CN105743379A - 逆变器充电开关及逆变器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种逆变器充电开关及逆变器，其中，逆变器充电开关包括：第一IGBT、充电电阻和第一IGBT驱动电路；充电电阻的第一端连接至第一IGBT的集电极，充电电阻的第二端连接至第一IGBT的发射极，第一IGBT的集电极与接触器连接，第一IGBT的发射极与逆变器中的逆变电路的输入端口连接；第一IGBT的栅极与第一IGBT驱动电路连接；充电电阻用于当第一IGBT断开时，导通接触器与逆变电路中的支撑电容的电流通路；第一IGBT驱动电路用于控制第一IGBT的闭合和断开。通过本发明提供的方案，能够加快逆变电路中的支撑电容充电和放电的速度的效果，从而增强逆变器的整体性能，提高了逆变器的工作效率。

Description

逆变器充电开关及逆变器

技术领域

本发明涉及轨道交通技术，尤其涉及一种逆变器充电开关及逆变器。

背景技术

随着电力电子技术的不断发展，轨道车辆被广泛应用在现代交通和国防等领域，逆变器作为轨道车辆不可缺少的组成部分，逆变器为轨道车辆的正常行驶提供交流电。逆变器提供了逆变器充电开关，逆变器充电开关设置于逆变器主回路的前端。输入到逆变器主回路中的电流，经过逆变器充电开关，为逆变器主回路中的逆变电路的支撑电容充电，使得支撑电容保持逆变电路的电压的稳定。

现有技术中采用并联的接触器作为逆变器充电开关，图1为现有的一种逆变器充电开关的电路图，如图1所示，第二接触器和充电电阻串联后与第一接触器并联。在逆变器需要运行的时候，闭合第二接触器，输入到逆变器主回路中的电流经过第二接触器和充电电阻为逆变电路中的支撑电容充电，在支撑电容的电压达到预设阈值的时候，第一接触器闭合，从而将第二接触器和充电电阻短路，逆变器进入正常工作状态；在逆变器需要停止运行的时候，第一接触器和第二接触器断开，支撑电容中的电量通过逆变器主回路中的安全电阻得到释放。

然而在现有技术中，在为逆变电路中的支撑电容充电的时候，采用接触器作为开关，接触器接收到指令之后，若为接触器上的线圈通电，则产生电磁感应，从而吸合触头，接通充电电阻和支撑电容的电流通路，支撑电容充电；在逆变器需要停止运行的时候，接触器收到指令不为线圈通电，则线圈断开吸合，从而电流通路断开，支撑电容放电。线圈的吸合和断开，会导致接触器的闭合和断开的速度较慢，从而影响了逆变电路中的支撑电容充电和放电的速度，影响了逆变器的整体性能，降低了逆变器的工作效率。

发明内容

本发明提供一种逆变器充电开关及逆变器，用以解决现有技术中接触器的闭合和断开的速度较慢，从而影响逆变器的整体性能的问题。

本发明一方面提供了一种逆变器充电开关，包括：

第一绝缘栅双极型晶体管((InsulatedGateBipolarTransistor，简称IGBT)、充电电阻和第一IGBT驱动电路；

所述充电电阻的第一端连接至所述第一IGBT的集电极，所述充电电阻的第二端连接至所述第一IGBT的发射极，所述第一IGBT的集电极与接触器连接，所述第一IGBT的发射极与所述逆变器中的逆变电路的输入端口连接；所述第一IGBT的栅极与所述第一IGBT驱动电路连接；

所述充电电阻用于当所述第一IGBT断开时，导通所述接触器与所述逆变电路中的支撑电容的电流通路；

所述第一IGBT驱动电路用于控制所述第一IGBT的闭合和断开。

本发明另一方面提供了一种逆变器，包括：

如上所述的逆变器充电开关，以及接触器、电压互感器、安全电阻、逆变电路；其中，所述接触器与所述逆变器充电开关中的第一IGBT的集电极连接；所述电压互感器的两端分别连接至所述逆变电路的输入端口和输出端口；所述安全电阻的两端分别连接至所述逆变电路的输入端口和输出端口。

