一种缺相检测电路的制作方法

1.本发明涉及缺相技术领域，特别涉及一种缺相检测电路。


背景技术：

2.双相llc电路和三相llc常应用于中、大功率dcdc拓扑中，尤其在当前ups储能及光伏储能逆变器发展中普遍使用，用于隔离电池与高压侧。在实际应用过程中，对llc电路的缺相检测十分关键，原因在于如果电路中由于某种原因导致一相或者两相没有驱动，那么llc电路将会存在剩余某些相过载运行，过载运行容易导致回路功率器件及磁性器件温度快速上升，导致检测器件在散热器温度上升前功率器件热失效，不能及时检测温度，从而导致整个电路短路或者炸毁。
3.目前，还没有一种对llc电路的缺相故障进行有效检测的技术方案。


技术实现要素：

4.针对上述问题，提出一种缺相检测电路，通过在三相/两相llc电路的相线上设置均值模块，获取每一相的电压平均值，然后利用最值模块、差值模块获取三相中的最大值与最小值的差值，然后利用比较输出模块将其与阈值比较，确定是否缺相，及时获取缺相信号，启动保护电路。
5.提供一种缺相检测电路，包括：llc模块；均值模块；最值模块；差值模块；比较输出模块；所述均值模块的输入端与所述llc模块的相线电连接，所述均值模块的输出端与所述最值模块的输入端电连接，所述最值模块的输出端与所述差值模块的输入端电连接，所述差值模块的输出端与所述比较输出模块的输入端电连接。
6.结合本发明所述的缺相检测电路，第一种可能的实施方式中，所述llc模块为三相星型电路或者三角形电路。
7.结合本发明第一种可能的实施方式，第二种可能的实施方式中，所述均值模块包括：第一电流单元；第二电流单元；第三电流单元；第一均值计算单元；第二均值计算单元；第三均值计算单元；
第一差分放大单元；第二差分放大单元；第三差分放大单元；所述第一电流单元、所述第二电流单元、所述第三电流单元的输入端分别与所述llc模块的r相、s相、t相的相线互感连接，所述第一电流单元、所述第二电流单元、所述第三电流单元的输出端分别与所述第一均值计算单元、所述第二均值计算单元、所述第三均值计算单元的输入端电连接；所述第一均值计算单元、所述第二均值计算单元、所述第三均值计算单元的输出端分别与所述第一差分放大单元、所述第二差分放大单元、所述第三差分放大单元的输入端电连接。
8.结合本发明第二种可能的实施方式，第三种可能的实施方式中，所述最值模块包括：第一最大值单元；第二最大值单元；第三最大值单元；第一最小值单元；第二最小值单元；第三最小值单元；所述第一差分放大单元、所述第二差分放大单元、所述第三差分放大单元的输出端分别与所述第一最大值单元、所述第二最大值单元、所述第三最大值单元的输入端电连接；所述第一差分放大单元、所述第二差分放大单元、所述第三差分放大单元的输出端还分别与所述第一最小值单元、所述第二最小值单元、所述第三最小值单元的输入端电连接。
9.结合本发明第三种可能的实施方式，第四种可能的实施方式中，所述差值模块包括第一差值单元；所述第一最大值单元、所述第二最大值单元、所述第三最大值单元的输出端共接后与所述第一差值单元的第一输入端电连接；所述第一最小值单元、所述第二最小值单元、所述第三最小值单元的输出端共接后与所述第一差值单元的第二输入端电连接。
10.结合本发明第四种可能的实施方式，第五种可能的实施方式中，所述比较输出模块包括第一比较输出单元，所述第一比较输出单元包括：第一比较器；第一阈值输入单元；第一输出单元；所述第一差值单元的输出端与所述第一比较器的第一输入端电连接；所述第一阈值输入单元的一端接地，另一端与所述第一比较器的第二输入端电连接；所述第一比较器的输出端与所述第一输出单元的输入端电连接。
11.结合本发明所述的缺相检测电路，第六种可能的实施方式中，所述llc模块为双相
