一种三相逆变器的限流电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种三相逆变器的限流电路，其包括：基准电压端、母线电流信号输入端、限流信号输出端、运算放大器，其中运算放大器同相输入端通过第二电阻（R2）接基准电压端、通过第三电阻（R3）接地、通过第四电阻（R4）接运算放大器输出端；运算放大器反向输入端通过输入滤波电路接母线电流信号输入端；运算放大器输出端通过输出放电电路连接限流信号输出端。本实用新型在过载、突加冲击性负载甚至在短路状态下都能很好的限流。本装置响应速度快，而且在长时间短路情况下电压和电流的波形不会发生畸变；兼有电路简单、性能优良、可靠性高的优点，所用元器件体积小、成本非常低，具有广阔的市场前景。
【专利说明】—种三相逆变器的限流电路【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电源领域，尤其涉及一种三相逆变器的限流电路。
【背景技术】
[0002]逆变电源由于体积小、重量轻，如今已被广泛地应用于航空、航海、医疗、通信等行业。由于功率型半导体器件的过载能力差，逆变电源中保护电路在冲击电流的作用下易造成停机。典型的冲击型负载有:空载变压器、电动机、整流型冲击负载、负载故障造成的短路等。现有的几种限流方案都有其不可克服的缺点，以下详述现有限流方案的优缺点:
[0003]1、加入电流内环，在恒压逆变电源中使用这种方法，因为带不同负载时，电流波形不同，所以不能用瞬时值作为电流的给定，只能用电流的平均值来作为电流环的给定和进电流环的判断标准。这使得电流环的响应速度很慢，进电流环就需要大约I个周波的延迟，电流降到给定需要3~5个周波的延迟。这么长的延迟使得这种方法对冲击性电流没有任何抑制的作用。但是这种方法限流得到的电压波形比较好。
[0004]2、降压电路，降压电路检测到负载端输出过流以后，立刻将输出电压降到一个给定的电压，延时一段时间以后，再将电压升上来。这种方法的响应速度快，但是电压降为一个给定的值，这个值与过流的大小无关，所以为了抗冲击电流那么这个给定的电压一定是个很小的值。该电路的恢复电压时间也是预先设定，这样的电路对于轻度过载动作太大。[0005]3、瞬时值限流电路，负载侧的冲击电流可以直接反映到直流母线的电流上，所以可以通过检测直流母线电流来判断负载侧是否有冲击电流。一旦检测到直流母线电流超过限流值时，强行关闭6个IGBT使逆变器处于续流状态。在续流状态时，电流会随着时间而下降，且下降速度很快。这种方法对瞬时冲击电流有很好地抑制作用，一旦短路能立刻限流。冲击电流过后，电压也会迅速恢复正常。但当逆变器短路时，输出电压会立刻降到很小的值，此时逆变器仍工作在电压环下，由于反馈电压小，经过几个周波后，电压环控制器输出的调制比会达到限幅值。当逆变器退出短路状态时，限流电路不再起作用并且此时调制比很大，所以逆变电源的输出会有很大的冲击电压。而且由于强行关闭IGBT来限流，所以在限流时，逆变器输出的电压和电流波形畸变很严重，谐波电流和偏磁电流会对变压器造成很大的影响，甚至会使变压器磁饱和。
[0006]故此业内亟需开发一种能将瞬时限流电路的快速性和电流环波形好的优点相结合的限流电路，使逆变器能够在各种冲击负载的环境下正常工作。
实用新型内容
[0007]本实用新型是要解决现有技术的上述问题，提出一种能将瞬时限流电路的快速性和电流环波形好的特点相结合的三相逆变器限流电路。
[0008]为解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是设计一种三相逆变器的限流电路，其包括:基准电压端、母线电流信号输入端、限流信号输出端、运算放大器，其中运算放大器同相输入端通过第二电阻接基准电压端、通过第三电阻接地、通过第四电阻接运算放大器输出端；运算放大器反向输入端通过输入滤波电路接母线电流信号输入端；运算放大器输出端通过输出放电电路连接限流信号输出端。
[0009]所述输入滤波电路包括串接在述母线电流信号输入端和运算放大器反向输入端之间的第一电阻、以及串接在运算放大器反向输入端与地之间的第四电容。
