CN213072097U - 一种母线电解电容保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种母线电解电容保护电路，用于对PFC电路中的母线电解电容进行保护，包括：母线电压采样电路，用于采样母线电压；电源开关电路，串接在三相电源的三相输出和PFC电路之间；辅助电源电路，用于从所述三相电源取电后转换为辅助电源；处理电路，用于在采样的母线电压增加并超过对应的阈值时控制所述电源开关电路切换到关断状态，同时从所述辅助电源电路获取辅助电源，如此，本实用新型可以通过切断供电，使得母线电压得以控制，母线电压开始下降，起到了保护母线电解电容的作用。

Description

一种母线电解电容保护电路

技术领域

本实用新型涉及电力电子领域,尤其涉及一种母线电解电容保护电路。

背景技术

随着电力电子技术的发展，越来越多的电力电子产品都具备输入PFC电路，尤其是三相输入大功率电力电子产品。随着国家“新基建”的出台，“新能源汽车充电桩”的建设将快速发展，充电模块作为新能源汽车充电桩中的核心部件，其失效率决定了整个充电桩的失效率，所以充电模块的稳定性尤为重要。

充电桩长期工作在高温、高湿、粉尘、盐雾等恶劣环境中，充电模块大都为强迫风冷的方式散热，模块内部PCB板上自然也会吸附上一层导电灰尘，在某种异常情况下，会导致元器件短路，造成母线大电解电容电压骤升。即使模块具有停机保护功能，但是当短路点在某些特殊位置，PFC的不控整流导致的电压骤升也是关机不能避免的。而当关机也不能起到保护功能，母线电容最后***导致浓烟产生的火灾是非常严重的事故。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种母线电解电容保护电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种母线电解电容保护电路，用于对PFC电路中的母线电解电容进行保护，包括：

母线电压采样电路，其输入端与母线电解电容两端连接，用于采样母线电压；

电源开关电路，串接在三相电源的三相输出和PFC电路之间；

辅助电源电路，其输入端连接于所述三相电源的三相输出和所述电源开关电路之间，用于从所述三相电源取电后转换为辅助电源；

处理电路，与所述母线电压采样电路的输出端、所述辅助电源电路的输出端以及所述电源开关电路的控制端分别连接，用于在采样的母线电压增加并超过对应的阈值时控制所述电源开关电路切换到关断状态，同时从所述辅助电源电路获取辅助电源。

优选地，所述PFC电路包括两个母线电解电容，所述两个母线电解电容串接于两根母线之间，每一所述母线电压采样电路包括两个输入端，所述母线电解电容保护电路包括三路所述母线电压采样电路；

第一路所述母线电压采样电路用于采样半母线电压，其两个输入端分别连接第一个所述母线电解电容的两端；第二路所述母线电压采样电路用于采样半母线电压，其两个输入端分别连接第二个所述母线电解电容的两端；第三路所述母线电压采样电路用于采样总母线电压，其两个输入端分别连接第二个所述母线电解电容的两端；所述处理电路在两个半母线电压、总母线电压中的任一者增加并超过对应的阈值时控制所述电源开关电路切换到关断状态，同时启用所述辅助电源电路供电。

优选地，所述母线电压采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一运放和第二运放；

所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端作为所述母线电压采样电路的两个输入端，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端分别对应连接所述第一运放的同相输入端、反相输入端，所述第一电容连接于所述第一运放的反相输入端和同相输入端之间，所述第二电容和第三电阻并联于PFC电路前级的X电容中点和第一运放的同相输入端之间，所述第三电容和第四电阻并联于第一运放的反相输入端和输出端之间，第一运放的输出端经由第五电阻连接第二运放的同相输入端，第二运放的同相输入端还经由第六电阻连接所述电容中点，第二运放的反相输入端连接第二运放的输出端，第二运放的输出端还连接第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端作为所述母线电压采样电路的输出端，所述第四电容连接于检测输出端和所述电容中点之间。

优选地，所述电源开关电路包括继电器，三相电源的每一相输出和PFC电路之间串接一个继电器触点，所述继电器的线圈电源开关受控于所述处理电路。

优选地，所述辅助电源电路包括：

三相整流桥，连接所述三相电源的三相输出，用于将所述三相电源的输出进行整流后输出直流电源；

直流电源转换电路，连接所述三相整流桥，用于将所述三相整流桥输出的直流电源转换为处理电路所需的辅助电源。

优选地，所述直流电源转换电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、变压器、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电阻、开关管、电源芯片；

