CN204168176U - 一种逆变器直流母线电容放电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种逆变器直流母线电容放电电路，通过将第一电阻的一端与第一功率开关管的控制端相连，另一端与第四电阻的一端均与直流母线正极相连；第四电阻的另一端与所述第一功率开关管的输入端相连，第一功率开关管的输出端与正母线电容和负母线电容的公共连接点相连，且通过第五电阻与所述第二功率开关管的输入端相连；第二功率开关管的控制端和输出端分别与第三电阻的两端一一相连，且第二功率开关管的输出端接地；第二电阻的两端分别与第一功率开关管的控制端和第二功率开关管的控制端一一相连；小信号开关模块与第三电阻并联且与逆变器的辅助电源输出端相连，解决了现有技术中功率电阻设计困难，放电时间长且不能满足安规要求的问题。

Description

一种逆变器直流母线电容放电电路

技术领域

本实用新型主要涉及新能源发电***中逆变器的应用领域，更具体地说是涉及一种逆变器直流母线电容放电电路。

背景技术

逆变器是新能源发电***中必不可少的调整装置，主要用来将直流电转换成交流电，而在大功率逆变器中，为了支持母线电压通常需要其逆变装置直流侧的母线电容采用大容量的直流母线电容，但这样会使得直流输入掉电后，母线电容电压长时间维持较高值，因而，当设备停机后必须要对该直流母线电容进行放电，以避免检修设备时发生触电危险。

基于此，现有技术中通常是在逆变器的直流母线电容两端并联功率电阻进行放电，然而，由于该功率电阻在设备运行过程中会一直处于导通状态，会产生大量热量，增大***损耗，虽然，增大该功率电阻的阻值可改善该问题。但功率电阻的阻值过大会延长放电时间，而且，在该逆变器的辅助电源掉电后，有潜在的安全隐患，且不满足安规要求。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种逆变器直流母线电容放电电路，解决了现有技术功率电阻设计困难，放电时间长，且不满足安规要求的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案如下：

一种逆变器直流母线电容放电电路，所述逆变器直流母线电容包括串联的正母线电容和负母线电容，所述放电电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一功率开关管、第二功率开关管以及小信号开关模块，其中：

