CN105048789A

CN105048789A - 一种大功率变频器用均压直流电容系统

Info

Publication number: CN105048789A
Application number: CN201510513114.0A
Authority: CN
Inventors: 李其荣; 李小桂; 周继红; 计君
Original assignee: SHANGHAI SANHUAN ENERGY TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Current assignee: SHANGHAI SANHUAN ENERGY TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co Ltd
Priority date: 2015-08-20
Filing date: 2015-08-20
Publication date: 2015-11-11

Abstract

本发明公开了一种大功率变频器用均压直流电容系统，包括第一电容器C1、第二电容器C2、第一升压变换器、第二升压变换器、第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、信号控制器，第一电容器C1与第一升压变换器并联，第二电容器C2与第二升压变换器并联，第一电容器C1与第一采样电阻R1并联、所述第二电容器C2与第二采样电阻R2并联，第一电容器C1与第二电容器C2串联，第一采样电阻R1与第二采样电阻R2串联，第一采样电阻R1、第二采样电阻R2分别与信号控制器相连接，第一升压变换器、第二升压变换器分别与信号控制器相连接，第一升压变换器与第二升压变换器连接，上述结构的大功率变频器用均压直流电容系统，结构简单、电容均压可靠稳定。

Description

一种大功率变频器用均压直流电容系统

技术领域

本发明涉及变频器技术领域，尤其涉及一种大功率变频器用均压直流电容系统。

背景技术

变频器中使用了大量的直流电容，尤其是高压变频器，目前主流的变频器仍然在使用电解电容串并联的方式实现，因为电解电容参数存在偏差，可能引发电容均压的问题，即部分电容电压偏高，部分电容电压偏低，在极端情况下可能引发电压偏高电容的失效。普通变频器至少有2组电容串联，而高压变频器则需要3-4组电容串联，因此均压的问题比较突出。

变频器中一般使用均压电阻解决这个问题，为了在不同环境温度下都能够起到足够的均压效果，均压电阻的阻值取得比较小，使流过电阻的电流远超过电解电容的最大漏电流。但这样一来，均压电阻的功耗就比较大，一个高压变频器的单元的所有阻尼电阻的总功耗可能在100W左右，整台变频器的总损耗中，阻尼电阻损耗占了重要的一部分。使得单元结构设计上必须考虑其散热、绝缘问题，提高了复杂度。

阻尼电阻起到的均压作用仅仅是静态的均压，而高压变频器工作时，电容流过很强的纹波成分，所以电容的动态均压也很关键。对于高强度的纹波成分，几十毫安级别的均压电阻起不到任何作用。

发明内容

鉴于目前电容均压存在的上述不足，本发明提供一种大功率变频器用均压直流电容系统，结构简单、发热量小、电容均压可靠稳定、可及时调节电容电压保持各电容间电压平衡。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：

一种大功率变频器用均压直流电容系统，所述大功率变频器用均压直流电容系统包括第一电容器C1、第二电容器C2、第一升压变换器、第二升压变换器、第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、信号控制器，所述第一电容器C1与第一升压变换器并联，所述第二电容器C2与第二升压变换器并联，所述第一电容器C1与第一采样电阻R1并联、所述第二电容器C2与第二采样电阻R2并联，所述第一电容器C1与第二电容器C2串联，所述第一采样电阻R1与第二采样电阻R2串联，所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2分别与信号控制器相连接，所述第一升压变换器、第二升压变换器分别与信号控制器相连接，所述第一升压变换器与第二升压变换器连接。

依照本发明的一个方面，所述第一升压变换器包括脉冲宽度调制器U1、主开关管Q1、电流检测电阻R3、升压变压器T1、整流二极管D1、整流二极管D3，所述主开关管Q1、电流检测电阻R3分别与脉冲宽度调制器U1相连接，所述主开关管Q1与电流检测电阻R3连接，所述主开关管Q1与升压变压器T1连接，所述整流二极管D1、整流二极管D3分别与升压变压器T1相连接，所述整流二极管D3与主开关管Q1连接。

依照本发明的一个方面，所述第二升压变换器包括脉冲宽度调制器U2、主开关管Q2、电流检测电阻R4、升压变压器T2、整流二极管D2、整流二极管D4，所述主开关管Q2、电流检测电阻R4分别与脉冲宽度调制器U2相连接，所述主开关管Q2与电流检测电阻R4连接，所述主开关管Q2与升压变压器T2连接，所述整流二极管D2、整流二极管D4分别与升压变压器T2相连接，所述整流二极管D4与主开关管Q1连接，所述整流二极管D2与整流二极管D1连接。

