CN110912386A - 主动放电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种主动放电电路，用于对驱动装置的直流母线电容进行放电，主动放电电路包括控制单元、第一开关管和放电电阻，且第一开关管和放电电阻串联后与直流母线电容并联；主动放电电路还包括第一放电支路和第二放电支路；控制单元的第一输出侧经由第一放电支路连接到第一开关管的输入侧，且第一放电支路在控制单元输出放电信号或控制单元故障时，使第一开关管的输入侧的电压拉高，以使第一开关管导通；控制单元的第二输出侧经由第二放电支路与第一开关管的输入侧连接，且第二放电支路在控制单元故障且第一开关管导通达到预设时长时，使第一开关管的输入侧的电压拉低，以使第一开关管断开，以防止放电电阻因过载而烧毁。

Description

主动放电电路
技术领域
本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种主动放电电路。
背景技术
在不可再生能源逐渐枯竭的今天，绿色、环保、高效的新能源汽车成为目前汽车行业的发展的潮流。电动汽车的电机控制器主要的几个功率器件为母线电容和逆变器等，且逆变器通常通过直流母线与蓄电池连接。在电动汽车的行驶过程中，蓄电池源源不断输出直流电，经过母线电容滤波后，经逆变器逆变成可驱动永磁同步电机的交流电。在逆变器停止工作时，母线电容与蓄电池之间的接触器断开，母线电容会存有大量电荷，并且需要短时间内释放掉。
现在电动汽车都会具有ASC放电功能，该功能主要通过ASC放电电路来将母线电容内的电荷释放。在非正常工况下，ASC放电电路无法释放母线电容的电荷，此时可以通过主动放电电路(母线电容两侧并联放电电阻)来对母线电容进行主动放电。然而，在ASC放电功能失效，并且母线电容与蓄电池之间的接触器吸合的情况下，蓄电池会一直给母线电容输送能量，如果这时主动放电电路正在对母线电容放电，放电电阻两侧长时间并联在高压母线电容两侧，放电电阻会由于过载而烧毁。
发明内容
本发明实施例针对上述主动放电电路正在对母线电容放电，放电电阻两侧长时间并联在高压母线电容两侧，放电电阻会由于过载而烧毁问题，提供一种主动放电电路。
本发明实施例解决上述技术问题采用的技术方案是：提供一种主动放电电路，用于对驱动装置的直流母线电容进行放电，所述主动放电电路包括控制单元、第一开关管和放电电阻，且所述第一开关管和放电电阻串联后与所述直流母线电容并联；所述主动放电电路还包括第一放电支路和第二放电支路；所述控制单元的第一信号输出侧经由所述第一放电支路连接到所述第一开关管的输入侧，且所述第一放电支路在所述控制单元输出放电信号或所述控制单元故障时，使所述第一开关管导通；
所述控制单元的第二信号输出侧经由所述第二放电支路与所述第一开关管的输入侧连接，当所述第二放电支路在所述控制单元故障且所述第一开关管导通达到预设时长时，使所述第一开关管断开。
优选地，所述控制单元出现故障时，所述第一放电支路输出高电平使所述第一开关管导通。
优选地，所述第一放电支路拉高所述第一开关管的输入侧的电压，所述第二放电支路在所述第一开关管导通达到预设时长时，拉低所述第一开关管的输入侧的电压。
优选地，所述主动放电电路还包括高压电源，且所述高压电源的电源输入侧并联连接到所述直流母线电容的两侧，所述高压电源的电源输出侧为第一放电支路和第二放电支路的副边供电。
优选地，所述第一放电支路包括第一隔离单元和稳压单元，且所述第一隔离单元的输入侧与所述控制单元的第一信号输出侧连接，所述第一隔离单元的输出侧经由所述稳压单元与所述第一开关管的输入侧连接，并在所述控制单元的第一信号输出侧输出高电平或无信号输出时输出高电平；所述稳压单元的电源输入侧从所述高压电源取电；所述第一隔离单元的供电侧与外部电源连接。
优选地，所述第一隔离单元为第一光耦，且所述第一光耦的一次侧的正极连接外部电源，所述第一光耦的一次侧的负极连接控制单元的第一信号输出侧；所述第一光耦的二次侧的正极连接构成所述第一隔离单元的输出侧，所述第一光耦的二次侧的负极连接所述直流母线电容的负极。
