CN110726867B - 一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路 - Google Patents
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Abstract
一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路，包括管压降检测电路和管压降补偿电路。管压降补偿电路包括母线上采样电阻、母线下采样电阻、第一运算放大器、充电电阻、延时电子开关；管压降检测电路包含上分压电容器、下分压电容器、管压降检测电阻、钳位二极管、第二运算放大器。适用于桥式电路下管的管压降快速响应检测，在传统示波器测试方法的基础上增加了一套电流补偿电路，并配置了钳位二极管，以实现适应数伏至数千伏的输入电压范围，且能够快速、精确检测管压降的功能。以方便设计人员核算功率单元的通态损耗。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，特别涉及一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路。
背景技术
MMC柔性直流输电换流阀的桥臂由很多个功率单元串联构成，功率单元为半桥电路或全桥电路。功率单元的损耗中，一部分是开关管的开关损耗，一部分是开关管的通态损耗，而开关管的通态损耗与开关管的压降直接相关。由于开关管在导通时仅为数伏，而在关断时开关管两端的电压可达到数千伏，目前传统的示波器测试方法，无法准确检测桥式电路的开关管压降。由于功率单元处于高频开关状态，检测电路应具有快速的动态响应特性，而一般采样芯片的输入端，都会有一定的寄生电容，直接用纯电阻采样会引起百微秒级的信号延时，需要研究新型的管压降检测电路。
发明内容
为了解决背景技术中的技术问题，本发明提供一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路，适用于桥式电路下管的管压降快速响应检测，在传统示波器测试方法的基础上增加了一套电流补偿电路，并配置了钳位二极管，以实现适应数伏至数千伏的输入电压范围，且能够快速、精确检测管压降的功能。以方便设计人员核算功率单元的通态损耗。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路，所述的桥式电路包括上IGBT、下IGBT以及并联在上IGBT与下IGBT两端的母线电容；所述的检测电路包括管压降检测电路和管压降补偿电路。
所述的管压降补偿电路包括母线上采样电阻、母线下采样电阻、第一运算放大器、充电电阻、延时电子开关；母线上采样电阻与母线下采样电阻串联后并联在母线电容两端，母线上采样电阻与母线下采样电阻串联的中间点连接至第一运算放大器输入端，第一运算放大器输出端经由充电电阻后连接至延时电子开关的一个输出接点，延时电子开关的控制接点连接至桥式电路的下IGBT的触发端，延时电子开关的另一个输出接点作为管压降补偿电路的输出端连接至管压降检测电路中。
所述的管压降检测电路包含上分压电容器、下分压电容器、管压降检测电阻、钳位二极管、第二运算放大器；第二运算放大器的输入端经由管压降检测电阻后连接至桥式电路的上IGBT与下IGBT串联中间点，上分压电容器并联在管压降检测电阻两端，第二运算放大器的输入端还同时经由钳位二极管后连接至桥式电路的下IGBT下端，下分压电容器并联在钳位二极管两端，管压降补偿电路的输出端也连接至第二运算放大器的输入端；第二运算放大器的输出端为所述的检测电路的输出端。
进一步地，所述管压降补偿电路还包括补偿电容器，所述充电电阻的末端还经过补偿电容器后连接至桥式电路的下IGBT下端。
进一步地，所述的延时电子开关包括依次串联的延时电容器、延时电阻和电子开关，电子开关的控制端连接延时电阻末端，电子开关的输出端两端为所述的延时电子开关的输出端两端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1）本发明适用于桥式电路下管的管压降快速响应检测，采用了钳位二极管，过滤了高压信号，收缩了采样范围，提高了采样精度。
2）本发明采用了上分压电容和下分压电容，抵消了运算放大芯片输入端的杂散电容的延时，提高了采样电路的响应速度。
3）本发明应用了补偿电路，可以通过采集母线电容电压，控制补偿电容器的投入能量，与上分压电容和下分压电容相配合，使该管压降检测电路，同时具有响应速度快和采样精度高的特点。
附图说明
图1是本发明的一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路的全桥拓扑框图；
图2是本发明的一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路的半桥拓扑框图；
图3是本发明的一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路的延时电子开关的原理框图。
图中：1-母线电容器 2-第一上IGBT 3-第一下IGBT 4-母线上采样电阻 5-母线下采样电阻 6-第一运算放大器 7-充电电阻 8-补偿电容器 9-延时电子开关 10-管压降检测电阻 11-第二运算放大器 12-钳位二极管 13-下分压电容器 14上分压电容器 15-第二上IGBT 16-第二下IGBT 17-延时电容器 18-延时电阻 19-电子开关
具体实施方式
以下结合附图对本发明提供的具体实施方式进行详细说明。
