CN111371162A - 一种高压大容量电容器快速放电技术 - Google Patents

一种高压大容量电容器快速放电技术 Download PDF

Info

Publication number
CN111371162A
CN111371162A CN202010181864.3A CN202010181864A CN111371162A CN 111371162 A CN111371162 A CN 111371162A CN 202010181864 A CN202010181864 A CN 202010181864A CN 111371162 A CN111371162 A CN 111371162A
Authority
CN
China
Prior art keywords
voltage
capacitor
discharge
unit
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010181864.3A
Other languages
English (en)
Inventor
邵喜德
朱邦文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing Changsheng Instrument Co ltd
Original Assignee
Nanjing Changsheng Instrument Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing Changsheng Instrument Co ltd filed Critical Nanjing Changsheng Instrument Co ltd
Priority to CN202010181864.3A priority Critical patent/CN111371162A/zh
Publication of CN111371162A publication Critical patent/CN111371162A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/34Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering
    • H02J7/345Parallel operation in networks using both storage and other dc sources, e.g. providing buffering using capacitors as storage or buffering devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/322Means for rapidly discharging a capacitor of the converter for protecting electrical components or for preventing electrical shock
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高压大容量电容器快速放电技术,包括高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性电压信号变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元和放电启动单元,高压分压电阻连连接电压采样单元并输出信号进入电压非线性变换单元,非线性变换单元包括运算放大器和二极管产生PWM恒功率控制的参考信号,三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件,PWM控制单元包括比较器和运算放大器,高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管及电容。本发明的放电技术安全可控,放电电流自适应可调,特别适用于高压大容量薄膜电容器和电解电容器,在大容量高电压放电场合具有显著的优势。

