CN106300939B - 一种母线电容电路及车载三相电机逆变器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种母线电容电路及车载三相电机逆变器，其中，母线电容电路，包括：薄膜电容，其一端连接直流母线正极，另一端连接直流母线负极；电解电容，所述电解电容正极与一二极管的负极相连，所述电解电容负极与所述直流母线负极相连，所述二极管的正极与所述直流母线正极相连；或者所述电解电容负极与一二极管的正极相连，所述电解电容正极与所述直流母线正极相连，所述二极管的负极与所述直流母线负极相连。本发明在工作时大大减小了流过电解电容中的纹波电流；另一方面，又能发挥电解电容吸收浪涌电流的能力。本发明在较小的体积重量范围内，实现了耐纹波电流能力强，同时又具有强大的浪涌电流吸收能力的效果。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种母线电容电路及车载三相电机逆变器。
背景技术
车载三相电机逆变器直流端一般需要一个直流母线电容。该电容一方面可以吸收开关器件开关导致的脉冲电流，防止高频脉冲电流在直流端杂散感抗中感应出电压尖峰而损坏开关器件。该功能要求直流母线电容具有较大耐纹波电流能力。另一方面，在车载逆变器暂态过程中，比如在发生故障保护或者逆变器输出负载突变等过程中，直流母线上可能出现较大的浪涌电流。许多情况下（比如高压电池输入端连接器故障断开），母线电容要能吸收这些浪涌电流，防止直流母线电压过高而损坏逆变器。该功能就要求母线电容具有较大的容量。高频脉冲电流的频率较高（比如5kHz以上），而暂态过程的持续时间约为几个毫秒，因此要求车载三相电机逆变器的母线电容既能耐受高频的纹波电流，又能吸等效频率低、能量大的暂态电流。
现有常用电容类型里，薄膜电容损耗低，单位体积耐纹波电流能力较强，但容量较小；电解电容单位体积电容量大，但是损耗高，耐纹波能力差。单纯使用薄膜电容则在满足容量要求时，耐纹波电流能力过生；单纯使用电解电容时，则在满足容量要求时，耐纹波电流能力不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种在较小的体积重量范围内，耐纹波电流能力强，并且浪涌电流吸收能力强的母线电容电路及车载三相电机逆变器。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种母线电容电路，用于车载三相电机逆变器，包括：
薄膜电容，其一端连接直流母线正极，另一端连接直流母线负极；
电解电容，其正极与一二极管的负极相连，其负极与所述直流母线负极相连；或者其负极与一二极管的正极相连，其正极与所述直流母线正极相连。
其中，还包括：
泄放电阻，并联在所述电解电容两端，用于给所述电解电容缓慢放电。
其中，所述泄放电阻的阻值大小满足在所述车载三相电机逆变器下电之后能在一定时间内释放所述电解电容和所述薄膜电容的能量，以及在所述电解电容吸收一次浪涌后能在一定时间内泄放其中多余的电荷。
其中，所述二极管为快恢复二极管。
本发明还提供一种车载三相电机逆变器，包括：
依次连接在直流母线正极与负极之间的母线电容电路和三相逆变桥；
所述母线电容电路包括：
薄膜电容，其一端连接所述直流母线正极，另一端连接所述直流母线负极；
电解电容，其正极与一二极管的负极相连，其负极与所述直流母线负极相连；或者其负极与一二极管的正极相连，其正极与所述直流母线正极相连。
其中，还包括：
泄放电阻，并联在所述电解电容两端，用于给所述电解电容缓慢放电。
其中，所述泄放电阻的阻值大小满足在所述车载三相电机逆变器下电之后能在一定时间内释放所述电解电容和所述薄膜电容的能量，以及在所述电解电容吸收一次浪涌后能在一定时间内泄放其中多余的电荷。
其中，所述二极管为快恢复二极管。
本发明在工作时大大减小了流过电解电容中的纹波电流；另一方面，又能发挥电解电容吸收浪涌电流的能力。本发明在较小的体积重量范围内，实现了耐纹波电流能力强，同时又具有强大的浪涌电流吸收能力的效果。
