CN204992560U - 能量旁路电路 - Google Patents
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Abstract
一种能量旁路电路,包括:第一继电器,具有第一公共端子、第一常开端子、第一常闭端子、第一衔铁和第一线圈,连接至第一公共端子的第一衔铁被布置成:当第一线圈被通电时,将第一公共端子连接至第一常开端子,而当第一线圈未被通电时,将第一公共端子连接至第一常闭端子;第二继电器,具有第二公共端子、第二常开端子、第二常闭端子、第二衔铁和第二线圈,连接至第二公共端子的第二衔铁被布置成:当第二线圈被通电时,将第二公共端子连接至第二常开端子,而当第二线圈未被通电时,将第二公共端子连接至第二常闭端子,第二常开端子连接至第一公共端子;电阻,连接在第一公共端子和第二常闭端子之间;开关,连接在第一常闭端子和第二常闭端子之间。
Description
技术领域
本公开涉及能量旁路电路以及对该电路进行操作的方法。具体地但非限制性地,本公开涉及采用针对软启动操作和软制动操作二者的单个电阻的能量旁路电路。
背景技术
可以以直流(DC)电压的形式、也可以以交流(AC)电压的形式来提供电力以用于使用,已经通过以下方式对所述交流(AC)电压进行整流:将交流电压波形施加至半波或全波整流器或者桥式整流器,以便产生经整流的电压。接收经整流的电压或直流电压作为输入的电力供给可以采用平滑电容,以便在输入供给提供减少的电力或不提供电力的时间点处通过释放存储的能量来减少输出电压纹波。
实用新型内容
在当控制电路的电力供给被断开连接时而继电器通电的情况下,可能会发生对继电器触头的磨损和/或损坏。另外,在控制电路的电力供给发生故障而能量源并未发生故障的情况下,能量源能够以其它方式继续向能量旁路电路供给能量(这可能包括危险的高电压)。
本实用新型的目的在于解决上面提到的技术问题。
根据本实用新型的一方面,提供了一种能量旁路电路,该电路包括:第一继电器,其具有第一公共端子、第一常开端子、第一常闭端子、第一衔铁和第一线圈,所述第一衔铁连接至所述第一公共端子,并且所述第一衔铁被布置成:当所述第一线圈被通电时,将所述第一公共端子连接至所述第一常开端子,而当所述第一线圈未被通电时,将所述第一公共端子连接至所述第一常闭端子;第二继电器,其具有第二公共端子、第二常开端子、第二常闭端子、第二衔铁和第二线圈,所述第二衔铁连接至所述第二公共端子,并且所述第二衔铁被布置成:当所述第二线圈被通电时,将所述第二公共端子连接至所述第二常开端子,而当所述第二线圈未被通电时,将所述第二公共端子连接至所述第二常闭端子,所述第二常开端子连接至所述第一公共端子;电阻,其连接在所述第一公共端子和所述第二常闭端子之间;以及开关,其连接在所述第一常闭端子和所述第二常闭端子之间。
优选地,能量旁路电路进一步包括:二极管,其具有连接至所述第二常闭端子的阳极和连接至所述第二公共端子的阴极。
优选地,能量旁路电路进一步包括:二极管,其具有连接至所述第二常闭端子的阳极和连接至所述第一常开端子的阴极。
优选地,能量旁路电路进一步包括:电容器,其连接在所述第二公共端子和所述第一常闭端子之间。
优选地,能量旁路电路进一步包括:传感器电路,其被布置成对电压进行感测,所述电压表示所述第一常闭端子和所述第二公共端子之间的电压;以及控制电路,其被布置成基于由所述传感器电路所感测的电压来使所述第一线圈通电,使所述第二线圈通电,和/或打开或者闭合所述开关。
优选地,在能量旁路电路中,所述开关为半导体开关或更优选地为绝缘栅双极晶体管。在能量旁路电路中,所述电阻为电阻器。
根据本实用新型的另一方面,提供了一种能量旁路电路,所述电路用于能量源和电容之间的连接,并且包括第一继电器和第二继电器、开关以及电阻,其中,所述继电器是可操作的,以便具有所述能量源未连接至所述电容的第一状态、所述能量源经由所述电阻连接至所述电容的第二状态以及所述能量源不经由所述电阻而连接至所述电容的第三状态,并且当所述继电器处于所述第三状态时,所述开关是可操作的,以使得由所述电容所存储的电荷能够经由所述电阻进行放电。
本文所描述的能量旁路电路出于多个目的来使用单个电阻。具体地,电阻用于软启动操作以:在逆变器将能量馈送回能量旁路电路中的情况下,对电容进行放电;以及在装置被关闭的情况下,对电容进行放电。当装置被关闭时对电容进行放电是有利的,因为其减少了维修人员在服务操作期间得到与带电电容接触的机会。此外,电阻还可以用于在控制电路出现电力故障的情况下快速地对电容进行放电——例如,放电可能在5秒内发生。具体地,如果控制电路的电压供给被关闭或者中断,则被通电的任何继电器线圈将断电,从而使该继电器的衔铁将其公共端子连接至其常闭端子——从而使得存储在电容处的任何电荷能够经由该电阻进行放电。由于两个继电器的线圈均被布置成通过控制电路来通电,所以在当控制电路的电力供给被断开连接时、两个继电器均通电的情况下,那么首先第二继电器134将断电,并且然后在一定延迟之后,第一继电器122将断电,并且因此继电器的衔铁将依次返回,以连接其各自的公共端子与常闭端子。通过这样的返回,电容不是仅通过继电器直接被短路,而是通过电阻被短路,并且因此避免了否则会发生的对继电器触头的磨损和/或损坏。
