想功率器件。其中，dc/ac逆变器部分采用佳恩半导体igbt作为逆变部分的功率器件。
4.但是igbt在ups中的常规应用也并不是一成不变的，ups在使用过程中不仅经常会受到容性或感性负载的冲击，而且会出现超负荷甚至是负载短路等情况的发生，当然也包括一种特殊情况即ups的误操作，这些情况均可能导致igbt的损坏，因此需要提供一种可以应对各种可能导致igbt发生损坏的保护电路。
技术实现要素：
5.本实用新型的目的是提供一种ups不间断电源igbt过载保护功能电路，其优点是可以对易造成igbt损坏的多种故障触发保护，以避免igbt损坏。
6.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种ups不间断电源igbt过载短路保护功能电路，包括触发器u13,所述触发器u13的8引脚通过由二极管组成的或门输入连接有输入端，所述输入端包括驱动异常输入电路、输出过欠压输入电路、电源监测输入电路、电池欠压输入电路、过载冲击输入电路和外部紧急关机输入电路，所述触发器u13的13引脚输出连接有报警电路，以实现在输入端输入高电平时触发报警电路；所述触发器u13的12引脚输出连接有二极管d64，并与其负极连接，二极管d64的正极连接至外部保护电路，同时连接有u17或门电路，所述u17的输出端连接有旁路控制电路，以实现在外部保护电路触发时，u17触发旁路控制电路，并切换至外部旁路供电。
8.本实用新型进一步设置为：所述驱动异常输入电路包括用于分别对igbt正负半波的spwm信号进行采样的二极管d107和d108，还包括比较器u35c，所述二极管d107和d108经滤波后输出至u35c的9引脚，8引脚连接有基准电压。
9.本实用新型进一步设置为：所述u35c的输出端连接有比较器u35d，所述u35d的输出端连接有二极管d104，并与其阴极连接，d104的阳极连接至所述二极管d64的阳极，u35d的输出端还连接有三极管q17，q17的集电极连接有比较器u35b，u35b的输出端通过二极管
d98连接至外部保护电路。
10.本实用新型进一步设置为：所述过载冲击输入电路包括由比较器u14c组成的电压比较电路，输出电流经互感器采样后，采样信号输入电压比较电路，u14c的输出端输出连接有u20a，u20a的输出端依次连接有稳压管r163、稳压二极管zd2和三极管q8，q8的集电极连接至外部保护电路。
11.本实用新型进一步设置为：所述过载冲击输入电路还包括过载延时保护电路，所述过载延时保护电路包括触发器u11，采样信号经u14c和u20a后输入u11的3脚，u11的2脚连接设置有电容充电电路，u11的7脚与u13的3脚连接，u13的1脚输出连接有三极管q9，所述q9的集电极连接设置有转换器u12d,所述u12d的输出端连接至外部保护电路。
12.本实用新型进一步设置为：所述过载冲击输入电路还包括比较器u14d，采样信号输入至u14d的11脚，u14d的输出端连接至u13的6脚。
13.综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
14.通过加入由多个保护电路组成的或门，可以实现出现任一故障时，均会触发故障报警电路，同时封锁spwm驱动，从而关闭逆变输出，以实现保护igbt不会被损坏。
附图说明
15.图1是本实施例的过载短路保护功能电路的原理图；
16.图2是本实施例的驱动异常输入电路原理图；
17.图3是本实施例的输出电流过载保护电路原理图；
18.图4是本实施例的输出电流过载延时保护电路原理图；
19.图5是本实施例的输出切换控制电路原理图。
具体实施方式
20.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
21.实施例：
22.参考图1和图5，ups不间断电源igbt过载短路保护功能电路，包括触发器u13,在本实施例中，u13选用型号为4013的双d触发器，触发器u13的8引脚通过由二极管组成的或门输入连接有输入端，输入端包括驱动异常输入电路、输出过欠压输入电路、电源监测输入电路、电池欠压输入电路、过载冲击输入电路和外部紧急关机输入电路；触发器u13的13引脚输出连接有报警电路，以实现在输入端输入高电平时触发报警电路；触发器u13的12引脚输出连接有二极管d64，并与其负极连接，二极管d64的正极连接至外部保护电路，同时连接有u17或门电路，u17的输出端连接有旁路控制电路，以实现在外部保护电路触发时，u17触发旁路控制电路，并切换至外部旁路供电，例如：其中任何一路出现故障，均会送一个高电平信号给u13的8脚，u13的13脚（q端）输出一高电平，送往故障报警电路，u13的12脚（q的反相端）输出低电平，经二极管d64封锁spwm驱动，从而关闭逆变输出，保护igbt不受损坏，d64的另一路经u17输出到旁路逆变切换电路，关闭旁路切换继电器，使ups切换到旁路供电在旁路与逆变之间的切换主要由输出切换控制电路实现，切换分为两个状态，一是从旁路供电向逆变切换，二是从逆变向旁路切换，输出切换控制电路包括触发器u11，在本实施例中，u11的选用型号为4538，u11的9脚连接设置有二极管d62,并与其负极连接，然后连接有三级