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是本发明实施例一母线电容电路的结构示意图。
图2是本发明实施例一母线电容电路的另一结构示意图。
图3是本发明实施例一母线电容电路的等效电路示意图。
图4是本发明实施例一母线电容电路流入纹波电流的波形示意图。
图5是本发明实施例一母线电容电路流入浪涌电流的波形示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。
请参照图1和图2所示，本发明实施例一提供一种母线电容电路，用于车载三相电机逆变器，包括：
薄膜电容Cf，其一端连接直流母线正极，另一端连接直流母线负极；
电解电容Cp，其正极与一二极管D1的负极相连，其负极与直流母线负极相连，二极管D1的正极与直流母线正极相连（如图1所示）；或者其负极与一二极管D1的正极相连，其正极与直流母线正极相连，二极管D1的负极与直流母线负极相连（如图2所示）。
二极管D1可以是普通二极管，本实施例中采用快恢复二极管。
由上可知，本发明实施例的母线电容电路实际上是将现有的母线电容替换为由一个薄膜电容与一个电解电容（串联有一个二极管）并联形成的组合电容，避免了单纯采用一种电容时，由于耐纹波能力或容量大小的欠缺，而导致为了兼顾两方面的要求，不得不增加电容数量（或大小），而导致电容体积过大的问题。
本实施例为电解电容Cp两端还并联一泄放电阻R1，具体地，如图1所示，泄放电阻R1的一端与电解电容Cp的正极相连，另一端与直流母线负极相连；或者如图2所示，泄放电阻R1的一端与电解电容Cp的负极相连，另一端与直流母线正极相连。泄放电阻R1具有较大的阻值，其阻值大小满足在车载三相电机逆变器下电之后能在一定时间内（例如120秒）释放电解电容Cp和薄膜电容Cf的能量，以及在电解电容Cp吸收一次浪涌后能在一定时间内（例如120秒）泄放其中多余的电荷。
下面结合图3说明本发明实施例的母线电容电路工作过程，以电解电容Cp两端并联有泄放电阻R1为例。
由于泄放电阻R1的阻值很大，它和电解电容Cp组成的RC时间常数很大（比如100秒），远大于纹波电流和浪涌电流的分析时间，因此在分析纹波电流和浪涌电流时可以忽略此电阻。图3中Iin是输入电流，Vf是薄膜电容Cf两端电压，Vp是电解电容Cp两端电压。
请同时参照图4所示，在经受纹波电流时：
此时Iin为纹波电流，其波形基本是正负交替的交流电流，图4所示的方波仅为示意。在纹波电流的作用下，薄膜电容Cf上会产生波动的纹波电压，其稳态下的波形如图4中虚线Vf,s所示。
t0时刻，逆变器没有工作，纹波电流为零，Vp=Vf。
t1时刻，逆变器开始工作，假设此时纹波电流为负，则Vf在纹波电流作用下下降，但由于二极管D1的作用，电解电容Cp无法放电，于是其电压Vp维持不变。
t2时刻，Vf在上升过程中达到和Vp相等，此后Vf > Vp，电解电容Cp继续充电，Vp增大。
t3时刻，Vf又在下降过程中和Vp相等，此后Vp保持不变。
t4时刻，Vf又在上升过程中和Vp相等，此后电解电容Cp继续充电，Vp增大。
t5时刻，Vf又在下降过程中和Vp相等，此后Vp保持不变。
如此循环往复，直至一段时间后（例如从t6时刻开始），Vp基本达到Vf的极大值，纹波电流几乎不再给电解电容Cp充电，而电解电容Cp自身又不放电，因此几乎不再有纹波电流从电解电容Cp中流过，几乎所有的纹波电流都从薄膜电容Cf中流过，从而发挥了薄膜电容Cf的耐纹波能力，规避了电解电容Cp耐纹波能力差的缺点。
再请参照图5所示，假设浪涌电流在t0时刻出现，t0时刻电解电容Cp比薄膜电容Cf电压大。
t0时刻，Vf < Vp，因此二极管D1关断，所有浪涌电流流入薄膜电容Cf，Vf迅速上升，Vp保持不变。
t1时刻，Vf增大后与Vp相同，即Vf=Vp，二极管D1导通，浪涌电流同时流入电解电容Cp和薄膜电容Cf，由于电解电容Cp容量大于薄膜电容Cf，因此大部分的浪涌电流流入电解电容Cf。
t2时刻，浪涌电流下降为零，浪涌过程结束。
