CN114094806A - 一种基于pwm控制功率开关管的线性放电电路 - Google Patents

一种基于pwm控制功率开关管的线性放电电路 Download PDF

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唐永超
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Abstract

本申请涉及一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,涉及电池放电的领域,包括:第一放电支路,包括电感器L1、第一二极管D1以及第一电解电容器C1,第一二极管D1的阳极与电感器L1电连接,第一二极管D1的阴极与第一电解电容器C1的阳极电连接,第一电解电容器C1的阴极接地,电感器L1远离第一二极管D1的一端与放电电池的正极电连接,放电电池的负极接地;第二放电支路,包括电阻器R1与功率开关管IGBT,电阻器R1的一端与第一二极管D1的阴极电连接,电阻器R1的另一端与功率开关管IGBT的集电极电连接,功率开关管IGBT的发射极接地,功率开关管IGBT的门级接收工作信号;本申请具有降低线性放电电路中功率开关管IGBT损耗的效果。

Description

一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路
技术领域
本申请涉及电池放电的领域,尤其是涉及一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路。
背景技术
随着新能源技术的发展与普及应用,使用锂电池的场景也在不断地变多,锂电池的应用范围也在不断地变广。优质的锂电池需要具有优异的充电性能参数与优异的放电性能参数,而测试充电性能参数与放电性能参数就需要与之对应的充电电路与放电电路。
现有常用的放电电路为以工作于放大状态的功率管的线性放电电路,功率管工作于放大状态,线性放电电路在功率管上的损耗较大,如果再做成大功率的线性放电电路,就会使得制作成本与使用成本变得非常高。
发明内容
为了降低线性放电电路中功率管的损耗,本申请提供一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路。
本申请提供的一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路采用如下的技术方案:
一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,包括如下模块:
第一放电支路,包括依次串联电连接的电感器L1、第一二极管D1以及第一电解电容器C1,所述第一二极管D1的阳极与所述电感器L1电连接,所述第一二极管D1的阴极与所述第一电解电容器C1的阳极电连接,所述第一电解电容器C1的阴极接地,所述电感器L1远离所述第一二极管D1的一端与放电电池的正极电连接,所述放电电池的负极接地;
以及,第二放电支路,包括电阻器R1与功率开关管IGBT,所述电阻器R1的一端与所述第一二极管D1的阴极电连接,所述电阻器R1的另一端与所述功率开关管IGBT的集电极电连接,所述功率开关管IGBT的发射极接地,所述功率开关管IGBT的门级接收用于控制所述功率开关管IGBT开关频率与工作状态的工作信号。
通过采用上述技术方案,在功率开关管IGBT断开时,放电电池通过第一放电支路进行放电,当在功率开关管IGBT导通时,放电电池通过第二放电支路进行放电,放电时,第一电感器L1与第一电解电容器C1使得放电电池上的放电电流在功率开关管IGBT导通与断开的单个工作周期内是连续的,让功率开关管IGBT能够工作在截止区,从而无需让功率开关管IGBT始终工作在放大区,降低了线性放电电路在功率开关管IGBT上的损耗。
作为优选,所述第一电解电容器C1与所述电阻器R1以及所述功率开关管IGBT形成第三放电支路;
当所述工作信号使所述功率开关管IGBT导通时,所述放电电池通过所述第二放电支路与所述第三放电支路进行放电;
当所述工作信号使所述功率开关管IGBT断开时,所述放电电池通过所述第一放电支路进行放电。
通过采用上述技术方案,第三放电支路能够吸收功率开关管IGBT于开关过程中在集电极产生的高压,降低高压对放电电池上放电电流的影响,降低了放电电流中纹波的幅度。