所述第八电容连接于所述三相整流桥的正输出端和负输出端之间，第一二极管的正极连接所述三相整流桥的正输出端，第一二极管的负极连接所述变压器的原边的第一端，所述第五电容和第八电阻并联于变压器的原边的第一端和所述第二二极管的负极之间，所述变压器的原边的第二端同时与所述第二二极管的正极和所述开关管的输入端连接，所述开关管的控制端接收控制信号，所述开关管的输出端经由第九电阻连接所述三相整流桥的负输出端，所述变压器的副边的第一端连接所述第三二极管的正极，所述第三二极管的负极连接电源芯片的输入端，所述第六电容连接于电源芯片的输入端和接地端之间，所述变压器的副边的第二端连接电源芯片的接地端，所述第七电容连接于所述电源芯片的输出端和接地端之间。

本实用新型的母线电解电容保护电路，具有以下有益效果：本实用新型可以在采样的母线电压增加并超过对应的阈值时触发电源开关电路关断，从而关断了整个PFC电路的电源供应，同时处理电路从所述辅助电源电路获取辅助电源维持运行，如此，本实用新型可以通过切断供电，使得母线电压得以控制，母线电压开始下降，起到了保护母线电解电容的作用。

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是本实用新型母线电解电容保护电路的结构示意图；

图2是三路所述母线电压采样电路的接线示意图；

图3是母线电压采样电路的电路图；

图4是辅助电源电路的电路图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的典型实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，本文所述“相连”或“连接”，不仅仅包括将两个实体直接相连，也包括通过具有有益改善效果的其他实体间接相连。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本说明书中使用的“第一”、“第二”等包含序数的术语可用于说明各种构成要素，但是这些构成要素不受这些术语的限定。使用这些术语的目的仅在于将一个构成要素区别于其他构成要素。例如，在不脱离本发明的权利范围的前提下，第一构成要素可被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。

本实用新型总的思路是：在三相电源的三相输出和PFC电路之间串接电源开关电路，正常状态下其是出于导通状态的；利用母线电压采样电路采样母线电压，处理电路在采样的母线电压增加并超过对应的阈值时控制所述电源开关电路切换到关断状态，同时，本实用新型增加辅助电源电路保证处理电路的供电，辅助电源电路的输入端连接于所述三相电源的三相输出和所述电源开关电路之间，所以即使电源开关电路关断，也不会影响辅助电源电路的供电，所以一旦处理电路关断了电源开关电路，处理电路会同步从所述辅助电源电路获取辅助电源来维持运行。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明，应当理解本实用新型实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本实用新型实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参考图1，本实用新型的母线电解电容保护电路，用于对PFC电路中的母线电解电容进行保护。PFC电路的前级是带EMC的输入电路，该输入电路包括三路X电容，每一路X电容包括两个并联的X电容。所述三路X电容的一端分别与三相电源的三相输出连接，所述三路X电容的另一端共接作为电容中点X-GND。PFC电路包括两根母线、两个母线电解电容，所述两个母线电解电容串接于两根母线之间。

其中，母线电解电容保护电路包括母线电压采样电路1、电源开关电路2、辅助电源电路4、处理电路3。母线电压采样电路1，其输入端与母线电解电容两端连接，输出端连接处理电路3；电源开关电路2串接在三相电源的三相输出和PFC电路之间，其控制端与处理电路3连接，平常电源开关电路2是出于导通状态的；辅助电源电路4的输入端连接于所述三相电源的三相输出和所述电源开关电路2之间，输出端连接所述处理电路3。

母线电压采样电路1用于采样母线电压，辅助电源电路4用于从所述三相电源取电后转换为辅助电源，处理电路3用于在采样的母线电压增加并超过对应的阈值时控制所述电源开关电路2切换到关断状态，同时从所述辅助电源电路4获取辅助电源。

具体的，本实施例的所述电源开关电路2包括继电器，三相电源的每一相输出和PFC电路之间串接一个继电器触点，如图中KA、KB、KC所示，所述继电器的线圈电源开关受控于所述处理电路3。

具体的，参考图2，本实施例中所述母线电解电容保护电路包括三路所述母线电压采样电路1，每一所述母线电压采样电路1包括两个输入端。第一路所述母线电压采样电路1用于采样半母线电压，其两个输入端分别连接第一个所述母线电解电容的两端；第二路所述母线电压采样电路1用于采样半母线电压，其两个输入端分别连接第二个所述母线电解电容的两端；第三路所述母线电压采样电路1用于采样总母线电压，其两个输入端分别连接第二个所述母线电解电容的两端；所述处理电路3在两个半母线电压、总母线电压中的任一者增加并超过对应的阈值时控制所述电源开关电路2切换到关断状态，同时启用所述辅助电源电路4供电。