如果电解电容Cp两端的电压在浪涌电流出现时已经达到直流母线电压大小，那么浪涌吸收过程直接从t1时刻开始。
由于电解电容Cp容量大，因此浪涌电流大部分由电解电容Cp吸收，从而发挥了电解电容Cp容量大的优势。
通过上述说明可知，本发明在工作时，大大减小了流过电解电容Cp中的纹波电流。另一方面，又能在发生浪涌电流时发挥电解电容Cp吸收浪涌电流的能力。本发明的母线电容电路在较小的体积重量范围内，实现了耐纹波电流能力强，同时又具有强大的浪涌电流吸收能力的效果。
相应于本发明实施例一的母线电容电路，如图1所示，本发明实施例二还提供一种车载三相电机逆变器，包括：
依次连接在直流母线正极与负极之间的母线电容电路和三相逆变桥；
所述母线电容电路包括：
薄膜电容Cf，其一端连接所述直流母线正极，另一端连接所述直流母线负极；
电解电容Cp，其正极与一二极管D1的负极相连，其负极与直流母线负极相连，二极管D1的正极与直流母线正极相连（如图1所示）；或者其负极与一二极管D1的正极相连，其正极与直流母线正极相连，二极管D1的负极与直流母线负极相连（如图2所示）。
二极管D1可以是普通二极管，本实施例中采用快恢复二极管。
本实施例同样为电解电容Cp并联一泄放电阻R1，具体地，如图1所示，泄放电阻R1的一端与电解电容Cp的正极相连，另一端与直流母线负极相连；或者如图2所示，泄放电阻R1的一端与电解电容Cp的负极相连，另一端与直流母线正极相连。泄放电阻R1具有较大的阻值，其阻值大小满足在车载三相电机逆变器下电之后能在一定时间内（例如120秒）释放电解电容Cp和薄膜电容Cf的能量，以及在电解电容Cp吸收一次浪涌后能在一定时间内（例如120秒）泄放其中多余的电荷。
由于本实施例中，母线电容电路的结构与工作原理与本发明实施例一相同，因此本实施例的三相电机逆变器也同样具有由母线电容电路所带来的有益效果，此处不再赘述。
综上所述，本发明可以在较小的体积重量范围内，实现一个耐纹波电流能力强，同时又具有强大的浪涌电流吸收能力的逆变器及其母线电容电路，尤其适用于车载三相电机这类高要求的应用场合。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (4)
1.一种母线电容电路，用于车载三相电机逆变器，其特征在于，包括：
薄膜电容，其一端连接直流母线正极，另一端连接直流母线负极；
电解电容，所述电解电容正极与一二极管的负极相连，所述电解电容负极与所述直流母线负极相连，所述二极管的正极与所述直流母线正极相连；或者所述电解电容负极与一二极管的正极相连，所述电解电容正极与所述直流母线正极相连，所述二极管的负极与所述直流母线负极相连；
泄放电阻，并联在所述电解电容两端，用于给所述电解电容缓慢放电；
所述泄放电阻的阻值大小满足在所述车载三相电机逆变器下电之后能在一定时间内释放所述电解电容和所述薄膜电容的能量，以及在所述电解电容吸收一次浪涌后能在一定时间内泄放其中多余的电荷。
2.根据权利要求1所述的母线电容电路，其特征在于，所述二极管为快恢复二极管。
3.一种车载三相电机逆变器，其特征在于，包括：
依次连接在直流母线正极与负极之间的母线电容电路和三相逆变桥；
所述母线电容电路包括：
薄膜电容，其一端连接所述直流母线正极，另一端连接所述直流母线负极；
电解电容，所述电解电容正极与一二极管的负极相连，所述电解电容负极与所述直流母线负极相连，所述二极管的正极与所述直流母线正极相连；或者所述电解电容负极与一二极管的正极相连，所述电解电容正极与所述直流母线正极相连，所述二极管的负极与所述直流母线负极相连；
泄放电阻，并联在所述电解电容两端，用于给所述电解电容缓慢放电，
所述泄放电阻的阻值大小满足在所述车载三相电机逆变器下电之后能在一定时间内释放所述电解电容和所述薄膜电容的能量，以及在所述电解电容吸收一次浪涌后能在一定时间内泄放其中多余的电荷。
4.根据权利要求3所述的车载三相电机逆变器，其特征在于，所述二极管为快恢复二极管。
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