一种用于桥式变流器的电力电子器件过电流检测电路的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种用于桥式变流器的电力电子器件过电流检测电路。


背景技术：

2.为了保证半桥电路、全桥电路和三相桥式电流器等多种不同类型的桥式电流器的安全性，需要在电路运行过程中检测电力电子器件发生了过电流，由此实现对电路的保护，避免电力电子器件和系统设备由于过电流发生损坏，提升系统的可靠性。当检测到过电流后，可以设计专门的电路切断系统供电，或者封锁各个电力电子器件的驱动脉冲，从而消除过电流故障，实现了对系统的保护。
3.采用常规的电流检测方法存在一些局限性，例如常规的基于霍尔效应的电流传感器存在着体积大、成本高、可检测的电流范围有限、时间延迟长、功耗大等缺点，不易集成在系统中，应用场合受限；当下还没有一种低成本低延迟的区别于霍尔电流传感器的过电流检测电路。


技术实现要素：

4.针对上述背景技术中提到的，利用霍尔电流传感器检测过电流的方法存在的弊端，本发明提出了一种适用于桥式电流器的电力电子器件过电流检测电路。
5.为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种用于桥式变流器的电力电子器件过电流检测电路，包括：信号采集电路和信号比较电路，其特征在于：所述信号采集电路与待检测的电力电子开关器件连接，测量电力电子开关器件的端电压信号；所述信号比较电路的输入与信号采集电路相连，将信号采集电路的输出与特定的电压进行比较，通过比较器的输出来判定是否发生了过电流。
6.本发明一个较佳实施例中，所述信号采集电路由采集电阻、采集电容、二极管、稳压二极管和运算放大器构成；所述采集电阻实现限制电流的功能，并且能够通过串联实现将采集的电压信号按照一定比例进行分压；所述采集电容用于稳定电压并滤除干扰信号；所述二极管用于限制电压信号的幅值；所述稳压二极管用于产生特定的电压供电路工作使用；所述运算放大器构成电压跟随器，避免电阻中的电流流动造成的电压偏移。
7.本发明一个较佳实施例中，所述信号比较电路由比较电阻、比较电容和比较器构成；所述比较电阻实现限制电流的功能，并且能够通过串联实现将采集的电压信号按照一定比例进行分压；所述比较电容用于稳定电压并滤除干扰信号；所述比较器用于将特定的两个信号进行比较，并输出结果；所述信号采集电路的输出与所述稳压二极管产生的电压经比较器之后产生输出信号，实现判断电力电子器件是否发生了过电流。
8.本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
9.(1)本发明中的过电流检测电路具有体积小、成本低、结构简单、反应速度快、功耗低等特点，并且本发明适用于多种桥式电流器，例如半桥式、全桥式和三相桥式电流器等，
可以检测桥式电流器中的mosfet、igbt等多种类型的电力电子开关器件是否发生了过电流故障，实现对设备的保护，提高系统可靠性。
附图说明
10.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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；
11.图1是本发明的电力电子器件过流检测电路结构图；
12.图2是本发明应用于半桥电路的对电力电子器件进行过流检测的电路结构图。
具体实施方式
13.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明的描述中，“实施例”、“一个实施例”或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
14.如图1以及图2所示的一种用于桥式变流器的电力电子器件过电流检测电路，由信号采集电路和信号比较电路两部分构成，信号采集电路和信号比较电路，信号采集电路与待检测的电力电子开关器件连接，测量电力电子开关器件的端电压信号；信号比较电路的输入与信号采集电路相连，将信号采集电路的输出与特定的电压进行比较，通过比较器的输出来判定是否发生了过电流。
15.具体的，图2中半桥电路由两个igbt构成，分别用k1和k2表示，整体电路由电阻r1、r2、r3，电容c1，二极管d1，稳压二极管d2、d3、d4，运算放大器u1，比较器u2和u3构成。桥式变流器的直流母线电压为e1，桥臂由电力电子器件k1和k2串联构成k1的漏极与直流母线电压e1的正极相连，k1的源极与k2的漏极相连，k2的源极与直流母线电压e1的负极相连。
