专利名称：光伏并网逆变器的直通保护电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及太阳能光伏发电技术领域，具体涉及一种新型的光伏并网逆变器IGBT全桥电路。
背景技术：
由于太阳能具有无污染、资源丰富、无区域限制等特点，因此作为一种可再生利用的新能源，得到了广泛的应用。太阳能光伏发电是太阳能的一种重要应用，近年来越来越受到全世界人民的关注，光伏并网逆变器是光伏发电系统的核心部件之一，作用是将光伏组件产生的直流电能转换成交流电能并输送至电网，其性能的优劣对整个系统的稳定可靠运行具有很大的影响。光伏并网逆变器主要分为两级，前一级是DC-DC BOOST电路，用于直流电压调整和 最大功率跟踪；后一级如图I所示，是单相全桥式DC-AC变换电路，其输出经过电感滤波后并网。首先，为避免由于上管VTl (VT3)和下管VT2 (VT4)因驱动信号同时为高电平而造成的直通故障，一方面需要在驱动软件中考虑加入死区，另一方面也需要在硬件电路上对上下管的驱动波形进行硬件互锁，当上下管驱动电平同时为有效电平时，自动封锁驱动电压。另外，IGBT也有可能因过压、过热而导致瞬间击穿直通，或者自身雪崩失效短路、由于外部原因引起的电气连接造成的短路，此时同一桥臂上的两个晶体管都会有大电流通过，目前的各种保护措施都无法彻底避免变换器发生桥臂直通的可能性，那么怎样实现在发生桥臂直通时及时检测出直通故障并保护IGBT，以避免IGBT烧毁，就显得尤为重要。目前桥臂直通保护电路有两种类型如图2所示，其为检测桥臂电流保护电路。当桥臂电流Il和12突然增大到一定倍数额定电流时，就认为发生桥臂直通故障，此时封锁所有IGBT驱动，以消除故障，避免IGBT烧毁。此种检测电路适用于单相小容量变换器中，对于三相变换器或者大容量变换器，由于桥臂额定电流较大，单相桥臂直通时，在IGBT损坏以前其电流I变化不太明显，不能施行有效保护。如图3所示，其为使用带有过流检测的驱动光耦(例如HCPL316J)的保护电路。由IGBT的特性可知，IGBT开通时，其C、E两端电压与其通过的电流有线性关系，IGBT可在10 μ s内承受其额定电流4倍的峰值电流，当发生直通时，通过检测UCE的饱和压降来判断IGBT过流，从而封锁驱动信号。其通用的电路如图3所示.上述两种保护电路在一般情况下都可以有效地对逆变桥直通短路进行保护，但忽略了上电的瞬间(DSP初始化完成之前)PWM控制信号的不确定状态，假如PWM控制信号在上电时同时为有效电平的话，逆变桥在上电的瞬间就有可能被烧毁。本实用新型就是针对光伏并网逆变器后一级的全桥式逆变电路的“直通”短路现象所造成功率晶体管烧毁的故障而提出一种更有效、更可靠的保护电路。
实用新型内容有鉴于此，有必要针对背景技术中提到的问题，提供一种更有效、更可靠地保护光伏并网逆变器的新型保护电路。本实用新型是通过以下技术方案实现的一种光伏并网逆变器的直通保护电路，其包括一控制信号保护电路、一电源监控电路及一 8位反向缓冲驱动电路，该控制信号保护电路及该电源监控电路并联，其输出均与该8位反向缓冲驱动电路连接。作为优化，所述8位反向缓冲驱动电路包括一反向缓冲驱动芯片74HC540、一电阻R3、一电容C3、一三极管Q2及一二极管D1，所述光伏并网逆变器的逆变桥的PWM控制信号经由该反向缓冲驱动芯片74HC540输出，该反向缓冲驱动芯片74HC540的片选控制信号脚Gl与光伏并网逆变器的控制芯片DSP的IO 口连接，另一片选控制信号脚G2与阻值为IK的 电阻R3和NPN三极管Q2的集电极相接，电阻R3连接+5V电源，三极管Q2的发射极接地，基极与二极管Dl的阴极相连，二极管Dl的阳极与所述控制信号保护电路及电源监控电路的输出连接。