过流保护装置及三相逆变器的制作方法

1.本发明涉及器件保护领域，特别是涉及一种过流保护装置及三相逆变器。


背景技术：

2.三相逆变器中包括多个功率开关，通过功率开关的导通与关断实现多种电路模式。当某一个功率开关发生短路时，会在短路回路产生较大电流，会损伤短路回路中的其他功率开关，进而引起其他功率开关的功能无法正常进行，导致该三相逆变器不能进行维修，被迫进行报废处理，损失较大。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种过流保护装置及三相逆变器，通过第一电流检测模块及第二电流检测模块对正母线及负母线上的电流进行检测，在发生短路过流时及时通过控制模块断开位于中线回路上的可控开关模块。对短路过流进行实时检测，防止因某一个功率开关损坏而造成其他功率开关的损坏。
4.为解决上述技术问题，本发明提供了一种过流保护装置，包括控制模块、设置于三相逆变器的正母线上的第一电流检测模块、设置于所述三相逆变器的负母线上的第二电流检测模块及设置于所述三相逆变器的中线回路上的可控开关模块；
5.所述第一电流检测模块用于检测所述正母线上的电流，并将所述正母线上的电流转换为第一电压输出，所述第一电压与所述正母线上的电流呈正相关；
6.所述第二电流检测模块用于检测所述负母线上的电流，并将所述负母线上的电流转换为第二电压输出，所述第二电压与所述负母线上的电流呈正相关；
7.所述控制模块用于在所述第一电压或所述第二电压中存在一个超过阈值电压时控制所述可控开关模块断开。
8.优选的，所述过流保护装置还包括选择模块；
9.所述选择模块的输入端分别与所述第一电流检测模块的输出端及所述第二电流检测模块的输出端连接，所述选择模块的输出端与所述控制模块的输入端连接；
10.所述选择模块用于在所述第一电压大于所述第二电压时输出所述第一电压，在所述第一电压不大于所述第二电压时输出所述第二电压；
11.所述控制模块具体用于在所述选择模块输出的电压超过所述阈值电压时控制所述可控开关模块断开。
12.优选的，所述控制模块包括处理器及比较模块；
13.所述比较模块的反相输入端作为所述控制模块的输入端，所述比较模块的正相输入端与所述处理器的第一输出端连接；
14.所述处理器用于输出所述阈值电压至所述比较模块；
15.所述比较模块用于在所述选择模块输出的电压大于所述阈值电压时输出第一信号以控制所述可控开关模块断开。
16.优选的，所述控制模块还包括转换模块；
17.所述转换模块设置于所述处理器与所述比较模块之间，用于将所述处理器输出的脉冲转换为所述阈值电压。
18.优选的，所述控制模块还包括加法器；
19.所述加法器的第一输入端与所述比较模块的输出端连接，所述加法器的第二输入端与所述处理器的第二输出端连接；
20.所述处理器的输入端与所述选择模块的输出端连接，所述处理器还用于在所述选择模块输出的电压大于所述阈值电压的次数不超过预设次数时输出屏蔽信号；
21.所述加法器用于在所述比较模块输出第一信号且所述处理器不输出所述屏蔽信号时输出第二信号，以控制所述可控开关模块断开；在所述比较模块输出第一信号且所述处理器输出所述屏蔽信号时输出第三信号，以控制所述可控开关模块保持闭合。
22.优选的，所述控制模块还包括乘法器；
23.所述加法器的输出端与所述乘法器的第一输入端连接，所述乘法器的第二输入端与所述处理器的第三输出端连接；
24.所述处理器还用于在所述三相逆变器启动时输出驱动信号至所述乘法器，以控制所述可控开关模块保持闭合；
25.所述乘法器用于在所述加法器输出所述第二信号时输出第四信号，以控制所述可控开关模块断开，在所述加法器输出所述第三信号时输出第五信号，以控制所述可控开关模块保持闭合。
26.优选的，所述三相逆变器中的多个功率开关的控制端均与所述控制模块连接；
27.所述控制模块还用于在所述第一电压或所述第二电压中存在一个超过阈值电压时控制多个所述功率开关断开。
28.优选的，所述三相逆变器为t型三电平三相逆变器；所述可控开关模块包括第一可控开关、第一二极管、第二可控开关及第二二极管；
29.所述第一可控开关和所述第二可控开关串联连接在所述中线回路上，所述第一二极管与所述第一可控开关并联，所述第二二极管与所述第二可控开关并联，所述第一二极管的阴极与所述第二二极管的阴极连接。
30.优选的，所述第一可控开关及所述第二可控开关为电力电子开关。
