CN2884686Y - 高压变频器功率单元辅助电源启动电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及高压变频器功率单元辅助电源启动电路，它包括：一电荷存储电路，用于存储经高压输入回路送来的电荷；一脉宽调制控制芯片储能电源，用于为脉宽调制控制芯片提供启动电流；一电荷转移电路，用于将电荷转移至脉宽调制控制芯片储能电源，其输入接电荷存储电路的输出，其输出接脉宽调制控制芯片储能电源；一输出电压判断电路，用于控制电荷转移电路的启闭，其输出接电荷转移电路的控制端。其优点：1.电路损耗可以通过设计大阻值充电电阻来显著减小；2.启动电流由存储在大容量电容上的电荷来提供脉冲电流，大小几乎不受限制；3.电路简单，实现容易，成本低。

Description

高压变频器功率单元辅助电源启动电路

技术领域

本实用新型涉及高压变频器功率单元的辅助电源的启动电路，属于开关电源技术领域。

背景技术

近年来，单元串联式高压变频器的应用越来越普遍。在这种技术方案中，电网高压(6kV或10kV)进高压变频器入端的工频移相变压器，移相变压器的多绕组低压(线电压690V左右)输出，接串联功率单元的输入，三相交流经过功率单元的整流、滤波、逆变电路处理，再串联起来，构成对称的三相高压交流，然后接交流电机。相比三电平高压变频器，方案中所有功率单元相互电气隔离并且与大地悬浮，由经过光纤隔离的主控电路统一控制，因此可以实现各种理想的控制算法，达到完美的控制效果。

由于功率单元相互电气隔离并且与大地悬浮，对外只有三相交流输入和两相逆变输出，与***主控之间只传输控制信息，因此必须解决单元内部的弱电控制电路和功率开关器件的驱动电路的供电问题，也即必须设计单独的辅助电源。辅助电源的优选方案是采用目前广泛使用的高频开关电源。

由于功率单元的输入电压等级高，使用高频开关电源，必须解决辅助电源的启动问题。目前在低压DC/DC领域，广泛采用图1所示的电阻启动电路或图2所示的恒流源启动电路，但这两种启动电路均存在以下缺点：启动电流与正常工作后的功耗难以兼顾，增大启动电流有利于电路启动，但正常工作后消耗在电阻或恒流源上的功耗将难以承受，减小电路功耗则必减小启动电流，不利于电路启动。对于高压输入的开关电源，这个问题体现得更加明显。如采用低压DC/DC变换器，在同样大小的启动电流情况下，根据P＝U²/R(电阻启动)或P＝UI(恒流源启动)，启动电路的损耗将呈几何级数(电阻启动)或线形(恒流源启动)增加，实际电路都无法容忍。

发明内容

鉴于上述，本实用新型将提供一种电路损耗小、启动电流大的辅助电源启动电路。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种高压变频器功率单元辅助电源启动电路，它包括：

一电荷存储电路，用于存储经高压输入回路送来的电荷；

一脉宽调制控制芯片储能电源，用于为脉宽调制控制芯片提供启动电流；

一电荷转移电路，用于将电荷转移至脉宽调制控制芯片储能电源，其输入接所述电荷存储电路的输出，其输出接脉宽调制控制芯片储能电源；

一输出电压判断电路，用于控制电荷转移电路的启闭，其输出接所述电荷转移电路的控制端。

在本实用新型的具体实施方案中：

所述电荷存储电路由充电电阻和第一储能电容串联构成；

所述电荷转移电路由可控硅、限流电阻、第一稳压管构成，所述可控硅的阳极与所述第一储能电容的正极端相接，阴极与所述限流电阻的一端相接，所述第一稳压管的阴极、阳极分别与所述可控硅的阳极、控制极相接；

所述脉宽调制控制芯片储能电源由第二储能电容构成，第二储能电容的正极端与所述限流电阻的另一端相接；

所述输出电压判断电路由第二稳压管、第一和第二晶体管构成，所述第一和第二晶体管串联，所述第二稳压管的阳极接第一晶体管的基极，所述第二晶体管的射极、集极分别与所述可控硅的阳极、阴极相接。

电源启动前，高压直流输入通过大阻值充电电阻向第一储能电容充电，当该电容电压上升到第一稳压二极管的门限电压后，可控硅被打开，高压直流向脉宽调制控制电路和第二储能电容供电，第二储能电容上的电压到达脉宽调制芯片的启动电压后，脉宽调制芯片输出脉宽调制脉冲，高压输入经由脉宽调制芯片为核心构成的高频变换，致使辅助绕组得到低压输出并向第二储能电容充电，当该电容的电压上升到由第二稳压二极管的门限电压后，第一和第二晶体管导通，由于第二晶体管的饱和压降远小于可控硅的导通压降，故可控硅截止。电路便进入正常工作状态，从高压输入正端经充电电阻流出的电流完全由第二晶体管导入到脉宽调制芯片供电端，并且第一储能电容的存储电荷过程由于第二晶体管的导通而不再进行。

高压输入断电后，当辅助绕组输出电压下降到不足第二稳压二极管的门限电压后，第一和第二晶体管截止，高压直流输入继续通过大阻值充电电阻向第一储能电容充电，以实现辅助电源的顺利再启动。

