一种功率变换器的桥臂短路保护电路制造技术

本申请公开了一种功率变换器的桥臂短路保护电路，实现了对桥臂短路故障的快速、准确检测，且短路保护点稳定。所述功率变换器包括至少一个半桥电路，所述半桥电路的直流侧并联有电容C

【技术实现步骤摘要】
一种功率变换器的桥臂短路保护电路


[0001]本专利技术涉及电力电子
，更具体地说，涉及一种功率变换器的桥臂短路保护电路。

技术介绍

[0002]对于以半桥电路为基本单元的功率变换器来说，桥臂短路故障(如图1所示，半桥电路包括由上下两个开关管S1~S2组成的桥臂，当其中一个开关管开通时，另一个开关管若没有可靠关断，桥臂即发生短路，易导致两开关管损坏)是最为严重的一种过电流故障，因此为功率变换器配备桥臂短路保护电路就显得尤为重要。
[0003]传统的桥臂短路保护电路的工作原理是：实时检测桥臂中两开关管的导通压降，根据开关管的导通压降与阈值之间的大小关系判断桥臂是否发生了短路，若是，执行短路保护动作。
[0004]但是，传统的桥臂短路保护电路不能很好地适用于由短路耐量较低的开关管(例如宽禁带功率半导体器件)组成的桥臂，这是因为：如果该阈值设置的较小，会导致桥臂短路保护电路过于敏感，在实际应用中容易发生误保护；但如果为了避免误保护而将该阈值调大，又会导致桥臂短路故障不能被及时检测到，而短路耐量越低的开关管对桥臂短路故障检测及时性要求越苛刻。所以，对于由短路耐量较低的开关管组成的桥臂来说，该阈值难以取到合适值，桥臂短路故障检测的及时性和准确性难以兼顾。
[0005]另外，由于开关管的导通压降会随开关管工作结温的变化而变化，所以传统的桥臂短路保护电路还存在受开关管工作结温影响较大，导致短路保护点不稳定的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供一种功率变换器的桥臂短路保护电路，以实现对桥臂短路故障的快速、准确检测，且短路保护点稳定。
[0007]一种功率变换器的桥臂短路保护电路，所述功率变换器包括至少一个半桥电路，所述半桥电路的直流侧并联有电容C
dc
，所述桥臂短路保护电路包括：高通滤波器100、电压比较器200、状态锁存器300和控制单元400；所述高通滤波器100以所述电容C
dc
两端电压作为输入，所述高通滤波器100的输出端接入所述电压比较器200的一个输入端，所述电压比较器200的另一个输入端接收基准电压，所述电压比较器200的输出端经所述状态锁存器300接入所述控制单元400的短路保护触发端；所述控制单元400用于在短路保护触发端有效时，执行短路保护动作。
[0008]可选的，所述控制单元400的短路保护触发端为高电平有效或者为低电平有效。
[0009]可选的，所述状态锁存器300为D触发器。
[0010]可选的，当所述控制单元400的短路保护触发端为高电平有效时：所述D触发器的PRE引脚和CLR引脚接地，所述D触发器的CLK引脚接所述电压比较器200的输出端，所述D触发器的D引脚接高电平，所述D触发器的Q引脚接入所述控制单元
400的短路保护触发端。
[0011]可选的，所述高通滤波器100的输出端接入所述电压比较器200的同向输入端，所述电压比较器200的反向输入端接收基准电压。
[0012]可选的，所述高通滤波器100为二阶高通滤波器。
[0013]可选的，所述二阶高通滤波器包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和运放U1；第一电容C1的一端接所述电容C
dc
两端电压，另一端同时接第一电阻R1的一端和第二电容C2的一端，第一电阻R1的另一端接运放U1的输出端，第二电容C2的另一端接第二电阻R2的一端和运放U1的同相输入端，第二电阻R2的另一端接地，运放U1的反相输入端接第三电阻R3的一端，第三电阻R3的另一端接地，第四电阻R4连接在运放U1的同相输入端与运放U1的输出端之间。
[0014]可选的，所述桥臂短路保护电路还包括：连接在高通滤波器100的输出端与电压比较器200之间的反相器。
[0015]可选的，所述控制单元400在短路保护触发端有效时，通过硬关断或者多电平软关断方式切断短路电流。
[0016]可选的，所述电容C
dc
为一个独立的电容器，或者为多个电容器的串联、并联或串并联组合。
[0017]从上述的技术方案可以看出：在桥臂发生短路的瞬间，电容C
dc