Description

一种高压大容量电容器快速放电技术
技术领域
本发明涉及电容器放电技术领域,其具体涉及一种高压大容量电容器快速放电技术。
背景技术
电容器测试过程中,电容器的充电和放电是整个测试过程的关键环节,特别是高压大容量电容器的放电,是长期困扰设计及生产测试人员的技术难点所在,制约着电容器的测试效率。高压大容量电容器的放电,要求放电模块具有高耐压、高功率、良好的散热。目前在电容器测试过程中,通常利用高压产生电路变压器绕组或者大功率电阻进行放电。利用变压器绕组进行放电,放电瞬间冲击电流大,长时间放电会使变压器发热烧毁;利用电阻放电,放电时间取决于放电时间常数,特别对于高压大容量电容器的放电,放电电阻需要具备高耐压、大功率、高阻值的特性,放电时间常数就会很大,放电时间就会很漫长,放电效率很低。采用基于上面两种放电方法,放电瞬间电容器放电电流都很大,而且是不可控的,对电容器介质容易造成损伤,这是不允许的;如果把放电电阻加大,会带来放电时间更长的代价,采用多个电阻切换的方式,可以部分解决放电时间长的问题,在某些情况下行之有效,但并不能克服本身具有的技术局限性。
近些年高压大功率器件快速发展,采用有源功率器件进行放电,是一个行之有效的方法,但由于受器件耐压及工艺的限制,在高电压、大容量电容器的放电方面难以获得理想的应用。
将高压MOS功率管或IGBT管串联组成高压开关,通过调整放电占空比的方式控制放电电阻的接通和断开,依据恒功率放电的设计思想,调整不同电压下的放电电流,从而实现PWM恒功率放电。
基于本发明的电容器放电技术,与传统电容器放电技术相比,结合了有源功率器件和无缘功率器件以及PWM占空比控制的设计思想,不仅使放电时间缩短、放电功率恒定,且在高电压、大容量电容器的放电方面,充分利用了功率器件的电气性能,是一种安全的、智能化的放电技术,使电容器放电的效率和可靠性大为提高。
发明内容
本发明目的是提供一种利用高压半导体串联开关技术和PWM占空比控制技术实现恒功率放电的方法,解决了上述背景技术问题。
为解决上述问题,本发明所采取的技术方案如下:
一种高压大容量电容器快速放电技术,采用PWM恒功率放电原理,包括依次连接的高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性电压信号变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元和放电启动单元,所述高压分压电阻连连接电压采样单元并输出信号进入电压非线性变换单元,所述非线性变换单元包括运算放大器和二极管产生PWM恒功率控制的参考信号,所述三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件,所述PWM控制单元包括比较器和运算放大器并根据PWM恒功率参考信号和三角波信号产生PWM控制信号输入到高压开关单元,所述高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管以及电容并用于导通或关断放电电阻回路。
作为上述技术方案的改进,所述高压大容量电容器快速放电技术还包括快速放电方法,所述快速放电方法如下:
S1:放电启动电路驱动高压继电器(HV RELAY)动作,继电器触点闭合额定电压加到放电电阻高端;
S2:分压电阻上电压输入到电压采样单元,电压采样信号输入到非线性变换单元;
S3:非线性变换单元将输入的电压信号参照于额定电压进行信号处理,产生与电压对应的电流控制信号;
S4:电流控制信号与三角波产生电路输出的三角波信号进行比较,输出PWM控制信号到高压开关;
S5:PWM脉冲信号低电平时,串联的高压功率管栅极电容处于充电状态,功率管处于截止状态,高压开关断开;PWM脉冲信号高电平时,串联的高压功率管栅极电容处于放电状态,功率管处于导通状态,高压开关闭合;当高压开关闭合时,外部电容器通过放电电阻进行放电;当高压开关断开时,外部电容器停止放电;
S6:随着电容器上电压的降低,经过非线性电路处理转换得到的电流控制信号,使PWM信号占空比逐渐增大,高压开关闭合时间逐渐加长,断开时间逐渐缩短,电容器电压逐渐降低,直到达到安全电压值;
S7:放电启动电路使高压继电器(HV RELAY)触点断开,电容器高压端回路与放电模块电路断开,放电结束。
作为上述技术方案的改进,所述串联MOS/IGBT半导体开关包括:多级串联的MOS/IGBT、均压电阻、限压TVS管以及栅极驱动电容,实现串联开关管的导通或截止以及同步动作和动态均压;所述串联MOS/IGBT半导体开关是通过栅极电容充电和放电来促使功率管开关截止和导通,通过下管栅极开关动作,使串联的功率管依次导通或截止,实现高压开关控制。
本发明与现有技术相比较,本发明的实施效果如下:
(1)与传统的高压大容量电容器放电方法相比较,本发明所述的放电技术安全可控,放电电流自适应可调。
(2)充分挖掘了功率器件的本身功率特性,最大限度地提高了放电的效率。
(3)特别适用于高压大容量薄膜电容器和电解电容器,在大容量高电压放电场合具有显著的优势。
附图说明
图1为本发明所述高压大容量电容器放电系统架构图;
图2为本发明所述高压大容量电容器放电电路原理图。
具体实施方式
下面将结合具体的实施例来说明本发明的内容。
本发明所述的高压大容量电容器快速放电技术,包括依次连接的高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元。
所述高压大容量电容器快速放电技术包括:高压继电器连接到外部电容器电压高端和放电电阻之间,所述高压半导体串联开关连接于放电电阻和外部电容器电压低端;所述高压分压电阻连接于外部电容器电压高端和电压低端,电压取样信号连接到电压采样单元,然后连接到非线性变换单元;所述非线性变换单元包括运算放大器和二极管电路产生PWM恒功率控制的参考信号;所述三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件;所述PWM控制单元包括比较器和运算放大器,根据PWM恒功率参考信号和三角波信号产生PWM控制信号,输入到高压开关单元;所述高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管以及电容,用于导通或关断放电电阻回路。
所述高压大容量电容器快速放电技术工作原理:是利用电阻分压器和电压采样单元实时采样电压信号,根据放电功率公式P=U2/R,设初始电压为U0,此时初始电流为I0=U0/R,此时放电功率P0=U0 2/R=U0×I0,设此时放电占空比时间为T0;当电压下降到初始电压的一半时,放电电压U=1/2U0,放电电流I=1/2I0,根据公式得到P=1/4(U0 2/R)=1/4(U0/I0),即此时的放电功率为初始放电功率的四分之一;要想保持放电功率恒定,必须在电压下降一半时,将放电占空比时间调整为初始电压值时的四倍,即T=4T0,即I=4I0。以此类推,在电容器放电过程中,电流增长比例与电压下降比例之间满足平方的对应关系。为实现这个功能,所述非线性单元电路即实现对电压采样信号非线性处理。在放电过程中,PWM占空比控制电路随着电容器电压的变化,实时调整放电占空比,调整放电平均电流,维持恒功率放电,达到快速放电的目的。
下面以在3000V电压下对1000uF薄膜电容器的放电为例,阐述本放电技术的具体工作方式如下:
S1:放电启动电路驱动高压继电器(HV RELAY)动作,继电器触点闭合3000V电压加到放电电阻高端;
S2:分压电阻上电压输入到电压采样单元,电压采样信号输入到非线性变换单元;
S3:非线性变换单元将输入的电压信号参照于额定电压进行信号处理,产生与电压对应的电流控制信号;
S4:电流控制信号与三角波产生电路产生的三角波信号进行比较,输出PWM控制信号到高压开关;
S5:PWM脉冲信号低电平时,串联高压功率管栅极电容处于充电状态,功率管处于截止状态,高压开关断开;PWM脉冲信号高电平时,串联的高压功率管栅极电容处于放电状态,功率管处于导通状态,高压开关闭合;当高压开关闭合时,外部电容器通过放电电阻进行放电;当高压开关断开时,外部电容器停止放电;
S6:随着电容器上电压的降低,经过非线性电路处理转换得到的电流控制信号,使PWM信号占空比逐渐增大,高压开关闭合时间逐渐加长,断开时间逐渐缩短,电容器电压逐渐降低,直到达到安全电压值;
S7:放电启动电路使高压继电器(HV RELAY)触点断开,电容器高压端回路与放电模块电路断开,放电结束。
具体地,本发明所述串联MOS/IGBT半导体开关包括:多级串联的MOS/IGBT、均压电阻、限压TVS管以及栅极驱动电容,实现串联开关管的导通或截止以及同步动作和动态均压;所述串联MOS/IGBT半导体开关是通过栅极电容充电和放电来促使功率管开关截止和导通,通过下管栅极开关动作,使串联的功率管依次导通或截止,实现高压开关控制。
本发明解决高压大容量电容器测试过程中的放电问题,提高系统测试效率;与传统的大功率电阻放电或变压器绕组放电相比,在可控性上和可靠性上大大提高,并提供安全保障。
以上内容是结合具体的实施例对本发明所作的详细说明,不能认定本发明具体实施仅限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干简单推演或替换,都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (3)