本实用新型具有以下明显优点：

1.电路损耗根据P＝U²/R，可通过设计大阻值充电电阻来显著减小；

2.启动电流由存储在大容量储能电容上的电荷来提供脉冲电流，大小几乎不受限制；

3.电路简单，实现容易，成本低。

附图说明

下面结合附图作进一步说明。

图1为电阻式启动电路；

图2为恒流源式启动电路；

图3为本实用新型的电路框图；

图4为本实用新型的电路图。

具体实施方式

本实用新型通过一个类似蓄水池的电荷存储转移电路，巧妙的解决了此类高压电源的启动问题。

启动电路的构成框图见图3，它包括电荷存储电路1、电荷转移电路2、PWM(脉宽调制)控制芯片储能电源3、输出电压判断电路4四部分，高压输入5、辅助绕组输出7作为启动电路的电源，PWM控制芯片6作为启动电路的负载。

在图4的示例电路中：

大阻值充电电阻R1、大容量第一储能电容C1串联构成电荷存储电路；

由二极管D1、可控硅Q1、第一稳压管W1、限流电阻R2构成电荷转移电路，可控硅Q1的阳极与第一储能电容C1的正极端相接，阴极与限流电阻R2的一端相接，第一稳压管W1的阴极、阳极分别与可控硅Q1的阳极、控制极相接；

PWM控制芯片储能电源由第二储能电容C2构成，C2的正极端与限流电阻R2的另一端相接；

输出电压判断电路由第二稳压管W2、第一晶体管Q3、第二晶体管Q2、电阻R3-R5构成，Q3和Q2串联，W2的阳极接Q3的基极，Q2的射极、集极分别与可控硅Q1的阳极、阴极相接；

R1接高压输入正端，D2接变换器辅助绕组的输出，第二储能电容C2的正极端接PWM控制芯片6的电源端。

下面分析该电路的工作过程：

电源启动前，高压直流输入通过一组串联的大阻值电阻R1，向充当蓄水池的大容量电容C1充电，当电容C1的电压上升到稳压二极管W1稳压值决定的门限电压后，便打开充当阀门的可控硅Q1，向PWM控制电路和储能电容C2供电，R2起限流电阻的作用，以减小脉冲电流对Q1的冲击，C2上的电压到达PWM芯片的启动电压后，后者输出PWM调制脉冲，高压输入经由PWM芯片为核心构成的高频变换，致使辅助绕组得到低压输出并通过D2向C2充电，当C2的电压上升到由稳压二极管W2稳压值决定的门限电压后，NPN三极管Q3导通，进而PNP三极管Q2完全导通，进入饱和，由于PNP三极管的饱和压降远小于可控硅Q1的导通压降，可控硅Q1正向电流因小于维持电流而截止。此时电路进入正常工作状态，从高压输入正端经大阻值电阻R1流出的电流完全由PNP三极管Q2导入到PWM芯片供电端，并且大容量电容C1的存储电荷过程由于Q2的导通而不再进行。

高压输入断电后，当辅助绕组输出电压即C2上的电压下降到不足以支持稳压二极管W2导通的门限电压后，Q3截止，进而Q2截止，高压直流输入继续通过大阻值电阻向大容量电容C1充电，C1存储电荷，以便实现辅助电源的顺利再启动。

由以上分析可以看到采用本专利设计的启动电路，对于高压输入的直流变换器而言，具有以下明显优点：

1.电路损耗根据P＝U²/R，可以通过设计大阻值充电电阻来显著减小；

2.启动电流由存储在大容量电容上的电荷来提供脉冲电流，大小几乎不受限制；

3.电路简单，实现容易，成本低。

以上实施例仅为说明本实用新型的电路结构，并不限制本实用新型的保护范围。对以上实施例所作的任何等同变换，均应在本实用新型的保护范围内。

Claims (2)

1.一种高压变频器功率单元辅助电源启动电路，其特征在于它包括：

一电荷存储电路，用于存储经高压输入回路送来的电荷；

一脉宽调制控制芯片储能电源，用于为脉宽调制控制芯片提供启动电流；

一电荷转移电路，用于将电荷转移至脉宽调制控制芯片储能电源，其输入接所述电荷存储电路的输出，其输出接脉宽调制控制芯片储能电源；

一输出电压判断电路，用于控制电荷转移电路的启闭，其输出接所述电荷转移电路的控制端。

2.如权利要求1所述的高压变频器功率单元辅助电源启动电路，其特征在于：

所述电荷存储电路由充电电阻和第一储能电容串联构成；

所述电荷转移电路由可控硅、限流电阻、第一稳压管构成，所述可控硅的阳极与所述第一储能电容的正极端相接，阴极与所述限流电阻的一端相接，所述第一稳压管的阴极、阳极分别与所述可控硅的阳极、控制极相接；

所述脉宽调制控制芯片储能电源由第二储能电容构成，第二储能电容的正极端与所述限流电阻的另一端相接；

所述输出电压判断电路由第二稳压管、第一和第二晶体管构成，所述第一和第二晶体管串联，所述第二稳压管的阳极接第一晶体管的基极，所述第二晶体管的射极、集极分别与所述可控硅的阳极、阴极相接。

Images