桥式电路及其短路保护方法
【技术领域】
[0001]本发明为一种具有短路保护的桥式电路及其方法，特别是涉及一种的具有短路保护的桥式电路及其方法。
【背景技术】
[0002]请参阅图1A所示的变流器，在具有桥式逆变单元等变流器中，同一个桥臂上的切换开关Kl?K12的短路保护为保护的核心。因此，现有技术以每个桥臂上串一个电流传感器。然而，对具有多个桥臂的变流器而言，如图1A所示的变流器需要6个电流传感器Tl?T6，以感测每个桥臂上的切换开关Kl?K12的电流。因此，制造成本将会增加，电路的体积也会增大，或是提高电路设计的复杂性。
[0003]另一种简化的方法则是在直流母线上串一个电流互感器来检测后端耦接的桥式电路的总电流，如图1B中的全桥式逆变器。于此方法中，若电流互感器采用变压器型互感器，则会因增加线路电感而造成桥臂两端的电压高频波动增加，且该变压器型互感器存在不易解决的复位问题。若电流互感器采用霍尔传感器，则成本过高。
【发明内容】
[0004]本实施例在于提供一种具有短路保护的桥式电路及其方法，其中本实施例通过检测小容量的高频电容的电流变化，以判断桥式逆变单元是否处于短路状态，藉此降低电路的体积与成本，并提升桥式电路的短路保护等功效。
[0005]本实施例提出一种具有短路保护的桥式电路，包括一输入电源、一转换单兀、一第一电容、一第二电容、一检测单元及一桥式逆变单元。输入电源具有一第一极与一第二极。转换单元耦接输入电源。第一电容具有第一端及第二端，第一电容的第一端耦接转换单元，第一电容的第二端耦接第二极。第二电容具有第一端及第二端，第二电容的第一端耦接第一电容的第一端。检测单元耦接第二电容的第二端。桥式逆变单元具有多个切换开关，并耦接转换单元、第一电容、第二电容、检测单元及第二极。其中，检测单元检测出流经第二电容的一电流变化时，检测单元输出一短路信号给一控制单元。
[0006]本实施例提出一种桥式电路的短路保护方法，适用于一桥式电路，桥式电路包括一输入电源、一转换单元、一第一电容、一第二电容、一检测单元及一桥式逆变单元。短路保护方法包括:检测单元判断是否检测到流经第二电容的一电流变化；若判断结果为是，则检测单元输出一短路信号给一控制单元。
[0007]综上所述，本实施例的具有短路保护的桥式电路通过检测小容量的第二电容的电流变化，以判断桥式逆变单元是否处于短路状态，其中，流经第二电容的电流占直流母线上电流的很小一部分，所以，可对第二电容的微小的电流变化进一步分析与区别，例如于光耦合器接收预设电流而导通时，检测单元输出一短路信号给控制单元，藉此达到桥臂电路的短路保护、降低电路的体积，并提升桥式电路的短路保护等功效。如此一来，本实施例确实可提升具有短路保护的桥式电路的使用方便性。
[0008]以上的概述与接下来的实施例，皆是为了进一步说明本实施例的技术手段与达成功效，然所叙述的实施例与图式仅提供参考说明用，并非用来对本实施例加以限制者。
【附图说明】
[0009]图1A为现有技术一实施例的具有短路保护的桥式电路图。
[0010]图1B为现有技术一实施例的具有短路保护的桥式电路图。
[0011]图2为本发明一实施例的具有短路保护的桥式电路的功能方块图。
[0012]图3为本发明另一实施例的具有短路保护的桥式电路图。
[0013]图4A为本发明另一实施例的具有短路保护的桥式电路的电压波形图。
[0014]图4B为根据图4A的本发明另一实施例的具有短路保护的桥式电路的电压波形的局部放大图。
[0015]图5为本发明另一实施例的桥臂短路保护方法的流程图。
[0016]【符号说明】
[0017]l、la:具有短路保护的桥式电路
[0018]9:负载
[0019]10、10a:输入电源
[0020]12、12a:转换单元
[0021]14、14a:检测单元
[0022]16、16a:桥式逆变单元
[0023]160、Kl ?K12:切换开关
[0024]18:控制单元
