[0001] 本申请的所公开实施例涉及电力电子技术领域，且更具体而言，涉及一种制动开关保护电路。

[0002] 变频器是一种将工频交流电，先经整流滤波变成直流电，再由内部主回路中6个IGBT逆变开关管将直流电变成频率可调的交流电的智能电气装备，在变频器的应用过程中，当电机减速时，变频器的直流母线电压会抬升，其制动功能将会启动，将直流母线上过高的电压，通过外部制动电阻来消耗掉，从而避免变频器因过压导致损坏。当外部制动电阻由于短路等原因使得变频器内部的制动IGBT流过大电流时，将导致IGBT过功率损坏。

[0003] 现阶段针对制动IGBT发生短路时的问题解决方案，通常会在检测到IGBT发生过功率故障时，将IGBT断开，但是，IGBT的响应与驱动信号之间存在时差，可能会误报过功率故障。为此，可以加入延时环节以补偿时差，但是，延时环节的延时时间固定，时差补偿的效果不佳，仍然存在误报过功率故障的问题。

[0010] 为使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请的技术方案做进一步详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

[0011] 在本申请实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种，但是不排除包含至少一种的情况。

[0012] 应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

[0013] 应当理解，本文中使用的术语“包括”、“包含”或者其他任何变化意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

[0014] 在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的每一个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

[0015] 本申请提出一种制动开关保护电路100，请参照图1，图1是本申请制动开关保护电路一实施例的框架示意图；如图1所示，制动开关保护电路100包括电压检测模块130、定时输出模块110、指示模块120。电压检测模块130连接至制动开关，用于检测制动开关两端的电压，并将制动开关两端的电压与参考电压进行比较得到比较结果信号；定时输出模块110用于输入制动开关的驱动信号、并设定驱动信号输出至后端电路的延时时间，定时输出模块110包括定时切换开关111和第一储能元件112，定时切换开关111的第一通路端、控制端用于输入驱动信号，其第二通路端接地，定时切换开关111基于驱动信号，选择性导通或关断；第一储能元件112的一端连接至定时切换开关111的第一通路端并输出延时后的驱动信号，其另一端连接至定时切换开关111的第二通路端；指示模块120的第一输入端连接至定时输出模块110，其第二输入端连接至电压检测模块130，用于将比较结果信号和延时后的驱动信号进行处理，以输出故障指示信号；其中，在制动开关的开关状态发生变化时，定时切换开关111相应地切换开关状态。

[0016] 请继续参照图1，由于制动开关由断开状态切换至导通状态时，从发出驱动信号到制动开关实际导通往往存在较长的延迟，电压检测模块130的检测信号将这一延迟传递至指示模块120，因此定时输出模块110需要及时对延迟进行补偿，即模拟制动开关实际导通时产生的延迟，将驱动信号从定时输出模块110的输入端延迟一段时间后传递至指示模块120，因此，当制动开关从导通状态切换至关断状态时，定时输出模块110需要设定较长的第一延时时间。第一延时时间的具体时长，可以根据制动开关的导通延迟时间进行设定，并且可以通过调节第一储能元件112的储能容量来调节第一延时时间。

[0017] 而当制动开关由导通状态切换为断开状态时，从发出驱动信号到制动开关实际断开的延迟通常较短，因此，定时输出模块110不需要设定过长的延时时间，相反，需要将驱动信号尽快地传递至指示模块120，例如，可以将较短的延时时间设定为第二延时时间。第一延时时间大于第二延时时间。

[0018] 因此，通过定时切换开关111在制动开关的开关状态发生变化时相应地切换其开关状态，进而通过定时切换开关111的开关状态设定驱动信号输出至后端电路的延时时间，因此，驱动信号的延时时间可调可控，有利于降低故障误报的概率。

[0019] 制动开关，在一些相近技术中也可以被称作“制动晶体管”，可以采用可控硅，也可以采用绝缘栅双极晶体管(IGBT)，本申请对制动开关的具体选型不作限定。

[0020] 制动开关两端的电压，指的是施加在制动开关的两个用于导通或切断电流通路的两个端子间的电压，示例性地，当制动开关选用IGBT时，制动开关两端的电压指的是IGBT的集电极(Collector)与发射极(Emitter)间的电压。