本发明的技术效果是：通过提供第一IGBT、充电电阻和第一IGBT驱动电路；其中，充电电阻的第一端连接至第一IGBT的集电极，充电电阻的第二端连接至第一IGBT的发射极，第一IGBT的集电极与接触器连接，第一IGBT的发射极与逆变器中的逆变电路的输入端口连接；第一IGBT的栅极与第一IGBT驱动电路连接；充电电阻用于当第一IGBT断开时，导通接触器与逆变电路中的支撑电容的电流通路，快速为逆变电路中的支撑电容充电；支撑电容充电完成之后，第一IGBT驱动电路控制第一IGBT闭合，从而逆变电路正常工作；并且第一IGBT驱动电路可以快速的断开第一IGBT，使得支撑电容的电可以快速导出。从而加快了逆变电路中的支撑电容充电和放电的速度，增强了逆变器的整体性能，提高了逆变器的工作效率。

附图说明

图1为现有的一种逆变器充电开关的电路图；

图2为本发明实施例一提供的一种逆变器充电开关的电路图；

图3为本发明实施例二提供的一种逆变器充电开关的电路图；

图4为本发明实施例三提供的一种逆变器的电路图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。

图2为本发明实施例一提供的一种逆变器充电开关的电路图，如图2所示，本实施例提供的逆变器充电开关，包括：第一IGBT11、充电电阻12和第一IGBT驱动电路13；

充电电阻12的第一端连接至第一IGBT11的集电极，充电电阻12的第二端连接至第一IGBT11的发射极，第一IGBT11的集电极与接触器14连接，第一IGBT11的发射极与逆变器中的逆变电路的输入端口15连接；第一IGBT11的栅极与第一IGBT驱动电路13连接；

充电电阻12用于当第一IGBT11断开时，导通接触器14与逆变电路中的支撑电容的电流通路；

第一IGBT驱动电路13用于控制第一IGBT11的闭合和断开。

在本实施例中，具体的，本实施例提供了一种逆变器充电开关，逆变器充电开关包括第一IGBT11、充电电阻12和第一IGBT驱动电路13；IGBT上的电极分为集电极C极、发射极E极和栅极G极；接触器14、逆变器充电开关、安全电阻以及逆变电路组成逆变器主回路；充电电阻12第一端与第一IGBT11的集电极连接，充电电阻12的第二端与第一IGBT11的发射极连接，即充电电阻12与第一IGBT11并联；第一IGBT11的集电极与接触器14连接，接触器14设置在逆变器主回路的输入端口；第一IGBT11的发射极与逆变器中的逆变电路的输入端口15连接；第一IGBT11的栅极与第一IGBT11驱动电路连接，第一IGBT11驱动电路用于根据条件闭合或断开第一IGBT11。在逆变电路中，安全电阻与支撑电容并联。在接触器14闭合并且第一IGBT11断开的状态下，电流经过接触器14和充电电阻12为逆变电路中的支撑电容充电；在支撑电容的电压达到预设阈值的时候，第一IGBT11驱动电路控制第一IGBT11闭合，第一IGBT11将充电电阻12短路，从而电流经过接触器14、第一IGBT11和逆变电路，逆变器进入正常工作中状态；在逆变器需要停止工作的时候，接触器14断开，第一IGBT11驱动电路控制第一IGBT11断开，支撑电容中的电流经过安全电阻而释放。

另外，本实施例提供的逆变器充电开关的工作原理为以下内容。逆变器为轨道车辆中的其他设备提供交流电，逆变器的逆变电路将输入到逆变器主回路的直流电转变为交流电后，提供给轨道车辆的其他设备。在逆变器启动的时候，首先轨道车辆的中央处理器向接触器14发送第一闭合指令，接触器14闭合，此时第一IGBT11处于断开状态，电流经过接触器14和充电电阻12，向逆变电路中的支撑电容充电，使得支撑电容稳定逆变电路的电压。在为逆变电路中的支撑电容充电的过程中，逆变电路中的电压传感器实时将支撑电容的电压反馈给中央处理器，中央处理器判断支撑电容的电压达到一定的阈值的时候，中央处理器向第一IGBT11驱动电路发送第二闭合指令，第一IGBT驱动电路13控制第一IGBT11闭合，快速的终止了支撑电容的充电过程。此时，第一IGBT11将充电电阻12短路，电流经过接触器14、充电电阻12以及逆变电路，从而输入的直流电被转变为交流电输出。当中央处理器接收到轨道车辆发送的停止指令的时候，中央处理器向接触器14和第一IGBT驱动电路13发送第一断开指令，使得接触器14和第一IGBT11断开；由于逆变器主回路中的安全电阻与支撑电容并联，此时，支撑电容中的电流会经过安全电阻而得到释放，从而由于第一IGBT11的快速断开，使得支撑电容中的电流的得到快速的释放。