[0010]所述输出放电电路包括串接在所述限流信号输出端与运算放大器输出端之间的第七电阻、串接在限流信号输出端与地之间的第三电容、串联后接在限流信号输出端与运算放大器输出端之间的第六电阻和二极管，其中该二极管阳极接限流信号输出端阴极接第六电阻。
[0011]所述运算放大器的供电电源端通过上拉电阻连接运算放大器输出端。
[0012]所述运算放大器的供电电源端通过运放滤波电路接地。
[0013]所述运放滤波电路包括并联的高频滤波和低频滤波。
[0014]所述运算放大器的型号为LM311。
[0015]本实用新型对逆变器的几种限流方法进行分析，最后给出一种瞬时限流加上电流环限流方案，使三相逆变器在过载、突加冲击性负载甚至在短路状态下都能很好的限流。本装置响应速度快，而且在长时间短路情况下电压和电流的波形不会发生畸变；同时兼有电路简单、性能优良、可靠性高的优点，所用元器件体积小、成本非常低，具有广阔的市场前
景
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型作出详细的说明，其中:
[0017]图1为三相逆变器的主电路；
[0018]图2为本实用新型较佳实施例的电路图；
[0019]图3是本实用新型瞬时值的限流波形；
[0020]图4是本实用新型电流环发生作用前后的电流波形；
[0021]图5是本实用新型逆变器输出短路时的电压电流波形。
【具体实施方式】
[0022]本实用新型揭示了一种三相逆变器的限流电路，其包括:连接电源模块的基准电压端Vcc、通过升压电感连接直流母线的母线电流信号输入端、限流信号输出端OUT、运算放大器，其中运算放大器同相输入端通过第二电阻R2接基准电压端Vcc、通过第三电阻R3接地、通过第四电阻R4接运算放大器输出端；运算放大器反向输入端通过输入滤波电路接母线电流信号输入端IN ;运算放大器输出端通过输出放电电路连接限流信号输出端OUT。限流信号输出端OUT连接中央控制电路，向其发送限流信号，中央控制电路根据限流信号来控制主电路中IGBT的开启和通断。
[0023]参看图2示出的较佳实施例的电路图，所述输入滤波电路包括串接在述母线电流信号输入端IN和运算放大器反向输入端之间的第一电阻Rl、以及串接在运算放大器反向输入端与地之间的第四电容C4。
[0024]参看图2示出的较佳实施例的电路图，所述输出放电电路包括串接在所述限流信号输出端OUT与运算放大器输出端之间的第七电阻R7、串接在限流信号输出端OUT与地之间的第三电容C3、串联后接在限流信号输出端OUT与运算放大器输出端之间的第六电阻R6和二极管D1，其中该二极管阳极接限流信号输出端阴极接第六电阻。
[0025]参看图2示出的较佳实施例的电路图，所述运算放大器的供电电源端(运算放大器的第八脚)通过上拉电阻R5连接运算放大器输出端，当运算放大器输出端的电流不足以给后续电路供电时由8脚通过R5给7脚供电。所述运算放大器的供电电源端通过运放滤波电路接地。该运放滤波电路包括并联的高频滤波C2和低频滤波Cl。所述运算放大器的型号为LM311。
[0026]本实用新型较佳实施例结合了瞬时限流和电流环的共同优点，以下结合附图详述
其工作原理。
[0027]图1示出了三相逆变器的主电路。假设在逆变器的输出端C、d两相突然短路，a、b和a、c间的负载可以忽略不计，则I b=— I C = I同时I I=— I 2 = 1’。当I’〉O时，Vl和V6导通时会造成I ’迅速变大，此时如果关闭Vl和V6，则I ’会通过D3和04续流，LI和L2中所存电量通过缓冲电路和电源释放使得I ’很快减小。当I ’〈 O时，V3和V4导通时会造成I ’迅速变大，此时如果关闭V3和V4，则I ’会通过Dl和D6续流并很快减小。所以当I ’的值过大时关闭IGBT，则I ’会迅速减小。I ’的值会反映在直流母线的电流上，检测直流母线电流的方法很简单，所以能过图2所示限流电路来进行瞬时值限流。
[0028]当检测到直流母线电流I d大于限流值时，比较器输出为0，电容C3通过R6//R7来放电，R6的值要远小于R7，所以电容放电很快，使得这个电路输出为O。一旦这个电路输出为O时，就立刻封锁Vl?V6使电路进入续流状态让I ’迅速减小。当I ’减小到滞环值的下限时，比较器输出为1，通过R7给电容充电。因为R7的值比较大，所以电路会延时一段时间后才输出高电平，这时又开通了 Vl?V6。如果电路还处于短路状态时，I ’又会迅速增大，重复上面的过程。
