CN107528480A - 具有雷击保护能力的电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种具有雷击保护能力的电路，包括：预充电整流电路、预充电电阻、压敏电阻、开关、主整流电路、控制电路与电容器。预充电整流电路连接至交流电源。预充电电阻与压敏电阻连接于预充电整流电路与开关之间，且开关更连接至第一节点。主整流电路连接至交流电源与第一节点之间。电容器与控制电路连接于第一节点与接地端之间。控制电路产生第一控制信号以控制开关，控制电路产生另一控制信号组以控制主整流电路。

Description

具有雷击保护能力的电路
技术领域
本发明涉及一种电路，且特别涉及一种具有雷击保护能力的电路。
背景技术
请参照图1A，其所绘示为现有变频器示意图。现有变频器100可连接至负载，例如三相直流马达(three phase DC motor，未绘示)。其中，变频器100包括：一电磁接触器(magnetic contactor)110、预充电电阻(pre-charge resistor)Rp、主整流电路(mainrectifying circuit)130、一电容器(bulk capacitor)Cb、一控制电路140与一驱动电路(driving circuit)150。
电磁接触器110中有一常开开关组(normally-off switch set)b1、b2、b3。当电磁接触器110的控制端上的控制信号Sc未动作之前，常开开关组b1、b2、b3为打开状态(openstate)，当电磁接触器110的控制端上的控制信号Sc动作后，常开开关组b1、b2、b3为闭合状态(close state)。
如图1A所示，三相交流电源R、S、T连接至主整流电路130的三个交流输入端(ACinput terminal)，主整流电路130的直流输出端(DC output terminal)与节点o之间连接预充电电阻Rp。另外电磁接触器110中的常开开关组b1、b2、b3与预充电电阻Rp并联。
再者，电容器Cb、控制电路140与驱动电路150接连接于节点o与接地端Gnd之间。控制电路140可输出控制信号Sc至电磁接触器110。另外，控制电路140也可以产生多个驱动信号Sd1～Sd6至驱动电路150，用以控制驱动电路150多个输出端上的输出信号Va、Vb、Vc，并进一步控制三相直流马达(未绘示)。
基本上，主整流电路130与预充电电阻Rp形成一预充电路径(pre-charge path)，而主整流电路130与电磁接触器110形成一主充电路径(main charge path)。以下介绍现有变频器100的运作原理。
当三相交流电源R、S、T刚连接至电磁接触器110时，由于控制电路140尚未正常运作，因此无法输出控制信号Sc。此时，三相交流电源R、S、T输入主整流电路130的三个交流输入端后，由主电整流电路130的直流输出端产生直流电压(DC voltage)，经由预充电电阻Rp对电容器Cb充电。而电容器Cb上的电压充电到达稳态电压Vdc之前，控制电路140无法正常运作。
当充电器Cb充电至稳态电压Vdc之后，控制电路140开始正常运作，并输出控制信号Sc。此时，电磁接触器110的常开开关组b1、b2、b3变为闭合状态(close state)。因此，主整流电路130的直流输出端产生稳态电压Vdc不经过预充电电阻Rp而直接传递至电容器Cb。
另外，当控制电路140正常运作时，控制电路140即产生多个驱动信号Sd1～Sd6至驱动电路150，用以控制驱动电路150多个输出端上的输出信号Va、Vb、Vc。
请参照图1B，其所绘示为驱动电路150的电路示意图。驱动电路150中包括六个晶体管Q1～Q6。第一晶体管Q1集极接收稳态电压Vdc，基极接收第一驱动信号Sd1，射极连接至节点x。第二晶体管Q2集极接收稳态电压Vdc，基极接收第二驱动信号Sd2，射极连接至节点y。第三晶体管Q3集极接收稳态电压Vdc，基极接收第三驱动信号Sd3，射极连接至节点z。
