一种储能逆变AC逐周关断短路保护电路的制作方法

本发明涉及储能逆变电源，具体来说，涉及一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路。

背景技术：

1、近年来随着社会对清洁能源认识的提高及电池成本的降低，电池储能产品越来越多的出现在普通用户的家中。储能电源是将12v或24v的直流电转换成220v、50hz的交流电或者换其他类型的交流电，它输出的交流电可以满足为各类电动设备提供交流电源。在储能电源中短路保护电路是非常重要的一个环节，其很大程度上决定了逆变电源在实际使用中的安全性问题。

2、ac逆变器是储能电源产品中非常重要的部件，其利用储能电池作为输入源，经过谐振升压pwm dc/dc变换器将电压升到dc400v，再通过4只igbt组成的h桥spwm逆变转换器将直流转为交流220v后输出给设备供电。逆变输出的交流电压为正弦波，由于输出接口的对外开放，应用场景多样化，负载的不确定性，有时会出现消费者乱接线、接错线，从而导致意外短路的发生，如果保护电路设计不合理，很有可能会烧坏逆变器。

3、传统储能逆变器的ac输出短路保护靠mcu检测并实现保护，由于mcu运行速度瓶颈以及短路检测机制的精度，其保护动作速度约10ms，当外接一个冲击较大的负载或是输出短路的时候逆变器不能做出及时有效的控制策略来对逆变器进行保护，保护动作时间长及精底低，直接影响着ac输出短路保护的可靠性，进而影响使用安全性，且在大批量生产时不能保证100％短路测试不烧机。

4、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，该保护电路包括电阻r、20khz驱动电路u1、50hz驱动电路u2、运算放大器u1a、运算放大器u2a及h桥拓扑结构；其中，电阻r一端分别与运算放大器u1a反相输入端、运算放大器u2a反相输入端及h桥拓扑结构连接，电阻r另一端接地，运算放大器u1a输出端与20khz驱动电路u1的sd引脚连接，运算放大器u2a输出端与50hz驱动电路u2的sd引脚连接，20khz驱动电路u1的lgat引脚、hgat引脚均与h桥拓扑结构连接，50hz驱动电路u2的lgat引脚、hgat引脚均与h桥拓扑结构连接。

4、进一步的，运算放大器u1a同相输入端输入ref_0.8v信号。

5、进一步的，运算放大器u2a同相输入端输入ref_1.5v信号。

6、进一步的，h桥拓扑结构包括绝缘栅双极晶体管v1、绝缘栅双极晶体管v2、绝缘栅双极晶体管v3及绝缘栅双极晶体管v4；

7、其中，绝缘栅双极晶体管v3发射极与绝缘栅双极晶体管v4发射极均与电阻r一端连接，绝缘栅双极晶体管v3集电极与绝缘栅双极晶体管v1发射极连接，绝缘栅双极晶体管v4集电极与绝缘栅双极晶体管v2发射极连接，绝缘栅双极晶体管v1集电极与绝缘栅双极晶体管v2集电极均与400v信号连接；绝缘栅双极晶体管v1栅极与20khz驱动电路u1的hgat引脚连接，绝缘栅双极晶体管v2栅极与50hz驱动电路u2的hgat引脚连接，绝缘栅双极晶体管v3栅极与50hz驱动电路u2的lgat引脚连接，绝缘栅双极晶体管v4栅极与20khz驱动电路u1的lgat引脚连接。

8、进一步的，绝缘栅双极晶体管v1、绝缘栅双极晶体管v2、绝缘栅双极晶体管v3及绝缘栅双极晶体管v4均为npt型绝缘栅双极晶体管。

9、进一步的，20khz驱动电路u1的pwm引脚连接spwm_in信号。

10、进一步的，50hz驱动电路u2的pwm引脚连接50hzpwm_in信号。

11、进一步的，电阻r用于作为电流检测电阻，当ac输出发生短路时，电阻r两端产生相应的压差。

12、进一步的，当spwm_in信号进行输入时，电路处于spwm波形工作状态，对每周期的spwm波进行检测，并实时检测电阻r的压差，当电阻r的压差大于设定值0.8v时，关闭20khz驱动电路u1。