电路；所述均值模块还包括：第四差分放大单元；第五差分放大单元；第四均值计算单元；第五均值计算单元；所述第四差分放大单元、所述第五差分放大单元的输入端分别与所述llc模块中r1相、s1相中的电容元件的两端电连接，所述第四差分放大单元、所述第五差分放大单元的输出端分别与所述第四均值计算单元、所述第五均值计算单元的输入端电连接。
12.结合本发明第六种可能的实施方式，第七种可能的实施方式中，所述最值模块还包括：第四最大值单元；第五最大值单元；第四最小值单元；第五最小值单元；所述第四均值计算单元、所述第五均值计算单元的输出端分别与所述第四最大值单元、所述第五最大值单元的输入端电连接所述第四均值计算单元、所述第五均值计算单元的输出端还分别与所述第四最小值单元、所述第五最小值单元的输入端电连接。
13.结合本发明第七种可能的实施方式，第八种可能的实施方式中，所述差值模块还包括第二差值单元；所述第四最大值单元、所述第五最大值单元的输出端共接后与所述第二差值单元的第一输入端电连接；所述第四最小值单元、所述第五最小值单元的输出端共接后与所述第二差值单元的第二输入端电连接。
14.结合本发明第八种可能的实施方式，第九种可能的实施方式中，所述比较输出模块还包括第二比较输出单元；所述第二比较输出单元包括：第二比较器；第二阈值输入单元；第二输出单元；所述第二差值单元的输出端与所述第二比较器的第一输入端电连接；所述第二阈值输入单元的一端接地，另一端与所述第二比较器的第二输入端电连接；所述第二比较器的输出端与所述第二输出单元的输入端电连接。
15.实施本发明所述中的缺相检测电路，通过在三相/两相llc电路的相线上设置均值模块，获取每一相的电压平均值，然后利用最值模块、差值模块获取三相中的最大值与最小值的差值，然后利用比较输出模块将其与阈值比较，确定是否缺相，及时获取缺相信号，启动保护电路。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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。
17.图1为本发明星型三相llc电路连接示意图；图2为本发明三角形三相llc电路连接示意图；图3为本发明双相llc电路连接示意图；图4（a）、图4（b）、图4（c）分别为第一电流单元、第二电流单元和第三电流单元的示意图；图5（a）、图5（b）、图5（c）分别为第一均值单元、第二均值单元和第三均值单元的示意图；图6为本发明最值模块电路结构第一示意图；图7（a）、图7（b）分别为第四差分放大单元和第五差分放大单元的示意图；图8（a）、图8（b）分别为第四均值计算单元和第五均值计算单元的示意图；图9为本发明最值模块电路结构第二示意图；图10为本发明缺相检测电路模块连接示意图。
实施方式
18.下面将结合发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在现有技术中，对光伏储能系统中llc电路过载会导致电器件温度升高，容易导致电路短路或者炸毁。
20.针对上述问题，提出一种缺相检测电路。
21.一种缺相检测电路，如图10，图10为本发明缺相检测电路模块连接示意图，包括：llc模块100、均值模块200、最值模块300、差值模块400以及比较输出模块500；均值模块200的输入端与llc模块100的相线电连接，均值模块200的输出端与最值模块300的输入端电连接，最值模块300的输出端与差值模块400的输入端电连接，差值模块400的输出端与比较输出模块500的输入端电连接。通过在三相/两相llc电路的相线上设置均值模块200，获取每一相的电压平均值，然后利用最值模块300、差值模块400获取三相中的最大值与最小值的差值，然后利用比较输出模块500将其与阈值比较，确定是否缺相，及时获取缺相信号，启动保护电路。
22.llc模块100为三相星型电路或者三角形电路，如图1和图2，图1为本发明星型三相llc电路连接示意图，图2为本发明三角形三相llc电路连接示意图。