通过本实施例提供的方案，在逆变器需要停止工作的时候，第一IGBT11断开，支撑电容中的电流通过与支撑电容连接的安全电阻而导出消耗，从而实现了支撑电容的快速放电。本实施例实现了提高逆变电路中的支撑电容充电和放电的速度，增强逆变器的整体性能，提高了逆变器的工作效率的效果。

图3为本发明实施例二提供的一种逆变器充电开关的电路图，如图3所示，在上述实施例的基础上，所述逆变器充电开关，还包括：第二IGBT21、第二IGBT驱动电路22和电阻23；第二IGBT21的集电极与电阻23的第一端和充电电阻12的第一端连接；电阻23的第二端与第一IGBT11的集电极连接；第二IGBT21的发射极与第一IGBT11的发射极连接；第二IGBT21的栅极与第二IGBT驱动电路22连接；第二IGBT驱动电路22用于控制第二IGBT21在第一IGBT11闭合之后闭合，还用于控制第二IGBT21在第一IGBT11断开之前断开。

本实施例提供的逆变器充电开关，还包括：二极管24；二极管24的正极与第一IGBT11和第二IGBT21的发射极连接；二极管24的负极与充电电阻12的第二端连接。

在本实施例中，具体的，第二IGBT21与电阻23串联，即第二IGBT21的集电极与电阻23的第一端连接，并且第二IGBT21的集电极与充电电阻12的第一端连接；电阻23的第二端与第一IGBT11的集电极连接，第二IGBT21的发射极与第一IGBT11的发射极连接，即第二IGBT21与电阻23串联后与第一IGBT11并联；第二IGBT21的栅极与第二IGBT驱动电路22连接，第二IGBT驱动电路22控制第二IGBT21在预设条件下闭合，预设条件为第一IGBT11闭合；在第一IGBT11和第二IGBT21的发射极的公共端连接一个二极管24，具体的，二极管24的正极与第一IGBT11的发射极和第二IGBT21的发射极连接，二极管24的负极与充电电阻12的第二端连接。

并且，在本实施例中，电阻23的电阻值远远小于充电电阻12的电阻值，电阻23的电阻值可被设置为1欧姆。

另外，本实施例提供的逆变器充电开关的工作原理为：在逆变器启动的时候，轨道车辆的中央处理器向接触器14发送第一闭合指令，接触器14闭合，此时第一IGBT11和第二IGBT21处于断开状态，电流经过接触器14、电阻23和充电电阻12，向逆变电路中的支撑电容充电，使得支撑电容稳定逆变电路的电压。中央处理器判断支撑电容的电压达到一定的阈值的时候，中央处理器向第一IGBT驱动电路13和第二IGBT驱动电路22发送第三闭合指令，使得第一IGBT驱动电路13首先控制第一IGBT11闭合，然后第二IGBT驱动电路22控制第二IGBT21闭合，快速的终止了支撑电容的充电过程，同时由于第一IGBT11比第二IGBT21先闭合，从而防止了电流先经过串联的电阻23和第二IGBT21，进而防止了电阻23过热。此时，第一IGBT11将串联的电阻23和第二IGBT21短路，同时将充电电阻12短路，输入到逆变器中的直流电通过逆变电路被转变为交流电输出。

在逆变器的工作过程中，如果第一IGBT11出现故障，由于电阻23的电阻值远远小于充电电阻12的电阻值，串联的电阻23和第二IGBT21将充电电阻12短路，则电流可以通过电阻23和第二IGBT21进入到逆变电路中，逆变器依旧可以正常工作；防止了第一IGBT11出现故障的时候，电流通过充电电阻12会产生电压，该电压加到第一IGBT11的两端，对第一IGBT11产生进一步的伤害。并且，如果逆变器主回路的前端连接一个滤波电抗器，在逆变器需要停止工作的时候，接触器14和第一IGBT11断开，滤波电抗器产生的冲击电流会通过充值电阻12将电压加到第一IGBT11的两端，从而会损坏第一IGBT11；增加串联的电阻23和第二IGBT21，使得接触器14和第一IGBT11断开之后，滤波电抗器中的冲击电流通过串联的电阻23和第二IGBT21，然后冲击电流被逆变电路中的支撑电容吸收。在逆变电路中，安全电阻与支撑电容并联。