优选地，所述第二放电支路包括第二隔离单元、延时单元和放电单元，且所述第二隔离单元的输入侧与所述控制单元的第二信号输出侧连接，所述第二隔离单元的输出侧经由所述延时单元和所述放电单元与所述第一开关管的输入侧连接，所述第二隔离单元的供电侧与外部电源连接；所述延时单元的输入侧与所述高压电源连接。
优选地，所述第二隔离单元为第二光耦，且所述第二光耦的一次侧的正极连接外部电源，所述第二光耦的一次侧的负极连接控制单元的第二信号输出侧；所述第二光耦的二次侧的正极构成所述第二隔离单元的输出侧，所述第二光耦的二次侧的负极连接所述直流母线电容的负极。
优选地，所述稳压单元包括第一电阻、限流电阻和稳压二极管，所述稳压二极管的阳极与所述直流母线电容的负极连接，阴极经由所述第一电阻与所述高压电源的电源输出侧连接，所述限流电阻的一侧与所述第一电阻和稳压二极管的连接点连接，另一侧与所述第一开关管的输入侧连接。
优选地，所述延时单元包括依次串联连接的第二电阻和储能电容，且所述第二电阻的一侧与所述高压电源的电源输出侧连接，所述储能电容的一侧与所述直流母线电容的负极连接；所述第二隔离单元的输出侧经由所述第二电阻和储能电容的连接点与所述放电单元的输入侧连接。
优选地，所述放电单元包括第二开关管，所述第二开关管串联连接在所述稳压单元与第一开关管的连接点和所述直流母线电容的负极，且所述第二开关管的输入侧连接到所述第二隔离单元的输出侧。
本发明实施例的主动放电电路，通过第二放电支路的放电处理，使第一开关管处于断开状态，避免直流母线电容对放电电阻长时间放电(例如直流母线电容与蓄电池之间的接触器出现粘连时)而使放电电阻烧毁，从而对放电电阻起到了保护作用。另外，上述主动放电电路还可以在控制单元发出放电信号时，通过第一放电支路来对直流母线电容进行主动放电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例中主动放电电路的电路图；
图2是本发明另一实施例中主动放电电路的电路图。
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作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。
本发明实施例提出了一种主动放电电路，该主动放电电路可以应用在电动汽车的电机控制器中，并通过该主动放电电路来对驱动装置(如电机控制器)的直流母线电容进行放电。电机控制器通常包括通过直流母线连接的整流单元、逆变单元和蓄电池，并且直流母线电容通常通过接触器与蓄电池并联连接。
图1是本发明实施例所提出的主动放电电路，该主动放电电路包括控制单元10、第一开关管Q1、放电电阻RL、第一放电支路20和第二放电支路30，且第一开关管Q1和放电电阻RL串联后与直流母线电容C1并联，控制单元10的第一信号输出侧经由第一放电支路20连接到第一开关管Q1的输入侧，且第一放电支路20在控制单元10输出放电信号或控制单元10故障时，使第一开关管Q1导通。上述第一开关管Q1具体可采用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，金属-氧化物半导体场效应晶体管)等大功率开关器件。
上述控制单元10的第二信号输出侧经由第二放电支路30与第一开关管Q1的输入侧连接，当第二放电支路30在控制单元10故障且第一开关管Q1导通达到预设时长时，使第一开关管Q1断开。
在上述电路中，控制单元10故障可以是控制单元10失效，在控制单元10故障时，可视作控制单元10没有信号输出，或者控制单元10的输出侧悬空。