[0029]在短路(过载)发生的瞬间，从示波器中看到的电流波形如图3所示。从图中可以看到刚进入短路状态时，冲击电流很大，在硬件限流电路的作用下电流被限制在硬件限流值附近。在短路状态下硬件限流的同时，使软件中电压环切换至电流环，由于硬件电路的限流值远大于软件限流值，此时误差一直为负，控制器输出的控制量迅速减小，逆变器的输出电压也随之减小，直到短路电流等于电流环的给定值。此时短路电流不能再达到硬件限流值，所以也不会关断IGBT使得电流波形发生畸变。通过图4可以看到当电流环把电流值限在硬件限流值以下后(图4右侧所示)，电流波形近似于正弦不会再发生畸变。
[0030]当短路状态消失后，此时的电压很小接近于0，电流突变降为0，但逆变器仍工作在电流环中，由于硬件电路的限流值为0，会远小于软件限流值，误差为正，控制器的控制量逐步变大，逆变器的输出电压也随之变大，直到逆变器输出电压正常后退出电流环进入正常的电压环。
[0031]本实用新型利用了瞬时限流电路对冲击电流响应速度快的优点，而且又能在3?5个周波通过电流环使逆变器输出较好的电压波形，避免了限流电路强行关断IGBT造成的电压和电流波形畸变。而且冲击电流过后，电压会稳步上升不会有电压突变的情况。
[0032]在一台20KVA，50Hz的逆变器上试用本实用新型，逆变器采用SVPWM的方法控制，输入电压为200?320V，输出线电压为380V。将ab相用20A的熔断器短接，其输出端路的电压电流波形如图5所示。I通道(图中上面一行波纹)为Uab，2通道(图中下面一行波纹)为a相电流，Uab表示为200/div, t表示为100ms/div, Ia表示为ΙΟΟΑ/div。由图中可以看出本实用新型能很好地抑制冲击电流甚至是短路电流对逆变器的影响。硬件的瞬时限流电路响应速度快，一旦检测到冲击电流，可以立刻抑制电流的冲击，但电流的波形有些畸变。经过3?5个周波后可以看到电流值已经不再依靠硬件限流了，这时的电流波形也接近于正弦波。
[0033]以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。
【权利要求】
1.一种三相逆变器的限流电路，其特征在于，包括:基准电压端、母线电流信号输入端、限流信号输出端、运算放大器，其中 运算放大器同相输入端通过第二电阻(R2)接基准电压端、通过第三电阻(R3)接地、通过第四电阻(R4)接运算放大器输出端； 运算放大器反向输入端通过输入滤波电路接母线电流信号输入端； 运算放大器输出端通过输出放电电路连接限流信号输出端； 所述输入滤波电路包括串接在述母线电流信号输入端和运算放大器反向输入端之间的第一电阻(R1)、以及串接在运算放大器反向输入端与地之间的第四电容(C4)； 所述输出放电电路包括串接在所述限流信号输出端与运算放大器输出端之间的第七电阻(R7)、串接在限流信号输出端与地之间的第三电容(C3)、串联后接在限流信号输出端与运算放大器输出端之间的第六电阻(R6)和二极管(D1)，其中该二极管阳极接限流信号输出端阴极接第六电阻。
2.如权利要求1所述的三相逆变器的限流电路，其特征在于:所述运算放大器的供电电源端通过上拉电阻(R5 )连接运算放大器输出端。
3.如权利要求2所述的三相逆变器的限流电路，其特征在于:所述运算放大器的供电电源端通过运放滤波电路接地。
4.如权利要求3所述的三相逆变器的限流电路，其特征在于:所述运放滤波电路包括并联的高频滤波(C2)和低频滤波(Cl)。
5.如权利要求4所述的三相逆变器的限流电路，其特征在于:所述运算放大器的型号为 LM311。
【文档编号】H02M1/32GK203504398SQ201320528830
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年8月28日 优先权日:2013年8月28日
【发明者】尹惊云, 陈恒留 申请人:深圳市晶福源电子技术有限公司