CN109347315A - 一种电力电子装置上电缓冲电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电力电子装置上电缓冲电路，包括上电电路和检测电路，上电电路用于通过驱动电阻R1阻值、第一电容C1和第五电容C5容值控制元件IGBT导通时间，即***上电缓冲时间，实现电路负载端缓慢上电，检测电路对元件IGBT集电极和发射极之间电压Vce实时检测，当元件IGBT过流时，电压Vce升高，检测电路控制元件IGBT断开，对电路负载端进行过流保护，且在过流保护之后，所述检测电路还可自动使元件IGBT重新导通，***恢复正常工作。本发明的有益效果：可同时实现上电缓冲功能，和输入侧电源与电路负载端的分断，控制简单，成本低。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子领域，尤其涉及一种电力电子装置上电缓冲电路。
背景技术
目前电力电子领域通常使用的输入上电缓冲电路一般为接触器、晶闸管或IGBT等可控开关器件加限流电阻构成。主要有以下两种形式：
(1)如图2所示，限流电阻3直接串联接入输入电源端1和电路负载端2之间，开关器件4与限流电阻1并联，上电缓冲完成后闭合开关器件4；
(1)如图3所示，开关器件4串联接入输入电源端1和电路负载端2之间，开关器件5与限流电阻3串联后再与开关器件4并联。开关器件5首先导通，电路上电缓冲完成后开关器件4闭合，开关器件5保持或断开。
上述两种上电缓冲电路存在以下问题，
充电限流电阻占用空间较大；仅在上电时短时间处于工作状态，利用率低，成本高；若使用半导体开关器件，为实现主回路与控制回路的电气隔离，开关管驱动部分需使用独立的隔离电源，电路复杂；图2所示方案不能切断输入侧与输出侧的电气连接，输入电源端接通后***自动进行上电缓冲，后级发生故障时不能切断输入电源。图3所示方案虽可以实现输入侧与输出侧的分断，但至少需要两个开关器件，控制复杂，成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种电力电子装置上电缓冲电路。
本发明的实施例提供一种电力电子装置上电缓冲电路，包括上电电路和检测电路，
所述上电路包括双通道固态继电器U3和元件IGBT，所述双通道固态继电器U3输出电源VQ和VCC，所述电源VQ连接第一电容C1，驱动电阻R1和第五电容C5串联后与所述第一电容C1并联，所述元件IGBT、输入电源端和电路负载端串联，所述元件IGBT集电极连接输入电源端正极，发射极连接所述电路负载端，栅极接入所述驱动电阻R1和所述第五电容C5之间，所述电源VQ对所述第一电容C1和第五电容C5充电，所述第五电容C5电压逐渐升高，所述元件IGBT导通，所述输入电源端为所述电路负载端供电，通过调节所述驱动电阻R1阻值、所述第一电容C1和所述第五电容C5容值控制所述元件IGBT导通时间；
所述检测电路包括反相器U1、与非门U2和555定时器U4，所述555定时器U4引脚2分别连接第三电容C3和第二MOS管Q4漏极，所述第二MOS管Q4源极连接所述电源VCC，所述第三电容C3并联第十电阻R10，且所述第十电阻R10接地，所述第三电容C3还分别连接所述555定时器U4引脚7和第四电容C4，所述第四电容C4分别连接所述555定时器U4引脚8和所述电源VCC；所述555定时器U4引脚3分别连接第十一电阻R11、所述与非门U2一输入端和所述反相器U1输入端，所述第十一电阻R11连接所述第二MOS管Q4栅极，所述与非门U2另一输入端连接所述元件IGBT栅极，所述反相器U1输出端连接三极管Q2基极，所述三极管Q2集电极连接第三电阻R3后连接所述元件IGBT栅极，发射极连接所述元件IGBT发射极；所述555定时器U4引脚6依次串联第六电阻R6、第七电阻R7和第一二极管D3，所述第一二极管D3负极连接所述输入电源端正极，所述555定时器U4引脚6还连接第一MOS管Q3源极，所述第一MOS管Q3栅极连接所述与非门U2输出端，漏极接地且还连接第二电容C2，所述第二电容C2接入所述第六电阻R6和所述第七电阻R7之间；所述555定时器U4引脚5依次串联第八电阻R8、第九电阻