管q6，q6的发射及连接有三级管q5，并与其基极连接，在ups刚启动时，先工作在旁路状态，约10秒钟左右u11的9脚输出高电平，q6、q5三极管导通，cn8两端有24v电压，继电器吸合，输出转为逆变输出，当ups故障或过载时，保护电路回送出一个低电平信号，通过d54将三极管基极电压钳位为低电平，q6、q5不导通，输出切换继电器释放，ups自动转为旁路输出。
23.参考图1和图2，驱动异常输入电路包括用于分别对igbt正负半波的spwm信号进行采样的二极管d107和d108，还包括比较器u35c，二极管d107和d108经c147滤波后输出至u35c的9引脚，8引脚连接有基准电压，因此，滤波信号输入u35c后会与8脚的基准电压进行比较，u35c的输出端连接有比较器u35d，u35d的输出端连接有二极管d104，并与其阴极连接，d104的阳极连接至外部保护电路，u35d的输出端还连接有三极管q17，q17的集电极连接有比较器u35b，u35b的输出端通过二极管d98连接至外部保护电路，正常情况9脚电压高于8脚电压，u35d输出高电平，再与u35d的10脚6v基准比较，u35d输出高电平，q17不导通，d104和d98二极管均反向截止，保护不动作，当spwm驱动异常或igbt栅极损坏时，u35d的9脚便会出现低于8脚的脉冲，u35d的13脚输出低电平，通过d104将spwm封锁，同时，q17导通，d98输出高电平，蜂鸣器报警鸣叫，并送出故障信号。
24.参考图1、图3和图4，过载冲击输入电路包括由比较器u14c组成的电压比较电路，输出电流经互感器采样后，采样信号通过d34输入电压比较电路中u14c的8脚，其输出端输出连接有u20a，u20a的输出端依次连接有稳压管r163、稳压二极管zd2和三极管q8，q8的集电极连接至外部保护电路，在出现过载时，u20a输出一高电平，控制三极管q8导通，q8的集电极输出低电平至保护电路，封锁spwm，同时控制旁路切换继电器动作，ups输出自动转为旁路输出，并报警，过载冲击输入电路还包括比较器u24a，u24a的输出端连接设置有二极管d86，并与其负极连接，其阳极连接至外部保护电路，输出电流经互感器采样后，经r11、r12分压到u24的4脚，与5脚基准比较，若严重过载，4脚电压高于5脚电压，u24的2脚输出低电平，封锁spwm，逆变关闭，过载冲击输入电路还包括过载延时保护电路，过载延时保护电路包括触发器u11，采样信号经u14c和u20a输出并经过c69隔离后输入u11的3脚，u11的2脚连接设置有电容充电电路，u11的7脚与u13的3脚连接，u13的1脚输出连接有三极管q9，q9的集电极连接设置有转换器u12d,u12d的输出端连接至外部保护电路，过载冲击输入电路还包括比较器u14d，采样信号输入至u14d的11脚，u14d的输出端连接至u13的6脚，如存在过载信号，u11的2脚瞬间变为低电平，泄放完c62上的电荷，12v电压经r123开始对电容c62充电，充电时间常数为rc，当电容充电至4538的翻转门坎电压时，u11的7脚瞬间输出高电平，u13的1脚输出高电平，控制q9导通，经设置在q9集电极的4049缓冲器输出至外部保护电路，封锁逆变，在发生瞬时过载时，u14的输出端输出一高电平到u13的6脚，u13的1脚输出高电平控制q9导通，从而关闭逆变器转旁路输出。
25.本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
技术领域
1.本实用新型涉及ups不间断电源保护电路领域，特别涉及一种ups不间断电源igbt过载短路保护功能电路。
背景技术：
2.ups即不间断电源(uninterruptible power supply)，是一种含有储能装置的不间断电源。主要用于给部分对电源稳定性要求较高的设备，提供不间断的电源，其工作方式如下：当市电输入正常时，ups 将市电稳压后供应给负载使用，此时的ups就是一台交流式电稳压器，同时它还向机内电池充电；当市电中断（事故停电）时， ups 立即将电池的直流电能，通过逆变器切换转换的方法向负载继续供应220v交流电，使负载维持正常工作并保护负载软、硬件不受损坏，ups 设备通常对电压过高或电压过低都能提供保护。