[0025]Cl:第一电容
[0026]C2:第二电容
[0027]ClOl:第一电容的第一端
[0028]C201:第二电容的第一端
[0029]C102:第一电容的第二端
[0030]C202:第二电容的第二端
[0031]Dl:第一二极管
[0032]Ul:光I禹合器
[0033]Ull:第一感应元件
[0034]Ul2:第二感应元件
[0035]R:电阻
[0036]VCC:工作电压源
[0037]LI:电感元件
[0038]D2: 二极管元件
[0039]IGBT:开关元件
[0040]L2:逆变电感
[0041]C3:滤波电容
[0042]Vsc:短路信号
[0043]Vbus:直流母线电压波形
[0044]Isc:桥臂短路时的电流波形
[0045]KlPWM:控制信号波形
[0046]1p:阈值电流
[0047]T、Tl?T6:电流传感器
[0048]C:电容
[0049]+:第一极
[0050]-:第二极
[0051]icl、ic2、idl、id2:电流
[0052]S501?S5O7:流程步骤
【具体实施方式】
[0053]图2为本发明一实施例的具有短路保护的桥式电路的功能方块图。请参阅图2。一种具有短路保护的桥式电路1，包括一输入电源10、一转换单元12、一第一电容Cl、一第二电容C2、一检测单元14及一桥式逆变单元16。在实务上，转换单元12耦接输入电源10、第一电容Cl、第二电容C2、检测单元14及一桥式逆变单元16。而第一电容Cl与转换单元12并联，第二电容C2与第一电容Cl并联，且第二电容C2与检测单元14串联。桥式逆变单元16耦接转换单元12、第一电容Cl、第二电容C2、检测单元14及负载9，其中控制单元18耦接桥式逆变单元16的切换开关160。
[0054]简单来说，于桥式逆变单元16的切换开关160处于正常运作状态下，流经第一电容Cl的电流icl与流经第二电容C2的电流ic2的总和，为流经直流母线上的电流id2与idl的差值(icl+ic2=id2-1dl)。正常稳定状态下，即输入电压、负载及控制稳定下，忽略第一电容Cl和第二电容C2的损耗，直流母线电压稳定，则电流icl和电流ic2的平均电流为零。但电流icl和电流ic2上还存在开关频率的充放电纹波电流，该电流仍然取决于icl+ic2=id2-1dl，这个值很小，且第二电容C2的电容值远小于第一电容Cl的电容值，故电流ic2的纹波电流几乎可以忽略且电流ic2为零。另于桥式逆变单元16的切换开关160处于异常运作状态下，例如短路状态下电流id2迅速增加，而瞬间的电流idl不变。因此流经第一及第二电容Cl、C2的电流icl、ic2会随id2迅速增加而增加。实际应用时，第一电容Cl为大容量电解电容。第二电容C2根据切换开关160所允许的最大电流(im)、光耦合器的阈值电流(1p)及第一电容Cl来选择第二电容C2的电容值，(C2=1p*Cl/(im-1dl-1op))。第二电容C2的电容值远小于第一电容Cl的电容值。所以，流经第二电容C2的电流ic2远小于流经第一电容Cl的电流icl。因此，本实施例通过检测单元14以检测流经第二电容C2的微小的电流ic2变化，以检测出短路信号。
[0055]输入电源10具有一第一极与一第二极。在实务上,输入电源10例如为输入直流电源，其中例如通过交流电源转换输入直流电源。第一极例如为阳极+，第二极例如为阴极_。在其他实施例中，第一极例如为阴极，第二极例如为阳极，本实施例不限制输入电源10、第一极与第二极的态样。另输入电源10例如通过滤波电路或/及整流电路，以输出直流电源。例如为交流电源的波形滤波或/及整流后以供转换单元12使用的输入直流电源，此输入电源10为全波的脉动直流。
[0056]转换单元12耦接输入电源10。在实务上，转换单元12例如为升压电路。为了方便说明，本实施例的转换单元12以一升压电路来说明。在其他实施例中，转换单元12例如为一降压电路或