[发明专利]一种对称式H桥电路的电流采样保护电路及功率变换器

说明书

本发明公开了一种对称式H桥电路的电流采样保护电路及功率变换器，所述电流采样保护电路包含交流电流互感器CT1，所述交流电流互感器CT1串接在直流母线和对称式H桥电路的两桥臂之间，两桥臂的上部分反方向交叉穿过所述交流电流互感器CT1的磁环，所述交流电流互感器CT1的绕组输出采样电流用于初级过流保护、桥臂短路保护和/或系统控制。本发明电路结构简单、成本低，不需要改变原有电路结构，可以大幅降低采样电路成本，使用无源器件，同时提高了可靠性。

技术领域

本发明涉及一种对称式H桥电路的采样保护电路和功率变换器，属于电力电子技术功率变换及保护领域。

背景技术

在功率变换器中，特别是在高压和大功率的应用场合，H桥因开关管电流应力小，传输功率大，不容易出现偏磁等优势，在大功率充电模块、车载充电机及新能源电机控制器中有广泛应用。如图2所示，H桥电路有桥臂1和桥臂2两组桥臂。在实际应用中，为保护开关管，需要监控直流母线电流和桥臂1、桥臂2的电流状态，直流母线电流用于显示和实时控制，桥臂1和桥臂2的电流作为短路保护信号采样用于桥臂的短路保护。

按照常规做法，需要分别采集I_bus、桥臂1、桥臂2三个电流，无论从成本还是电路的复杂度来考量都是不可接受的。当前主流的做法，主要有3种：

1、利用开关管通态电压Vds随电流增加称上升趋势的特性，通过侦测Vds的通态压降来判断是否工作在正常状态。该方案高度依赖于开关管的通态压降模型，保护灵敏度较高，因为Vds和电流并非线性关系，所以存在标定和调整困难，存在重复误差，无法精确设置保护触发阈值，存在保护设定精度低的问题。

2、通过在桥臂低压侧开关管源极串接采样电阻，以精确测量桥臂通过电流，如图3所示。该方案保护准确，灵敏度高，但是因为桥臂工作在高压区，需要增加额外的采样隔离电路，且需要每个桥臂分别增加采样电阻，会增加额外损耗，隔离采样方案也会大幅增加系统成本。另外，随着宽禁带半导体器件的应用越来越多，当前市场上可采购到的电流隔离采样芯片的带宽也难以满足新的使用需求。

3、使用集成电流传感器或者霍尔电流传感器采集电流信号，由于霍尔传感器体机巨大且需要额外的供电电源，甚至需要正负电源供电，加上霍尔器件的带宽较窄，严重限制其适用场景，集成电流传感器虽然解决了体积大的问题，仍然存在带宽不足和需要额外供电的劣势。

集成电流传感器和霍尔传感器因为电流等级和带宽限制，并不能够满足新的使用需求。桥臂串联电阻会提高电路复杂度和成本，Vds侦测技术高度依赖驱动设计，且只能进行保护，不可用于实际的采样控制从而需要额外增加采样电路。传统的电流互感器因为只能测试交流信号而必须放置在变压器端（如图2），虽然能够满足电流采样需求，但是无法满足共导保护需求。

综上，在H桥电路中需要同时采集直流母线电流值和桥臂1、桥臂2的电流值用于共导短路保护，现有技术存在电路复杂、可靠度低、成本高不适合大规模批量应用等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对现有H桥电路的采样和保护电路结构复杂，实现成本高的问题，给出一种简单可靠，成本低廉的解决方案。该方案仅使用一只普通互感器CT1即可实现H桥的桥臂1和桥臂2电流精确采样，采样值经过简单处理即可用于实时控制和保护，具有成本低，带宽高，几乎无延迟，隔离电压等级高，电路简单的优点。

为了实现上述发明目的，本发明具体采用如下技术方案：

一种对称式H桥电路的电流采样保护电路，其特征在于包含交流电流互感器CT1，所述交流电流互感器CT1串接在直流母线和对称式H桥电路的两桥臂之间，两桥臂的上部分反方向交叉穿过所述交流电流互感器CT1的磁环，所述交流电流互感器CT1的绕组输出采样电流用于初级过流保护、桥臂短路保护和/或系统控制。