上述实施例通过在控制单元失效且第一开关管Q1导通达到预设时长时，通过第二放电支路30使第一开关管Q1处于断开状态，避免直流母线电容C1对放电电阻RL长时间放电(例如控制单元失效且直流母线电容与蓄电池之间的接触器出现粘连时)而使放电电阻RL烧毁，从而对放电电阻RL起到了保护作用。另外，上述实施例还可以在控制单元10发出放电信号时，通过第一放电支路20来对直流母线电容C1进行主动放电。
上述第一开关管Q1可以为高电平导通，具体地，在上述控制单元10出现故障时，第一放电支路20输出高电平使所述第一开关管导通。当然，在上述控制单元10输出放电信号时，第一开关管也会导通，从而使直流母线电容C1进行主动放电。
另外，上述第一放电支路20拉高第一开关管Q1的输入侧的电压，所述第二放电支30路在第一开关管Q1导通达到预设时长时，拉低第一开关管Q1的输入侧的电压。上述第一开关管Q1导通达到预设时长时拉低第一开关管Q1的输入测的电压，使得第一开关管Q1断开，对第一开关管Q1起延时关断的作用，从而避免直流母线电容C1对放电电阻RL长时间放电而造成放电电阻RL的损坏。
在本发明的另一个实施例中，上述电路还可以包括高压电源，并且该高压电源的输入侧并联连接到与直流母线电容C1的两侧连接，高压电源的输出侧分别与第一放电支路20和第二放电支路30的副边连接，并为第一放电支路20和第二放电支路30供电，并通过高压电源将第一开关管Q1的输入侧的电压拉高，从而控制开关管Q1的导通。上述电路中的高压电源可以直接利用直流母线电容C1来为第一放电支路20和第二放电支路30供电，无需再使用额外的外部电源供电，节省了电路的成本。
在本发明的另一个实施例中，第一放电支路20可以包括第一隔离单元U1和稳压单元21，且第一隔离单元U1的输入侧与控制单元10的信号输出侧连接，第一隔离单元U1的输出侧经由稳压单元21与开关管Q1的输入侧连接，稳压单元21的输入侧从高压电源取电；第一隔离单元U1的供电侧与外部电源连接。
在上述电路中，放电信号可以是一个高电平信号，控制单元10输出放电信号时，第一隔离单元U1相当于开路，此时高压电源40为稳压单元21供电，并通过稳压单元21将开关管Q1的输入侧的电压拉高，使得开关管Q1导通，直流母线电容C1通过放电电阻RL进行放电；控制单元10故障时，控制单元10无信号输出，第一隔离单元U1也相当于开路，此时高压电源40为稳压单元21供电，并通过稳压单元21将开关管Q1的输入侧的电压拉高，使得开关管Q1导通，直流母线电容C1通过放电电阻RL进行放电。
具体地，上述第一隔离单元U1可以为第一光耦，且第一光耦的一次侧的正极连接外部电源VCC，第一光耦的一次侧的负极连接控制单元10的第一信号输出侧；第一光耦的二次侧的正极连接构成第一隔离单元U1的输出侧，第一光耦的二次侧的负极连接直流母线电容C1的负极。
上述外部电源VCC的电压可以是与放电信号的电压相等或者相差不大的电压，在上述控制单元10输出放电信号时，第一光耦的原边开路，副边也开路，此时高压电源40为稳压单元21供电，并通过稳压单元21将开关管Q1的输入侧的电压拉高，使得开关管Q1导通，直流母线电容C1通过放电电阻RL进行放电。
另外，为了对上述高压电源40输出的电压进行稳压处理，上述稳压单元21可以包括第一电阻R1、限流电阻R3和稳压二极管D1，稳压二极管D1的阳极与直流母线电容C1的负极连接，阴极经由第一电阻R1与高压电源40的输出侧连接；第一隔离单元U1的输出侧经由第一电阻R1和稳压二极管D1的连接点与第一开关管Q1的输入侧连接，限流电阻的一侧与第一电阻和稳压二极管的连接点连接，另一侧与第一开关管的输入侧连接。
在本发明的另一个实施例中，上述第二放电支路30可以包括第二隔离单元U2、延时单元31和放电单元32，且第二隔离单元U2的输入侧与控制单元10的输出侧连接，第二隔离单元U2的输出侧经由延时单元31和放电单元32与第一开关管Q1的输入侧连接，第二隔离单元U2的供电侧与外部电源VCC连接；延时单元31的输入侧与高压电源40连接，以对延时单元31充电，并在延时单元31充电完成后，通过放电单元32将第一开关管Q1的输入侧的电压拉低。