1.一种高压大容量电容器快速放电技术,其特征在于:采用PWM恒功率放电原理,包括依次连接的高压继电器单元、放电电阻单元、高压MOS/IGBT开关单元、高压分压电阻和电压采样单元、非线性电压信号变换单元、三角波产生单元、PWM控制单元和放电启动单元,所述高压分压电阻连接电压采样单元并输出信号进入电压非线性变换单元,所述非线性变换单元包括运算放大器和二极管产生PWM恒功率控制的参考信号,所述三角波产生单元包括运算放大器、电阻器件和电容器件,所述PWM控制单元包括比较器和运算放大器并根据PWM恒功率参考信号和三角波信号产生PWM控制信号输入到高压开关单元,所述高压MOS/IGBT开关单元包括串联的MOS/IGBT和TVS管及电容并用于导通或关断放电电阻回路。
2.根据权利要求1所述高压大容量电容器快速放电技术,其特征在于:所述高压大容量电容器快速放电技术还包括快速放电方法,所述快速放电方法如下:
S1:放电启动电路驱动高压继电器(HV RELAY)动作,继电器触点闭合额定电压加到放电电阻高端;
S2:分压电阻上电压输入到电压采样单元,电压采样信号输入到非线性变换单元;
S3:非线性变换单元将输入的电压信号参照于额定电压进行信号处理,产生与电压对应的电流控制信号;
S4:电流控制信号与三角波产生电路产生的三角波信号进行比较,输出PWM控制信号到高压开关;
S5:PWM脉冲信号低电平时,串联的高压功率管栅极电容处于充电状态,功率管处于截止状态,高压开关断开;PWM脉冲信号高电平时,串联的高压功率管栅极电容处于放电状态,功率管处于导通状态,高压开关闭合;当高压开关闭合时,外部电容器通过放电电阻进行放电;当高压开关断开时,外部电容器停止放电;
S6:随着电容器上电压的降低,经过非线性电路处理转换得到的电流控制信号,使PWM信号占空比逐渐增大,高压开关闭合时间逐渐加长,断开时间逐渐缩短,电容器电压逐渐降低,直到达到安全电压值;
S7:放电启动电路使高压继电器(HV RELAY)触点断开,电容器高压端回路与放电模块电路断开,放电结束。
3.根据权利要求1-2所述的高压大容量电容器快速放电技术,其特征在于:所述串联MOS/IGBT半导体开关包括:多级串联的MOS/IGBT、均压电阻、限压TVS管以及栅极驱动电容,实现串联开关管的导通或截止以及同步动作和动态均压;所述串联MOS/IGBT半导体开关是通过栅极电容充电和放电来促使功率管开关截止和导通,通过下管栅极开关动作,使串联的功率管依次导通或截止,实现高压开关控制。
CN202010181864.3A 2020-03-16 2020-03-16 一种高压大容量电容器快速放电技术 Pending CN111371162A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010181864.3A CN111371162A (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种高压大容量电容器快速放电技术

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010181864.3A CN111371162A (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种高压大容量电容器快速放电技术

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111371162A true CN111371162A (zh) 2020-07-03

Family

ID=71212461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010181864.3A Pending CN111371162A (zh) 2020-03-16 2020-03-16 一种高压大容量电容器快速放电技术

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111371162A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115313686A (zh) * 2022-07-19 2022-11-08 中国人民解放军国防科技大学 一种正负充放电的重频脉冲磁场装置
WO2023237248A1 (de) * 2022-06-10 2023-12-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer leistungselektronik, leistungselektronik