23.进一步地，均值模块200包括第一电流单元、第二电流单元、第三电流单元、第一均值计算单元、第二均值计算单元、第三均值计算单元、第一差分放大单元、第二差分放大单元、第三差分放大单元；第一电流单元、第二电流单元、第三电流单元的输入端分别与llc模
块100的r相、s相、t相的相线互感连接，第一电流单元、第二电流单元、第三电流单元的输出端分别与第一均值计算单元、第二均值计算单元、第三均值计算单元的输入端电连接；第一均值计算单元、第二均值计算单元、第三均值计算单元的输出端分别与第一差分放大单元、第二差分放大单元、第三差分放大单元的输入端电连接。
24.如图4（a），图4（b）， 图4（c），第一电流单元、第二电流单元、第三电流单元可以分别采用互感器（ti1、ti2、ti3），每一个互感器的输入端与llc电路的相线互感，获取相电流，并通过互感器的输出端（r+、r
‑ꢀ
、s+、s
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、t+、t-）；第一均值计算单元、第二均值计算单元、第三均值计算单元可以分别由整流桥电路、滤波电路、电压采用电路依次连接组成，其输入端分别为r+、r
‑ꢀ
、s+、s
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、t+、t-，分别与对应的互感器输出端电连接。
25.如图5（a）、图5（b）、图5（c）。如图5（a），第一均值计算单元中的整流桥电路由二极管（d1、d2、d3、d4）及电阻r7相互电连接构成，滤波电路由电阻r8及c1构成，互感器输出的电流经过第一均值单元输出均值电压，其电路结构如图5（a）所示。第二均值计算单元、第三均值计算单元与第一均值计算单元采用相同的电路结构，分别如图5（b）和图5（c）。
26.第一均值计算单元输出的均值电压经过第一差分放大单元后得到输出电压信号，第一差分放大单元由电阻（r1、r2、r5、r6，r1=r2，r5=r6）和放大器op1组成，其电路结构如图5（a）后半部分。可由式子（1）计算输出电压信号：。
27.式子（1）中，n1为电流互感器的匝比，ir为r相检测电流。
28.第二均值计算单元中的整流桥电路由二极管（d11，d12，d13，d14）及电阻r13相互电连接构成，滤波电路由电阻r14及电容c2构成，互感器输出的电流经过第二均值单元输出均值电压，其电路结构如图4（b）所示。第二均值计算单元输出的均值电压经过第二差分放大单元后得到输出电压信号，第二差分放大单元由电阻（r9、r10、r11、r12，r9=r10，r11=r12）和放大器op2组成，其电路结构如图5（b）后半部分。
29.第二差分放大单元输出电压信号为，由式子（2）可得：。
30.n2为电流互感器的匝比，is为s相检测电流。
31.第三均值计算单元中的整流桥电路由二极管（d15，d16，d17，d18）及电阻r19相互电连接构成，滤波电路由电阻r20及c3构成，互感器输出的电流经过第三均值单元输出均值电压，其电路结构如图5（c）所示。第三均值计算单元输出的均值电压经过第三差分放大单元后得到输出电压信号，第三差分放大单元由电阻（r15、r16、r17、r18，r15=r16，r17=r18）和放大器op3组成，其电路结构如图5（c）后半部分。
32.第三差分放大单元输出电压信号为，由式子（3）可得：。
33.n3为电流互感器的匝比， i
t
为t相检测电流。
34.进一步地，最值模块300包括第一最大值单元、第二最大值单元、第三最大值单元、第一最小值单元、第二最小值单元、第三最小值单元；第一差分放大单元、第二差分放大单元、第三差分放大单元的输出端分别与第一最大值单元、第二最大值单元、第三最大值单元的输入端电连接；第一差分放大单元、第二差分放大单元、第三差分放大单元的输出端还分别与第一最小值单元、第二最小值单元、第三最小值单元的输入端电连接。