所述第一电阻的一端与所述第一功率开关管的控制端相连，另一端与所述第四电阻的一端均与直流母线正极相连，所述第四电阻的另一端与所述第一功率开关管的输入端相连；

所述第一功率开关管的输出端与所述正母线电容和所述负母线电容的公共连接点相连，且通过所述第五电阻与所述第二功率开关管的输入端相连；

所述第二功率开关管的控制端和输出端分别与所述第三电阻的两端一一相连，且所述第二功率开关管的输出端接地；

所述第二电阻的两端分别与所述第一功率开关管的控制端和所述第二功率开关管的控制端一一相连；

所述小信号开关模块与所述第三电阻并联，且与所述逆变器的辅助电源输出端相连；

所述正母线电容与负母线电容的容量之比等于所述第一电阻与所述第二电阻的阻值之比。

优选的，所述放电电路还包括第六电阻，以使所述辅助电源通过所述第六电阻与所述小信号开关模块相连。

优选的，所述小信号开关模块包括：第七电阻和第三功率开关管，其中：

所述第三功率开关管的控制端通过所述第六电阻与所述辅助电源相连，输入端与所述第二电阻和所述第三电阻的公共连接点相连，输出端接地；

所述第七电阻的一端与所述第三功率开关管的控制端相连，另一端与所述第三功率开关管的输出端相连。

优选的，所述小信号开关模块具体为隔离性光耦，所述隔离性光耦的原边为发光二极管，副边为三极管，其中：

所述发光二极管的阳极通过所述第六电阻与所述辅助电源相连，阴极接地；

所述三极管的集电极和发射极分别与所述第三电阻的两端一一相连，且所述发射极接地。

优选的，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管和所述第三功率开关管均是NPN型三极管；

则所述控制端为所述NPN型三极管的基极，所述输入端为所述NPN型三极管的集电极，所述输出端为所述NPN型三极管的发射极。

优选的，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管和所述第三功率开关管均是N沟道MOS管；

则所述控制端为所述N沟道MOS管的栅极，所述输入端为所述N沟道MOS管的漏极，所述输出端为所述N沟道MOS管的源极。

优选的，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管和所述第三功率开关管均是IGBT管；

则所述控制端为所述IGBT管的栅极，所述输入端为所述IGBT管的漏极，所述输出端为所述IGBT管的源极。

优选的，所述隔离性光耦具体为TLP521型号的光耦。

优选的，所述正母线电容与所述负母线电容的容量相等，且所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻的阻值。

优选的，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻和所述第五电阻具体均为功率电阻或由多个贴片电阻串联构成的电阻串。

由此可见，本实用新型提出了一种逆变器直流母线电容放电电路，通过将第一电阻的一端与第一功率开关管的控制端相连，另一端与第四电阻的一端均与直流母线正极相连；第四电阻的另一端与所述第一功率开关管的输入端相连，第一功率开关管的输出端与正母线电容和负母线电容的公共连接点相连，且通过第五电阻与所述第二功率开关管的输入端相连；第二功率开关管的控制端和输出端分别与第三电阻的两端一一相连，且第二功率开关管的输出端接地；第二电阻的两端分别与第一功率开关管的控制端和第二功率开关管的控制端一一相连；小信号开关模块与第三电阻并联且与逆变器的辅助电源输出端相连。基于此，逆变器***正常运行时，辅助电源输出电压使得小信号开关模块导通，这样使得两个开关管控制端达不到开通条件而截止，主放电回路停止放电，解决了现有技术中功率电阻在此期间一直导通而发热，并增大***损耗的问题；而当逆变器直流掉电后，从直流取电的辅助电源会停止工作，使得小信号器件关断，通过选择第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，使两个开关管控制端达到开通条件而导通，则直流母线电容通过相应的放电电阻快速放电，缩短了放电时间，且杜绝了潜在的安全隐患，符合了安规要求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种逆变器直流母线电容放电电路实施例的结构示意图；

图2为本实用新型一种逆变器直流母线电容放电电路实施例的放电曲线图；

图3为本实用新型一种逆变器直流母线电容放电电路具体实施例的电路连接图；

图4为本实用新型另一种逆变器直流母线电容放电电路具体实施例的电路连接图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提出了一种逆变器直流母线电容放电电路，通过将第一电阻的一端与第一功率开关管的控制端相连，另一端与第四电阻的一端均与直流母线正极相连；第四电阻的另一端与所述第一功率开关管的输入端相连，第一功率开关管的输出端与正母线电容和负母线电容的公共连接点相连，且通过第五电阻与所述第二功率开关管的输入端相连；第二功率开关管的控制端和输出端分别与第三电阻的两端一一相连，且第二功率开关管的输出端接地；第二电阻的两端分别与第一功率开关管的控制端和第二功率开关管的控制端一一相连；小信号开关模块与第三电阻并联且与逆变器的辅助电源输出端相连。基于此，逆变器***正常运行时，辅助电源输出电压使得小信号开关模块导通，这样使得两个开关管控制端达不到开通条件而截止，主放电回路停止放电，解决了现有技术中功率电阻在此期间一直导通而发热，并增大***损耗的问题；而当逆变器直流掉电后，从直流取电的辅助电源会停止工作，使得小信号器件关断，通过选择第一电阻、第二电阻和第三电阻的阻值，使两个开关管控制端达到开通条件而导通，则直流母线电容通过相应的放电电阻快速放电，缩短了放电时间，且杜绝了潜在的安全隐患，符合了安规要求。

参照图1所示的一种逆变器直流母线电容放电电路的结构示意图，该放电电路可以包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2以及小信号开关模块100，其中：