作为优选,所述工作信号使所述功率开关管IGBT工作于截止区或者饱和区。
通过采用上述技术方案,进一步降低了线性放电电路在功率开关管IGBT上的损耗。
作为优选,所述第一电解电容器C1与所述电阻器R1以及所述功率开关管IGBT形成第三放电支路;
当所述工作信号使所述功率开关管IGBT工作于饱和区时,所述放电电池通过所述第二放电支路与所述第三放电支路进行放电;
当所述工作信号使所述功率开关管IGBT工作于截止区时,所述放电电池通过所述第一放电支路进行放电。
通过采用上述技术方案,工作信号让功率开关管IGBT能够工作在饱和区与截止区,更好地降低了线性放电电路在功率开关管IGBT上的损耗,当功率开关管IGBT工作在饱和区时,放电电池通过第二放电支路和第三放电支路进行放电,当功率开关管IGBT工作在截止区时,放电电池通过第一放电支路进行放电,使得放电电池的放电电流更加平稳,放电电流的纹波更小。
作为优选,所述线性放电电路还包括:
吸收高压支路,包括第二二极管D2、第三二极管D3以及第二电解电容器C2,所述第二二极管D2的阳极与所述功率开关管IGBT的集电极电连接,所述第二二极管D2的阴极与所述第三二极管D3的阳极以及所述第二电解电容器C2的阳极均电连接,所述第三二极管D3的阴极与所述第一二极管D1的阴极电连接,所述第二电解电容器C2的阴极接地。
通过采用上述技术方案,吸收高压支路能够吸收功率开关管IGBT于开关过程中在集电极产生的高压,降低高压对放电电池上放电电流的影响,降低了放电电流中纹波的幅度。
作为优选,所述工作信号为预设频率范围内的PWM。
通过采用上述技术方案,PWM利于让功率开关管IGBT处于放大区的工作时间更短,利于降低功率开关管IGBT上的损耗。
作为优选,调节所述PWM的占空比,所述第一电感器L1的电感值以及所述第一电解电容器C1的电容值至所述放电电池的电流纹波在预设波动范围内。
通过采用上述技术方案,放电电流的纹波大小,取决于PWM的占空比、第一电感器L1的电感量以及第一电解电容器C1的电容量,调整上述参数之后,可以将放电电流的纹波调整在比较小的范围内,利于更好地实现线性放电。
作为优选,所述线性放电电路还包括:
第一电流表,用于检测所述放电电池的放电电流,所述第一放电支路的接地端、所述第二放电支路的接地端以及所述第三放电支路的接地端均通过所述第一电流表接地;
第二电流表,用于检测所述功率开关管IGBT的电流,所述功率开关管IGBT的发射极通过所述第二电流表与所述第一电流表后接地;
第一电压表,用于检测所述功率开关管IGBT的电压,所述第一电压表的阳极与所述功率开关管IGBT的集电极电连接,所述第一电压表的阴极与所述第二电流表的阴极电连接;
以及,第二电压表,用于检测所述第二电解电容器C2的电压,所述第二电压表的阳极与所述第三二极管D3的阴极电连接,所述第二电压表的阴极接地。
通过采用上述技术方案,第一电流表、第二电流表、第一电压表以及第二电压表用于采集放电电流、功率开关管IGBT的电流、功率开关管IGBT的电压以及功率开关管IGBT在开关过程中产生的高压输入至第二电解电容器C2的能量,方便对线性放电电路进行监控。
综上所述,本申请包括以下至少一种有益技术效果:线性放电电路中,功率开关管IGBT处于截止区时,放电电池通过第一放电支路与进行放电,当在功率开关管IGBT处于饱和区时,放电电池通过第二放电支路与第三放电支路进行放电;同时,吸收高压支路吸收功率开关管IGBT于开关过程中在集电极产生的高压;放电电池上的放电电流在功率开关管IGBT导通与断开的单个工作周期内是连续的,无需让功率开关管IGBT始终工作在放大区,降低了线性放电电路在功率开关管IGBT上的损耗。
附图说明
图1是本申请实施例中基于PWM控制功率开关管的线性放电电路的电路图;
图2是本申请实施例中基于PWM控制功率开关管的线性放电电路增加了第一电流表、第二电流表、第一电压表以及第二电压表的电路图。
附图标记:1、第一放电支路;2、第二放电支路;3、第三放电支路;4、吸收高压支路;5、第一电流表;6、第二电流表;7、第一电压表;8、第二电压表。
具体实施方式
以下结合附图1-2对本申请作进一步详细说明。