35.如图6中的电路结构，第一最大值单元、第二最大值单元、第三最大值单元分别由最大值电路由放大器（op5、op6、op7）、二极管（d5、d7、d8）构成；第一最小值单元、第二最小值单元、第三最小值单元分别由放大器（op8、op9、op10）、二极管（d6、d9、d10）构成。
36.可分别由式子（4）和（5）计算输出第一电压最大值和输出第一电压最小值
37.，。
38.进一步地，第一最大值单元、第二最大值单元、第三最大值单元的输出端共接后与第一差值单元的第一输入端电连接；第一最小值单元、第二最小值单元、第三最小值单元的输出端共接后与第一差值单元的第二输入端电连接。
39.如图6，第一差值单元由电阻（r21、r22、r23、r24）及放大器op4组成，其中r21=r22，r23=r24，可由式子（6）计算第一差值电压： 。
40.进一步地，在本实施例中，比较输出模块500包括第一比较输出单元：所述第一比较输出单元包括第一比较器、第一阈值输入单元、第一输出单元；第一差值单元的输出端与第一比较器的第一输入端电连接；第一阈值输入单元的一端接地，另一端与第一比较器的第二输入端电连接、第一比较器的输出端与所述第一输出单元的输入端电连接。
41.如图6，第一比较器为comp13，第一阈值输入单元为vref，第一输出单元由电阻（r25、r26），电容c4及3.3v电源构成。
42.差值阈值大小由第一阈值输入单元vref决定。当差值采样电压信号输入大于vref时，比较器comp13将会把信号拉低到0v，从而mcu能够通过io口捕获信号的变化，得到缺相的信息。
43.具体的，可以通过式子（7）获取输出电平信号：。
44.因此，通过设置vref电压值则可以设定三相电流最大值与最小值相差多少安培就触发比较器动作，得到缺相信号。
45.如图3，图3为本发明双相llc电路连接示意图，在本实施例中，llc模块100为双相电路；均值模块200包括第四差分放大单元、第五差分放大单元、第四均值计算单元、第五均值计算单元；第四差分放大单元、第五差分放大单元的输入端分别与llc模块100中r1相、s1相中的电容元件的两端电连接，第四差分放大单元、第五差分放大单元的输出端分别与第四均值计算单元、第五均值计算单元的输入端电连接。
46.由于双相llc谐振电容一端接地，在本实施例中采样谐振电容的电压间接采样电流。假设图3中的拓扑结构中，c7=c8=cr，假设双相llc谐振电流大小分别为，，可由式子（8）和（9）获取压降：谐振电容c7压降为： ，谐振电容c8压降为： 。
47.如图7（a）和图7（b），r1相第四差分放大单元的电路结构如图7（a）由电阻（r28，r29，r30，r31，r28=r29，r30=r31），电容c9、放大器op11构成，第四差分放大单元中的差分放大电路把电容c7的压降进行差分放大，得到平均值输出信号。
48.。
49.s1相第五差分放大单元的电路结构如图7（b）由电阻（r32、r33、r34、r35，r32=r33，r34=r35），电容c10、放大器op12构成，第五差分放大单元中的差分放大电路把电容c8的压降进行差分放大，得到平均值输出信号。
50.。
51.如图8（a）和图8（b），第四均值计算单元对进行滤波、整流并求取平均值，如图8（a）中的电路结构，第四均值计算单元由放大器（op22、op23）、电阻（r53、r54、r55、r56、r57，r53=r54，r56=r57=2*r55），电阻r58，电容c9构成，其中r58、c9组成rc低通滤波电路，组成经典的精密全波整流电路，取平均值。
[0052] 。
[0053]
