一种半桥桥臂保护电路的制作方法

本发明涉及电力电子变流技术领域，具体涉及一种半桥桥臂保护电路。

背景技术：

如图1所示的半桥桥臂，在pwm电机控制、dc-ac逆变、电子镇流器等场合有着广泛的应用。由于半桥桥臂的结构特点，上下两个半导体功率管由反相的信号控制（hpwm、lpwm），当一个功率管开时，另一个关断，这样在输出点hs就得到电压从b-到b+的脉冲信号。半导体功率管在工作过程中，会因为驱动装置或者外部干扰等因素，导致输出短路或者上下功率管直通的现象，此时功率管内部电流急剧增加，严重时导致功率管损坏。目前的半桥保护方法是通过检测桥臂电流的方式。如图2所示，通过检流电阻检测桥臂电流，当桥臂短路时，检流电阻通过电流急剧增加，根据欧姆定律电阻上的电压增加，当电压足够高时会触发保护，然后关断功率管，达到保护功率管的目的。此方案实现简单，保护动作快，可靠性高。其缺点也非常明显，在高功率应用中，检流电阻或者互感器为了满足高电流需求，体积会变得非常笨重，同时成本也会增加不少。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种体积小成本低的半桥桥臂保护电路。

为了解决上述问题，本发明包括直流电源、检测电路、驱动电路、微处理器和信号锁存电路，其中：

所述的直流电源用于为半桥桥臂提供稳定的直流电压；

所述的微处理器用于产生控制半桥桥臂的控制信号；

所述的驱动电路用于将微处理器的产生的控制信号转化成驱动功率管的转换控制信号；

所述的检测电路用于接收半桥桥臂的输出信号和微处理器产生的控制信号，并将对比结果输出对比结果信号；

所述的信号锁存电路用于接收检测电路的对比结果信号，并对其进行锁存，输出故障信号到微处理器，并输出总故障信号到驱动电路。

具体的，本发明所述的检测电路包括两组相并联设置的比较电路，所述的每组比较电路均包括两个比较器和设置在两个比较器之间的阻容器件与二极管，所述的二极管与阻容器件相并联，且均与微处理器产生的控制信号连接，两组比较电路的输入端的比较器分别连接有第一预设参考电压和第二预设参考电压，两组比较电路的输入端的比较器相并联的与半桥桥臂的输出信号连接，输出端的比较器形成对比结果信号，且两组比较电路的输出端的比较器相并联的连接有第三预设参考电压，两组比较电路的输入端的比较器还相并联有阻容器件。

具体的，本发明所述的驱动电路包括驱动芯片，所述的微处理器的控制信号连接在驱动芯片上相应的接脚上，驱动芯片上的en/nc接脚连接信号锁存电路产生的总故障信号，驱动芯片相应接脚形成转换控制信号。

具体的，本发明所述的信号锁存电路包括两组并联设置的r-s触发器和两组并连设置的二极管，所述的每组r-s触发器均包括两个交叉设置的与非门，所述的检测电路的两组输出信号分别连接在两组r-s触发器的输入端，两组r-s触发器的输出端分别形成故障信号，两组r-s触发器的输出端分别连接到两个二极管的负极，且两个二极管的正极并联形成总故障信号。

本发明的有益效果是：本发明通过检测并对比hpwm、lpwm和hs三者的时序关系，当出现非正常的时序关系时，信号锁存电路会发出故障信号及时关断功率管以保护其不被损坏。本发明避免现有技术在高功率应用场合下的体积大成本高的问题，只需要处理检测数字信号，处理速度块，抗干扰能力强，成本更低。

附图说明

图1为半桥桥臂的电路图；

图2为现有半桥桥臂保护电路图；

图3为本发明的结构组成示意图；

图4为检测电路的示意图；

图5为驱动电路的示意图；

图6为信号锁存电路的示意图；

图7为故障点发生故障时的时序关系图；

图8为半桥桥臂正常工作状态时的时序关系图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图3所示的半桥桥臂保护电路，包括直流电源、检测电路、驱动电路、微处理器和信号锁存电路，其中：

所述的直流电源用于为半桥桥臂提供稳定的直流电压b+和b-；

所述的微处理器用于产生控制半桥桥臂的控制信号hpwm和lpwm；

所述的驱动电路用于将微处理器的产生的控制信号hpwm和lpwm转化成驱动功率管的转换控制信号g-h和g-l；

所述的检测电路用于接收半桥桥臂的输出信号hs和微处理器产生的控制信号hpwm和lpwm，并将对比结果输出对比结果信号ena和enb；

所述的信号锁存电路用于接收检测电路的对比结果信号ena和enb，并对其进行锁存，输出故障信号faulta和faultb到微处理器，并输出总故障信号fault到驱动电路，信号锁存电路还用来接收微处理器的复位信号rest。