作为优化，所述电源监控电路由一个电源监控芯片TPS3809K33的3脚串接一个600/100KHZ的磁珠LI接到3. 3V电源，3脚同时接一个电容Cl对地滤波，电源监控芯片TPS3809K33的I脚接地，2脚经一个IK电阻R6输出。作为优化，所述控制信号保护电路由四个与非门和一个二极管D2组成，光伏并网逆变器的逆变桥的同一桥臂的两个PWM控制信号UP和UN分别接第一与非门的二输入，另两个控制信号VP和VN分别接第二与非门的二输入，该第一与非门和第二与非门的输出再分别接到第三与非门的输入，第三与非门的输出经第四与非门反向，第四与非门的输出接到一二极管D2的阴极，二极管D2的阳极为输出。与现有技术相比，本实用新型具备如下优点增加了一个对控制信号保护的电路，结合辅助电源的因素，保护逆变桥在上电的瞬间PWM控制信号在不确定的状态下不允许工作，逆变桥不会因此而造成直通短路故障而烧毁，有效地提高电路的工作稳定性与可靠性。
图I是现有技术的光伏并网逆变器单相全桥式DC-AC变换电路示意图；图2是现有技术的桥壁直通保护电路不意图；图3是现有技术的过流检测保护电路示意图；图4是本实用新型电路示意图；图5是图4中的电源监控电路示意图；图6是图4中的控制信号保护电路示意图。
具体实施方式
如图4所示，本实用新型之实施例由一个8位反向缓冲驱动电路、电源监控电路和控制信号保护电路三部分组成。I、反向缓冲驱动电路[0026]如图4所示，该部分电路包括一反向缓冲驱动芯片74HC540、一电阻R3、一电容C3、一三极管Q2及一二极管Dl。光伏并网逆变器的逆变桥的PWM控制信号UP、UN、VP、VN (如果逆变桥是三相桥，则还有WP和WN)经由该反向缓冲驱动芯片74HC540输出，反向缓冲驱动芯片74HC540有两个片选控制信号Gl和G2，反向缓冲驱动芯片74HC540的片选控制信号脚Gl与光伏并网逆变器的控制芯片DSP的IO 口连接(图中未示出)，另一片选控制信号脚G2 (19脚)与阻值为IK的电阻R3和NPN三极管Q2的集电极相接，当两个片选信号Gl和G2同时为低电平时允许输出PWM控制信号。正常工作时，Gl (I脚)直接由给一个低电平，电阻R3上拉到+5V，Q2的E极接地，B极与二极管Dl的阴极相连，二极管Dl的阳极与其他两部分电路的输出连接，三极管Q2受其他两部分电路控制，当二极管Dl的阳极为高电平时，二极管Dl导通，Q2导通，反向缓冲驱动芯片74HC540的G2 (19脚)为低电平，允许输出；否则二极管Dl的阳极为低电平时，二极管Dl截止，Q2关断，反向缓冲驱动芯片74HC540的G2 (19脚)电平由R3上拉到高电平，限制输出。2、电源监控电路·如图5所示，该部分电路由一个电源监控芯片TPS3809K33的3脚串接一个600/100KHZ的磁珠LI接到电源3. 3V，3脚同时接一个104电容Cl对地滤波，I脚接地，2脚经一个IK电阻R6输出。当电源电压低于2. 93V时，TPS3809K33的2脚输出低电平，当电源上升到2. 93V时，A点继续输出一个200MS的低电平限制反向缓冲驱动芯片74HC540输出，控制芯片DSP在这200MS期间可以完成初始化，200MS后2脚输出高电平，A点经R6上拉为高电平，允许反向缓冲驱动芯片74HC540的G2脚为低电平工作，从而实现了电源不稳定时A点不允许输出的控制目的。3、上下桥同时为I时不允许输出的控制信号保护电路如图6所示，该部分电路由四个与非门和一个二极管D2组成，同一桥臂的两个PWM控制信号UP和UN接第一与非门A，VP和VN接第二与非门D，该二个与非门的输出再分别接到第三与非门C的输入，第三与非门C的输出经第四与非门B反向，与非门B的输出接到一二极管D2的阴极，二极管D2的阳极为输出。