第一电阻R1的一端与第一功率开关管Q1的控制端相连，另一端与第四电阻R4的一端均与直流母线正极PV+相连，第四电阻R4的另一端与第一功率开关管Q1的输入端相连。

第一功率开关管Q1的输出端与正母线电容C1和负母线电容C2的公共连接点N相连，且通过第五电阻R5与所述第二功率开关管Q2的输入端相连。

其中，该第一功率开关管Q1具体可以为NPN型三极管，此时，第一功率开关管Q1的控制端为NPN型三极管的基极，第一功率开关管Q1的输入端为NPN型三极管的集电极，第一功率开关管Q1的输出端为NPN型三极管的发射极。

当然，该第一功率开关管Q1也可以为N沟道MOS管或IGBT管(InsulatedGate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，则第一功率开关管Q1的控制端为N沟道MOS管或IGBT管的栅极，第一功率开关管Q1的输入端为N沟道MOS管或IGBT管的漏极，第一功率开关管Q1的输出端为N沟道MOS管或IGBT管的源极。本实用新型对第一功率开关管Q1的具体型号不作具体限定。

第二功率开关管Q2的控制端和输出端分别与所述第三电阻R3的两端一一相连，且所述第二功率开关管Q2的输出端接地。

其中，在本实用新型中，该第二功率开关管Q2具体可以为NPN型三极管、N沟道MOS管或IGBT管，则该第二功率开关管Q2的控制端、输入端和输出端的相应含义与上述第一功率开关管Q1相同，本实用新型在此不再详述。

第二电阻R2的两端分别与所述第一功率开关管Q1的控制端和所述第二功率开关管Q2的控制端一一相连。

其中，第一电阻R1至第五电阻R5可以为功率电阻或由多个贴片电阻串联构成的电阻串，本实用新型对此不作具体限定。

需要说明的是，第一电阻R1与第二电阻R2的阻值之比与正母线电容C1与负母线电容C2的容量之比。优选的，第一电阻R1与第二电阻R2的阻值可以相等，且此时正母线电容C1与负母线电容C2的容量也相等，即R1＝R2，C1＝C2。

小信号开关模块100与所述第三电阻R3并联，且与所述逆变器的辅助电源VCC输出端相连。

可选的，在本申请中，该小信号开关模块100可以由第七电阻和第三功率开关管组成，其中，第三功率开关管的控制端通过第六电阻与辅助电源相连，输入端与第二电阻和第三电阻的公共连接点相连，输出端接地；第七电阻的一端与第三功率开关管的控制端相连，另一端与第三功率开关管的输出端相连。当然，该小信号开关模块100也可以为隔离性光耦，本申请对此不作具体限定，两者方式在实际应用中的工作原理类似。

具体的，结合图2所示的放电曲线，在本实用新型实施例的实际应用中，当逆变器正常工作时，辅助电源VCC使得小信号开关模块100导通，第二电阻R1和第三电阻R3的公共连接点M1接地，从而使得第二功率开关管Q2截止，此时，第一功率开关管Q1控制端的输入电压由第一电阻R1和第二电阻R2分压决定，由于正母线电容C1与负母线电容C2的容量之比等于第一电阻R1与第二电阻R2的阻值之比，因此，该第一电阻R1和第二电阻R2的公共连接点M的电位等于正母线电容C1和负母线电容C2的公共连接点N的电位，即M点电位与M2点电位相等，所以，第一功率开关管Q1截止，放电电阻即第四电阻R4和第五电阻R5断路。

由此可见，与现有技术中的仅有功率电阻与直流母线电容并联构成的放电电路相比，在逆变器正常运行过程中，本实用新型提供的放电电路中的电阻(第四电阻和第五电阻)并未通电，因而，也就不会增加***的损耗，即解决了现有技术中因功率电阻在逆变器运行期间一直通电，而增大***损耗的问题。