依照本发明的一个方面，所述信号控制器包括光耦Q3与光耦Q4，所述第一采样电阻R1、脉冲宽度调制器U1分别与光耦Q4相连接，所述第二采样电阻R2、脉冲宽度调制器U2分别与光耦Q3相连接，所述第一电容器C1、第一采样电阻R1分别与光耦Q4相连接，所述第一电容器C2、第一采样电阻R2分别与光耦Q3相连接。

本发明实施的优点：通过在电解电容上并联升压变换器，采样电阻R1、采样电阻R2用于采样电容C1、电容C2之间的电压差异，当C1电压高于C2电容时，采样电阻R1、采样电阻R2连接的位置的电压必定高于电容C1、电容C2连接的位置，于是光耦Q4发光而Q3熄灭，进而通过光耦Q3使括脉冲宽度调制器U2减小占空比，而通过光耦Q4使括脉冲宽度调制器U1增加占空比，主开关管Q1因为占空比增大而加强了从C1抽取电流，主开关管Q2减小了占空比，降低了从C2抽取电流，最终C2电压上升而C1电压下降，反之亦然。当电容的电压偏高时，就增大升压变换器的转换功率，使电容的电压趋于降低；反之则降低升压变换器的转换功率，使电容的电压趋于升高，升压变换器的转换效率在85%以上，产生100W的等效均压效果，其损耗仅仅15W，且电容达到均压状态后，基本不需要升压变换器持续工作，只需要间歇性的进行调整，因此升压变换器的损耗非常小，几乎不需要考虑其散热问题，对于动态均压的需求，只需要升压变换器瞬时提供较大的功率，其比电阻均压更为灵活、高效，上述结构的大功率变频器用均压直流电容系统，结构简单、发热量小、电容均压可靠稳定、可及时调节各电容电压，保持各电容间电压平衡。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述的一种大功率变频器用均压直流电容系统的实施例1的结构示意图；

图2为本发明所述的一种大功率变频器用均压直流电容系统的实施例2的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1所示，一种大功率变频器用均压直流电容系统，所述大功率变频器用均压直流电容系统包括第一电容器C1、第二电容器C2、第一升压变换器、第二升压变换器、第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、信号控制器，所述第一电容器C1与第一升压变换器并联，所述第二电容器C2与第二升压变换器并联，所述第一电容器C1与第一采样电阻R1并联、所述第二电容器C2与第二采样电阻R2并联，所述第一电容器C1与第二电容器C2串联，所述第一采样电阻R1与第二采样电阻R2串联，所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2分别与信号控制器相连接，所述第一升压变换器、第二升压变换器分别与信号控制器相连接，所述第一升压变换器与第二升压变换器连接。

在本实施例中，第一升压变换器包括脉冲宽度调制器U1、主开关管Q1、电流检测电阻R3、升压变压器T1、整流二极管D1、整流二极管D3，所述主开关管Q1、电流检测电阻R3分别与脉冲宽度调制器U1相连接，所述主开关管Q1与电流检测电阻R3连接，所述主开关管Q1与升压变压器T1连接，所述整流二极管D1、整流二极管D3分别与升压变压器T1相连接，所述整流二极管D3与主开关管Q1连接。

在本实施例中，第二升压变换器包括脉冲宽度调制器U2、主开关管Q2、电流检测电阻R4、升压变压器T2、整流二极管D2、整流二极管D4，所述主开关管Q2、电流检测电阻R4分别与脉冲宽度调制器U2相连接，所述主开关管Q2与电流检测电阻R4连接，所述主开关管Q2与升压变压器T2连接，所述整流二极管D2、整流二极管D4分别与升压变压器T2相连接，所述整流二极管D4与主开关管Q1连接，所述整流二极管D2与整流二极管D1连接。

在本实施例中，信号控制器包括光耦Q3与光耦Q4，所述第一采样电阻R1、脉冲宽度调制器U1分别与光耦Q4相连接，所述第二采样电阻R2、脉冲宽度调制器U2分别与光耦Q3相连接，所述第一电容器C1、第一采样电阻R1分别与光耦Q4相连接，所述第一电容器C2、第一采样电阻R2分别与光耦Q3相连接。

C1和C2代表两组需要均压的电容，U1、Q1、D1、T1、R3、D3等原件构成了一个升压变换器，用于C1电容的过压泄放。其中U1是集成的脉冲宽度调制器，Q1是主开关管，R3用于检测流过Q1的电流，以产生电流模式的脉冲波形，T1是升压变压器，D1为整流二极管，D3等元件为保护吸收电路，防止Q2为高压击穿。与此对应的，U1、Q2、D2、T2、R4、D4是另一组升压变换器，用于C2电容的电压泄放。R1、R2用于采样电容C1、C2之间的电压差异，当C1电压高于C2电容时，R1、R2连接的位置的电压必定高于C1、C2连接的位置，于是光耦Q4发光而Q3熄灭，进而通过光耦使U2减小占空比，而U1增加占空比，于是Q1因为占空比增大而加强了从C1抽取电流，Q2减小了占空比，降低了从C2抽取电流，最终C2电压上升而C1电压下降。反之亦然。