并且，在逆变器的工作过程中，一般应该是从逆变器主回路的输入端口的直流电流通过接触器14、逆变器充电开关以及逆变电路后转变为交流电，以为轨道车辆的其他设备供电。然而在逆变器的工作过程中有可能会产生电流逆向流动的情况，逆向流动的电流会经过本实施例二提供的逆变器充电开关和接触器14，然后流到与逆变器连接的车辆设备中，对车辆设备造成损害；因此，可选的，可以将一个二极管24的正极与第一IGBT11的发射极和第二IGBT21的发射极的公共端连接，将二极管24的负极与逆变电路的输入端口连接，从而避免因电流逆向流动导致车辆设备损害。

在逆变器需要停止工作的时候，中央处理器向接触器14、第一IGBT驱动电路13和第二IGBT驱动电路22发送第二断开指令，使得接触器14断开，同时第二IGBT驱动电路22控制第二IGBT21断开，在第二IGBT21断开之后，第一IGBT驱动电路13控制第一IGBT11断开，从而支撑电容中的电流通过与支撑电容连接的安全电阻得到释放，将支撑电容中的电流快速的导出，同时防止由于第一IGBT11先断开之后，电流经过电阻23和第二IGBT21而使得电阻23发生过热的现象。

通过本实施例提供的方案，在第一IGBT11出现故障的时候，逆变器依旧可以正常工作，并且，第一IGBT11比第二IGBT21先闭合，并且第二IGBT21比第一IGBT11先断开，防止电阻23过热，从而在提高逆变电路中的支撑电容充电和放电的速度的基础上，进一步保证逆变器的可靠性和稳定性。

进一步的，在上述实施例的基础上，充电电阻12包括：第一充电电阻和第二充电电阻；第一充电电阻和第二充电电阻串联。

在本实施方式中，具体的，充值电阻23由串联的第一充电电阻和第二充电电阻组成；由于在组建逆变器充电开关的时候，会出现单一的充电电阻的电阻值的大小不满足为支撑电容充电的要求的情况，所以可以采用两个充电电阻串联，使得电流经过串联的第一充电电阻和第二充电电阻为支撑电容充电。

图4为本发明实施例三提供的一种逆变器的电路图，如图4所示，本实施例提供的逆变器，包括：如上述任一实施例提供的逆变器充电开关31，以及接触器14、电压互感器32、安全电阻33、逆变电路34；其中，接触器14与逆变器充电开关31中的第一IGBT11的集电极连接；电压互感器32的两端分别连接至逆变电路的输入端口15和输出端口；安全电阻33的两端分别连接至逆变电路的输入端口15和输出端口。

具体的，安全电阻33可以包括：第一安全电阻331和第二安全电阻332；第一安全电阻331与第二安全电阻332并联。

在本实施例中，具体的，图4中提供的整个电路图为逆变器主回路，逆变器充电开关31中的第一IGBT11的集电极与接触器14连接，即逆变器充电开关31的一端与接触器14连接；接触器14设置在逆变器主回路的输入端口；逆变器充电开关31的另一端与逆变电路的输入端口15连接；提供了两个电压互感器32，其中一个电压互感器32的一端与逆变电路的输入端口15连接，它的另一端与逆变电路34的输出端口连接，这个电压互感器32用于检测逆变电路34中的电压；另外一个电压互感器32的一端与逆变器主回路的输入端口连接，它的另一端与逆变器主回路的输出端口连接，该电压互感器32用于检测输入到逆变器主回路中的电压；提供了安全电阻33，安全电阻33包括并联的第一安全电阻331和第二安全电阻332，安全电阻33的一端与逆变电路的输入端口15连接，安全电阻33的另一端与逆变电路34的输出端口连接，安全电阻33用于在逆变器充电开关31断开的时候，消耗逆变电路34中的支撑电容中的电流。

并且，提供了消耗电阻、和与消耗电阻的一端连接的接触器，消耗电阻的另一端与逆变器充电开关31中的充电电阻12的第一端连接，与消耗电阻连接的接触器和逆变电路34的输出端口连接。提供了一个电流互感器，电流互感器连接在第一IGBT11的集电极与接触器14之间，电流互感器检测逆变器主回路中的电流值。

提供了滤波电抗器，滤波电抗器设于逆变器主回路的前端，滤波电抗器用于稳定逆变器主回路中的电流。在逆变器需要停止工作的时候，接触器14和第一IGBT11断开，滤波电抗器产生的冲击电流会通过串联的电阻23和第二IGBT21、以及逆变电路中的支撑电容，从而冲击电流被支撑电容吸收，冲击电流无法通过充值电阻12将电压加到第一IGBT11的两端，从而该冲击电流不会损坏第一IGBT11。