另外，当逆变器直流掉电后，从直流取电的辅助电源VCC将停止工作，则小信号开关模块100截止，此时M点电压和M1点的电压分别为：

$V_M=\frac{R2+R3}{R1+R2+R3}U1---\left(1\right)$

$V_{M1}=\frac{R3}{R1+R2+R3}U1---\left(2\right)$

其中，U1为直流母线电压，在直流输入电压稳定的情况下，M点电压V_M和M1点的电压V_M1由第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值决定，所以，本申请通过选择第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值使第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2导通，从而使得正母线电容C1的残余电压U2通过第四电阻R4放电，负母线电容C2的残余电压U3通过第五电阻R5放电，经一定时间(如图2中的t0)，正母线电容C1的残余电压U2和负母线电容C2的残余电压U3将下降到安全值下，此时将不能满足第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2的导通电压，则该第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2都将截止，那么，正母线电容C1和负母线电容C2的安全值之下的残余电压将通过第一电阻R1和第二电阻R2放电。

由此可见，本申请结合功率开关管的特性，实现了直流母线电容的残余电压的快速放电，满足了IEC61800标准安规要求，即电源切断后，电力电子设备任何残余电压高于60V的外露导电部分，都应在5分钟之内放电到60V或60V以下，因而，本申请可合理选择R1～R5的电阻的阻值，以达到该安规要求。需要说明的是，对于R1～R5电阻的具体阻值，本申请不作具体限定，只要满足安规要求即可。而且，由于功率开关管耐低压，选择范围大，克服了现有技术功率电阻设计困难，放电时间长，不满足安规要求等缺点。

实施例二：

参照图3所示的本申请一种逆变器直流母线电容放电电路的具体实施例的电路连接图，在上述实施例一的基础上，本实施例还可包括第六电阻R6，以使辅助电源VCC通过该第六电阻R6与小信号开关模块100相连，而且，在本实施例中，第一功率开关管Q1、第二功率开关管Q2和第三功率开关管Q3均选用N沟道MOS管，且第一电阻R1与第二电阻R2的阻值相等，第一电容C1与第二电容C2的容值相等，则：

如图3所示，结合上述实施例一中的结构连接关系可知，本实施例中的第一N沟道MOS管Q1的栅极与M点连接，漏极与第四电阻Q4连接，源极与N点连接且通过第五电阻R5与第二N沟道MOS管Q2的漏极相连；而第二N沟道MOS管Q2的栅极与M1点相连，源极接地。

并且，第三N沟道MOS管Q3的漏极与M1点相连，源极与接地，栅极通过第六电阻R6与辅助电源VCC相连，第七电阻R7两端与第三N沟道MOS管Q3的栅极和源极一一对应相连。

在本实施例实际应用中，逆变器正常运行过程中以及直流掉电后的工作过程可参照上述实施例一相应部分的描述，本实施例在此不再赘述。

需要说明的是，对于本实施例中的第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2的选择，除了上述N沟道MOS管外，还可以为NPN型三极管或IGBT管，对应放电电路的连接关系与本实施例类似，本实用新型在此不再详述。

实施例三：

参照图4所示的另一种逆变器直流母线电容放电电路具体实施例的电路连接图，与上述实施例二不同的是，本实施例中的小信号开关模块100为隔离性光耦，其原边可以为发光二极管，副边可以为三极管，其中：

所述发光二极管的阳极通过所述第六电阻R6与所述辅助电源VCC相连，阴极接地；所述三极管的集电极和发射极分别与所述第三电阻R3的两端一一相连，且所述发射极接地。

本实施例的放电电路的具体工作过程可参见实施例一相应部分的描述，在此不再赘述。

其中，对于本实施例中的隔离性光耦可以选用TLP521型号或PC918型号的光耦，本申请对此不作具体限定。

基于上述分析可知，本实施例提供的放电电路，在逆变器***正常运行时，辅助电源输出电压使得光耦导通，这样使得两个功率开关管控制端达不到开通条件而关断，主放电回路停止放电，降低了***损失。而在逆变器直流掉电后，从直流取电的辅助电源会停止工作，使得光耦关断，这样功率开关管的控制端由于分压电路分压达到开通条件，主功率器件(即第一功率开关管Q1和第二功率开关管Q2)开通，直流母线电容通过功率电阻快速放电，与现有技术相比，大大缩短了放电时间，且满足了安规要求。