将能量旁路电路内的继电器进行布置以使得:当两个继电器的线圈均未被通电时,电容从能量源断开连接,否则该能量源会将能量供给至电容和逆变器。这样的电力联锁布置在以下情况下特别有利:控制电路的电力供给发生故障,而能量源并未发生故障,因为在这样的情况下,能量源能够以其它方式继续向能量旁路电路供给能量(这可能包括危险的高电压)。
附图说明
现在将参照附图来说明本公开的示例,在附图中:
图1示出了第一状态下的能量旁路电路的示例性电路图;
图2示出了图1的电路中的电流通路;
图3示出了第二状态下的能量旁路电路;
图4示出了图3的电路中的电流通路;
图5示出了第三状态下的能量旁路电路;
图6示出了图5的电路中的电流通路;
图7示出了图示对能量旁路电路进行控制的方法的步骤的流程图;以及
图8示出了另一种能量旁路电路的示例性电路图。
具体实施方式
图1示出了经由第一电力输入连接112和第二电力输入连接114连接至直流能量源115的能量旁路电路110的示例性电路图。该能量旁路电路110进一步包括将能量旁路电路110连接至逆变器120的第一输出连接116和第二输出连接118。该逆变器可以是交流驱动器如交流伺服驱动器(未示出)的一部分。
能量旁路电路110包括第一继电器122,其包括:第一公共端子124、第一衔铁126、第一线圈128、第一常闭端子130和第一常开端子132。第一继电器122被布置成使得当第一线圈128断电时,第一衔铁126将第一公共端子124连接至第一常闭端子130,从而电流可以在其间流动。第一继电器122被进一步布置成使得当第一线圈128通电时,第一衔铁126将第一公共端子124连接至第一常开端子132,从而电流可以在其间流动。
能量旁路电路110进一步包括第二继电器134,其具有第二公共端子136、第二衔铁138、第二线圈140、第二常闭端子142和第二常开端子144。第二继电器134被布置成使得当第二线圈140断电时,第二衔铁138将第二公共端子136连接至第二常闭端子142,从而电流可以在其间流动。第二继电器134被进一步布置成使得当第二线圈140通电时,第二衔铁138将第二公共端子136连接至第二常开端子144,从而电流可以在其间流动。
在图1中,第一公共端子124经由电阻146(在该情况下为电阻器)连接至第二常闭端子142。第一公共端子124还被连接至第二常开端子144。第二常闭端子142被连接至二极管148的阳极,二极管148的阴极被连接至第二公共端子136。第二公共端子136被连接至第一输出连接116,并且第二公共端子136还经由平滑(或大容量)电容150(在该情况下为电容器)被连接至第二输出连接118。第一常闭端子130被连接至第二电力输入连接114,并且第一常闭端子130还被连接至第二输出连接118。第一常开端子132被连接至第一输入连接112。在该情况下为绝缘栅双极晶体管(IGBT)的开关152的集电极连接至第二常闭端子142,并且开关152的发射极连接至第二电力输入连接114。传感器电路155被连接至第一电力输出连接116和第二电力输出连接118,并且传感器电路155被布置成对电容150两端的电压进行感测,并且当感测的电压超过预定阈值时,将该信息以信号的形式发送给控制电路156。控制电路156还被连接至第一线圈128和第二线圈140,并且控制电路156还被连接至开关152的栅极。通过控制供给158对控制电路156进行供电。
在启动时,第一线圈128和第二线圈140将未被通电,并且因此第一公共端子124将经由第一衔铁126被连接至第一常闭端子130,并且第二公共端子136将经由第二衔铁138被连接至第二常闭端子142。因此,直流能量源115将与电容150和逆变器120二者隔离开,并且因此没有能量将从直流能量源115流向电容150或者逆变器120。
图1的继电器衔铁布置(能量旁路电路110的第一(断开的)状态)还可以在以下情况发生:控制供给158中存在故障或者缺陷,以使得造成控制电路156无法使第一线圈128或者第二线圈140通电。在这样的情况下,如果第一衔铁126尚未被定位成将第一公共端子124与第一常闭端子130相连接,则第一衔铁126将移动到这样的位置;同样地,在这样的情况下,如果第二衔铁138尚未被布置成使得将第二公共端子136与第二常闭端子142相连接,则第二衔铁138将移动到这样的位置。