31.为解决上述技术问题，本发明还提供了一种三相逆变器，包括三相逆变器本体，还包括上述的过流保护装置。
32.本技术提供了一种过流保护装置及三相逆变器，包括控制模块、设置于正母线上的第一电流检测模块、设置于负母线上的第二电流检测模块及设置于中线回路上的可控开关模块；第一电流检测模块用于检测正母线上的电流，并将正母线上的电流转换为第一电压输出；第二电流检测模块用于检测负母线上的电流，并将负母线上的电流转换为第二电压输出；控制模块用于在第一电压或第二电压中至少一个超过阈值电压时控制可控开关模块断开。通过第一电流检测模块及第二电流检测模块对正母线及负母线上的电流进行检测，在发生短路过流时及时通过控制模块断开位于中线回路上的可控开关模块。对短路过流进行实时检测，防止因某一个功率开关损坏而造成其他功率开关的损坏。
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例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。
34.图1为本发明提供的一种过流保护装置的结构示意图；
35.图2a为本发明提供的一种三相逆变器发生短路的示意图；
36.图2b为本发明提供的另一种三相逆变器发生短路的示意图；
37.图2c为本发明提供的另一种三相逆变器发生短路的示意图；
38.图3为本发明提供的另一种过流保护装置的结构示意图；
39.图4为本发明提供的一种三相逆变器的结构示意图。
具体实施方式
40.本发明的核心是提供一种过流保护装置及三相逆变器，通过第一电流检测模块及第二电流检测模块对正母线及负母线上的电流进行检测，在发生短路过流时及时通过控制模块断开位于中线回路上的可控开关模块。对短路过流进行实时检测，防止因某一个功率开关损坏而造成其他功率开关的损坏。
41.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。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。
42.图1为本发明提供的一种过流保护装置的结构示意图包括控制模块1、设置于三相逆变器的正母线上的第一电流检测模块2、设置于三相逆变器的负母线上的第二电流检测模块3及设置于三相逆变器的中线回路上的可控开关模块4；
43.第一电流检测模块2用于检测正母线上的电流，并将正母线上的电流转换为第一电压输出，第一电压与正母线上的电流呈正相关；
44.第二电流检测模块3用于检测负母线上的电流，并将负母线上的电流转换为第二电压输出，第二电压与负母线上的电流呈正相关；
45.控制模块1用于在第一电压或第二电压中存在一个超过阈值电压时控制可控开关模块4断开。
46.考虑到三相逆变器中包括多个功率开关，通过功率开关的导通与关断实现多种电路模式。当某一个功率开关发生短路时，会在短路回路产生较大电流，会损伤短路回路中的其他功率开关，进而引起其他功率开关的功能无法正常进行，导致该三相逆变器不能进行维修，被迫进行报废处理，损失较大。
47.由于在功率开关出现短路时产生的短路电流往往可以在正母线或负母线上检测到，所以在三相逆变器的正母线以及负母线上分别设置了第一电流检测模块2及第二电流检测模块3，第一电流检测模块2可以将正母线上的电流转换为第一电压输出，第二电流检测模块3可以将负母线上的电流转换为第二电压输出，第一电压及第二电压任一个超过阈值电压时，证明三相逆变器中的功率开关发生短路，需要断开短路回路。而短路回路往往存
在与正母线与中线的回路中或负母线与中线的回路中，所以在中线回路上设置可控开关模块4，控制模块1在第一电压或第二电压中存在一个超过阈值电压时控制可控开关模块4断开，以断开短路回路，保护三相逆变器。
48.具体的，本技术应用于t型三电平拓扑的三相逆变器，具有器件数量少、控制方法简单、电压谐波含量小及emi(electromagnetic interference，电磁干扰)表现好等优点。
49.综上，本技术提供了一种过流保护装置，包括控制模块1、设置于正母线上的第一电流检测模块2、设置于负母线上的第二电流检测模块3及设置于中线回路上的可控开关模块4；第一电流检测模块2用于检测正母线上的电流，并将正母线上的电流转换为第一电压输出；第二电流检测模块3用于检测负母线上的电流，并将负母线上的电流转换为第二电压输出；控制模块1用于在第一电压或第二电压中至少一个超过阈值电压时控制可控开关模块4断开。通过第一电流检测模块2及第二电流检测模块3对正母线及负母线上的电流进行检测，在发生短路过流时及时通过控制模块1断开位于中线回路上的可控开关模块4。对短路过流进行实时检测，防止因某一个功率开关损坏而造成其他功率开关的损坏。