3.igbt不仅具有易驱动、开关频率高、控制简单的特点，而且又有导通电压低、通态电流大的优点，因而成为ups功率设计中的理想功率器件。其中，dc/ac逆变器部分采用佳恩半导体igbt作为逆变部分的功率器件。
4.但是igbt在ups中的常规应用也并不是一成不变的，ups在使用过程中不仅经常会受到容性或感性负载的冲击，而且会出现超负荷甚至是负载短路等情况的发生，当然也包括一种特殊情况即ups的误操作，这些情况均可能导致igbt的损坏，因此需要提供一种可以应对各种可能导致igbt发生损坏的保护电路。
技术实现要素：
5.本实用新型的目的是提供一种ups不间断电源igbt过载保护功能电路，其优点是可以对易造成igbt损坏的多种故障触发保护，以避免igbt损坏。
6.本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
7.一种ups不间断电源igbt过载短路保护功能电路，包括触发器u13,所述触发器u13的8引脚通过由二极管组成的或门输入连接有输入端，所述输入端包括驱动异常输入电路、输出过欠压输入电路、电源监测输入电路、电池欠压输入电路、过载冲击输入电路和外部紧急关机输入电路，所述触发器u13的13引脚输出连接有报警电路，以实现在输入端输入高电平时触发报警电路；所述触发器u13的12引脚输出连接有二极管d64，并与其负极连接，二极管d64的正极连接至外部保护电路，同时连接有u17或门电路，所述u17的输出端连接有旁路控制电路，以实现在外部保护电路触发时，u17触发旁路控制电路，并切换至外部旁路供电。
8.本实用新型进一步设置为：所述驱动异常输入电路包括用于分别对igbt正负半波的spwm信号进行采样的二极管d107和d108，还包括比较器u35c，所述二极管d107和d108经滤波后输出至u35c的9引脚，8引脚连接有基准电压。
9.本实用新型进一步设置为：所述u35c的输出端连接有比较器u35d，所述u35d的输出端连接有二极管d104，并与其阴极连接，d104的阳极连接至所述二极管d64的阳极，u35d的输出端还连接有三极管q17，q17的集电极连接有比较器u35b，u35b的输出端通过二极管
d98连接至外部保护电路。
10.本实用新型进一步设置为：所述过载冲击输入电路包括由比较器u14c组成的电压比较电路，输出电流经互感器采样后，采样信号输入电压比较电路，u14c的输出端输出连接有u20a，u20a的输出端依次连接有稳压管r163、稳压二极管zd2和三极管q8，q8的集电极连接至外部保护电路。
11.本实用新型进一步设置为：所述过载冲击输入电路还包括过载延时保护电路，所述过载延时保护电路包括触发器u11，采样信号经u14c和u20a后输入u11的3脚，u11的2脚连接设置有电容充电电路，u11的7脚与u13的3脚连接，u13的1脚输出连接有三极管q9，所述q9的集电极连接设置有转换器u12d,所述u12d的输出端连接至外部保护电路。
12.本实用新型进一步设置为：所述过载冲击输入电路还包括比较器u14d，采样信号输入至u14d的11脚，u14d的输出端连接至u13的6脚。
13.综上所述，本实用新型具有以下有益效果：
14.通过加入由多个保护电路组成的或门，可以实现出现任一故障时，均会触发故障报警电路，同时封锁spwm驱动，从而关闭逆变输出，以实现保护igbt不会被损坏。
附图说明
15.图1是本实施例的过载短路保护功能电路的原理图；
16.图2是本实施例的驱动异常输入电路原理图；
17.图3是本实施例的输出电流过载保护电路原理图；
18.图4是本实施例的输出电流过载延时保护电路原理图；
19.图5是本实施例的输出切换控制电路原理图。
具体实施方式
20.以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
21.实施例：