[0021] 在一些实施例中，可以在制动开关由导通状态切换至关断状态时，将定时切换开关111切换为导通状态；在制动开关由关断状态切换至导通状态时，将定时切换开关111切换为关断状态。从而能够使第一储能元件112在定时切换开关111断开时被驱动信号充电进而延长驱动信号输出至后端电路的延时时间，并在定时切换开关111导通时通过定时切换开关111放电，从而缩短驱动信号输出至后端电路的延时时间。

[0022] 示例性地，制动开关可以被配置为当驱动信号为高电平时导通，当驱动信号为低电平时关断。因此，根据制动开关导通以及关断时的延时特性，可以令定时输出模块110在驱动信号由低电平切换为高电平时设定较长的第一延时时间，在驱动信号由高电平切换为低电平时设定较短的第二延时时间。请参照图2，图2是本申请制动开关保护电路100一实施例的电路结构示意图；如图2所示，定时切换开关111可以选用PNP型三极管Q1，第一储能元件112可以选用电容C5；三极管Q1的基极接入驱动信号，其发射极可以通过电阻R11接入驱动信号，其集电极可以接地；电容C5的一端接地，另一端接入驱动信号。定时输出模块110还可以配置延时电阻R10，延时电阻R10的一端接入驱动信号，另一端连接至电容C5以及三极管Q1的发射极。通过上述连接方式，当驱动信号从低电平切换为高电平时，三极管Q1关断，由于电容C5的储能效应，驱动信号并不会立即被传递至指示模块120，而是首先会被电容C5吸收，待电容C5被充满后，驱动信号才会被传递至指示模块120，驱动信号被延迟传递的时间即第一延时时间。当驱动信号从高电平切换为低电平时，三极管Q1导通，此时电容C5在驱动信号为高电平时储存的电量能够经过电阻R11以及三极管Q1快速释放，进而快速地将低电平的驱动信号传递至指示模块120，从而能够将延时时间切换为较短的第二延时时间。

[0023] 在其他实施例中，制动开关还可以被配置为当驱动信号为高电平时关断，当驱动信号为低电平时导通。则与前述实施例相反，根据制动开关导通以及关断时的延时特性，可以令定时输出模块110在驱动信号由低电平切换为高电平时设定较短的第二延时时间，在驱动信号由高电平切换为低电平时设定较长的第一延时时间；并且相应地调整定时切换开关111与第一储能元件112的电路拓扑。此外，本领域技术人员还可以根据本申请公开的发明构思对上述电路拓扑进行适应性的改动。

[0024] 在一些实施例中，请继续参照图2，指示模块120还可以包括逻辑运算单元121和故障指示单元122。逻辑运算单元121的第一输入端连接至定时输出模块110，其第二输入端连接至电压检测模块130，用于将比较结果信号和延时后的驱动信号进行逻辑运算，输出逻辑信号；故障指示单元122连接至逻辑运算单元121，基于逻辑信号，输出故障指示信号。

[0025] 在一些实施例中，逻辑运算单元121可以包括与运算单元，用于将比较结果信号和延时后的驱动信号进行与逻辑运算。在如图2所示的实施例中，与运算单元将比较结果信号和驱动信号进行与运算，仅在当驱动信号和比较结果信号均为高电平时，输出的逻辑信号方为高电平，输出的高电平的逻辑信号可以用于驱动故障指示单元122产生表征发生过功率故障的故障指示信号。

[0026] 在一些实施例中，逻辑运算单元121还可以包括其他逻辑门电路，例如或门、非门等，或者还可以包括上述逻辑门电路的组合，本申请对此不作限定。

[0027] 在一些实施例中，故障指示单元122可以包括故障指示开关，其控制端连接至逻辑运算单元121的输出端，第一通路端接入参考电压，第二通路端接地；故障指示开关基于逻辑信号选择性地控制第一通路端与第二通路端之间的导通或关断，进而基于逻辑信号在第一通路端输出故障指示信号。