R9和第五电阻R5，所述第五电阻R5靠近所述第九电阻R9一端连接所述电源VCC，另一端接入所述第六电阻R6和所述第七电阻R7之间，当所述元件IGBT过流时，其发射极与集电极之间电压Vce高于所述555定时器U4引脚6的高触发电平时，所述555定时器U4引脚3输出低电平至所述反相器U1，所述三极管Q2导通，所述元件IGBT栅极和发射极之间电压被拉低，所述元件IGBT断开，之后所述555定时器U4引脚3输出低电平,所述第二MOS管Q4关断，所述第三电容C3通过所述第十电阻R10放电，当所述第三电容C3电压低于所述555定时器U4引脚2的低触发电平时，所述555定时器U4引脚3输出高电平，所述第二MOS管Q4导通，所述555定时器U4引脚2转为高电平，且所述三极管Q2断开，所述元件IGBT重新导通。
进一步地，还包括第一稳压二极管D1和D2，所述第一稳压二极管D1正极接地，负极连接所述电源VQ，所述第二稳压二极管D2正极接地，负极接入所述第八电阻R8和所述第九电阻R9之间。
进一步地，双通道固态继电器U3设有控制***，所述控制***串联第十三电阻R13后连接所述双通道固态继电器U3原边，所述控制***用于控制输入所述双通道固态继电器U3的电流大小。
进一步地，所述第一二极管D3和所述输入电源端之间设有第二二极管D4，所述第二二极管D4正极连接所述第一二极管D3负极，负极连接所述输入电源端正极。
进一步地，包括第二电阻R2，所述第二电阻R2与所述第五电容C5并联。
进一步地，所述与非门U2输出端串联第十二电阻R12后连接所述第一MOS管Q3栅极。
进一步地，所述反相器U1输出端串联第四电阻R4后连接所述三极管Q2基极。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明电力电子装置上电缓冲电路，上电电路用于通过驱动电阻R1阻值、第一电容C1和第五电容C5容值控制元件IGBT导通时间，即***上电缓冲时间，实现电路负载端缓慢上电，检测电路对元件IGBT集电极和发射极之间电压Vce实时检测，当元件IGBT过流时，电压Vce升高，检测电路控制元件IGBT断开，对电路负载端进行过流保护，且在过流保护之后，所述检测电路还可自动使元件IGBT重新导通，***恢复正常工作，可同时实现上电缓冲功能，和输入侧电源与电路负载端的分断，控制简单，成本低。
附图说明
图1是本发明一种电力电子装置上电缓冲电路的电路图；
图2是背景技术中常用上电缓冲电路(1)的电路图；
图3是背景技术中常用上电缓冲电路(2)的电路图。
图中：1-输入电源端、2-电路负载端、3-限流电阻、4-开关1、5-开关2、6-控制***。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种电力电子装置上电缓冲电路，包括上电电路和检测电路。
所述上电路包括双通道固态继电器U3和元件IGBT，双通道固态继电器U3设有控制***6，所述控制***6串联第十三电阻R13后连接所述双通道固态继电器U3原边，所述控制***6用于控制输入所述双通道固态继电器U3原边的电流大小，所述双通道固态继电器U3次边通过光电耦合方式产生电流，所述双通道固态继电器U3输出电源VQ和VCC，所述电源VQ连接第一电容C1，驱动电阻R1和第五电容C5串联后与所述第一电容C1并联，所述第一电容C1还并联第一稳压二极管D1，所述第一稳压二极管D1正极接地，负极连接所述电源VQ，所述元件IGBT、输入电源端1和电路负载端2串联，所述元件IGBT集电极连接输入电源端正极，发射极连接所述电路负载端，栅极接入所述驱动电阻R1和所述第五电容C5之间，所述第五电容C5还并联第二电阻R2，所述电源VQ对所述第一电容C1和第五电容C5充电，所述第五电容C5电压逐渐升高，所述元件元件IGBT栅极与发射极之间电压逐渐上升，直至所述元件IGBT导通，所述输入电源端1为所述电路负载端2供电，通过调节所述驱动电阻R1阻值及所述第一电容C1和第五电容C5容值，即可控制所述电源VQ对所述第五电容C5充电效率，从而控制所述元件IGBT导通时间；