第四晶体管Q4集极连接至节点x，基极接收第四驱动信号Sd4，射极连接至接地端。第五晶体管Q5集极连接至节点y，基极接收第五驱动信号Sd5，射极连接至接地端。第六晶体管Q6集极连接至节点z，基极接收第六驱动信号Sd6，射极连接至接地端。再者，节点x、y、z即为驱动电路150的输出端可产生输出信号Va、Vb、Vc，用以控制三相直流马达(未绘示)。
基本上，控制电路140利用驱动信号Sd1～Sd6来控制对应晶体管Q1～Q6的开启(turn on)或关闭(turn off)，并进一步控制输出信号Va、Vb、Vc的波形(waveform)。
当变频器100制造完成后，需要进行雷击测试(surge immunity test)。由于现有电磁接触器110可承受高电压，因此当主整流电路130运作时，约4KV的雷击电压(冲击电压)(surge voltage)所产生的大电流可顺利地通过主整流电路130及电磁接触器110至电容器Cb，而不会损坏变频器100，并通过雷击测试。
然而，由于现有电磁接触器110的体积非常大，所以会使得变频器100的体积过大。如果为了减少变频器100的体积而利用其他电路元件来取代电磁接触器110，则变频器100可能无法通过雷击测试。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有雷击保护能力的电路，包括：一预充电整流电路，连接至一交流电源；一预充电电阻，具有一第一端连接至该预充电整流电路的一直流输出端；一压敏电阻，具有一第一端连接至该预充电整流电路的该直流输出端；一开关，具有一第一端连接至该预充电电阻的一第二端，具有一第二端连接至该压敏电阻的一第二端，具有一第三端连接至一第一节点，其中该开关接收一第一控制信号，当该第一控制信号未动作时，该开关的该第一端与该第三端相连，当该第一控制信号动作时，该开关的该第二端与该第三端相连；一主整流电路，连接至该交流电源，该主整流电路的一直流输出端连接至该第一节点；一电容器，连接于该第一节点与一接地端之间；一控制电路，连接于该第一节点与一接地端之间；其中，该控制电路产生该第一控制信号至该开关，该控制电路产生另一控制信号组至该主整流电路。
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
图1A所绘示为现有变频器示意图；
图1B所绘示为驱动电路的电路示意图；
图2A所绘示为本发明电路应用于变频器的示意图；
图2B所绘示主整流电路的电路示意图。
其中，附图标记
100、200：变频器
110：电磁接触器
220：预充电整流电路
130、230：主整流电路
140、240：控制电路
150、250：驱动电路
260：开关
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
本发明为一种电路，具备雷击保护能力，应用到变频器时，变频器不需要大体积的电磁接触器，使得变频器的体积减小且具备雷击保护能力。
请参照图2A，其所绘示为本发明电路应用于变频器的示意图。本发明的电路应用到变频器200时可连接至负载(未绘示)，本发明电路包括:一预充电整流电路220、一预充电电阻Rp、一压敏电阻(Varistor)Rv、一开关260、一主整流电路230、一电容器Cb与一控制电路240，本发明电路应用到变频器200时还包括：一驱动电路250。其中，压敏电阻Rv的电阻值会随着两端的电压不同而改变，当压敏电阻Rv两端为高电压(例如雷击电压)时，压敏电阻Rv具有低电阻值的特性；反之，压敏电阻Rv的电阻值会非常高。
如图2A所示，三相交流电源R、S、T连接至主整流电路230的三个交流输入端，主整流电路230的直流输出端连接至节点o。
