CN104868708A - 一种变频器上电缓冲及母线放电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频器上电缓冲及母线放电电路，包括整流模块、第一电阻、继电器、第一电容、光耦、第二电容、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第一稳压管和功率开关管，光耦的输入端通过第三电阻与交流电连接，其输出端集电极与功率开关管的门极连接，其输出端发射极与功率开关管的阴极连接；第二电容连接在功率开关管的门极与阴极之间，第一稳压管与第二电容相并联；第二电阻连接在功率开关管的门极与第一电容的正极之间；第一二极管的阳极与第一电阻连接，其阴极与第一电容的正极连接；第二二极管与继电器相并联，功率开关管的阳极与第一二极管的阳极连接。本发明既能实现上电缓冲又能实现断电后直流母线电容的快速放电功能。

Description

一种变频器上电缓冲及母线放电电路

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，更具体地说，特别涉及一种变频器上电缓冲及母线放电电路。

背景技术

在社会经济发展的过程中，智能控制与绿色节能是人们一直追求的目标。由于变频器具有了以上两个特点，在工农业生产各个领域的应用越来越广泛。通用变频器大多为电压型交直交变频器，即先把交流电整流滤波后变成直流电，再把直流电变换成频率可调的交流电来驱动电机。

变频器的直流母线通常由大容量的铝电解电容构成，由于电容的固有特性，变频器通常需要有上电缓冲电路，来防止上电时大的充电电流损坏整流桥和电容。图1为通用的变频器上电缓冲电路，其工作原理为：变频器上电时，输入交流电压通过整流模块U1转换成直流，直流电压通过电阻R1对母线电容C1进行充电，充电完成后，控制系统驱动继电器K1吸合，即完成了启动过程。

由于整流环节通常为不可逆的被动式整流，当变频器输入断电时，储存在直流母线侧的电能只能通过电机负载和辅助开关电源进行放电。出于成本和体积的考虑，辅助开关电源输入工作电压范围不会非常宽，如单相220V输入的变频器，开关电源的工作范围一般为直流200V至400V，三相380V输入的变频器，开关电源的工作范围一般为直流400V至800V。因此，变频器输入正常断电后，直流母线开始通过辅助电源进行放电，当母线电压低于开关电源的最低工作电压时，母线电容只能依靠本身的漏电流和电源管理芯片的漏电流进行放电，放电速度将会变得非常缓慢。出于对人身安全的要求，通常会在变频器的操作说明中要求使用者或维修人员断电后等待十分钟才能进行拆线和维修操作。这样不仅降低了使用者和维修者的工作效率，对于非专业人员还有可能因疏忽而造成安全事故。

由于图1所示的变频器上电缓冲电路不具备母线放电的功能。因此，希望提供一种简单有效的变频器上电缓冲及母线放电方案，使其既能实现变频器的上电缓冲功能，又能实现变频器输入断电后直流母线电容的快速放电功能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变频器上电缓冲及母线放电电路，该电路既能实现变频器的上电缓冲功能，又能实现变频器输入断电后直流母线电容的快速放电功能。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种变频器上电缓冲及母线放电电路，包括整流模块、第一电阻、继电器和第一电容，其还包括光耦、第二电容、第二电阻、第三电阻、第一二极管、第二二极管、第一稳压管和功率开关管，

其中，所述光耦的输入端通过第三电阻与交流电连接，其输出端集电极与功率开关管的门极连接，其输出端发射极与功率开关管的阴极连接；

所述第二电容连接在功率开关管的门极与阴极之间，所述第一稳压管与第二电容相并联；

所述第二电阻连接在功率开关管的门极与第一电容的正极之间；

所述第一二极管的阳极与第一电阻连接，其阴极与第一电容的正极连接；

所述第二二极管与继电器相并联，且所述功率开关管的阳极与第一二极管的阳极连接。

优选地，所述功率开关管为IGBT管或功率MOSFET管。

优选地，所述第一电阻为功率电阻。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过使用第一电阻，在变频器输入上电时，作为变频器的上电缓冲启动电阻；在变频器输入下电时，作为变频器的母线电容放电电阻。其相对于专用的放电电路，不需要额外增加功率耗散元件，控制电路简单，成本低、且放电工作范围宽，既能实现变频器的上电缓冲功能，又能实现变频器输入断电后直流母线电容的快速放电功能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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。

图1为现有的变频器上电缓冲电路的电路图。

图2是本发明所述变频器上电缓冲及母线放电电路的电路图。

图3是本发明所述变频器上电缓冲及母线放电电路在充电时的电流流向图。

图4是本发明所述变频器上电缓冲及母线放电电路在放电时的电流流向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

参阅图2所示，本发明提供一种变频器上电缓冲及母线放电电路，包括整流模块U1、第一电阻R1、继电器K1和第一电容C1，其还包括光耦U2、第二电容C2、第二电阻R2、第三电阻R3、第一二极管D1、第二二极管D2、第一稳压管Z1和功率开关管Q1。

在本发明中，所述光耦U2的输入端通过第三电阻R3与交流电连接，其输出端集电极与功率开关管Q1的门极连接，其输出端发射极与功率开关管Q1的阴极连接；所述第二电容C2连接在功率开关管Q1的门极与阴极之间，所述第一稳压管Z1与第二电容C2相并联；所述第二电阻R2连接在功率开关管Q1的门极与第一电容C1的正极之间；所述第一二极管D1的阳极与第一电阻R1连接，其阴极与第一电容C1的正极连接；所述第二二极管D2与继电器K1相并联，且所述功率开关管Q1的阳极与第一二极管D1的阳极连接。