50.在上述实施例的基础上：
51.图2a为本发明提供的一种三相逆变器发生短路的示意图；
52.图2b为本发明提供的另一种三相逆变器发生短路的示意图；
53.图2c为本发明提供的另一种三相逆变器发生短路的示意图；
54.图3为本发明提供的另一种过流保护装置的结构示意图；
55.作为一种优选的实施例，过流保护装置还包括选择模块5；
56.选择模块5的输入端分别与第一电流检测模块2的输出端及第二电流检测模块3的输出端连接，选择模块5的输出端与控制模块1的输入端连接；
57.选择模块5用于在第一电压大于第二电压时输出第一电压，在第一电压不大于第二电压时输出第二电压；
58.控制模块1具体用于在选择模块5输出的电压超过阈值电压时控制可控开关模块4断开。
59.考虑到控制模块1需要对第一电压及第二电压分别与阈值电压进行比较，根据两次比较的结果进而判定当前三相逆变器是否发生短路，方法过于复杂。所以在第一电流检测模块2的输出端与第二电流检测模块3的输出端设置一个选择模块5，选择模块5会选择一个较大的值输出至控制模块1。当较大的电压大于阈值电压时，证明此时三相逆变器出现短路，无需再判断较小的电压是否大于阈值电压。具体的，当第一电压大于第二电压时，选择模块5输出第一电压。
60.通过选择模块5对第一电压及第二电压进行选择后输出，加快了判断的过程。
61.作为一种优选的实施例，控制模块1包括处理器11及比较模块12；
62.比较模块12的反相输入端作为控制模块1的输入端，比较模块12的正相输入端与处理器11的第一输出端连接；
63.处理器11用于输出阈值电压至比较模块12；
64.比较模块12用于在选择模块5输出的电压大于阈值电压时输出第一信号以控制可控开关模块4断开。
65.处理器11中预先设置有三相逆变器的阈值电压，处理器11将阈值电压输出至比较
模块12的正相输入端，选择模块5输出的电压接入比较模块12的反相输入端，当选择模块5输出的电压大于阈值电压时，控制模块1需要控制可控开关模块4断开。具体的，当选择模块5输出的电压大于阈值电压时，比较模块12输出低电平，以控制可控开关模块4断开；当选择模块5输出的电压小于阈值电压时，比较模块12输出高电平，以控制可控开关模块4闭合。
66.通过处理器11以及比较模块12实现了对选择模块5输出的电压以及阈值电压之间的比较，便于在出现短路时控制可控开关模块4断开。
67.作为一种优选的实施例，控制模块1还包括转换模块13；
68.转换模块13设置于处理器11与比较模块12之间，用于将处理器11输出的脉冲转换为阈值电压。
69.考虑到处理器11输出的脉冲不宜作为比较模块12的一个输入端与选择模块5输出的电压进行比较，所以设置了一个转换模块13，可以将处理器11输出的脉冲转换为稳定的阈值电压输入至比较模块12，便于比较模块12根据阈值电压对选择模块5输出的电压进行比较。
70.作为一种优选的实施例，控制模块1还包括加法器14；
71.加法器14的第一输入端与比较模块12的输出端连接，加法器14的第二输入端与处理器11的第二输出端连接；
72.处理器11的输入端与选择模块5的输出端连接，处理器11还用于在选择模块5输出的电压大于阈值电压的次数不超过预设次数时输出屏蔽信号；
73.加法器14用于在比较模块12输出第一信号且处理器11不输出屏蔽信号时输出第二信号，以控制可控开关模块4断开；在比较模块12输出第一信号且处理器11输出屏蔽信号时输出第三信号，以控制可控开关模块4保持闭合。
74.考虑到第一电流检测模块2及第二电流检测模块3可能检测到的短路现象是一瞬间的，因为瞬间的大电流而关断可控开关模块4会降低三相逆变器的工作效率，所以本技术中的处理器11会对过流次数进行统计，预先在处理器11内部设置一个过流次数阈值，当选择模块5输出的电压超过阈值电压的次数超过过流次数阈值，处理器11不会输出屏蔽信号，以控制可控开关模块4断开。当选择模块5输出的电压超过阈值电压的次数未超过过流次数阈值时，处理器11会输出屏蔽信号，以保持可控开关模块4保持闭合。