所述检测电路包括反相器U1、与非门U2和555定时器U4，所述555定时器U4引脚2分别连接第三电容C3和第二MOS管Q4漏极，所述第二MOS管Q4源极连接所述电源VCC，所述第三电容C3并联第十电阻R10，且所述第十电阻R10接地，所述第三电容C3还分别连接所述555定时器U4引脚7和第四电容C4，所述第四电容C4分别连接所述555定时器U4引脚8和所述电源VCC。
所述555定时器U4引脚3分别连接第十一电阻R11、所述与非门U2一输入端和所述反相器U1输入端，所述第十一电阻R11连接所述第二MOS管Q4栅极，所述与非门U2另一输入端连接所述元件IGBT栅极，所述反相器U1输出端串联第四电阻R4后连接三极管Q2基极，所述三极管Q2集电极串联第三电阻R3后连接所述元件IGBT栅极，发射极连接所述元件IGBT发射极。
所述555定时器U4引脚6依次串联第六电阻R6、第七电阻R7、第一二极管D3和第二二极管D4，所述第二二极管D4正极连接所述第一二极管D3负极，负极连接所述输入电源端正极，所述555定时器U4引脚6还连接第一MOS管Q3源极，所述第一MOS管Q3栅极串联第十二电阻R12后连接所述与非门U2输出端，漏极接地且还连接第二电容C2，所述第二电容C2接入所述第六电阻R6和所述第七电阻R7之间。
所述555定时器U4引脚5依次串联第八电阻R8、第九电阻R9和第五电阻R5，所述第五电阻R5靠近所述第九电阻R9一端连接所述电源VCC，另一端接入所述第六电阻R6和所述第七电阻R7之间，所述第八电阻R8和所述第九电阻R9之间接入第二稳压二极管D2负极，所述第二稳压二极管D2正极接地。
当所述元件IGBT正常导通时，电源VCC电压稳定后，所述第二电容C2两端电压为:
Uc2＝(R7/(R6+R7))*(VCC-2Ud-Uce)+2Ud+Uce，
其中Ud为第一二极管D3、D4的导通压降，Uce为所述IGBT导通时的集电极和发射极之间电压。
所述555定时器U4通过引脚5设置其引脚6的高触发电平和引脚2的低触发电平，由所述所述555定时器U4内部特性决定，其引脚6的高触发电平UTH＝(5kΩ*Ud2+R8*VCC)/(1.5V*R8+1.5kΩ)，引脚2的低触发电平UTR＝UTH/2，Ud2为所述二级管D2的稳压值。
当所述元件IGBT正常导通时，其集电极和发射极之间电压Vce低于所述555定时器U4引脚6的高触发电平，所述555定时器U4引脚2初始电压为零，引脚3输出高电平，所述第二MOS管Q4导通，将所述555定时器U4引脚2拉高，所述555定时器U4引脚3保持高电平，所述输入电源端1为所述电路负载端2正常供电。
当所述元件IGBT过流时，其发射极与集电极之间电压Vce高于所述555定时器U4引脚6的高触发电平时，所述555定时器U4引脚3输出低电平至所述反相器U1，所述三极管Q2导通，所述元件IGBT栅极和发射极之间电压被拉低，所述元件IGBT断开，之后所述555定时器U4引脚3输出低电平,所述第二MOS管Q4关断，所述第三电容C3通过所述第十电阻R10放电，当所述第三电容C3电压低于所述555定时器U4引脚2的低触发电平时，所述555定时器U4引脚3输出高电平，所述第二MOS管Q4导通，所述555定时器U4引脚2转为高电平，且所述三极管Q2断开，所述元件IGBT重新导通。
当所述元件IGBT驱动信号电源VQ为低电平时，不能被导通，所述与非门U2输出高电平，所述第一MOS管Q3导通，使所述555定时器U4引脚6被拉低，此时无论元件IGBT的CE极电压如何变化均不能产生短路保护动作，即元件IGBT关断情况下所述检测电路的过流保护动作失效。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述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。
Claims (7)
1.一种电力电子装置上电缓冲电路，其特征在于：包括上电电路和检测电路，