本申请实施例公开一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路。参照图1与图2,一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路包括第一放电支路1、第二放电支路2、第三放电支路3以及吸收高压支路4,用于对放电电池进行放电。
第一放电支路1包括依次串联电连接的电感器L1、第一二极管D1以及第一电解电容器C1。放电电池的负极接地,电感器L1的一端与放电电池的正极电连接,电感器L1的另一端与第一二极管D1的阳极电连接,第一二极管D1的阴极与第一电解电容器C1的阳极电连接,第一电解电容器C1的阴极接地。
第二放电支路2包括电阻器R1与功率开关管IGBT,电阻器R1的一端与第一二极管D1的阴极电连接,电阻器R1的另一端与功率开关管IGBT的集电极电连接,功率开关管IGBT的发射极接地,功率开关管IGBT的门级接收用于控制功率开关管IGBT开关频率与工作状态的工作信号,工作信号为预设频率范围内的PWM,且PWM让功率开关管IGBT工作于截止区或饱和区。PWM利于让功率开关管IGBT处于放大区的工作时间更短,利于降低功率开关管IGBT上的损耗。调节PWM的占空比,第一电感器L1的电感值以及第一电解电容器C1的电容值至放电电池的电流纹波在预设波动范围内。放电电流的纹波大小,取决于PWM的占空比、第一电感器L1的电感量以及第一电解电容器C1的电容量,调整上述参数之后,可以将放电电流的纹波调整在比较小的范围内,利于更好地实现线性放电。
第三放电支路3由第一电解电容器C1与电阻器R1以及功率开关管IGBT形成。吸收高压支路4包括第二二极管D2、第三二极管D3以及第二电解电容器C2,第二二极管D2的阳极与功率开关管IGBT的集电极电连接,第二二极管D2的阴极与第三二极管D3的阳极以及第二电解电容器C2的阳极均电连接,第三二极管D3的阴极与第一二极管D1的阴极电连接,第二电解电容器C2的阴极接地。
线性放电电路还包括用于检测放电电池的放电电流的第一电流表5、用于检测功率开关管IGBT的电流的第二电流表6、用于检测功率开关管IGBT的电压的第一电压表7以及用于检测第二电解电容器C2上电压的第二电压表8。第一放电支路1的接地端、第二放电支路2的接地端以及第三放电支路3的接地端均通过第一电流表5接地。功率开关管IGBT的发射极通过第二电流表6与第一电流表5后接地。第一电压表7的阳极与功率开关管IGBT的集电极电连接,第一电压表7的阴极与第二电流表6的阴极电连接。第二电压表8的阳极与第三二极管D3的阴极电连接,第二电压表8的阴极接地。第一电流表5、第二电流表6、第一电压表7以及第二电压表8分别用于采集放电电流、功率开关管IGBT的电流、功率开关管IGBT的电压以及功率开关管IGBT在开关过程中产生的高压输入至第二电解电容器C2的能量,方便对线性放电电路中的多项电气参数进行监控。
本实施例中放电电池进行放电的工作过程为:当PWM使功率开关管IGBT工作于饱和区时,功率开关管IGBT的工作电流达到最大,放电电池通过第二放电支路2与第三放电支路3进行放电,放电电池通过电感器L1以及电阻器R1放电,第一电解电容器C1也通过电阻器R1进行放电。当PWM使功率开关管IGBT工作于截止区时,放电电池通过第一放电支路1进行放电,放电电池通过电感器L1以及第一电解电容器C1进行放电,第一电解电容器C1被充电。PWM让功率开关管IGBT能够工作在饱和区与截止区,无需让功率开关管IGBT始终工作在放大区,降低了线性放电电路在功率开关管IGBT上的损耗。第一电感器L1与第一电解电容器C1使得放电电池上的放电电流在功率开关管IGBT导通与断开的单个工作周期内是连续的,使得放电电池的放电电流变得平稳,放电电流的纹波较小。
吸收高压支路4能够吸收功率开关管IGBT于开关过程中在集电极产生的高压,集电极的高压通过第二二极管D2被存储至第一电解电容器C1与第二电解电容器C2中,并在功率开关管IGBT导通时,通过第三二极管D3被电阻器R1消耗。第二电解电容器C2的电压值若高于第一电解电容器C1的电压值,则第二电解电容器C2中的部分电能也会临时被存储至第一电解电容器C1中,在功率开关管IGBT导通时,被电阻器R1消耗。吸收高压支路4能降低高压对放电电池上放电电流的影响,进一步降低了放电电流中纹波的幅度。