13、进一步的，当50hzpwm_in信号进行输入时，电路处于pwm波形工作状态，对每周期的pwm波进行检测，并实时检测电阻r的压差，当电阻r的压差大于设定值1.5v时，关闭50hz驱动电路u2。

14、本发明的有益效果为：

15、1、通过ac spwm逐周关断保护电路，解决传统储能逆变电源电路的ac输出短路保护可靠性问题，短路保护时间由原来的ms级别提升到us级别，速度大幅提升，同时利用运放的高精度检测能力，保证短路检测的精度，大大提升了储能产品的可靠性。

16、2、本发明的spwm逐周关断保护电路结构简单，无多余的电路元件，精简化的同时还提高了可量产性；并且具备精度高的特性，与传统逆变器短路保护电路对比，其精度约提高50％；同时短路保护可靠性高，与传统逆变器短路保护电路对比，其在每个pwm周期里都有短路保护关断功能，每个pwm周期的安全性得到了保证。

技术特征：

1.一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，该保护电路包括电阻r、20khz驱动电路u1、50hz驱动电路u2、运算放大器u1a、运算放大器u2a及h桥拓扑结构；

2.根据权利要求1所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，所述运算放大器u1a同相输入端输入ref_0.8v信号。

3.根据权利要求2所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，所述运算放大器u2a同相输入端输入ref_1.5v信号。

4.根据权利要求1所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，所述h桥拓扑结构包括绝缘栅双极晶体管v1、绝缘栅双极晶体管v2、绝缘栅双极晶体管v3及绝缘栅双极晶体管v4；

5.根据权利要求4所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，所述绝缘栅双极晶体管v1、所述绝缘栅双极晶体管v2、所述绝缘栅双极晶体管v3及所述绝缘栅双极晶体管v4均为npt型绝缘栅双极晶体管。

6.根据权利要求3所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，所述20khz驱动电路u1的pwm引脚连接spwm_in信号。

7.根据权利要求6所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，所述50hz驱动电路u2的pwm引脚连接50hzpwm_in信号。

8.根据权利要求7所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，所述电阻r用于作为电流检测电阻，当ac输出发生短路时，所述电阻r两端产生相应的压差。

9.根据权利要求8所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，当所述spwm_in信号进行输入时，电路处于spwm波形工作状态，对每周期的spwm波进行检测，并实时检测所述电阻r的压差，当所述电阻r的压差大于设定值0.8v时，关闭所述20khz驱动电路u1。

10.根据权利要求8所述的一种储能逆变ac逐周关断短路保护电路，其特征在于，当所述50hzpwm_in信号进行输入时，电路处于pwm波形工作状态，对每周期的pwm波进行检测，并实时检测所述电阻r的压差，当所述电阻r的压差大于设定值1.5v时，关闭所述50hz驱动电路u2。

技术总结
本发明公开了一种储能逆变AC逐周关断短路保护电路，该保护电路包括电阻R、20kHz驱动电路U1、50Hz驱动电路U2、运算放大器U1A、运算放大器U2A及H桥拓扑结构；其中，电阻R一端分别与运算放大器U1A反相输入端、运算放大器U2A反相输入端及H桥拓扑结构连接，电阻R另一端接地，运算放大器U1A输出端与20kHz驱动电路U1的SD引脚连接。通过AC SPWM逐周关断保护电路，解决传统储能逆变电源电路的AC输出短路保护可靠性问题，短路保护时间由原来的ms级别提升到us级别，速度大幅提升，同时利用运放的高精度检测能力，保证短路检测的精度，大大提升了储能产品的可靠性。

技术研发人员：欧炜昌,杨光明,赵智星,胡平,唐再军
受保护的技术使用者：湖南炬神电子有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15