此外,图1的继电器衔铁布置也可以在决定将逆变器120与直流能量源115断开时发生。
在第一衔铁126和第二衔铁138中的一个或两者移动使得能量旁路电路110具有图1的继电器衔铁布置,并且在该点处电容150上存储有任何电荷的情况下,则电荷将从电容150经由第二继电器134、电阻146以及第一继电器122进行放电。图2使用宽虚线210图示了图1的部分电路,电容150上所存储的电荷通过该部分电路进行放电。
控制电路156被布置成经由传感器端子157来接收信号,该信号指示应该从直流能量源115向逆变器120提供能量。如通过图3的继电器衔铁布置(能量旁路电路110的第二(软启动)状态)所示,当控制电路156接收到这样的信号时,控制电路156使第一线圈128通电,以便通过第一衔铁126的方式将第一公共端子124与第一常开端子132相连接。控制电路156不在此阶段使第二线圈140通电。因此,能量能够经由第一继电器122、电阻146和第二继电器134从直流能量源115流向电容150,并且因此也流向逆变器120。通过经由电阻146向电容150初始地提供电流,电阻146对电容150初始可以吸引的(浪涌)电流的量进行限制,从而在接通时启用“软启动”。图4使用宽虚线410图示了图3的部分电路,电流可以通过该部分电路流向电容150。图4中要注意的是,电流并不经由二极管148流动,并且因此虽然由于电流经由电阻146流动而将存在一些电阻能量损失,但是将不存在二极管能量损失。
此外,在伺服应用中的驱动器的并联操作期间,在软启动期间将存在大量电流(由于并联的驱动器电容)通过电阻器。在这样的情况下,另一个高瓦特外部电阻器可以与内部电阻器(146)并联连接。
传感器电路155被布置成监测电容150两端的电压,并且在接通之后,当该电压已经达到指示不再需要使电容150经由电阻146供给的软启动后果的值时,向控制电路156发送信号。作为一个示例,用于指示不再需要软启动的电压的值为直流能量源115被指定供给的电压的60%。作为其它的可能性,由直流能量源115提供的电流或者自软启动之后已经经过的时间段可以被用于确定不再需要软启动。当接收到这样的信号时,控制电路156使第二线圈140通电,以便第二公共端子136经由第二衔铁138被连接至第二常开端子144,并且因此可以将电流从直流能量源115提供至电容150,而不经过电阻146(电阻被旁路)。图5中图示了这样的衔铁布置(能量旁路电路110的第三(正常操作)状态),其表示该电路在它的正常操作配置中。
在某些情况下,例如在由逆变器120供电的电机(未示出)的制动期间,可以将能量从逆变器120馈送回能量旁路电路110。在这样的情况下,电容150两端的电压将增大,其会潜在地损坏电容150、能量旁路电路110和/或直流能量源115。传感器电路155被布置成如通过检测电容两端的电压何时超过预定阈值来检测这样的增大,并且将所述检测以信号的形式发送给控制电路156。当能量旁路电路110处于第三状态,并且控制电路156接收到这样的信号时,控制电路156向开关152发送脉冲信号,以使得开关152反复开启和关闭。
当能量旁路电路110处于第三状态并且开关152闭合时,存储在电容150处的电荷能够经由第二继电器134、电阻146和开关152进行放电。当开关152打开时,由于其电感(例如PCB布线电感),已经存储在电阻146和相关联电路通路内的能量产生电压尖峰,该电压尖峰经由电阻146、第二继电器134和用作续流二极管的二极管148进行放电。因此,在这样的情况下,存储在电阻146和相关联电路通路内的能量通过两个继电器中的仅一个——第二继电器134被消耗,并且因此电力仅通过第二继电器134进行循环,并且因此仅该继电器将被施压,从而避免部件寿命减少压力发生于第一继电器122。
图6使用宽虚线610图示了图5的部分电路,当能量旁路电路110处于第三状态并且脉冲信号被发送至开关152时,电流可以通过该部分电路进行流动。
图7显示了对能量旁路电路进行控制的方法的步骤。在步骤S710处,确定了能量应当被提供给逆变器,并且因此还应当被提供给该逆变器的端子两端所连接的平滑电容。在步骤S712处,第一继电器的线圈被通电,以便使得能量能够经由第一继电器、电阻和第二继电器被提供给电容。在步骤S714处,确定了将能量初始地提供至电容的条件不再适用,并且因此在步骤S716处,第二继电器的线圈被通电,以便使得能量能够经由第一继电器和第二继电器而非电阻以被提供给电容。在步骤S718处,确定了电容两端的电压超过预定阈值,例如与该逆变器将能量馈送回能量旁路电路相关联的预定阈值,并且在步骤S720处,开关闭合以便使得能量能够从电容经由开关、电阻和第二继电器进行放电。