需要说明的是，关于上述各实施例中，诸如第一、第二等之类的关系术语仅仅用来将一个器件与另一个器件区分开来，而不要求或者暗示这些器件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种逆变器直流母线电容放电电路，所述逆变器直流母线电容包括串联的正母线电容和负母线电容，其特征在于，所述放电电路包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一功率开关管、第二功率开关管以及小信号开关模块，其中：

所述第一电阻的一端与所述第一功率开关管的控制端相连，另一端与所述第四电阻的一端均与直流母线正极相连，所述第四电阻的另一端与所述第一功率开关管的输入端相连；

所述第一功率开关管的输出端与所述正母线电容和所述负母线电容的公共连接点相连，且通过所述第五电阻与所述第二功率开关管的输入端相连；

所述第二功率开关管的控制端和输出端分别与所述第三电阻的两端一一相连，且所述第二功率开关管的输出端接地；

所述第二电阻的两端分别与所述第一功率开关管的控制端和所述第二功率开关管的控制端一一相连；

所述小信号开关模块与所述第三电阻并联，且与所述逆变器的辅助电源输出端相连；

所述正母线电容与负母线电容的容量之比等于所述第一电阻与所述第二电阻的阻值之比。

2.根据权利要求1所述的放电电路，其特征在于，所述放电电路还包括第六电阻，以使所述辅助电源通过所述第六电阻与所述小信号开关模块相连。

3.根据权利要求2所述的放电电路，其特征在于，所述小信号开关模块包括：第七电阻和第三功率开关管，其中：

所述第三功率开关管的控制端通过所述第六电阻与所述辅助电源相连，输入端与所述第二电阻和所述第三电阻的公共连接点相连，输出端接地；

所述第七电阻的一端与所述第三功率开关管的控制端相连，另一端与所述第三功率开关管的输出端相连。

4.根据权利要求2所述的放电电路，其特征在于，所述小信号开关模块具体为隔离性光耦，所述隔离性光耦的原边为发光二极管，副边为三极管，其中：

所述发光二极管的阳极通过所述第六电阻与所述辅助电源相连，阴极接地；

所述三极管的集电极和发射极分别与所述第三电阻的两端一一相连，且所述发射极接地。

5.根据权利要求3所述的放电电路，其特征在于，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管和所述第三功率开关管均是NPN型三极管；

则所述控制端为所述NPN型三极管的基极，所述输入端为所述NPN型三极管的集电极，所述输出端为所述NPN型三极管的发射极。

6.根据权利要求3所述的放电电路，其特征在于，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管和所述第三功率开关管均是N沟道MOS管；

则所述控制端为所述N沟道MOS管的栅极，所述输入端为所述N沟道MOS管的漏极，所述输出端为所述N沟道MOS管的源极。

7.根据权利要求3所述的放电电路，其特征在于，所述第一功率开关管、所述第二功率开关管和所述第三功率开关管均是IGBT管；

则所述控制端为所述IGBT管的栅极，所述输入端为所述IGBT管的漏极，所述输出端为所述IGBT管的源极。

8.根据权利要求4所述的放电电路，其特征在于，所述隔离性光耦具体为TLP521型号的光耦。

9.根据权利要求1-8任一项所述的放电电路，其特征在于，所述正母线电容与所述负母线电容的容量相等，且所述第一电阻的阻值等于所述第二电阻的阻值。

10.根据权利要求9所述的放电电路，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻、所述第三电阻、所述第四电阻和所述第五电阻具体均为功率电阻或由多个贴片电阻串联构成的电阻串。