第五均值计算单元对进行滤波、整流并求取平均值，如图8（b）中的电路结构，第五均值计算单元由放大器（op24、op25）、电阻（r48、r49、r50、r51、r52，r59，r48=r49，r51=r52=2*r50）、电容c10构成，其中r59、c10组成rc低通滤波电路，组成经典的精密全波整流电路，取平均值。
[0054] 。
[0055]
进一步地，最值模块300包括第四最大值单元、第五最大值单元、第四最小值单元、第五最小值单元；第四均值计算单元、第五均值计算单元的输出端分别与第四最大值单元、
第五最大值单元的输入端电连接；第四均值计算单元、第五均值计算单元的输出端还分别与第四最小值单元、第五最小值单元的输入端电连接。
[0056]
如图9中的电路结构，第四最大值单元、第五最大值单元、第四最小值单元、第五最小值单元分别由放大器op15、op16 、op18、op19 、二极管d22、d19、d20、d23构成，由式子（14）、（15）计算第二电压最大值、第二电压最小值：，。
[0057]
进一步地，差值模块400还包括第二差值单元；第四最大值单元、第五最大值单元的输出端共接后与第二差值单元的第一输入端电连接；第四最小值单元、第五最小值单元的输出端共接后与第二差值单元的第二输入端电连接。
[0058]
第二差值单元由电阻（r40、r41、r42、r43，r40=r41，r42=r43），放大器op21组成的差值采样电路，由式子（16）可得第二差值电压： 。
[0059]
进一步地，比较输出模块500还包括第二比较输出单元：第二比较输出单元包括第二比较器、第二阈值输入单元、第二输出单元；第二差值单元的输出端与第二比较器的第一输入端电连接；第二阈值输入单元的一端接地，另一端与第二比较器的第二输入端电连接，第二比较器的输出端与第二输出单元的输入端电连接。
[0060]
差值采样电路输出电压进入由第二比较器comp24、第二阈值输出单元vdc3、第二输出单元组成的差值比较电路，差值阈值大小由vdc3决定。当差值采样电压信号输入大于vdc3，比较器comp24将会把信号拉低到0v，从而mcu能够通过io口捕获信号的变化，得到缺相的信息。具体的，可以通过式子（17）获取输出电平信号： 。
[0061]
因此，通过设置vdc3电压值则可以设定两相电流最大值与最小值相差多少安培就触发比较器动作，得到缺相信号。
[0062]
实施本发明中的缺相检测电路，通过在三相/两相llc电路的相线上设置均值模块200，获取每一相的电压平均值，然后利用最值模块300、差值模块400获取三相中的最大值与最小值的差值，然后利用比较输出模块500将其与阈值比较，确定是否缺相，及时获取缺相信号，启动保护电路。
[0063]
以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种缺相检测电路，其特征在于，包括：llc模块；均值模块；最值模块；差值模块；比较输出模块；所述均值模块的输入端与所述llc模块的相线电连接，所述均值模块的输出端与所述最值模块的输入端电连接，所述最值模块的输出端与所述差值模块的输入端电连接，所述差值模块的输出端与所述比较输出模块的输入端电连接。2.根据权利要求1所述的缺相检测电路，其特征在于，所述llc模块为三相星型电路或者三角形电路。3.根据权利要求2所述的缺相检测电路，其特征在于，所述均值模块包括：第一电流单元；第二电流单元；第三电流单元；第一均值计算单元；第二均值计算单元；第三均值计算单元；第一差分放大单元；第二差分放大单元；第三差分放大单元；所述第一电流单元、所述第二电流单元、所述第三电流单元的输入端分别与所述llc模块的r相、s相、t相的相线互感连接，所述第一电流单元、所述第二电流单元、所述第三电流单元的输出端分别与所述第一均值计算单元、所述第二均值计算单元、所述第三均值计算单元的输入端电连接；所述第一均值计算单元、所述第二均值计算单元、所述第三均值计算单元的输出端分别与所述第一差分放大单元、所述第二差分放大单元、所述第三差分放大单元的输入端电连接。