图8示出了替代实施方式,其中,能量旁路电路110不包括二极管148,而是包括二极管810,二极管810的阳极连接至第二常闭端子142,并且二极管810的阴极连接至第一常开端子132。除下述之外图8的电路的操作与图1的电路的操作相同:当开关152正受到脉冲作用并且已经关闭时,由于其电感,已经存储在电阻146和相关联电路通路内的能量经由第一继电器122和用作续流二极管的二极管810进行放电。
虽然已经参照作为绝缘栅双极晶体管的开关152对以上进行了描述,但是同样可以采用其它开关如其它半导体开关,例如MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、GTO(门极可关断晶闸管)或者IGCT(集成门极换向晶闸管)。
技术人员将意识到的是,电容150可以包括单个电容器,或者可以由可以并联连接和/或串联连接的多个电容器而形成。
虽然已经参照用于感测电容150两端的电压的传感器电路155对以上进行了描述,但是作为另一种可能性,该传感器电路可以感测电压,其表示例如可以通过电容150两端连接的分压器所产生的电容150两端的电压,或者在电容150由多个电容器构成的情况下,通过感测那些电容器中的一个或多个的电压所产生的电容150两端的电压。
技术人员将理解的是,在本文中已经使用术语“连接(connected)的”来说明不同电路部件的电连接。
本文中公开了用于能量源与电容之间连接的能量旁路电路,该能量旁路电路具有第一继电器、第二继电器、开关和电阻。继电器是可操作的,以便具有能量源未连接至电容的第一状态,能量源经由电阻连接至电容的第二状态以及能量源不经由该电阻而连接至电容的第三状态。当继电器处于第三状态时,开关是可操作的,以使得由电容所存储的额外电荷能够经由电阻进行放电。
Claims (9)
1.一种能量旁路电路,其特征在于包括:
第一继电器,其具有第一公共端子、第一常开端子、第一常闭端子、第一衔铁和第一线圈,所述第一衔铁连接至所述第一公共端子,并且所述第一衔铁被布置成:当所述第一线圈被通电时,将所述第一公共端子连接至所述第一常开端子,而当所述第一线圈未被通电时,将所述第一公共端子连接至所述第一常闭端子;
第二继电器,其具有第二公共端子、第二常开端子、第二常闭端子、第二衔铁和第二线圈,所述第二衔铁连接至所述第二公共端子,并且所述第二衔铁被布置成:当所述第二线圈被通电时,将所述第二公共端子连接至所述第二常开端子,而当所述第二线圈未被通电时,将所述第二公共端子连接至所述第二常闭端子,所述第二常开端子连接至所述第一公共端子;
电阻,其连接在所述第一公共端子和所述第二常闭端子之间;以及
开关,其连接在所述第一常闭端子和所述第二常闭端子之间。
2.根据权利要求1所述的能量旁路电路,其特征在于进一步包括:二极管,其具有连接至所述第二常闭端子的阳极和连接至所述第二公共端子的阴极。
3.根据权利要求1所述的能量旁路电路,其特征在于进一步包括:二极管,其具有连接至所述第二常闭端子的阳极和连接至所述第一常开端子的阴极。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的能量旁路电路,其特征在于进一步包括:电容器,其连接在所述第二公共端子和所述第一常闭端子之间。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的能量旁路电路,其特征在于进一步包括:
传感器电路,其被布置成对电压进行感测,所述电压表示所述第一常闭端子和所述第二公共端子之间的电压;以及
控制电路,其被布置成基于由所述传感器电路所感测的电压来使所述第一线圈通电,使所述第二线圈通电,和/或打开或者闭合所述开关。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的能量旁路电路,其特征在于所述开关为半导体开关。
7.根据权利要求6所述的能量旁路电路,其特征在于所述开关为绝缘栅双极晶体管。
8.根据权利要求1至3中的任一项所述的能量旁路电路,其特征在于所述电阻为电阻器。
9.一种能量旁路电路,所述电路用于能量源和电容之间的连接,并且包括第一继电器和第二继电器、开关以及电阻,其特征在于,所述继电器是可操作的,以便具有所述能量源未连接至所述电容的第一状态、所述能量源经由所述电阻连接至所述电容的第二状态以及所述能量源不经由所述电阻而连接至所述电容的第三状态,并且当所述继电器处于所述第三状态时,所述开关是可操作的,以使得由所述电容所存储的电荷能够经由所述电阻进行放电。
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