另外，本实施例提供的逆变器的工作原理为以下内容。在初始状态下，逆变器充电开关31中的第一IGBT11和第二IGBT21处于断开状态，中央处理器控制接触器14闭合，电流通过接触器14、逆变器充电开关31中的电阻23、充电电阻12为逆变电路34中的支撑电容充电，使得支撑电容可以稳定逆变电路34中的电压。在支撑电容中的电压达到预设阈值的时候，中央处理器控制第一IGBT11和第二IGBT21闭合，电流通过接触器14、第一IGBT11、逆变充电开关中的二极管24、逆变电路34，从而逆变器将直流电转换为交流电后输出；并且第一IGBT11比第二IGBT21先闭合，从而防止电流经过逆变充电开关中的电阻23和第二IGBT21，而使得电阻23过热；在这个过程中，如果第一IGBT11出现故障，则电流通过接触器14、逆变充电开关中的电阻23和第二IGBT21、二极管24、逆变电路34，从而逆变器依据可以正常工作。在逆变器需要停止工作的时候，中央处理器控制接触器14、第一IGBT11和第二IGBT21断开，则支撑电容中的电流通过安全电阻33而得到消耗，使得支撑电容中的电流得到快速释放；同时，因为消耗电阻与充电电阻12连接，可以闭合与消耗电阻连接的接触器，从而支撑电容中的电流也可以流向充电电阻12、消耗电阻、以及与消耗电阻连接的接触器，从而电流得到消耗。

通过本实施例提供的方案，在逆变器充电开关31的闭合和断开的过程中，快速的对逆变电路34中的支撑电容充电和放电，提高了逆变器的工作效率；并且，电压互感器32可以实时的检测逆变电路34中的支撑电容的电压，进而使得中央处理器及时的向逆变器充电开关31发送控制指令。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种逆变器充电开关，其特征在于，包括：

第一绝缘栅双极型晶体管IGBT、充电电阻和第一IGBT驱动电路；

所述充电电阻的第一端连接至所述第一IGBT的集电极，所述充电电阻的第二端连接至所述第一IGBT的发射极，所述第一IGBT的集电极与接触器连接，所述第一IGBT的发射极与所述逆变器中的逆变电路的输入端口连接；所述第一IGBT的栅极与所述第一IGBT驱动电路连接；

所述充电电阻用于当所述第一IGBT断开时，导通所述接触器与所述逆变电路中的支撑电容的电流通路；

所述第一IGBT驱动电路用于控制所述第一IGBT的闭合和断开。

2.根据权利要求1所述的逆变器充电开关，其特征在于，还包括：第二IGBT、第二IGBT驱动电路和电阻；

所述第二IGBT的集电极与所述电阻的第一端和所述充电电阻的第一端连接；

所述电阻的第二端与所述第一IGBT的集电极连接；

所述第二IGBT的发射极与所述第一IGBT的发射极连接；

所述第二IGBT的栅极与所述第二IGBT驱动电路连接；

所述第二IGBT驱动电路用于控制所述第二IGBT在所述第一IGBT闭合之后闭合。

3.根据权利要求2所述的逆变器充电开关，其特征在于，所述第二IGBT驱动电路还用于：

控制所述第二IGBT在所述第一IGBT断开之前断开。

4.根据权利要求1所述的逆变器充电开关，其特征在于，还包括：二极管；

所述二极管的正极与所述第一IGBT和所述第二IGBT的发射极连接；

所述二极管的负极与所述充电电阻的第二端连接。

5.根据权利要求1-4任一所述的逆变器充电开关，其特征在于，所述充电电阻包括：第一充电电阻和第二充电电阻；

所述第一充电电阻和所述第二充电电阻串联。

6.一种逆变器，其特征在于，包括：权利要求1至5中任一项所述的逆变器充电开关，以及接触器、电压互感器、安全电阻、逆变电路；

其中，所述接触器与所述逆变器充电开关中的第一IGBT的集电极连接；所述电压互感器的两端分别连接至所述逆变电路的输入端口和输出端口；所述安全电阻的两端分别连接至所述逆变电路的输入端口和输出端口。

7.根据权利要求6所述的逆变器，其特征在于，所述安全电阻，包括：第一安全电阻和第二安全电阻；

所述第一安全电阻与所述第二安全电阻并联。