两端电压会发生较大的跌落，由较高的直流信号变成较低的直流信号并叠加多种高频信号。基于此，本专利技术利用高通滤波器100提取该高频信号并送入电压比较器200，此时电压比较器200输出电平会来回翻转，状态锁存器300在电压比较器200输出电平翻转为短路保护触发端能够使别的有效电平时，锁存此电平状态并送入短路保护触发端；控制单元400在检测到短路保护触发端为持续稳定的有效电平时，判定桥臂发生短路，执行短路保护动作。由于桥臂发生短路的瞬间电容C
dc
两端电压相比开关管导通压降变化更快，且整个桥臂短路检测过程不受开关管工作结温的影响，因而本专利技术实现了对桥臂短路故障的快速、准确检测，且短路保护点稳定。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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专利技术的一些实施例，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。
[0019]图1为现有技术公开的一种半桥电路拓扑结构示意图；图2为本专利技术实施例公开的一种功率变换器的桥臂短路保护电路拓扑结构示意图；图3为图2所示桥臂短路保护电路中的状态锁存器采用D触发器时的一种电路拓扑结构示意图；图4为图3所示桥臂短路保护电路中的高通滤波器采用二阶高通滤波器时的一种电路拓扑结构示意图；图5示出了应用于图4中的二阶高通滤波器的一种具体电路拓扑结构示意图；
图6为图5所示电路发生桥臂短路故障时的波形仿真图。
具体实施方式
[0020]为了引用和清楚起见，下文中使用的技术名词、简写或缩写总结如下：MOSFET：Metal
‑
Oxide
‑
Semiconductor Field
‑
Effect Transistor，金属氧化物半导体场效应晶体管；IGBT：Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管。
[0021]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0022]参见图2，本专利技术实施例公开了一种功率变换器的桥臂短路保护电路，其中：所述功率变换器包括至少一个如图1所示的半桥电路；所述半桥电路包括由上下两个开关管S1~S2组成的桥臂，所述开关管S1~S2可以是IGBT 也可以是MOSFET，并不局限；所述半桥电路的直流侧并联有电容C
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率变换器的桥臂短路保护电路，所述功率变换器包括至少一个半桥电路，所述半桥电路的直流侧并联有电容(C
dc
)，其特征在于，所述桥臂短路保护电路包括：高通滤波器(100)、电压比较器(200)、状态锁存器(300)和控制单元(400)；所述高通滤波器(100)以所述电容(C
dc
)两端电压作为输入，所述高通滤波器(100)的输出端接入所述电压比较器(200)的一个输入端，所述电压比较器(200)的另一个输入端接收基准电压，所述电压比较器(200)的输出端经所述状态锁存器(300)接入所述控制单元(400)的短路保护触发端；所述控制单元(400)用于在短路保护触发端有效时，执行短路保护动作。2.根据权利要求1所述的功率变换器的桥臂短路保护电路，其特征在于，所述控制单元(400)的短路保护触发端为高电平有效或者为低电平有效。3.根据权利要求2所述的功率变换器的桥臂短路保护电路，其特征在于，所述状态锁存器(300)为D触发器。4.根据权利要求3所述的功率变换器的桥臂短路保护电路，其特征在于，当所述控制单元(400)的短路保护触发端为高电平有效时：所述D触发器的PRE引脚和CLR引脚接地，所述D触发器的CLK引脚接所述电压比较器(200)的输出端，所述D触发器的D引脚接高电平，所述D触发器的Q引脚接入所述控制单元(400)的短路保护触发端。5.根据权利要求1~4中任一项所述的功率变换器的桥臂短路保护电路，其特征在于，所述高通滤波器(100)的输出端接入所述电压比较器(200)的同向输入端，所述电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，
申请(专利权)人：杭州飞仕得科技有限公司，
类型：发明
国别省市：