以上均为本申请的较佳实施例,并非依此限制本申请的保护范围,故:凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化,均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,其特征在于:包括如下模块:
第一放电支路(1),包括依次串联电连接的电感器L1、第一二极管D1以及第一电解电容器C1,所述第一二极管D1的阳极与所述电感器L1电连接,所述第一二极管D1的阴极与所述第一电解电容器C1的阳极电连接,所述第一电解电容器C1的阴极接地,所述电感器L1远离所述第一二极管D1的一端与放电电池的正极电连接,所述放电电池的负极接地;
以及,第二放电支路(2),包括电阻器R1与功率开关管IGBT,所述电阻器R1的一端与所述第一二极管D1的阴极电连接,所述电阻器R1的另一端与所述功率开关管IGBT的集电极电连接,所述功率开关管IGBT的发射极接地,所述功率开关管IGBT的门级接收用于控制所述功率开关管IGBT开关频率与工作状态的工作信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,其特征在于:所述第一电解电容器C1与所述电阻器R1以及所述功率开关管IGBT形成第三放电支路(3);
当所述工作信号使所述功率开关管IGBT导通时,所述放电电池通过所述第二放电支路(2)与所述第三放电支路(3)进行放电;
当所述工作信号使所述功率开关管IGBT断开时,所述放电电池通过所述第一放电支路(1)进行放电。
3.根据权利要求1所述的一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,其特征在于:所述工作信号使所述功率开关管IGBT工作于截止区或者饱和区。
4.根据权利要求3所述的一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,其特征在于:所述第一电解电容器C1与所述电阻器R1以及所述功率开关管IGBT形成第三放电支路(3);
当所述工作信号使所述功率开关管IGBT工作于饱和区时,所述放电电池通过所述第二放电支路(2)与所述第三放电支路(3)进行放电;
当所述工作信号使所述功率开关管IGBT工作于截止区时,所述放电电池通过所述第一放电支路(1)进行放电。
5.根据权利要求2或4所述的一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,其特征在于:线性放电电路还包括:
吸收高压支路(4),包括第二二极管D2、第三二极管D3以及第二电解电容器C2,所述第二二极管D2的阳极与所述功率开关管IGBT的集电极电连接,所述第二二极管D2的阴极与所述第三二极管D3的阳极以及所述第二电解电容器C2的阳极均电连接,所述第三二极管D3的阴极与所述第一二极管D1的阴极电连接,所述第二电解电容器C2的阴极接地。
6.根据权利要求1所述的一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,其特征在于:所述工作信号为预设频率范围内的PWM。
7.根据权利要求6所述的一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,其特征在于:调节所述PWM的占空比,所述第一电感器L1的电感值以及所述第一电解电容器C1的电容值至所述放电电池的电流纹波在预设波动范围内。
8.根据权利要求5所述的一种基于PWM控制功率开关管的线性放电电路,其特征在于:线性放电电路还包括:
第一电流表(5),用于检测所述放电电池的放电电流,所述第一放电支路(1)的接地端、所述第二放电支路(2)的接地端以及所述第三放电支路(3)的接地端均通过所述第一电流表(5)接地;
第二电流表(6),用于检测所述功率开关管IGBT的电流,所述功率开关管IGBT的发射极通过所述第二电流表(6)与所述第一电流表(5)后接地;
第一电压表(7),用于检测所述功率开关管IGBT的电压,所述第一电压表(7)的阳极与所述功率开关管IGBT的集电极电连接,所述第一电压表(7)的阴极与所述第二电流表(6)的阴极电连接;
以及,第二电压表(8),用于检测所述第二电解电容器C2的电压,所述第二电压表(8)的阳极与所述第三二极管D3的阴极电连接,所述第二电压表(8)的阴极接地。
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