上述电路中，第二隔离单元U2主要用于对控制单元10输出的控制信号进行隔离，延时单元主要用于输出控制电平来控制第一开关管导通时长(避免直流母线电容对放电电阻长时间放电)，放电单元主要用于根据延时单元的控制电平对第一开关管导通和关断，对第一开关管的导通和关断起实质控制作用。
上述第二隔离单元U2可以包括第二光耦，且第二光耦的一次侧的正极连接外部电源VCC，第二光耦的一次侧的负极连接控制单元10的第二信号输出侧；第二光耦的二次侧的正极构成第二隔离单元U2的输出侧，第二光耦的二次侧的负极连接直流母线电容C1的负极。上述外部电源VCC的输出电压可以是与放电信号的电压相等或者相差不大的电压。上述电路在控制单元10故障时，第二隔离单元U2相当于开路(第二光耦的原边开路，副边也开路)，第一开关管Q1的输入侧的电压被拉高，与此同时，高压电源40也对延时单元31进行充电，在延时单元31充电完成后，放电单元32将第一开关管Q1的输入侧的电压拉低，使得第一开关管Q1断开，直流母线电容C1停止对放电电阻RL放电，从而起到对第一开关管Q1延时关断的效果，避免直流母线电容C1对放电电阻RL长时间放电。
具体地，为了在控制单元10故障时调整第一开关管Q1的导通时长，上述延时单元31可以包括依次串联连接的第二电阻R2和储能电容C2，且第二电阻R2的一侧与高压电源40的输出侧连接，储能电容C2的一侧与直流母线电容C1的负极连接；第二隔离单元U2的输出侧经由第二电阻R2和储能电容C2的连接点与放电单元32的输入侧连接。
上述电路中，在控制单元10故障时，高压电源为延时单元供电，也即高压电源对第二电阻R2和储能电容C2放电(对储能电容C2充电)，在储能电容C2充满电之后(充电时间即为延时关断时间)，放电单元将第一开关管Q1的输入侧的电压拉低，使得第一开关管Q1断开，直流母线电容C1停止对放电电阻放电。另外，上述电路可以通过调节储能电容C2的电容值与第二电阻R2的阻值来调节第一开关管Q1的导通时长(延时关断时长)。
在本发明的另一实施例中，上述放电单元32可以包括放电单元包括第二开关管，第二开关管Q1串联连接在稳压单元与第一开关管的连接点和直流母线电容的负极，且第二开关管的输入侧连接到第二隔离单元的输出侧。上述放电单元32中，在延时单元31充满电时，储能电容C2两侧的电压上升，第二开关管Q2处于导通状态，第二开关管Q2的输入侧的电压被拉低，导致第一开关管Q1的输入侧的电压低于第一开关管Q1的导通电压，使得第一开关管Q1处于断开状态，直流母线电容C1停止对放电电阻RL放电。
上述电路在正常工况，且需要主动放电时，控制单元10向第一隔离单元U1发送高电平信号(即放电信号)，向第二隔离单元U2发送低电平信号，使第一开关管Q1导通通，第二开关管Q2关断，此时直流母线电容C1通过放电电阻RL放电。
上述电路在控制单元10故障(例如控制单元10失效且直流母线电容C1和蓄电池之间的接触器粘连)的情况下，控制单元10无信号输出，第一隔离单元U1和第二隔离单元U2的输出侧开路，在稳压电路中，第一电阻R1和与稳压二极管D1之间为高电平，第一开关管Q1导通，直流母线电容C1中的电荷通过放电电阻RL释放。与此同时，第二隔离单元U2的输出侧也开路，储能电容C2会经第二电阻R2充电，经过一段时间的充电，储能电容C2的电压上升到使第二开关管Q2导通的电压之后，第二开关管Q2导通，第三电阻R3的左侧的电压被拉低，使得第一开关管Q1关断，直流母线电容C1停止放电。
另外，上述电路在正常工况，且不需要主动放电时，控制单元10分别向第一放电支路20和第二放电支路30输出停止主动放电信号(如分别输出两路低电平信号)，使得第一隔离单元U1和第二隔离单元U2处于导通状态，此时，控制单元10将稳压单元21和延时单元31的输出电压拉低，使得第一开关管Q1和第二开关管Q2都处于断开状态，直流母线电容C1无法对放电电阻RL放电。