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201928017U (zh) * 2010-12-20 2011-08-10 青岛艾诺智能仪器有限公司 一种直流高压放电模块
CN102437771A (zh) * 2011-11-28 2012-05-02 联合汽车电子有限公司 逆变器输入端的被动放电电路
CN106383545A (zh) * 2016-12-05 2017-02-08 北方工业大学 一种本质安全Buck电路的火花放电恒功率灭弧方法
CN106655321A (zh) * 2016-10-10 2017-05-10 东南大学 电解电容器漏电流/绝缘电阻测量仪用充放电装置及方法
CN206211875U (zh) * 2016-11-04 2017-05-31 哈尔滨理工大学 快前沿双极性纳秒高压脉冲电源
CN108183610A (zh) * 2018-02-28 2018-06-19 深圳市恒惠源电子有限公司 一种高精度的恒功率直流电源
DE102018115295A1 (de) * 2018-06-26 2020-01-02 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Steuerungseinrichtung sowie Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, Stromrichter und Fahrzeug

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201928017U (zh) * 2010-12-20 2011-08-10 青岛艾诺智能仪器有限公司 一种直流高压放电模块
CN102437771A (zh) * 2011-11-28 2012-05-02 联合汽车电子有限公司 逆变器输入端的被动放电电路
CN106655321A (zh) * 2016-10-10 2017-05-10 东南大学 电解电容器漏电流/绝缘电阻测量仪用充放电装置及方法
CN206211875U (zh) * 2016-11-04 2017-05-31 哈尔滨理工大学 快前沿双极性纳秒高压脉冲电源
CN106383545A (zh) * 2016-12-05 2017-02-08 北方工业大学 一种本质安全Buck电路的火花放电恒功率灭弧方法
CN108183610A (zh) * 2018-02-28 2018-06-19 深圳市恒惠源电子有限公司 一种高精度的恒功率直流电源
DE102018115295A1 (de) * 2018-06-26 2020-01-02 Valeo Siemens Eautomotive Germany Gmbh Steuerungseinrichtung sowie Verfahren zum Entladen eines Zwischenkreiskondensators, Stromrichter und Fahrzeug

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王建强 等: "《电子技术实验实训教程》", 31 August 2018, 北京理工大学出版社 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023237248A1 (de) * 2022-06-10 2023-12-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer leistungselektronik, leistungselektronik
CN115313686A (zh) * 2022-07-19 2022-11-08 中国人民解放军国防科技大学 一种正负充放电的重频脉冲磁场装置
CN115313686B (zh) * 2022-07-19 2024-04-30 中国人民解放军国防科技大学 一种正负充放电的重频脉冲磁场装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102175942B (zh) 一种柔性直流输电mmc高压子模块的稳态运行试验方法
CN106771947B (zh) 一种用于igbt浪涌电流的检测电路及其检测方法
CN111371162A (zh) 一种高压大容量电容器快速放电技术
CN110212763B (zh) 一种四相并联电容串接式Boost变换器及其均流方法
CN106533173B (zh) 一种输入相数可调的高增益dc/dc变换器
CN110149044B (zh) 两级式变换器及其启动方法、llc变换器和应用系统
CN110572011B (zh) 带短路保护的igbt驱动电路软开关装置
CN105305831A (zh) 一种采用隔离变压器的桥式变换器单路信号栅驱动电路
CN103401468B (zh) 一种等离子体起弧电路
US11973422B2 (en) High step-down modular DC power supply
CN107565846A (zh) 一种产生高压脉冲的装置和方法
CN102545594B (zh) 小型球形托卡马克欧姆磁体的双向电源
CN201345539Y (zh) 串联igbt均压保护控制电路
CN201550090U (zh) 一种脉冲调制器
CN104753479A (zh) 射频功率放大器电路及射频发射机
CN104716933B (zh) 基于全控开关与自击穿开关的全固态Marx发生器
CN204425297U (zh) 基于全控开关与自击穿开关的全固态Marx发生器
CN213661445U (zh) 一种限流电路
CN210724554U (zh) 一种嵌位型升压功率变换电路结构
CN113555883A (zh) 辅助火电机组agc调频超级电容器组的电压均衡装置和方法
CN208522655U (zh) 一种高增益模块化大容量隔离型dc/dc变换器
CN112072926A (zh) 一种开关电源的串联输入系统的均压控制方法及电路
CN215772623U (zh) 一种pwm控制的充放电回路电池接入结构及串联式充放电回路结构
CN218276653U (zh) 一种用于回旋行波管功率模块的小型化高压调制器
CN110394527B (zh) 一种用于提高逆变式弧焊电源igbt工作可靠性的电路

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200703

RJ01 Rejection of invention patent application after publication