[0028] 在一些具体的实施场景中，如图2所示，故障指示开关可以包括故障指示三极管Q2，故障指示三极管Q2可以为NPN型三极管，其基极可以通过电阻R14连接至逻辑运算单元121的输出端，发射极接地，基极可以通过电阻R15接入参考电压VREF。故障指示三极管Q2的基极与发射极之间还可以通过阻容网络连接，从而稳定基极电压。基极与发射极之间的阻容网络结构可以如图2所示，当然，阻容网络的结构并不限于图2所示的结构，还可以采用其他结构，本申请不作限制。因此，当逻辑运算单元121输出的逻辑信号为高电平时，故障指示三极管Q2关断，通过与其集电极连接的参考电压向外输出高电平信号；当逻辑运算单元121输出的逻辑信号为低电平时，故障指示三极管Q2导通，故障指示信号输出端OC相当于通过故障指示三极管Q2接地，从而输出低电平。

[0029] 在一些其他的实施场景中，三极管Q2还可以被配置为PNP型三极管，从而在逻辑信号为高电平时导通，故障指示信号输出端OC输出低电平，在逻辑信号为低电平时关断，故障指示信号输出端OC输出高电平。三极管Q2还可以选用MOSFET等元件，本申请对于三极管Q2的具体选型不作限定。

[0030] 在一些实施场景中，三极管Q2的基极还可以通过阻容网络连接至其发射极。

[0031] 在一些实施例中，电压检测模块130可以包括电压检测单元131和电压比较单元132，电压检测单元131连接至制动开关，用于检测制动开关两端的电压；电压比较单元132连接至电压检测单元131，用于将制动开关两端的电压与参考电压进行比较得到比较结果信号。

[0032] 请继续参照图2，如图2所示，在一些实施例中，电压检测单元131可以包括采样电阻子单元1311以及单向导通子单元1312；采样电阻子单元1311的一端接入采样电压，另一端连接至电压比较单元132，向电压比较单元132提供测得的电压信号；单向导通子单元1312的正向导通端连接至采样电阻子单元1311与电压比较单元132连接的一端，反向导通端连接至制动开关。

[0033] 在一些实施场景中，采样电阻子单元1311可以包括若干采样电阻，单向导通子单元1312可以包括二极管。示例性的，如图2所示，采样电阻子单元1311可以包括采样电阻R1～R3，采样电阻R1～R3可以相互并联，其一端连接至电源VDD，另一端连接至单向导通子单元1312，二极管D1与采样电阻R1～R3并联，其正向导通端连接至单向导通子单元1312，反向导通端连接至电源VDD；单向导通子单元1312可以包括二极管D2和二极管D4，二极管D2和二极管D4的反向导通端连接至制动开关Q3。电源VDD通过电阻R1、R2、R3，经过二极管D2和二极管D4，流向制动开关Q3的集电极，最后到直流总线DC‑_BUS；功率半导体器件IGBT的集电极与发射极间的电压会随流过其的电流大小变化而变化，采样电压取自二极管D2的正向输入端，经过后级的滤波电阻R4、R5以及滤波电容C1滤波后进入电压比较器。

[0034] 在一些实施例中，电压比较单元132可以包括电压比较器，电压比较器的同相输入端可以连接至电压检测单元131以获取电压检测单元131检测得到的制动开关两端的电压，反相输入端可以通过阻容滤波后接入电源VDD，作为参考电压。电压比较器将电压检测单元检测得到的制动开关两端的电压与参考电压作比较后，根据电压检测单元检测得到的制动开关两端的电压与参考电压的大小关系在输出端输出高电平或低电平，具体地，在图2所示的实施例中，当电压检测单元检测得到的制动开关两端的电压小于参考电压时，即未发生过功率故障时，电压比较器的输出端可以输出低电平；当电压检测单元检测得到的制动开关两端的电压大于参考电压，即发生过功率故障时，电压比较器的输出端可以输出高电平。在其他实施例中，还可以将电压比较器的同相输入端通过阻容滤波后接入电源VDD，反相输入端连接至电压检测单元131以获取电压检测单元131检测得到的制动开关两端的电压，当采用上述连接方式时，当电压检测单元检测得到的制动开关两端的电压小于参考电压时，即未发生过功率故障时，电压比较器的输出端可以输出高电平；当电压检测单元检测得到的制动开关两端的电压大于参考电压，即发生过功率故障时，电压比较器的输出端可以输出低电平。参考电压可以根据实际需要，例如根据制动电压两端的正常电压来设计。