虽然在这个方案中也使用了并联的电阻R1、R2，但这里仅仅是作为采样电阻，只需要流过0.5-1mA电流，相比较传统的电阻均压，其功耗可以忽略不计。而升压变换器的效率可以达到85%以上，任意时刻，两个升压变换器只有一个处在工作状态下，当达到均压状态后，Q3、Q4均不发光，两个升压变换器都处在待机状态下，几乎没有功耗。因此采用本发明的有源均压电路，不需要考虑额外的散热措施，并且将提升变频器的整体效率。

当需要在高纹波状态下产生动态均压效果时，只需要两个变换器产生瞬态的电流，即便采用最常规的变换器器件，也能产生1A的调节电流，远胜过传统均压电阻几十毫安的调节能力。

实施例2：

如图2所示，当需要对三组串联电容进行均压时，在图1基础上再增加第三升压变换器，使得C1和C2基本均压，而C3和C2也基本均压，这就实现了三组电容基本均压的目的，相互电压差别不超过1V。

第三升压变换器包括脉冲宽度调制器U3、主开关管Q6、电流检测电阻R6、升压变压器T3、整流二极管D5、整流二极管D6，所述主开关管Q6、电流检测电阻R6分别与脉冲宽度调制器U3相连接，所述主开关管Q6与电流检测电阻R6连接，所述主开关管Q6与升压变压器T3连接，所述整流二极管D5、整流二极管D6分别与升压变压器T3相连接，整流二极管D5与主开关管Q6连接，整流二极管D5与整流二极管D1连接。

第三采样电阻R5、脉冲宽度调制器U3分别与光耦Q5相连接。

第三采样电阻R5与第二采样电阻R2串联。

第三电容器C3、第三采样电阻R5分别与光耦Q5相连接。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种大功率变频器用均压直流电容系统，其特征在于，所述大功率变频器用均压直流电容系统包括第一电容器C1、第二电容器C2、第一升压变换器、第二升压变换器、第一采样电阻R1、第二采样电阻R2、信号控制器，所述第一电容器C1与第一升压变换器并联，所述第二电容器C2与第二升压变换器并联，所述第一电容器C1与第一采样电阻R1并联、所述第二电容器C2与第二采样电阻R2并联，所述第一电容器C1与第二电容器C2串联，所述第一采样电阻R1与第二采样电阻R2串联，所述第一采样电阻R1、第二采样电阻R2分别与信号控制器相连接，所述第一升压变换器、第二升压变换器分别与信号控制器相连接，所述第一升压变换器与第二升压变换器连接。

2.根据权利要求1所述的大功率变频器用均压直流电容系统，其特征在于，所述第一升压变换器包括脉冲宽度调制器U1、主开关管Q1、电流检测电阻R3、升压变压器T1、整流二极管D1、整流二极管D3，所述主开关管Q1、电流检测电阻R3分别与脉冲宽度调制器U1相连接，所述主开关管Q1与电流检测电阻R3连接，所述主开关管Q1与升压变压器T1连接，所述整流二极管D1、整流二极管D3分别与升压变压器T1相连接，所述整流二极管D3与主开关管Q1连接。

3.根据权利要求2所述的大功率变频器用均压直流电容系统，其特征在于，所述第二升压变换器包括脉冲宽度调制器U2、主开关管Q2、电流检测电阻R4、升压变压器T2、整流二极管D2、整流二极管D4，所述主开关管Q2、电流检测电阻R4分别与脉冲宽度调制器U2相连接，所述主开关管Q2与电流检测电阻R4连接，所述主开关管Q2与升压变压器T2连接，所述整流二极管D2、整流二极管D4分别与升压变压器T2相连接，所述整流二极管D4与主开关管Q1连接，所述整流二极管D2与整流二极管D1连接。

4.根据权利要求3所述的大功率变频器用均压直流电容系统，其特征在于，所述信号控制器包括光耦Q3与光耦Q4，所述第一采样电阻R1、脉冲宽度调制器U1分别与光耦Q4相连接，所述第二采样电阻R2、脉冲宽度调制器U2分别与光耦Q3相连接，所述第一电容器C1、第一采样电阻R1分别与光耦Q4相连接，所述第一电容器C2、第一采样电阻R2分别与光耦Q3相连接。