16.其具体连接方式和工作原理如下：
17.1.信号采集电路。
18.电阻r1的一端与电力电子器件的漏极或集电极相连，另一端与二极管d1的阳极相连。电阻r2的一端与二极管d1的阳极相连，另一端与直流母线电压e1的负极相连。二极管d1的阳极与运算放大器u1的正向输入端相连，二极管d1的阴极与运算放大器u1的供电电源正极相连。稳压管d2的阳极与直流母线电压e1的阴极相连，稳压管d2的阴极与二极管d1的阴极相连。电容c1与稳压二极管d2并联。运算放大器u1的供电电源负极与直流母线电压e1的负极相连。运算放大器u1的负向输入端与输出端相连。电阻r3的一端与直流母线电压e1的正极相连，r3的另一端与二极管d1的阴极相连。运算放大器u1的输出端的信号x反映了电力电子器件的漏极或集电极与直流电压e1的负极之间的电压差。
19.信号采集电路的工作原理如下：
20.当电力电子器件导通时，其漏极或集电极与直流电压e1的负极之间的电压差正常时应为1v左右，而如果发生了过电流则该电压会升高。信号采集电路利用r1和r2将该电压
进行等比例缩小，并被二极管d1限制了幅值，之后经过由运算放大器u1构成的电压跟随电路，由此得到的电压信号即反映了电力电子器件中的电流情况。直流电压e1经过电阻r3后向c1充电，当c1电压超过稳压管d2的击穿电压时，d2导通，由此电容c1两端的电压即稳压二极管d2的击穿电压，该电压可用于向运算放大器u1供电。
21.对于桥式电流器来说，当电力电子器件断开时，其漏极或集电极与直流母线e1的负极之间的电压为e1，经过电阻r1和r2分压后，得到的信号被二极管d1限制为稳压二极管d2的击穿电压。
22.2.信号比较电路。
23.电阻r4的一端与直流母线电压e1的正极相连，另一端与比较器u2的负向输入端相连。电容c2的一端与比较器u2的负向输入端相连，另一端与直流母线电压e1的负极相连。稳压二极管d3与电容c2并联。比较器u2的电源正极与二极管d1的阴极相连。比较器u2的电源负极与直流母线电压e1的负极相连。比较器u2的正向输入端与运算放大器u1的输出相连，并且与比较器u3的负向输入端相连。电阻r5的一端与直流母线电压e1的正极相连，另一端与比较器u3的正向输入端相连。电容c3的一端与比较器u3的正向输入端相连，另一端与直流母线电压e1的负极相连。稳压二极管d4与电容c3并联。比较器u3的电源正极与比较器u2的电源正极相连，比较器u3的电源负极与直流母线电压e1的负极相连。电阻r6的一端与二极管d1的阴极相连，另一端与比较器u3的输出相连。比较器u3的输出与比较器u2的输出相连。比较器u3的输出信号反映了是否检测到了过电流。
24.信号比较工作电路的工作原理如下：
25.比较器u2和比较器u3的输出端均为集电极开路型。利用比较器u2将稳压二极管d3的击穿电压与采集到的信号x进行比较，并利用比较器u3将稳压二极管d4的击穿电压与采集到的信号x进行比较。当采集到的信号x大于稳压二极管d3的击穿电压，且采集到的信号x小于稳压二极管d4的击穿电压时，电路的输出电压等于稳压二极管d2的击穿电压；否则电路的输出电压为0。
26.稳压二极管d2的击穿电压用u
d2
表示，稳压二极管d3的击穿电压用u
d3
表示，稳压二极管d4的击穿电压用u
d4
表示。选择合适的稳压二极管型号，使得：u
d3
《u
d4
《u
d2
，电路检测到过电流的条件为u
d3
《x《u
d4
《u
d2
。u
d3
应设计为发生过电流时采集到的信号的幅值，增大该值将允许更大的电流，并会降低检测过电流的灵敏度；增大该值将会提高检测过电流的灵敏度。u
d4
应设大于发生过电流时采集到的信号x的幅值的最大值。
27.综上所述，本发明中的过电流检测电路具有体积小、成本低、结构简单、反应速度快、功耗低等特点。本发明中的检测电路由信号采集、比较电路两部分构成。利用电阻、电容、二极管、稳压管二极管和运算放大器等基本原件构成了信号采集电路；基于电阻、电容和稳压管二极管和比较器构成信号比较电路，检测信号是否超过规定值，并得到检测结果。
28.以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。