CN101478226A - 一种直流电源预置电压链式电压型逆变器功率单元的旁路电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种直流电源预置电压链式电压型逆变器功率单元的旁路电路，包括并联在H逆变桥的二极管整流桥和可控硅，其特征在于：还设置有预置电压电路；所述预置电压电路包括直流升压稳压电源、限流电阻、充电电阻、充电电容；所述直流升压稳压电源的输入端连接直流低压电源；该直流升压稳压电源输出与否受功率单元控制信号的控制；直流升压稳压电源的输出端正极和负极中至少一端通过限流电阻连接所述可控硅；直流升压稳压电源的另一输出端则与可控硅直接相接；所述充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。

Description

一种直流电源预置电压链式电压型逆变器功率单元的旁路电路

技术领域

本发明涉及一种旁路电路，特别是一种直流电源预置电压链式电压型逆变器功率单元的旁路电路，属于电气自动化设备技术领域。

背景技术

随着现代电力电子技术和微电子技术的迅猛发展，高压大功率变频调速装置不断地成熟起来；特别是在高压器件应用的可靠性还不是太高且价格高昂的的情况下，近年来人们通过单元串联的方式使这一问题得到了很好的解决，因此单元串联多电平高压变频器应用的领域和范围也越来越为广范，这使得高效、合理地利用能源(尤其是电能)成为了可能。

单元串联多电平高压变频器在运行的过程中，偶尔会出现某一个或者某几个功率单元发生故障，为了提高高压变频器运行的可靠性，需要暂时旁路掉故障的功率单元，使整个变频器可以继续运行。

现在普遍采用的一种旁路电路形式如图1所示，它由设置在H逆变桥1旁的单相二极管整流桥2和可控硅3构成；当某个功率单元出现故障时，系统关断H逆变桥1，触发可控硅3，使电流通过单相二极管整流桥2和可控硅3形成的通路流过。但是这种旁路电路在实际应用中存在一定的问题，即旁路电路不能真正起到旁路故障单元的作用。因为它对旁路电路中的二极管和可控硅提出了较高的要求，众所周知，IGBT的开关时间很短，一般在300纳秒左右，现在使用1700V的IGBT，直流母线电压可以达到1000V左右，于是IGBT开关时产生的dv/dt将在3000V/us数量级，而可控硅能承受的dv/dt一般在1000V/us以下。所以图1所示的电路，在刚上电时，可控硅两端的电压为零，当功率单元开关管IGBT开始触发导通的瞬间，可控硅将会承受超过其耐受能力的dv/dt。可控硅结电容的存在而产生较大的位移电流，该电流可以实际上起到触发电流的作用，使可控硅的正向阻断能力下降，严重时引起可控硅误导通，从而造成H逆变桥输出短路，引发功率单元故障。

可以在图1的基础上增加限制dv/dt的措施，比如增加电感器、电阻，但是当功率单元旁路运行时，它们要流过大电流，这样使其功耗大、体积大、成本高。

基于以上原因，又发明了如图2所示的另一种形式的旁路电路，(专利名称：高压变频调速器的旁路电路专利号：02100667。9)；但是在实际的应用中这种旁路电路也存在一定的问题；由于它是利用电阻R2，R3将可控硅阳极与阴极分别连接至直流母线的正负，从而理论上使可控硅两端电压值达到与母线电压相等，这样逆变桥开始工作时其输出的PWM电压不会到达可控硅两端，但是实际应用中由于可控硅不是理想的开关元件，在可控硅不被导通的情况下，在阳极与阴极之间施加一定直流电压，可控硅就会存在漏电流；通常可控硅本身有一个漏电流指标，一般厂家规定漏电流在5mA以下都是合格的，因此由于漏电流的存在，使得电阻R2、R3也流过一定的电流，这样导致电阻R2、R3上也存在一定的压降，因此实际加在可控硅两端的电压是小于直流母线电压，例如当直流母线电压为1000伏时，往往实际测出可控硅两端的电压只达到800伏，就是由于这个原因造成的；因此可控硅仍然要承受因开关器件(如IGBT)动作时产生的dv/dt；解决此问题的办法有两种：第一，可以减小电阻R2，R3阻值，但是带来了电阻功耗的增加和旁路电路体积的增大；第二，挑选漏电流小的可控硅，这样会造成在实际生产过程中有很多漏电流大的可控硅不能使用，挑选型号的余地变小，合格率低。