一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路，所述的桥式电路可以是图1的全桥电路，包括上IGBT（15和2）、下IGBT（16和3）以及并联在上IGBT（15和2）与下IGBT（16和3）两端的母线电容（1）；所述的所述的桥式电路还可以是图2的半桥电路，包括上IGBT（2）、下IGBT（3）以及并联在上IGBT（2）与下IGBT（3）两端的母线电容（1）。
所述的检测电路用于桥式电路的下管即下IGBT（16或3）的管压降检测。图1为全桥结构，图2为半桥结构，全桥结构为对称结构，因此全桥结构中的下IGBT（3）和下IGBT（16）的连接方式均相同。
如图1-2所示，所述的检测电路包括管压降检测电路和管压降补偿电路。
所述的管压降补偿电路包母线上采样电阻（4）、母线下采样电阻（5）、第一运算放大器（6）、充电电阻（7）、延时电子开关（9）；母线上采样电阻（4）与母线下采样电阻（5）串联后并联在母线电容（1）两端，母线上采样电阻（4）与母线下采样电阻（5）串联的中间点连接至第一运算放大器（6）输入端，第一运算放大器（6）输出端经由充电电阻（7）后连接至延时电子开关（9）的一个输出接点，延时电子开关（9）的控制接点连接至桥式电路的下IGBT（3）的触发端，延时电子开关（9）的另一个输出接点作为管压降补偿电路的输出端连接至管压降检测电路中。
所述的管压降检测电路包含上分压电容器（14）、下分压电容器（13）、管压降检测电阻（10）、钳位二极管（12）、第二运算放大器（11）；第二运算放大器（11）的输入端经由管压降检测电阻（10）后连接至桥式电路的上IGBT（2）与下IGBT（3）串联中间点，上分压电容器（14）并联在管压降检测电阻（10）两端，第二运算放大器（11）的输入端还同时经由钳位二极管（12）后连接至桥式电路的下IGBT（3）下端，下分压电容器（13）并联在钳位二极管（12）两端，管压降补偿电路的输出端即延时电子开关（9）的另一个输出接点也连接至第二运算放大器（11）的输入端；第二运算放大器（11）的输出端为所述的检测电路的输出端。
所述管压降补偿电路还包括补偿电容器（8），所述充电电阻（7）的末端还经过补偿电容器（8）后连接至桥式电路的下IGBT（3）下端。
如图3所示，所述的延时电子开关（9）包括依次串联的延时电容器（17）、延时电阻（18）和电子开关（19），电子开关（19）的控制端连接延时电阻（18）末端，电子开关（19）的输出端两端为所述的延时电子开关（9）的输出端两端。
本发明的电路原理如下：
（1）当下IGBT（3）处于导通状态时，各部分电路的状态如下：延时电子开关（9）处于关断状态；下IGBT（3）的管压降低于钳位二极管（12）的钳位阈值；第二运算放大器（11）的输出电压等于下IGBT（3）的管压降。第一运算放大器（6）的输出，等于母线上采样电阻（4）和母线下采样电阻（5）的分压电压，经充电电阻（7）限流后，为补偿电容器（8）充电，由于延时电子开关（9）处于关断状态，补偿电容器（8）的电压等于母线上采样电阻（4）和母线下采样电阻（5）的分压电压。
（2）当下IGBT（3）关断后，上IGBT（2）导通时，延时开关（9）不动作。
（3）下IGBT（3）的管压降抬升至钳位二极管（12）的钳位阈值以上后，第二运算放大器（11）的输出电压等于钳位二极管（12）的钳位电压；充电电阻（7）为钳位二极管（12）限流。
（4）当上IGBT（2）关断后，下IGBT（3）导通时，延时开关（9）闭合，将补偿电容器（8）投入，以抵消上分压电容器（14）的抽取电流。
（5）由于上分压电容器（14）抽取的能量与母线电容（1）的电压的平方成正比，而补偿电容器（8）存储的能量，也与母线电容（1）的电压的平方成正比，经匹配后，该补偿电容器（8）配合下分压电容器（13）存储的能量，可以正好抵消上分压电容器（14）所需的能量。
（6）待延时一段时间后，延时开关（9）关断，电路继续正常工作。
本领域技术人员应当明了，以上所示仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。
以上对本发明所提供的一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (1)
1.一种适用于桥式电路的管压降快速响应检测电路，所述的桥式电路包括上IGBT、下IGBT以及并联在上IGBT与下IGBT两端的母线电容；其特征在于，所述的检测电路包括管压降检测电路和管压降补偿电路；
所述的管压降补偿电路包括母线上采样电阻、母线下采样电阻、第一运算放大器、充电电阻、延时电子开关；母线上采样电阻与母线下采样电阻串联后并联在母线电容两端，母线上采样电阻与母线下采样电阻串联的中间点连接至第一运算放大器输入端，第一运算放大器输出端经由充电电阻后连接至延时电子开关的一个输出接点，延时电子开关的控制接点连接至桥式电路的下IGBT的触发端，延时电子开关的另一个输出接点作为管压降补偿电路的输出端连接至管压降检测电路中；
所述的管压降检测电路包括上分压电容器、下分压电容器、管压降检测电阻、钳位二极管、第二运算放大器；第二运算放大器的输入端经由管压降检测电阻后连接至桥式电路的上IGBT与下IGBT串联中间点，上分压电容器并联在管压降检测电阻两端，第二运算放大器的输入端还同时经由钳位二极管后连接至桥式电路的下IGBT下端，下分压电容器并联在钳位二极管两端，管压降补偿电路的输出端也连接至第二运算放大器的输入端；第二运算放大器的输出端为所述的检测电路的输出端；
所述管压降补偿电路还包括补偿电容器，所述充电电阻的末端还经过补偿电容后连接至桥式电路的下IGBT下端；
所述的延时电子开关包括依次串联的延时电容器、延时电阻和电子开关，电子开关的控制端连接延时电阻末端，电子开关的输出端两端为所述的延时电子开关的输出端两端。
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