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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种主动放电电路，用于对驱动装置的直流母线电容进行放电，所述主动放电电路包括控制单元、第一开关管和放电电阻，且所述第一开关管和放电电阻串联后与所述直流母线电容并联；其特征在于，所述主动放电电路还包括第一放电支路和第二放电支路；所述控制单元的第一信号输出侧经由所述第一放电支路连接到所述第一开关管的输入侧，且所述第一放电支路在所述控制单元输出放电信号或所述控制单元故障时，使所述第一开关管导通；
所述控制单元的第二信号输出侧经由所述第二放电支路与所述第一开关管的输入侧连接，当所述第二放电支路在所述控制单元故障且所述第一开关管导通达到预设时长时，使所述第一开关管断开。
2.如权利要求1所述的主动放电电路，其特征在于，所述控制单元出现故障时，所述第一放电支路输出高电平使所述第一开关管导通。
3.如权利要求2所述的主动放电电路，其特征在于，所述第一放电支路拉高所述第一开关管的输入侧的电压，所述第二放电支路在所述第一开关管导通达到预设时长时，拉低所述第一开关管的输入侧的电压。
4.如权利要求2或3所述的主动放电电路，其特征在于，所述主动放电电路还包括高压电源，且所述高压电源的电源输入侧并联连接到所述直流母线电容的两侧，所述高压电源的电源输出侧为第一放电支路和第二放电支路的副边供电。
5.如权利要求4所述的主动放电电路，其特征在于，所述第一放电支路包括第一隔离单元和稳压单元，且所述第一隔离单元的输入侧与所述控制单元的第一信号输出侧连接，所述第一隔离单元的输出侧经由所述稳压单元与所述第一开关管的输入侧连接，并在所述控制单元的第一信号输出侧输出高电平或无信号输出时输出高电平；所述稳压单元的电源输入侧从所述高压电源取电；所述第一隔离单元的供电侧与外部电源连接。
6.如权利要求5所述的主动放电电路，其特征在于，所述第一隔离单元为第一光耦，且所述第一光耦的一次侧的正极连接外部电源，所述第一光耦的一次侧的负极连接控制单元的第一信号输出侧；所述第一光耦的二次侧的正极连接构成所述第一隔离单元的输出侧，所述第一光耦的二次侧的负极连接所述直流母线电容的负极。
7.如权利要求5所述的主动放电电路，其特征在于，所述第二放电支路包括第二隔离单元、延时单元和放电单元，且所述第二隔离单元的输入侧与所述控制单元的第二信号输出侧连接，所述第二隔离单元的输出侧经由所述延时单元和所述放电单元与所述第一开关管的输入侧连接，所述第二隔离单元的供电侧与外部电源连接；所述延时单元的输入侧与所述高压电源连接。
8.如权利要求7所述的主动放电电路，其特征在于，所述第二隔离单元为第二光耦，且所述第二光耦的一次侧的正极连接外部电源，所述第二光耦的一次侧的负极连接控制单元的第二信号输出侧；所述第二光耦的二次侧的正极构成所述第二隔离单元的输出侧，所述第二光耦的二次侧的负极连接所述直流母线电容的负极。
9.如权利要求5所述的主动放电电路，其特征在于，所述稳压单元包括第一电阻、限流电阻和稳压二极管，所述稳压二极管的阳极与所述直流母线电容的负极连接，阴极经由所述第一电阻与所述高压电源的电源输出侧连接，所述限流电阻的一侧与所述第一电阻和稳压二极管的连接点连接，另一侧与所述第一开关管的输入侧连接。
10.如权利要求7所述的主动放电电路，其特征在于，所述延时单元包括依次串联连接的第二电阻和储能电容，且所述第二电阻的一侧与所述高压电源的电源输出侧连接，所述储能电容的一侧与所述直流母线电容的负极连接；所述第二隔离单元的输出侧经由所述第二电阻和储能电容的连接点与所述放电单元的输入侧连接。
11.如权利要求7所述的主动放电电路，其特征在于，所述放电单元包括第二开关管，所述第二开关管串联连接在所述稳压单元与第一开关管的连接点和所述直流母线电容的负极，且所述第二开关管的输入侧连接到所述第二隔离单元的输出侧。
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