在本发明中，继电器K1的A、B触点为常开触点，即线圈需要有控制信号才会吸合。第一电容C1为变频器的直流母线电容，第一电容C1两端的电压即为变频器的母线电压。当变频器上电时，因变频器系统的电源未建立，继电器K1的控制线圈处于非工作状态，即继电器K1的A、B触点断开。光耦U2为交流输入光耦，当变频器上电时，输入交流电源通过第三电阻R3限流后给光耦U2的输入供电，使光耦的输出三极管导通。即只要输入有交流电压，光耦U2的输出就会保持导通。第二电阻R2为功率开关管Q1的门极充电电阻，当母线电压有电时，母线电压会通过第二电阻R2对功率开关管Q1的门极充电，使功率开关管Q1开通。

刚上电时由于母线电压为零，功率开关管Q1的门极没有驱动电压，功率开关管Q1关断，输入交流电通过整流模块U1、第一电阻R1、第一二极管D1构成的串联回路给第一电容C1(也就是母线储能滤波电容)充电，如图3所示，其中的I 1为充电电流。在充电过程中，母线电压逐渐升高，第二电阻R2上也开始流过电流，但由于光耦U2保持导通，第二电阻R2上的电流全部流经光耦U2的输出三极管，功率开关管Q1的门极保持低电平，即功率开关管Q1保持关断。由于输入的交流电有过零点，即在过零点附近光耦U2的输出会短暂截止，第二电阻R2上的电流将会对功率开关管Q1的门极电容充电，使门极电压上升，第二电容C2的作用是增大功率开关管Q1的门极电容，使得在交流输入过零点功率开关管Q1的门极电压保持在开启电压以下。

当上电过程完成后，母线电压达到稳定，变频器的各路电源建立完成，控制系统给出控制信号，使继电器K1吸合，即A、B触点闭合。系统的母线电流不再流过第一电阻R1和第一二极管D1的串联支路，而是直接流过继电器主触点。这样就完成了变频器的上电缓冲启动过程。

当变频器输入断电时，光耦U2的输出三极管截止，第一电容C1通过第二电阻R2对第二电容C2和功率开关管Q1的门极充电，当功率开关管Q1的门极电压高于开启电压时，功率开关管Q1导通，第一电容C1通过由第二二极管D2、第一电阻R1、功率开关管Q1构成的串联回路放电，第一电容C1上的电压开始迅速下降，如图4所示，其中的I2为放电电流。稳压二极管Z1的作用是：当功率开关管Q1的门极电压高于稳压二极管Z1的稳压电压时，稳压二极管Z1导通，从而把功率开关管Q1的门极电压钳位在一个安全的范围，防止功率开关管Q1的门极过压击穿。

当第一电容C1上的电压下降到第二电容C2的电压以下时，第二电容C2以及功率开关管Q1的门极电容通过由第二电阻R2、第一电阻R1、功率开关管Q1构成的串联回路放电。功率开关管Q1门极电压开始下降，当下降到开启电压以下时，功率开关管Q1关断，第一电容C1、第二电容C2不再通过第一电阻R1放电。由于开启电压一般低于10V，此时近似于完全放电，这样就完成了变频器的母线放电过程。

作为优选，本发明中的功率开关管Q1可以根据需要选择为IGBT管或功率MOSFET管。第一电阻R1采用功率电阻。

本发明的优点在于，通过使用一个第一电阻R1，在变频器输入上电时，作为变频器的上电缓冲启动电阻；在变频器输入下电时，作为变频器的母线电容放电电阻。其相对于专用的放电电路，不需要额外增加功率耗散元件，控制电路简单，成本低、且放电工作范围宽，既能实现变频器的上电缓冲功能，又能实现变频器输入断电后直流母线电容的快速放电功能。

虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种变频器上电缓冲及母线放电电路，包括整流模块(U1)、第一电阻(R1)、继电器(K1)和第一电容(C1)，其特征在于，还包括光耦(U2)、第二电容(C2)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第一二极管(D1)、第二二极管(D2)、第一稳压管(Z1)和功率开关管(Q1)，

其中，所述光耦(U2)的输入端通过第三电阻(R3)与交流电连接，其输出端集电极与功率开关管(Q1)的门极连接，其输出端发射极与功率开关管(Q1)的阴极连接；

所述第二电容(C2)连接在功率开关管(Q1)的门极与阴极之间，所述第一稳压管(Z1)与第二电容(C2)相并联；

所述第二电阻(R2)连接在功率开关管(Q1)的门极与第一电容(C1)的正极之间；

所述第一二极管(D1)的阳极与第一电阻(R1)连接，其阴极与第一电容(C1)的正极连接；

所述第二二极管(D2)与继电器(K1)相并联，且所述功率开关管(Q1)的阳极与第一二极管(D1)的阳极连接。

2.根据权利要求1所述的变频器上电缓冲及母线放电电路，其特征在于，所述功率开关管(Q1)为IGBT管或功率MOSFET管。

3.根据权利要求1所述的变频器上电缓冲及母线放电电路，其特征在于，所述第一电阻(R1)为功率电阻。