当UP和UN (或VP和VN)同时为高电平I时，与非门A或D输出为0，与非门C当有一个输入为O时,输出(8脚)为1，与非门B输出(6脚)为0，二极管D2导通强制把输出C点电平拉低，不允许输出；当UP、UN和VP、VN两组各有一个为低电平时，与非门A和D同时输出高电平，与非门C输出(8脚)为0，与非门B输出(6脚)为高电平1，C点为高阻状态，可由电阻上拉为高电平，允许反向缓冲驱动芯片74HC540的G2脚为低电平工作。终合上述电路，PWM控制信号UP、UN和VP、VN不同时为高电平时，C点为高阻状态，当电源3. 3V正常时，A点输出高电平，因此，三极管Q2导通，将反向缓冲驱动芯片74HC540的G2 (19脚)强制拉低，允许反向缓冲驱动芯片74HC540输出。从这两方面去实现PWM控制电路在上电的瞬间、PWM控制信号在不确定的状态时限制PWM输出，不允许晶体管工作，以提高桥式逆变电路工作的可靠性和稳定。
权利要求1.一种光伏并网逆变器的直通保护电路，其特征在于，包括一控制信号保护电路、一电源监控电路及一 8位反向缓冲驱动电路，该控制信号保护电路及该电源监控电路并联，其输出均与该8位反向缓冲驱动电路连接。
2.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述控制信号保护电路由四个与非门和一个二极管D2组成，光伏并网逆变器的逆变桥的同一桥臂的两个PWM控制信号UP和UN分别接第一与非门的二输入，另两个控制信号VP和VN分别接第二与非门的二输入，该第一与非门和第二与非门的输出再分别接到第三与非门的输入，第三与非门的输出经第四与非门反向，第四与非门的输出接到一二极管D2的阴极，二极管D2的阳极为输出。
3.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述电源监控电路由一个电源监控芯片TPS3809K33的3脚串接一个600/100KHZ的磁珠LI接到3. 3V电源，3脚同时接一个电容Cl对地滤波，电源监控芯片TPS3809K33的I脚接地，2脚经一个IK电阻R6输出。
4.根据权利要求I所述的电路，其特征在于，所述8位反向缓冲驱动电路包括一反向缓冲驱动芯片74HC540、一电阻R3、一电容C3、一三极管Q2及一二极管D1，所述光伏并网逆变器的逆变桥的PWM控制信号经由该反向缓冲驱动芯片74HC540输出，反向缓冲驱动芯片74HC540的片选控制信号脚Gl与光伏并网逆变器的控制芯片DSP的IO 口连接，另一片选控制信号脚G2与阻值为IK的电阻R3和NPN三极管Q2的集电极相接，电阻R3连接+5V电源，三极管Q2的发射极接地，基极与二极管Dl的阴极相连，二极管Dl的阳极与所述控制信号保护电路及电源监控电路的输出连接。
专利摘要本实用新型提供一种光伏并网逆变器的直通保护电路，其特征在于，包括一控制信号保护电路、一电源监控电路及一8位反向缓冲驱动电路，该控制信号保护电路及该电源监控电路并联，其输出均与该8位反向缓冲驱动电路连接。本实用新型增加了一个对控制信号保护的电路，结合辅助电源的因素，保护逆变桥在上电的瞬间PWM控制信号在不确定的状态下不允许工作，逆变桥不会因此而造成直通短路故障而烧毁，有效地提高电路的工作稳定性与可靠性。
文档编号H02H7/122GK202772555SQ20112048103
公开日2013年3月6日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者洪花 申请人:珠海天兆新能源技术有限公司