[0035] 在一些实施例中，制动开关保护电路100还可以包括制动开关驱动模块140。如图2所示，制动开关驱动模块140可以接入驱动信号BR，经过阻容网络滤波后提供给光耦，并经过包括三极管Q4和三极管Q5的推挽电路，确保制动开关Q3的门极接收满足其通断要求的电压，使其可靠导通或关断。在图2所示的实施例中，当驱动信号BR为高电平时，制动开关驱动模块140驱动制动开关Q3导通，当驱动信号BR为低电平时，制动开关驱动模块140驱动制动开关Q3关断。当然，在其他实施例中，可以通过调整制动开关驱动模块140的电路拓扑，调整驱动逻辑，例如，可以调整为当驱动信号BR为高电平时，制动开关驱动模块140驱动制动开关Q3关断，当驱动信号BR为低电平时，制动开关驱动模块140驱动制动开关Q3导通。

[0036] 在一些实施例中，制动开关保护电路100还可以包括驱动控制模块(图中未示出)，驱动控制模块可以连接至指示模块120的故障指示信号输出端OC，接收指示模块120提供的故障指示信号，基于故障指示信号生成控制信号，以控制驱动信号的电压。驱动控制模块可以包括变频器的CPU，驱动控制模块可以根据故障指示信号，在发生过功率故障时阻断驱动信号BR的输出；或者，驱动控制模块可以根据故障指示信号直接控制驱动信号的电压，例如，当发生过功率故障时降低驱动信号BR的电压以使制动开关断开。

[0037] 下面，结合图2，对本申请的制动开关保护电路100的工作原理进行简要说明：在图2所示的实施例中，驱动信号BR为高电平时，制动开关Q3导通；当制动电阻发生过功率故障时，将在制动开关Q3两端产生较大电压，通过电压检测模块130检测到制动开关两端的电压超过预设的参考电压后，则在其输出端输出高电平信号，由于此时驱动信号BR也为高电平，因此经过逻辑与运算后得到的逻辑信号也为高电平，并驱动三极管Q2导通，故障信号输出端OC输出低电平，表征发生过功率故障，因此驱动控制模块切断驱动信号BR输出，使得定时输出模块110以及制动开关驱动模块140的输入端电平状态均由高电平切换为低电平，此时，由于制动开关Q3的关断速度较快，因此从驱动信号BR变为低电平到制动开关Q3关断的延时较短，因此，需要缩短驱动信号BR传递到逻辑运算单元121的延时时间，也就是令驱动信号BR的变化先于比较结果信号的变化到达逻辑运算单元121，从而避免在关断制动开关Q3的过程中误报过功率故障。当电路恢复正常时，需要开通制动开关Q3，由于制动开关驱动模块140响应驱动信号BR变化的速度较慢，进而使得驱动信号BR转为高电平与制动开关Q3开通之间具有较长的时差，此时通过关断定时切换开关111，电容C5能够增加驱动信号BR输出至逻辑运算单元121的延时时间，具体地，可以令第一延时时间超过制动开关Q3开通的延时，进而使得驱动信号BR的变化晚于比较结果信号的变化到达逻辑运算单元121，从而避免了在开通制动开关Q3的过程中误报过功率故障。

[0038] 所属领域的技术人员易知，可在保持本申请的教示内容的同时对装置及方法作出诸多修改及变动。因此，以上公开内容应被视为仅受随附权利要求书的范围的限制。