再者，三相交流电源R、S、T连接至预充电整流电路220的三个交流输入端，预充电整流电路220的直流输出端连接至预充电电阻Rp的第一端以及压敏电阻Rv的第一端。开关260的第一端a连接至预充电电阻Rp的第二端，开关260的第二端b连接至压敏电阻Rv的第二端，开关260的第三端c连接至节点o，开关260的控制端接收第一控制信号Sc1。其中，当第一控制信号Sc1未动作时，开关260的第一端a连接至第三端c；当第一控制信号Sc1动作时，开关260的第二端b连接至第三端c。
另外，电容器Cb、控制电路240与驱动电路250连接于节点o与接地端Gnd之间。控制电路240可输出第一控制信号Sc1至开关260，控制电路240更可输出一控制信号组(包括三个控制信号Sc2～Sc4)至主整流电路230，用以控制主整流电路230。另外，控制电路240也可以产生一驱动信号组(包括多个驱动信号Sd1～Sd6)至驱动电路250，用以控制驱动电路250多个输出端上的输出信号Va、Vb、Vc。
根据本发明的实施例，第一控制信号Sc1尚未动作时，开关260将预充电电阻Rp连接至节点o；第一控制信号Sc1动作时，开关260将压敏电阻Rv连接至节点o。再者，三个控制信号Sc2～Sc4尚未动作时，主整流电路230无法运作；三个控制信号Sc2～Sc4动作时，主整流电路230正常运作。
根据本发明实施例，当三相交流电源R、S、T刚供应至变频器200时，控制电路240尚未正常运作。因此，第一控制信号Sc1未动作，开关260的第一端a连接至第三端c；另三个控制信号Sc2～Sc4未动作，主整流电路230无法运作。
此时，三相交流电源R、S、T供应至预充电电路220的三个交流输入端，而预充电整流电路220的直流输出端产生直流电压(DC voltage)，经由预充电电阻Rp对电容器Cb充电。而电容器Cb上的电压充电到达稳态电压Vdc之前，控制电路240无法正常运作。
当预充电整流电路220对电容器Cb充电至稳态电压Vdc之后，控制电路240开始正常运作，并动作所有的控制信号Sc1～Sc4。因此，开关260的第二端b连接至第三端c；并且主整流电路230正常运作。
当第一控制信号Sc1动作后，由于预充电整流电路220的直流输出端与节点o之间连接压敏电阻Rv，且预充电整流电路220直流输出端所产生的直流电压不大，使得压敏电阻Rv具高电阻值，而预充电整流电路220的直流输出端与节点o之间可视为开路(opencircuit)。
再者，当另外三个控制信号Sc2～Sc4动作后，主整流电路230正常运作。此时，主整流电路230的三个交流输入端接收三相交流电源R、S、T，且主整流电路230的直流输出端产生稳态电压Vdc至电容器Cb。
另外，图1B的驱动电路150可运用于图2A的驱动电路250。因此，控制电路240正常运作时，利用驱动信号Sd1～Sd6来控制对应晶体管Q1～Q6的开启(turn on)或关闭(turnoff)，并进一步控制输出信号Va、Vb、Vc的波形(waveform)，以控制负载(例如三相直流马达)的运作。
请参照图2B，其所绘示主整流电路230的电路示意图。主整流电路230中包括三个二极管D1～D3以及三个硅控整流器(SCR)Ds1～Ds3。第一二极管D1阳极端连接至接地端Gnd，阴极端连接至节点p。第二二极管D2阳极端连接至接地端Gnd，阴极端连接至节点q。第三二极管D3阳极端连接至接地端Gnd，阴极端连接至节点r。
第一硅控整流器Ds1阳极端连接至节点p，阴极端连接至节点o，栅控端(gate)接收第二控制信号Sc2。第二硅控整流器Ds2阳极端连接至节点q，阴极端连接至节点o，栅控端接收第三控制信号Sc3。第三硅控整流器Ds3阳极端连接至节点r，阴极端连接至节点o，栅控端接收第四控制信号Sc4。再者，节点p、q、r连接至三相交流电源R、S、T。
当三个控制信号Sc2～Sc4动作时，三个硅控整流器Ds1～Ds3即开始运作，使得主整流电路230正常运作，并整流三相交流电源R、S、T。
一般来说，硅控整流器的最高耐压大约为1.4KV，而雷击测试时的雷击电压约为4KV。因此，雷击电压可能会烧毁主整流电路130中的三个硅控整流器Ds1～Ds3。