发明内容

本发明的发明目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种直流电源预置电压链式电压型逆变器功率单元的旁路电路。在保证变频器的安全可靠性和功率单元可被有效旁路的情况下，降低旁路电路中的二极管和可控硅所要承受的dv/dt。

本发明的发明目的是通过下述技术方案予以实现的：

一种直流电源预置电压链式电压型逆变器功率单元的旁路电路，包括并联在H逆变桥的二极管整流桥和可控硅，其特征在于：还设置有预置电压电路；所述预置电压电路包括直流升压稳压电源、限流电阻、充电电阻、充电电容；

所述直流升压稳压电源的输入端连接直流低压电源；该直流升压稳压电源输出与否受功率单元控制信号的控制；直流升压稳压电源的输出端正极和负极中至少一端通过限流电阻连接所述可控硅；直流升压稳压电源的另一输出端则与可控硅直接相接；所述充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。

在所述限流电阻的线路上还串联有二极管。

所述直流升压稳压电源由电感，开关管及其控制电路，二极管，电容构成；所述直流升压稳压电源的输入端正极依次串联电感和二极管；所述开关管一端接于该电感和二极管之间，另一端接于直流升压稳压电源的输入端负极；所述电容跨接在直流升压稳压电源输出端之间；所述直流升压稳压电源受开关管控制其输出电压的开通或关断；

所述开关管的控制电路包括由两个与非门和开关管的驱动电路；第一与非门的两个输入端，一路连接功率单元的电源驱动信号，另一路连接所述功率单元的控制信号；所述第一与非门的输出信号经第二与非门求反后再由所述驱动电路驱动放大进而驱动所述开关管。

本发明的有益效果是：本发明的有益效果是：本发明所设计的旁路电路，在功率单元不旁路情况下，可控硅两端的电压被预置到等于甚至大于母线电压值，并且可以通过调节升压稳压电源可以任意设定的预置电压；在功率单元动作的过程中，旁路电路中的二极管整流桥和可控硅将不在承受超过其耐受能力的dv/dt，从而保证了变频器的安全可靠性，且功率单元故障时可以被有效的旁路。

附图说明

图1为现有技术中的旁路电路原理图；

图2为现有技术中的另一种旁路电路原理图；

图3为本发明实施例的旁路电路原理图；

图4为一种直流升压稳压电源的实现电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。

如图3所示，功率单元中含有由二极管整流桥2、可控硅3与预置电压电路4构成了对H逆变桥1的旁路电路。其中所述二极管整流桥2和可控硅3为现有技术，在此就不再具体介绍。所述预置电压电路4包括：直流升压稳压电源、二极管RD1、限流电阻R2、充电电阻R1、充电电容C1。

所述直流升压稳压电源输入端连接隔离的直流低压电源。该直流升压稳压电源受功率单元控制板的开/闭锁信号控制其开通或关断。直流升压稳压电源的输出端正极和负极中至少一端通过二极管RD1和限流电阻R2连接可控硅3，直流升压稳压电源的另一输出端则与可控硅3直接相接。所述充电电阻R1和充电电容C1串联后并联在可控硅3旁。

所述二极管RD1是为了防止在直流升压稳压电源输出侧短路时，可控硅导通流过的电流会倒灌进入直流升压稳压电源，造成功率单元旁路不成功。因此，在电路正常工作时，该二极管RD1也可省略。