75.具体的，比较模块12在选择模块5输出的电压大于阈值电压时，输出低电平，处理器11输出的屏蔽信号为高电平。加法器14用于将比较模块12输出的第一信号以及处理器11输出的屏蔽信号进行或运算。在比较模块12输出低电平而处理器11输出高电平时，加法器14输出高电平，此时可控开关模块4不会断开。在比较模块12输出低电平的同时处理器11也输出低电平，此时可控开关模块4会断开。
76.通过在处理器11内部设置过流次数阈值，防止因瞬间的过流导致三相逆变器不工作，导致工作效率低。
77.作为一种优选的实施例，控制模块1还包括乘法器15；
78.加法器14的输出端与乘法器15的第一输入端连接，乘法器15的第二输入端与处理器11的第三输出端连接；
79.处理器11还用于在三相逆变器启动时输出驱动信号至乘法器15，以控制可控开关模块4保持闭合；
80.乘法器15用于在加法器14输出第二信号时输出第四信号，以控制可控开关模块4断开，在加法器14输出第三信号时输出第五信号，以控制可控开关模块4保持闭合。
81.考虑到处理器11在电源启动初始阶段需要控制可控开关模块4保持闭合，在可控开关模块4闭合后三相逆变器开始正常工作。在三相逆变器工作的过程中才会出现过流现象。所以通过乘法器15对加法器14输出的第二信号或第二信号及处理器11输出的驱动信号进行与运算。在处理器11输出驱动信号后，乘法器15输出的信号与加法器14输出的功能一致。
82.具体的，在处理器11输出高电平驱动信号后，在加法器14输出低电平时，乘法器15输出低电平，以控制可控开关模块4断开，在加法器14输出高电平时，乘法器15输出高电平，以控制可控开关模块4保持闭合。
83.设置了一个乘法器15对驱动信号以及第二信号或第三信号进行与功能，便于控制可控开关模块4的导通与关断。
84.作为一种优选的实施例，三相逆变器中的多个功率开关的控制端均与控制模块1连接；
85.控制模块1还用于在第一电压或第二电压中存在一个超过阈值电压时控制多个功率开关断开。
86.考虑到三相逆变器中还可能存在短路发生于正母线以及负母线上，当正母线以及负母线发生过流时断开中线回路上的可控开关模块4无法断开短路回路，所以三相逆变器中的多个功率开关的控制端均与控制模块1连接，在第一电压或第二电压中存在一个超过阈值电压时，证明此时发生过流，断开功率开关以实现阻断短路。
87.对回路中的多个功率开关进行控制，防止因某个功率开关的短路导致其他功率开关的损坏。
88.作为一种优选的实施例，三相逆变器为t型三电平三相逆变器；可控开关模块4包括第一可控开关、第一二极管、第二可控开关及第二二极管；
89.第一可控开关和第二可控开关串联连接在中线回路上，第一二极管与第一可控开关并联，第二二极管与第二可控开关并联，第一二极管的阴极与第二二极管的阴极连接。
90.考虑到发生短路时的电流可能是顺时针，也可能是逆时针，仅使用一个可控开关与二极管并联无法实现同时对顺时针的电流和逆时针的电流同时阻断。
91.所以本技术设置了两个可控开关以及两个二极管第一可控开关与第一二极管并联，第二可控开关与第二二极管并联，且第一二极管的阴极与第二二极管的阴极连接，在第一可控开关及第二可控开关断开时，第一二极管及第二二极管可以同时阻断顺时针的电流和逆时针的电流。
92.通过设置了第一可控开关、第一二极管、第二可控开关及第二二极管对中线回路出现短路时进行更好的控制。
93.作为一种优选的实施例，第一可控开关及第二可控开关为电力电子开关。
94.电力电子开关具有集成简单，控制方便，功耗低等优点，便于控制模块1对其进行控制。具体的，功率开关为mosfet(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)或igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)。
95.图4为本发明提供的一种三相逆变器的结构示意图，包括三相逆变器本体，还包括上述的过流保护装置。
96.本技术提供的三相逆变器的介绍请参照上述实施例，在此处不再赘述。
97.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
98.还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
99.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。