所述上电路包括双通道固态继电器(U3)和元件IGBT，所述双通道固态继电器U3输出电源VQ和VCC，所述电源VQ连接第一电容(C1)，驱动电阻(R1)和第五电容(C5)串联后与所述第一电容(C1)并联，所述元件IGBT、输入电源端和电路负载端串联，所述元件IGBT集电极连接输入电源端正极，发射极连接所述电路负载端，栅极接入所述驱动电阻(R1)和所述第五电容(C5)之间，所述电源VQ对所述第一电容(C1)和第五电容(C5)充电，所述第五电容C5电压逐渐升高，所述元件IGBT导通，所述输入电源端为所述电路负载端供电，通过调节所述驱动电阻(R1)阻值、所述第一电容(C1)和所述第五电容(C5)容值控制所述元件IGBT导通时间；
所述检测电路包括反相器U1、与非门U2和555定时器U4，所述555定时器U4引脚2分别连接第三电容(C3)和第二MOS管(Q4)漏极，所述第二MOS管(Q4)源极连接所述电源VCC，所述第三电容(C3)并联第十电阻(R10)，且所述第十电阻(R10)接地，所述第三电容(C3)还分别连接所述555定时器U4引脚7和第四电容(C4)，所述第四电容(C4)分别连接所述555定时器U4引脚8和所述电源VCC；所述555定时器U4引脚3分别连接第十一电阻(R11)、所述与非门U2一输入端和所述反相器U1输入端，所述第十一电阻(R11)连接所述第二MOS管(Q4)栅极，所述与非门U2另一输入端连接所述元件IGBT栅极，所述反相器U1输出端连接三极管(Q2)基极，所述三极管(Q2)集电极连接第三电阻(R3)后连接所述元件IGBT栅极，发射极连接所述元件IGBT发射极；所述555定时器U4引脚6依次串联第六电阻(R6)、第七电阻(R7)和第一二极管(D3)，所述第一二极管(D3)负极连接所述输入电源端正极，所述555定时器U4引脚6还连接第一MOS管(Q3)源极，所述第一MOS管(Q3)栅极连接所述与非门U2输出端，漏极接地且还连接第二电容(C2)，所述第二电容(C2)接入所述第六电阻(R6)和所述第七电阻(R7)之间；所述555定时器U4引脚5依次串联第八电阻(R8)、第九电阻(R9)和第五电阻(R5)，所述第五电阻(R5)靠近所述第九电阻(R9)一端连接所述电源VCC，另一端接入所述第六电阻(R6)和所述第七电阻(R7)之间，当所述元件IGBT过流时，其发射极与集电极之间电压Vce高于所述555定时器U4引脚6的高触发电平时，所述555定时器U4引脚3输出低电平至所述反相器U1，所述三极管(Q2)导通，所述元件IGBT栅极和发射极之间电压被拉低，所述元件IGBT断开，之后所述555定时器U4引脚3输出低电平,所述第二MOS管(Q4)关断，所述第三电容(C3)通过所述第十电阻(R10)放电，当所述第三电容(C3)电压低于所述555定时器U4引脚2的低触发电平时，所述555定时器U4引脚3输出高电平，所述第二MOS管(Q4)导通，所述555定时器U4引脚2转为高电平，且所述三极管(Q2)断开，所述元件IGBT重新导通。
2.如权利要求1所述的一种电力电子装置上电缓冲电路，其特征在于：还包括第一稳压二极管(D1)和第二稳压二极管(D2)，所述第一稳压二极管(D1)正极接地，负极连接所述电源VQ，所述第二稳压二极管(D2)正极接地，负极接入所述第八电阻(R8)和所述第九电阻(R9)之间。
3.如权利要求1所述的一种电力电子装置上电缓冲电路，其特征在于：双通道固态继电器U3设有控制***，所述控制***串联第十三电阻(R13)后连接所述双通道固态继电器U3原边，所述控制***用于控制输入所述双通道固态继电器U3的电流大小。
4.如权利要求1所述的一种电力电子装置上电缓冲电路，其特征在于：所述第一二极管(D3)和所述输入电源端之间设有第二二极管(D4)，所述第二二极管(D4)正极连接所述第一二极管(D3)负极，负极连接所述输入电源端正极。
5.如权利要求1所述的一种电力电子装置上电缓冲电路，其特征在于：包括第二电阻(R2)，所述第二电阻(R2)与所述第五电容(C5)并联。
6.如权利要求1所述的一种电力电子装置上电缓冲电路，其特征在于：所述与非门U2输出端串联第十二电阻(R12)后连接所述第一MOS管(Q3)栅极。
7.如权利要求1所述的一种电力电子装置上电缓冲电路，其特征在于：所述反相器U1输出端串联第四电阻(R4)后连接所述三极管(Q2)基极。
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