一种IGBT硬件过流逐波保护电路和空调器 |
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| 申请号 | CN202211419275.X | 申请日 | 2022-11-14 | 公开(公告)号 | CN118040613A | 公开(公告)日 | 2024-05-14 |
| 申请人 | 宁波奥克斯电气股份有限公司; 奥克斯空调股份有限公司; | 发明人 | 赵新荣; 黄宁; 张光经; 郑东阳; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种IGBT 硬件 过流逐波保护 电路 和 空调 器。保护电路包括：IGBT 基础 电路，IGBT基础电路包括IGBT；IGBT驱动电路，IGBT驱动电路与IGBT基础电路连接； 电流 检测差分放大电路，电流检测差分放大电路与IGBT基础电路连接；逐波保护电路，逐波保护电路包括第一比较器、第二比较器、输入FO和输出EN，输入FO连接第一比较器的负相端，第一比较器的输出端连接第二比较器的正相端，第二比较器的输出端连接输出EN，输入FO与电流检测差分放大电路连接，输出EN与IGBT驱动电路连接；其中，逐波保护电路用于控制IGBT的启闭。本发明解决的问题是：相关技术中的技术方案在IGBT过流保护时电流峰值很大，容易损伤器件。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种IGBT硬件过流逐波保护电路，其特征在于，所述保护电路包括： |
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| 说明书全文 | 一种IGBT硬件过流逐波保护电路和空调器技术领域[0001] 本发明涉及空调技术领域，具体而言，涉及一种IGBT硬件过流逐波保护电路和空调器。 背景技术[0002] 现有变频空调技术快速发展，而变频空调基本都采用了有源PFC控制技术，以提高功率因素，同时抑制谐波电流，减少对电网的干扰。但有源PFC控制方案较为复杂，对电压突变、电网电压畸变，负载突变、脉冲干扰、雷击浪涌等引起的过流保护要求较高，控制保护不当容易出现空调的误保护，严重的会造成IGBT及外围电路器件的损伤或爆炸。 [0003] 现有的IGBT过流保护大多是依靠硬件检测到过流，然后软件关闭PWM，此方案的一个弊端是存在一定的延迟性，过流严重时软件保护不及时，电流峰值很大，可能会损伤器件或导致爆炸，另外一种弊端是过流时关闭PWM可能造成PFC输出电压的大幅波动，进而引起整机的频繁误保护，无法正常持续工作。 [0004] 由此可见，相关技术中存在的问题是：相关技术中的技术方案在IGBT过流保护时电流峰值很大，容易损伤器件。 发明内容[0005] 本发明解决的问题是：相关技术中的技术方案在IGBT过流保护时电流峰值很大，容易损伤器件。 [0006] 为解决上述问题，本发明的第一目的在于提供一种IGBT硬件过流逐波保护电路。 [0007] 本发明的第二目的在于提供一种空调器。 [0008] 为实现本发明的第一目的，本发明的实施例提供了一种IGBT硬件过流逐波保护电路，保护电路包括：IGBT基础电路，IGBT基础电路包括IGBT；IGBT驱动电路，IGBT驱动电路与IGBT基础电路连接；电流检测差分放大电路，电流检测差分放大电路与IGBT基础电路连接；逐波保护电路，逐波保护电路包括第一比较器、第二比较器、输入FO和输出EN，输入FO连接第一比较器的负相端，第一比较器的输出端连接第二比较器的正相端，第二比较器的输出端连接输出EN，输入FO与电流检测差分放大电路连接，输出EN与IGBT驱动电路连接；其中，逐波保护电路用于控制IGBT的启闭。 [0009] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本发明的方案提供了一种IGBT硬件过流逐波保护电路，出现过流时硬件能快速采用逐波控制，一方面降低了过电流的峰值，避免损伤器件，另一方面在过流不严重时无需软件关闭PWM，提高了抗干扰性，改善了PFC输出的品质，降低空调的误保护率。 [0010] 在本发明的一个实施例中，逐波保护电路包括：电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14；其中，电阻R9和电阻R12并联后与第一比较器的正相端连接，电阻R11与第一比较器的正相端连接；电阻R13和电阻R14分别与第二比较器的负相端连接。 [0011] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：本实施例的方案采用硬件逐波过流保护，速度快、可靠性高，降低了过电流的峰值，避免损伤器件的情况发生；同时，电压突变、电网电压畸变，负载突变、脉冲干扰、雷击浪涌等引起非短路或者持续时间较短的过流无需软件关闭PWM，提高了系统整体的抗干扰性，改善了PFC输出电压的稳定性，降低了空调的误保护率。 [0013] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：二极管D3一端与第一比较器的输出端连接，另一端与第一比较器的正相端连接，第一比较器的输出信号会反馈到第一比较器的正相端，实现了第一比较器正相端电压在过流点和回调点之间的切换。 [0014] 在本发明的一个实施例中，逐波保护电路包括：电容C2、电容C3和电容C4；其中，电容C2与电阻R11并联；电容C3一端与第一比较器的输出端连接，另一端接地；电容C4与电阻R14并联。 [0015] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：电容C2、电容C3和电容C4起到了滤波的作用，增加了电路整体结构的可靠性和稳定性。 [0016] 在本发明的一个实施例中，IGBT基础电路包括：整流桥、PFC电感、二极管D1、电解电容、栅极放电电阻、稳压二极管ZD1和电流采样电阻R1；其中，整流桥、PFC电感、二极管D1、电解电容和电流采样电阻R1依次连接；栅极放电电阻和稳压二极管ZD1并联后一端与电流采样电阻R1连接，另一端与IGBT连接。 [0017] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：IGBT基础电路实现了IGBT的基本功能。 [0018] 在本发明的一个实施例中，IGBT基础电路包括：接口IAC和接口GND；其中，接口IAC和接口GND分别设于电流采样电阻R1的两端，且IGBT基础电路通过接口IAC和接口GND与电流检测差分放大电路连接。 [0019] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：接口IAC和接口GND将电流检测差分放大电路与IGBT基础电路中的电流采样电阻R1连接，以将流采样电阻R1的采样电压Uo和采样电流Ic传递至其他电路以实现逐波保护。 [0020] 在本发明的一个实施例中，IGBT驱动电路包括：栅极驱动器；接口PFC_IN，接口PFC_IN将单片机的PWM驱动口与栅极驱动器的输入端连接；接口Driver，接口Driver将栅极驱动器的输出端与IGBT连接；其中，输出EN与栅极驱动器的输入端连接。 [0021] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：IGBT驱动电路接受逐波保护电路的信号，控制IGBT基础电路，以实现对TGBT的逐波过流保护。 [0022] 在本发明的一个实施例中，电流检测差分放大电路包括：运放，接口GND与运放的同相输入端连接，接口IAC与运放的反相输入端连接；接口IAC_AD，接口IAC_AD将单片机的AD口与运放的输出端连接；其中，输入FO与运放的输出端连接。 [0023] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：电流检测差分放大电路将电流采样电阻R1两端的电压放大后输出，以实现逐波保护电路对IGBT基础电路的逐波过流保护。 [0024] 在本发明的一个实施例中，电流检测差分放大电路包括：电阻R2、电阻R3、电阻R5和电阻R6；其中，电阻R2与运放的同相输入端连接；电阻R3的一端与运放的同相输入端连接，另一端与地线连接；电阻R5的一端与接口IAC连接，另一端与运放的反相输入端连接；电阻R6的一端与运放的反相输入端连接，另一端与运放的输出端连接。 [0025] 与现有技术相比，采用该技术方案所达到的技术效果：电流检测差分放大电路将检测到的电压放大后输出到逐波保护电路，以实现逐波保护电路对IGBT基础电路的逐波过流保护。 [0026] 为实现本发明的第二目的，本发明的实施例提供了一种空调器，其包括：空调器本体，空调器本体设有IGBT硬件；如本发明任一实施例的IGBT硬件过流逐波保护电路，IGBT硬件过流逐波保护电路用于控制保护IGBT硬件。 [0028] 图1为本发明一些实施例的IGBT基础电路示意图； [0029] 图2为本发明一些实施例的IGBT驱动电路示意图； [0030] 图3为本发明一些实施例的电流检测差分放大电路示意图； [0031] 图4为本发明一些实施例的逐波保护电路示意图； [0032] 图5为现有技术IGBT过流示意图； [0033] 图6为本发明一些实施例的IGBT硬件过流逐波保护示意图。 [0034] 附图标记说明： [0035] 100‑基础电路；110‑IGBT；120‑整流桥；130‑PFC电感；150‑电解电容；160‑栅极放电电阻；191‑接口IAC；192‑接口GND；200‑驱动电路；210‑栅极驱动器；220‑接口PFC_IN；230‑接口Driver；300‑电流检测差分放大电路；310‑运放；320‑接口IAC_AD；400‑逐波保护电路；410‑第一比较器；420‑第二比较器；430‑输入FO；440‑输出EN。 具体实施方式[0036] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。 [0037] 【第一实施例】 [0038] 参见图1至图6，本实施例提供一种IGBT硬件过流逐波保护电路，保护电路包括：IGBT基础电路100，IGBT基础电路100包括IGBT110；IGBT驱动电路200，IGBT驱动电路200与IGBT基础电路100连接；电流检测差分放大电路300，电流检测差分放大电路300与IGBT基础电路100连接；逐波保护电路400，逐波保护电路400包括第一比较器410、第二比较器420、输入FO430和输出EN440，输入FO430连接第一比较器410的负相端，第一比较器410的输出端连接第二比较器420的正相端，第二比较器420的输出端连接输出EN440，输入FO430与电流检测差分放大电路300连接，输出EN440与IGBT驱动电路200连接；其中，逐波保护电路400用于控制IGBT110的启闭。 [0039] 现有的IGBT过流保护大多是依靠硬件检测到过流，然后软件关闭PWM，此方案的一个弊端是存在一定的延迟性，过流严重时软件保护不及时电流会冲很高，如图1所示，可能损伤器件或爆炸，另外一种弊端过流时关闭PWM可能造成PFC输出电压的大幅波动，进而引起整机的频繁误保护，无法正常持续工作。 [0040] 本发明提供一种硬件过流保护电路，出现过流时硬件能快速采用逐波控制，一方面降低了过电流的峰值，过流逐波保护波形如图2所示，避免损伤器件，另一方面在过流不严重时无需软件关闭PWM，提高了抗干扰性，改善了PFC输出的品质，降低空调的误保护率。 [0041] 在本实施例中，IGBT硬件过流逐波保护电路包括：IGBT基础电路100、IGBT驱动电路200、电流检测差分放大电路300和逐波保护电路400，上述4个电路相互连接，以实现逐波保护电路400对IGBT基础电路100的逐波保护。逐波保护电路400包括：第一比较器410、第二比较器420、输入FO430和输出EN440。输入FO430与电流检测差分放大电路300的运放输出端连接，第一比较器410比较电流与参考值的大小，并且根据需要实现电流回差的设置，第二比较器420与IGBT驱动电路200中IGBT驱动芯片的输入端连接，实现对IGBT110的使能控制。 [0042] 可以理解地，本发明的方案提供了一种IGBT硬件过流逐波保护电路，出现过流时硬件能快速采用逐波控制，一方面降低了过电流的峰值，避免损伤器件，另一方面在过流不严重时无需软件关闭PWM，提高了抗干扰性，改善了PFC输出的品质，降低空调的误保护率。 [0043] 进一步地，参见图4，逐波保护电路400包括：电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14；其中，电阻R9和电阻R12并联后与第一比较器410的正相端连接，电阻R11与第一比较器410的正相端连接；电阻R13和电阻R14分别与第二比较器420的负相端连接。 [0044] 在本实施例中，逐波保护电路400包括：电阻R9、电阻R11、电阻R12、电阻R13和电阻R14。逐波保护电路400中设有过流点与回调点。设第一比较器410的正相端电压为Ua，第一比较器410的反相输入电压为Ub，第二比较器420的正相端电压为Uc，第二比较器420的反相输入参考电压为Ud，IGBT基础电路100中的采样电压为Uo，IGBT基础电路100中的采样电流为Ic，第一比较器410和第二比较器420的电源电压为Ue；则过流点为Ua≈ [0045] R11/(R11+R9//R12)*Ue；回调点为Ua≈R11/(R11+R9)*Ue； [0046] Ud＝R14/(R13+R14)*Ue；参考电压设置要确保Ud小于Ua在回调点处的电压，即Ud＜Ua≈R11/(R11+R9)*Ue。电流采样电压为Uo直接送给第一比较器410的负相端与过流点或回调点进行比较，因此Ub＝Uo。 [0047] 初始上电时，因为Ic较小，Ua＞Ub，第一比较器410输出为高阻态，此时第一比较器410正向端输入电压位于过流点Ua≈R11/(R11+R9//R12)*Ue，第二比较器420的输入端Uc＞Ud，输出EN440为高阻态，PWM_IN控制有效。 [0048] PFC正常工作时Ub随电流Ic的增大而抬高，因Ub＝Uo，若没有出现过流，此时Ub＜Ua；PFC正常工作；若产生过流Ub≥Ua＝R11/(R11+R9//R12)*Ue(过流点)；第一比较器410翻转输出低电平，Uc＜Ud，第二比较器420输出低电平，输出EN440将PFC驱动芯片的输入PWM信号强制关闭，IGBT110关断，同时Ua变低，降至回调点，Ua≈R11/(R11+R9)*Ue(回调点)；因为IGBT110的关断，电流Ic下降，Ub随之下降，当Ub≤Ua≈R11/(R11+R9)*Ue(回调点)时，第一比较器410、第二比较器420翻转，输出EN440变回高阻态，PWM有效，IGBT110再次导通，同时Ua又抬升至过流点，当再次出现过流就会重复执行以上动作，从而实现了硬件逐波保护控制。 [0049] 优选地，Ue＝15V。 [0050] 需要说明的是，第一比较器410和第二比较器420为开路输出，且第一比较器410和第二比较器420的电源Ue的取值可改为其他大小的电压值。 [0051] 可以理解地，本实施例的方案采用硬件逐波过流保护，速度快、可靠性高，降低了过电流的峰值，避免损伤器件的情况发生；同时，电压突变、电网电压畸变，负载突变、脉冲干扰、雷击浪涌等引起非短路或者持续时间较短的过流无需软件关闭PWM，提高了系统整体的抗干扰性，改善了PFC输出电压的稳定性，降低了空调的误保护率。 [0052] 进一步地，参见图4，逐波保护电路400包括二极管D3；其中，二极管D3一端与第一比较器410的输出端连接，另一端与第一比较器410的正相端连接。 [0053] 可以理解地，二极管D3一端与第一比较器410的输出端连接，另一端与第一比较器410的正相端连接，第一比较器410的输出信号会反馈到第一比较器410的正相端，实现了第一比较器410正相端电压在过流点和回调点之间的切换。 [0054] 进一步地，参见图4，逐波保护电路400包括：电容C2、电容C3和电容C4；其中，电容C2与电阻R11并联；电容C3一端与第一比较器410的输出端连接，另一端接地；电容C4与电阻R14并联。 [0055] 在本实施例中，逐波保护电路400包括：电容C2、电容C3和电容C4。 [0056] 可以理解地，电容C2、电容C3和电容C4起到了滤波的作用，增加了电路整体结构的可靠性和稳定性。 [0057] 进一步地，参见图1，IGBT基础电路100包括：整流桥120、PFC电感130、二极管D1、电解电容150、栅极放电电阻160、稳压二极管ZD1和电流采样电阻R1；其中，整流桥120、PFC电感130、二极管D1、电解电容150和电流采样电阻R1依次连接；栅极放电电阻160和稳压二极管ZD1并联后一端与电流采样电阻R1连接，另一端与IGBT110连接。 [0058] 可以理解地，IGBT基础电路100实现了IGBT110的基本功能。 [0059] 进一步地，参见图1，IGBT基础电路100包括：接口IAC191和接口GND192；其中，接口IAC191和接口GND192分别设于电流采样电阻R1的两端，且IGBT基础电路100通过接口IAC191和接口GND192与电流检测差分放大电路300连接。 [0060] 可以理解地，接口IAC191和接口GND192将电流检测差分放大电路300与IGBT基础电路100中的电流采样电阻R1连接，以将流采样电阻R1的采样电压Uo和采样电流Ic传递至其他电路以实现逐波保护。 [0061] 进一步地，参见图2，IGBT驱动电路200包括：栅极驱动器210；接口PFC_IN220，接口PFC_IN220将单片机的PWM驱动口与栅极驱动器210的输入端连接；接口Driver230，接口Driver230将栅极驱动器210的输出端与IGBT110连接；其中，输出EN440与栅极驱动器210的输入端连接，实现逐波过流保护。 [0062] 优选地，栅极驱动器210型号为SGM48013。 [0063] 可以理解地，IGBT驱动电路200接受逐波保护电路400的信号，控制IGBT基础电路100，以实现对TGBT110的逐波过流保护。 [0064] 进一步地，参见如3，电流检测差分放大电路300包括：运放310，接口GND192与运放310的同相输入端连接，接口IAC191与运放310的反相输入端连接；接口IAC_AD320，接口IAC_AD320将单片机的AD口与运放310的输出端连接；其中，输入FO430与运放310的输出端连接。 [0065] 在本实施例中，接口GND192与接口IAC191分别连接IGBT基础电路100中电流采样电阻R1的两端，流过电流采样电阻R1的电流不同，电阻两端的电压大小就不同。接口IAC_AD320将单片机的AD口与运放310的输出端连接，用于检测电流大小。 [0066] 可以理解地，电流检测差分放大电路300将电流采样电阻R1两端的电压放大后输出，以实现逐波保护电路400对IGBT基础电路100的逐波过流保护。 [0067] 进一步地，参见图3，电流检测差分放大电路300包括：电阻R2、电阻R3、电阻R5和电阻R6；其中，电阻R2与运放310的同相输入端连接；电阻R3的一端与运放310的同相输入端连接，另一端与地线连接；电阻R5的一端与接口IAC191连接，另一端与运放310的反相输入端连接；电阻R6的一端与运放310的反相输入端连接，另一端与运放310的输出端连接。 [0068] 设与运放310同相输入端连接连接的电源为Uf。 [0069] 在本实施例中，电流采样电压为Uo＝R3/(R2+R3)*Uf+R6/R5*Ic*R1。电阻R6的阻值等于电阻R2与电阻R3的并联阻值。 [0070] 优选地，Uf取值为5V。 [0071] 可以理解地，电流检测差分放大电路300将检测到的电压放大后输出到逐波保护电路400，以实现逐波保护电路400对IGBT基础电路100的逐波过流保护。 [0072] 【第二实施例】 [0073] 本实施例提供了一种空调器，其包括：空调器本体，空调器本体设有IGBT硬件；如本发明任一实施例的IGBT硬件过流逐波保护电路，IGBT硬件过流逐波保护电路用于控制保护IGBT硬件。 [0074] 本发明实施例的空调器包括如本发明任一实施例的IGBT硬件过流逐波保护电路，因而具有如本发明任一实施例的IGBT硬件过流逐波保护电路的全部有益效果，在此不再赘述。 |
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