比如说，PFC电路所在的模块上电后，电源开关电路2导通，此时模块母线电解电容上的电压为三相输入不控整流电压，值为V_bus1＝380*1.414＝537V，考虑到输入实际电网一般为400V左右，实际V_bus1＝400*1.414＝565V，两个母线电解电容选型为450V，假设采样总母线电压和两个半母线电压分别为V_bussampall、V_bussamphalf1、V_bussamphalf2。模块开机状态下，工作母线电压Vnormal，保证正常工作时的一个浮动电压范围V_Δ，当实际母线电压V_max＝Vact>(V_normal+V_Δ)时，为了防止保护方法的误操作，模块策略为报警关驱动。驱动关闭后，基于本实施例，采样母线电压和两个半母线电压，如果V_max呈现下降趋势，表明该故障是由于控制或者电网波形导致，没有异常风险。如果V_max继续变大，当V_bussampall>900V或者V_bussamphalf1>450V或者V_bussamphalf2>450V，表明此时为异常故障，控制电源开关电路2断开与电网的物理连接，母线电压得以控制，开始下降，起到了保护母线电解电容的作用。

参考图3，所述母线电压采样电路1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、第六电阻R6、第七电阻R7、第一电容C1、第二电容C2、第三电容C3、第四电容C4、第一运放U1和第二运放U3。

所述第一电阻R1的一端和所述第二电阻R2的一端分别作为所述母线电压采样电路1的两个输入端Cin1和Cin2，所述第一电阻R1的另一端、所述第二电阻R2的另一端分别对应连接所述第一运放U1的同相输入端、反相输入端，所述第一电容C1连接于所述第一运放U1的反相输入端和同相输入端之间，所述第二电容C2和第三电阻R3并联于第一运放U1的同相输入端和所述电容中点之间，所述第三电容C3和第四电阻R4并联于第一运放U1的反相输入端和输出端之间，第一运放U1的输出端经由第五电阻R5连接第二运放U3的同相输入端，第二运放U3的同相输入端还经由第六电阻R6连接所述电容中点，第二运放U3的反相输入端连接第二运放U3的输出端，第二运放U3的输出端还连接第七电阻R7的一端，所述第七电阻R7的另一端作为所述母线电压采样电路1的输出端，所述第四电容C4连接于检测输出端和所述电容中点之间。

本实施例中，第一路母线电压采样电路1的第一个输入端Cin1连接第一个所述母线电解电容的正极、第二个输入端Cin2连接第一个所述母线电解电容的负极。第二路母线电压采样电路1的第一个输入端Cin1连接第二个所述母线电解电容的正极、第二个输入端Cin2连接第二个所述母线电解电容的负极。第三路母线电压采样电路1的第一个输入端Cin1连接第一个所述母线电解电容的正极、第二个输入端Cin2连接第二个所述母线电解电容的负极。

由于本实施例中处理电路3在异常时会控制电源开关电路2断开与电网的物理连接，因此电路没有供电，为了保证处理电路3的供电正常，处理电路3可以通过电源开关控制是否启用(接入)辅助电源电路4输出的辅助电源。参考图4，所述辅助电源电路4包括：

三相整流桥41，连接所述三相电源的三相输出，用于将所述三相电源的输出进行整流后输出直流电源；

直流电源转换电路42，连接所述三相整流桥41，用于将所述三相整流桥41输出的直流电源转换为处理电路3所需的辅助电源。

具体的，所述直流电源转换电路42包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、变压器T、第五电容C5、第六电容C6、第七电容C7、第八电容C8、第九电阻R9、开关管Q1、电源芯片。所述开关管Q1具体为MOS管。变压器T的原边的第一端和副边的第二端为同名端。

第八电容C8是一个电解电容，连接于所述三相整流桥41的正输出端和负输出端之间，第一二极管D1的正极连接所述三相整流桥41的正输出端，第一二极管D1的负极连接所述变压器T的原边的第一端，所述第五电容C5和第八电阻并联于变压器T的原边的第一端和所述第二二极管D2的负极之间，所述变压器T的原边的第二端同时与所述第二二极管D2的正极和所述开关管Q1的输入端连接，所述开关管Q1的控制端接收处理电路3给出的PWM控制信号，所述开关管Q1的输出端经由第九电阻R9连接所述三相整流桥41的负输出端，所述变压器T的副边的第一端连接所述第三二极管D3的正极，所述第三二极管D3的负极连接电源芯片的输入端，所述第六电容C6连接于电源芯片的输入端和接地端之间，所述变压器T的副边的第二端连接电源芯片的接地端，所述第七电容C7连接于所述电源芯片的输出端和接地端之间，电源芯片的输出端和接地端即输出3.3V的辅助电源。