本发明的电路中，设计压敏电阻Rv连接于预充电整流电路220的直流输出端以及节点o之间。当变频器200正常运作时，由于压敏电阻Rv二端上的电压很小，所以压敏电阻Rv的电阻值很高，预充电整流电路220的直流输出端与节点o之间可视为开路。
于变频器200进行雷击测试时，约4KV的雷击电压(surge voltage)将会使得压敏电阻Rv的电阻值变很低，此时预充电整流电路220的直流输出端与节点o之间可视为短路(short circuit)。
因此，雷击电压所产生的大电流中，一大部分电流会经由预充电整流电路220、压敏电阻Rv传递至电容器Cb；而另一小部分电流会经由主整流电路230传递至电容器Cb。所以主整流电路230中的三个硅控整流器Ds1～Ds3不会被烧毁，主整流电路230仍可以正常运作，并通过雷击测试。
由以上的说明可知，应用本发明电路的变频器200中并未使用到电磁接触器，所以可以减少变频器200的体积。再者，于控制电路240正常运作时，利用开关260将压敏电阻Rv连接至节点o。当变频器200遭遇雷击电压时，所产生的大电流可以有效地经由压敏电阻Rv而传递至电容器Cb，而不会造成主整流电路的损毁，应用本发明电路的变频器具备雷击保护能力。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种具有雷击保护能力的电路，其特征在于，包括：
一预充电整流电路，连接至一交流电源；
一预充电电阻，具有一第一端连接至该预充电整流电路的一直流输出端；
一压敏电阻，具有一第一端连接至该预充电整流电路的该直流输出端；
一开关，具有一第一端连接至该预充电电阻的一第二端，具有一第二端连接至该压敏电阻的一第二端，具有一第三端连接至一第一节点，其中该开关接收一第一控制信号，当该第一控制信号未动作时，该开关的该第一端与该第三端相连，当该第一控制信号动作时，该开关的该第二端与该第三端相连；
一主整流电路，连接至该交流电源，该主整流电路的一直流输出端连接至该第一节点；
一电容器，连接于该第一节点与一接地端之间；
一控制电路，连接于该第一节点与一接地端之间；
其中，该控制电路产生该第一控制信号至该开关，该控制电路产生另一控制信号组至该主整流电路。
2.根据权利要求1所述的具有雷击保护能力的电路，其特征在于，该电路刚接收该交流电源时，该控制电路未动作该第一控制信号与该另一控制信号组，该预充电整流电路产生一直流电压经由该预充电电阻对该电容器充电。
3.根据权利要求2所述的具有雷击保护能力的电路，其特征在于，当该预充电整流电路对该电容器充电至一稳态电压时，该控制电路动作该第一控制信号与该另一控制信号组，该主电整流电路产生该稳态电压至该电容器。
4.根据权利要求1所述的具有雷击保护能力的电路，其特征在于，当该电路遭遇一雷击电压所产生的一电流时，第一部分的该电流经由该预充电整流电路以及该压敏电阻传递至该电容器，且第二部分的该电流经由该主整流电路传递至该电容器。
5.根据权利要求1所述的具有雷击保护能力的电路，其特征在于，该主整流电路包括：
一第一二极管的一阳极端连接至一接地端，一阴极端连接至一第二节点；
一第二二极管的一阳极端连接至该接地端，一阴极端连接至一第三节点；
一第三二极管的一阳极端连接至该接地端，一阴极端连接至一第四节点；
一第一硅控整流器的一阳极端连接至该第二节点，一阴极端连接至该第一节点，一栅控端接收该另一控制信号组中的一第二控制信号；
一第二硅控整流器的一阳极端连接至该第三节点，一阴极端连接至该第一节点，一栅控端接收该另一控制信号组中的一第三控制信号；以及
一第三硅控整流器的一阳极端连接至该第四节点，一阴极端连接至该第一节点，一栅控端接收该另一控制信号组中的一第四控制信号；
其中，该第二节点、该第三节点与该第四节点连接至该交流电源。
6.根据权利要求1所述的具有雷击保护能力的电路，其特征在于，该电路包括：
一驱动电路，连接于该第一节点与一接地端之间，其中该控制电路正常运作时，该控制电路产生一驱动信号组至该驱动电路。
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