本实施例所述的检测电路包括两组相并联设置的比较电路，包括第一比较电路和第二比较电路，第一比较电路包括比较器u1a和比较器u1b，比较器u1a和比较器u1b之间设置有组容器件和二极管d1，所述的阻容器件包括电阻r1、电阻r2和电容c1，且电阻r1、电阻r2和电容c1依次串联，比较器u1a的输出端连接在r1和r2之间，二极管d1的正极连接在电阻r2与电容c1之间，且该端连接在比较器u1b的负极输入端，比较器u1a的负极输入端连接有预设参考电压ref1，电阻r1和二极管d1的负极相并联的与控制信号lpwm连接，比较器u1b的输出端用于形成输出对比结果信号ena，第二比较电路包括比较器u1c和比较器u1d，比较器u1c和比较器u1d之间设置有组容器件和二极管d2，所述的阻容器件包括电阻r6、电阻r5和电容c3，且电阻r6、电阻r5和电容c3依次串联，比较器u1c的输出端连接在r6和r5之间，二极管d2的正极连接在电阻r5与电容c3之间，且该端连接在比较器u1d的负极输入端，比较器u1c的负极输入端连接有预设参考电压ref2，电阻r6和二极管d2的负极相并联的与控制信号hpwm连接，比较器u1d的输出端用于形成输出对比结果信号enb，比较器u1b的正极输入端和比较器u1d的正极输入端并联有预设参考电压ref3，比较器u1a的正极输入端和比较器u1c的负极输入端相并联的与半桥桥臂的输出信号hs连接，且该端还并联有hsin信号转换电路，所述的hsin信号转换电路包括电阻r4和电容c2，且电阻r4和电容c2相并联。

本实施例所述的驱动电路包括驱动芯片，所述的微处理器产生的控制信号hpmw连接在驱动芯片的hi接脚上，控制信号lpwm连接在驱动芯片的li接脚上，驱动芯片上的en/nc接脚连接信号锁存电路产生的总故障信号，驱动芯片ho接脚形成转换控制信号g-h，驱动芯片lo接脚形成转换控制信号g-l。

本实施例所述的信号锁存电路包括两组并联设置的r-s触发器和两组并连设置的二极管d3和二极管d4，所述的第一r-s触发器包括交叉设置的与非门u2a和与非门u2b，所述的第二r-s触发器包括交叉设置的与非门u2c和与非门u2d，二极管d3和二极管d4相串联在与非门u2a的输出端和与非门u2d的输出端之间，且二极管d3的正极和二极管d4的正极相连接，与非门u2a的输入端与对比结果信号ena连接，与非门u2a的输出端形成故障信号faulta，与非门u2d的输入端与对比结果信号enb连接，且与非门u2d的输出端形成故障信号faultb，二极管d3和二极管d4的连接处通过并联电源vcc形成总故障信号fault。与非门u2b的输出端和与非门u2c的输出端相并联微处理器产生的复位信号rest。

工作原理：通过检测电路的hsin信号转换电路将半桥输出信号hs转化为hsin信号，分别未处理器产生的控制信号hpwm和lpwm进行时序对比，当出现错误时序时，通过信号锁存电路输出故障信号关断功率管，从而保护功率管过流损坏。如图8所示当桥臂正常工作时，检测电路产生的对比结果信号ena和enb为高电平，此时信号锁存电路不会被触发，始终保持总故障信号fault为低电平。如图7所示，桥臂短路状态有两种，分别在故障点a和故障点b，此时对比结果信号ena或者对比结果信号enb会输出低电平信号，此低电平信号会触发信号锁存电路，总故障信号fault由低电平反转为高电平。

以故障点a为例分析保护电路如何工作，此时控制信号hpwm为低电平，控制信号lpwm为高电平，上管q1正常为关闭状态，下管q2为开启状态。所以此时半桥桥臂的输出信号hs应该为b-，转换信号hsin为低电平，但此时发生短路，半桥桥臂的输出信号hs电压约为b/2，此时转换信号hsin电压将大于预设参考电压ref1，比较器u1a输出翻转。由于此时控制信号lpwm为高电平，所以a1点电压为高电平。a1点的高电平信号，通过电阻r2向电容c1充电，此过程中a2点电压线性上升，当a2点电压超过预设参考电压ref3时，比较器u1b输出翻转，对比结果信号ena由低电平变为高电平，此时就触发锁存电路输出故障信号。检测电路中电阻r2和电容c1组成的rc网络可以调节故障触发的响应时间，来调节保护电路的灵敏度。适当的调节响应时间可以有效降低误触发概率，提高可靠性。

上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式的产品形态和式样，任何符合本发明权利要求书且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应落入本发明的专利保护范围。