4.根据权利要求3所述的缺相检测电路，其特征在于，所述最值模块包括：第一最大值单元；第二最大值单元；第三最大值单元；第一最小值单元；第二最小值单元；第三最小值单元；所述第一差分放大单元、所述第二差分放大单元、所述第三差分放大单元的输出端分别与所述第一最大值单元、所述第二最大值单元、所述第三最大值单元的输入端电连接；所述第一差分放大单元、所述第二差分放大单元、所述第三差分放大单元的输出端还分别与所述第一最小值单元、所述第二最小值单元、所述第三最小值单元的输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的缺相检测电路，其特征在于，所述差值模块包括第一差值单元；所述第一最大值单元、所述第二最大值单元、所述第三最大值单元的输出端共接后与所述第一差值单元的第一输入端电连接；所述第一最小值单元、所述第二最小值单元、所述第三最小值单元的输出端共接后与所述第一差值单元的第二输入端电连接。6.根据权利要求5所述的缺相检测电路，其特征在于，所述比较输出模块包括第一比较输出单元，所述第一比较输出单元包括：第一比较器；第一阈值输入单元；第一输出单元；所述第一差值单元的输出端与所述第一比较器的第一输入端电连接；所述第一阈值输入单元的一端接地，另一端与所述第一比较器的第二输入端电连接；所述第一比较器的输出端与所述第一输出单元的输入端电连接。7.根据权利要求1所述的缺相检测电路，其特征在于，所述llc模块为双相电路；所述均值模块还包括：第四差分放大单元；第五差分放大单元；第四均值计算单元；第五均值计算单元；所述第四差分放大单元、所述第五差分放大单元的输入端分别与所述llc模块中r1相、s1相中的电容元件的两端电连接，所述第四差分放大单元、所述第五差分放大单元的输出端分别与所述第四均值计算单元、所述第五均值计算单元的输入端电连接。8.根据权利要求7所述的缺相检测电路，其特征在于，所述最值模块还包括：第四最大值单元；第五最大值单元；第四最小值单元；第五最小值单元；所述第四均值计算单元、所述第五均值计算单元的输出端分别与所述第四最大值单元、所述第五最大值单元的输入端电连接所述第四均值计算单元、所述第五均值计算单元的输出端还分别与所述第四最小值单元、所述第五最小值单元的输入端电连接。9.根据权利要求8所述的缺相检测电路，其特征在于，所述差值模块还包括第二差值单元；所述第四最大值单元、所述第五最大值单元的输出端共接后与所述第二差值单元的第一输入端电连接；所述第四最小值单元、所述第五最小值单元的输出端共接后与所述第二差值单元的第二输入端电连接。10.根据权利要求9所述的缺相检测电路，其特征在于，所述比较输出模块还包括第二比较输出单元；
所述第二比较输出单元包括：第二比较器；第二阈值输入单元；第二输出单元；所述第二差值单元的输出端与所述第二比较器的第一输入端电连接；所述第二阈值输入单元的一端接地，另一端与所述第二比较器的第二输入端电连接；所述第二比较器的输出端与所述第二输出单元的输入端电连接。

技术总结
本发明公开了一种缺相检测电路，包括：LLC模块、均值模块、最值模块、差值模块以及比较输出模块；均值模块的输入端与LLC模块的相线电连接，均值模块的输出端与最值模块的输入端电连接，最值模块的输出端与差值模块的输入端电连接，差值模块的输出端与比较输出模块的输入端电连接。通过在三相/两相LLC电路的相线上设置均值模块，获取每一相的电压平均值，然后利用最值模块、差值模块获取三相中的最大值与最小值的差值，然后利用比较输出模块将其与阈值比较，及时获取缺相信号，启动保护。启动保护。启动保护。


技术研发人员：凌家树 王进
受保护的技术使用者：深圳鹏城新能科技有限公司
技术研发日：2023.07.20
技术公布日：2023/8/24