综上所述，本实用新型的母线电解电容保护电路，具有以下有益效果：本实用新型可以在采样的母线电压增加并超过对应的阈值时触发电源开关电路关断，从而关断了整个PFC电路的电源供应，同时处理电路从所述辅助电源电路获取辅助电源维持运行，如此，本实用新型可以通过切断供电，使得母线电压得以控制，母线电压开始下降，起到了保护母线电解电容的作用。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种母线电解电容保护电路，用于对PFC电路中的母线电解电容进行保护，其特征在于，包括：

母线电压采样电路，其输入端与母线电解电容两端连接，用于采样母线电压；

电源开关电路，串接在三相电源的三相输出和PFC电路之间；

辅助电源电路，其输入端连接于所述三相电源的三相输出和所述电源开关电路之间，用于从所述三相电源取电后转换为辅助电源；

处理电路，与所述母线电压采样电路的输出端、所述辅助电源电路的输出端以及所述电源开关电路的控制端分别连接，用于在采样的母线电压增加并超过对应的阈值时控制所述电源开关电路切换到关断状态，同时从所述辅助电源电路获取辅助电源。

2.根据权利要求1所述的母线电解电容保护电路，其特征在于，所述PFC电路包括两个母线电解电容，所述两个母线电解电容串接于两根母线之间，每一所述母线电压采样电路包括两个输入端，所述母线电解电容保护电路包括三路所述母线电压采样电路；

第一路所述母线电压采样电路用于采样半母线电压，其两个输入端分别连接第一个所述母线电解电容的两端；第二路所述母线电压采样电路用于采样半母线电压，其两个输入端分别连接第二个所述母线电解电容的两端；第三路所述母线电压采样电路用于采样总母线电压，其两个输入端分别连接第二个所述母线电解电容的两端；所述处理电路在两个半母线电压、总母线电压中的任一者增加并超过对应的阈值时控制所述电源开关电路切换到关断状态，同时启用所述辅助电源电路供电。

3.根据权利要求2所述的母线电解电容保护电路，其特征在于，所述母线电压采样电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第一运放和第二运放；

所述第一电阻的一端和所述第二电阻的一端作为所述母线电压采样电路的两个输入端，所述第一电阻的另一端、所述第二电阻的另一端分别对应连接所述第一运放的同相输入端、反相输入端，所述第一电容连接于所述第一运放的反相输入端和同相输入端之间，所述第二电容和第三电阻并联于PFC电路前级的X电容中点和第一运放的同相输入端之间，所述第三电容和第四电阻并联于第一运放的反相输入端和输出端之间，第一运放的输出端经由第五电阻连接第二运放的同相输入端，第二运放的同相输入端还经由第六电阻连接所述电容中点，第二运放的反相输入端连接第二运放的输出端，第二运放的输出端还连接第七电阻的一端，所述第七电阻的另一端作为所述母线电压采样电路的输出端，所述第四电容连接于检测输出端和所述电容中点之间。

4.根据权利要求1所述的母线电解电容保护电路，其特征在于，所述电源开关电路包括继电器，三相电源的每一相输出和PFC电路之间串接一个继电器触点，所述继电器的线圈电源开关受控于所述处理电路。

5.根据权利要求1所述的母线电解电容保护电路，其特征在于，所述辅助电源电路包括：

三相整流桥，连接所述三相电源的三相输出，用于将所述三相电源的输出进行整流后输出直流电源；

直流电源转换电路，连接所述三相整流桥，用于将所述三相整流桥输出的直流电源转换为处理电路所需的辅助电源。

6.根据权利要求5所述的母线电解电容保护电路，其特征在于，所述直流电源转换电路包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、变压器、第五电容、第六电容、第七电容、第八电容、第九电阻、开关管、电源芯片；

所述第八电容连接于所述三相整流桥的正输出端和负输出端之间，第一二极管的正极连接所述三相整流桥的正输出端，第一二极管的负极连接所述变压器的原边的第一端，所述第五电容和第八电阻并联于变压器的原边的第一端和所述第二二极管的负极之间，所述变压器的原边的第二端同时与所述第二二极管的正极和所述开关管的输入端连接，所述开关管的控制端接收控制信号，所述开关管的输出端经由第九电阻连接所述三相整流桥的负输出端，所述变压器的副边的第一端连接所述第三二极管的正极，所述第三二极管的负极连接电源芯片的输入端，所述第六电容连接于电源芯片的输入端和接地端之间，所述变压器的副边的第二端连接电源芯片的接地端，所述第七电容连接于所述电源芯片的输出端和接地端之间。

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