图4给出了一种直流升压稳压电源的实现电路。该直流升压稳压电源由电感L1，开关管Q1及其控制电路，二极管RD2，电容C2构成。直流升压稳压电源的输入端连接直流低压电源。直流升压稳压电源的输入端正极依次串联电感L1和二极管RD2。开关管Q1一端接于该电感L1和二极管RD2之间，另一端接于直流升压稳压电源的输入端负极。电容C2跨接在直流升压稳压电源输出端之间。直流升压稳压电源通过控制开关管Q1，使其在导通与关断状态之间频繁的切换，从而实现升压功能。

所述开关管Q1的控制电路具体由与非门KU1、KU2和开关管Q1的驱动电路实现。与非门KU1的两个输入端一路连接电源本身的驱动信号Vg，另一路连接功率单元控制板的控制信号开/闭锁信号。与非门KU1的输出信号经与非门KU2求反后再由驱动电路驱动放大进而驱动开关管Q1。这里的驱动电路是针对开关管Q1设计的，其具体电路均为现有技术，在此就不再熬述。具体控制过程如下：当开/闭锁输入端为高电平信号，驱动信号Vg经两个与非门后驱动开关管Q1，开关管Q1动作，电源开始输出设定的电压；当开/闭锁输入端为低电平信号时，根据与非门的特点，驱动信号Vg经两个与非门后始终为低电平信号，开关管Q1不动作，电源停止输出电压。

通过预置电压电路4，使系统刚上电时，功率单元控制板通过对直流升压稳压电源发出开锁信号控制指令即高电平信号，使直流升压稳压电源输出电压立即被加载在可控硅两端，此电压超过直流母线电压值，这样功率单元(如IGBT)开关时，它们将不在承受超过其耐受能力的dv/dt值，系统的可靠性大大增强。

在功率单元发生故障时，功率单元控制板通过对直流升压稳压电源发出闭锁信号控制指令即低电平信号，电源立即停止输出电压，然后再触发可控硅导通，旁路电流通过单相二极管整流桥和可控硅形成的通路流过，功率单元被正常的旁路，而由剩下的功率单元给电机供电。

另外，所述二极管RD1是为了防止在直流升压稳压电源输出侧短路时，可控硅导通流过的电流会倒灌进入直流升压稳压电源，造成功率单元旁路不成功。因此，在电路正常工作时，该二极管RD1也可省略。

以上所述，仅为本发明的具体实例，并不以此限定本发明的保护范围。本领域技术人员基于本发明技术方案所作的任何等效变换，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1、一种直流电源预置电压链式电压型逆变器功率单元的旁路电路，包括并联在H逆变桥的二极管整流桥和可控硅，其特征在于：还设置有预置电压电路；所述预置电压电路包括直流升压稳压电源、限流电阻、充电电阻、充电电容；

所述直流升压稳压电源的输入端连接直流低压电源；该直流升压稳压电源输出与否受功率单元控制信号的控制；直流升压稳压电源的输出端正极和负极中至少一端通过限流电阻连接所述可控硅；直流升压稳压电源的另一输出端则与可控硅直接相接；所述充电电阻和充电电容串联后并联在可控硅旁。

2、如权利要求1所述的旁路电路，其特征在于：在所述限流电阻的线路上还串联有二极管。

3、如权利要求1所述的旁路电路，其特征在于：

所述直流升压稳压电源由电感，开关管及其控制电路，二极管，电容构成；所述直流升压稳压电源的输入端正极依次串联电感和二极管；所述开关管一端接于该电感和二极管之间，另一端接于直流升压稳压电源的输入端负极；所述电容跨接在直流升压稳压电源输出端之间；所述直流升压稳压电源受开关管控制其输出电压的开通或关断；

所述开关管的控制电路包括由两个与非门和开关管的驱动电路；第一与非门的两个输入端，一路连接电源本身的驱动信号，另一路连接所述功率单元的控制信号；所述第一与非门的输出信号经第二与非门求反后再由所述驱动电路驱动放大进而驱动所述开关管。

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