22.参考图1和图5，ups不间断电源igbt过载短路保护功能电路，包括触发器u13,在本实施例中，u13选用型号为4013的双d触发器，触发器u13的8引脚通过由二极管组成的或门输入连接有输入端，输入端包括驱动异常输入电路、输出过欠压输入电路、电源监测输入电路、电池欠压输入电路、过载冲击输入电路和外部紧急关机输入电路；触发器u13的13引脚输出连接有报警电路，以实现在输入端输入高电平时触发报警电路；触发器u13的12引脚输出连接有二极管d64，并与其负极连接，二极管d64的正极连接至外部保护电路，同时连接有u17或门电路，u17的输出端连接有旁路控制电路，以实现在外部保护电路触发时，u17触发旁路控制电路，并切换至外部旁路供电，例如：其中任何一路出现故障，均会送一个高电平信号给u13的8脚，u13的13脚（q端）输出一高电平，送往故障报警电路，u13的12脚（q的反相端）输出低电平，经二极管d64封锁spwm驱动，从而关闭逆变输出，保护igbt不受损坏，d64的另一路经u17输出到旁路逆变切换电路，关闭旁路切换继电器，使ups切换到旁路供电在旁路与逆变之间的切换主要由输出切换控制电路实现，切换分为两个状态，一是从旁路供电向逆变切换，二是从逆变向旁路切换，输出切换控制电路包括触发器u11，在本实施例中，u11的选用型号为4538，u11的9脚连接设置有二极管d62,并与其负极连接，然后连接有三级
管q6，q6的发射及连接有三级管q5，并与其基极连接，在ups刚启动时，先工作在旁路状态，约10秒钟左右u11的9脚输出高电平，q6、q5三极管导通，cn8两端有24v电压，继电器吸合，输出转为逆变输出，当ups故障或过载时，保护电路回送出一个低电平信号，通过d54将三极管基极电压钳位为低电平，q6、q5不导通，输出切换继电器释放，ups自动转为旁路输出。
23.参考图1和图2，驱动异常输入电路包括用于分别对igbt正负半波的spwm信号进行采样的二极管d107和d108，还包括比较器u35c，二极管d107和d108经c147滤波后输出至u35c的9引脚，8引脚连接有基准电压，因此，滤波信号输入u35c后会与8脚的基准电压进行比较，u35c的输出端连接有比较器u35d，u35d的输出端连接有二极管d104，并与其阴极连接，d104的阳极连接至外部保护电路，u35d的输出端还连接有三极管q17，q17的集电极连接有比较器u35b，u35b的输出端通过二极管d98连接至外部保护电路，正常情况9脚电压高于8脚电压，u35d输出高电平，再与u35d的10脚6v基准比较，u35d输出高电平，q17不导通，d104和d98二极管均反向截止，保护不动作，当spwm驱动异常或igbt栅极损坏时，u35d的9脚便会出现低于8脚的脉冲，u35d的13脚输出低电平，通过d104将spwm封锁，同时，q17导通，d98输出高电平，蜂鸣器报警鸣叫，并送出故障信号。
24.参考图1、图3和图4，过载冲击输入电路包括由比较器u14c组成的电压比较电路，输出电流经互感器采样后，采样信号通过d34输入电压比较电路中u14c的8脚，其输出端输出连接有u20a，u20a的输出端依次连接有稳压管r163、稳压二极管zd2和三极管q8，q8的集电极连接至外部保护电路，在出现过载时，u20a输出一高电平，控制三极管q8导通，q8的集电极输出低电平至保护电路，封锁spwm，同时控制旁路切换继电器动作，ups输出自动转为旁路输出，并报警，过载冲击输入电路还包括比较器u24a，u24a的输出端连接设置有二极管d86，并与其负极连接，其阳极连接至外部保护电路，输出电流经互感器采样后，经r11、r12分压到u24的4脚，与5脚基准比较，若严重过载，4脚电压高于5脚电压，u24的2脚输出低电平，封锁spwm，逆变关闭，过载冲击输入电路还包括过载延时保护电路，过载延时保护电路包括触发器u11，采样信号经u14c和u20a输出并经过c69隔离后输入u11的3脚，u11的2脚连接设置有电容充电电路，u11的7脚与u13的3脚连接，u13的1脚输出连接有三极管q9，q9的集电极连接设置有转换器u12d,u12d的输出端连接至外部保护电路，过载冲击输入电路还包括比较器u14d，采样信号输入至u14d的11脚，u14d的输出端连接至u13的6脚，如存在过载信号，u11的2脚瞬间变为低电平，泄放完c62上的电荷，12v电压经r123开始对电容c62充电，充电时间常数为rc，当电容充电至4538的翻转门坎电压时，u11的7脚瞬间输出高电平，u13的1脚输出高电平，控制q9导通，经设置在q9集电极的4049缓冲器输出至外部保护电路，封锁逆变，在发生瞬时过载时，u14的输出端输出一高电平到u13的6脚，u13的1脚输出高电平控制q9导通，从而关闭逆变器转旁路输出。
25.本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。
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