CN211127113U - 缓启电路的保护电路及电力电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种缓启电路的保护电路及电力电子设备，所述缓启电路与直流母线上的缓启继电器并联连接，且所述直流母线的后级电路包括由驱动芯片控制运行的电子元件，所述保护电路包括采样单元、比较单元和放电单元；所述采样单元的输入端连接到所述直流母线，并将采样获得的所述直流母线的电压输出到所述比较单元；所述比较单元的输出端连接到所述放电单元的输入端，并在输入端电压小于基准电压时输出无效电平；所述放电单元的输出端在接收到来自所述比较单元的无效电平时将所述驱动芯片的供电端的电压拉低。本实用新型实施例可在直流母线电压异常时控制后级电路的工作状态，避免了直流母线欠压时缓启电路的损坏。

Description

缓启电路的保护电路及电力电子设备

技术领域

本实用新型实施例涉及电力电子设备领域，更具体地说，涉及一种缓启电路的保护电路及电力电子设备。

背景技术

随着经济的发展，城市化进程越来越高，电梯已成为城市高楼必不可少的配套设备。现代电梯主要由曳引系统(具体包括曳引电动机、曳引轮及曳引绳等)、导轨、对重装置、安全装置(如限速器、安全钳和缓冲器等)、信号操纵系统、轿厢与厅门等组成，其主要通过曳引电动机带动曳引轮转动，靠曳引绳与曳引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。

在上述电梯中，曳引电动机的控制及驱动由220V交流输入经过整流至母线电容后提供。在曳引电动机的驱动控制器中，母线电容在起机时充电，其瞬时充电电流较大，需在母线电容上串接缓启电阻来缓启限流，当母线电压超过缓启电压时该缓启电阻被断开，由此完成驱动电路的缓启动过程。目前，母线电容缓启取电方式被广泛用于各类开关电源中。

采用缓启电阻和母线电容的供电方式简化了电路的设计。然而，在实际应用中，存在缓启继电器断开时(例如母线电压异常时)后级电路仍正常工作的情况，此时缓启电阻没有从主功率电路中切断，后级电路的正常工作将会导致缓启电阻烧毁。

实用新型内容

本实用新型实施例针对上述缓启电阻在缓启继电器异常断开时容易因后级电路的正常工作而烧毁的问题，提供一种缓启电路的保护电路及电力电子设备。

本实用新型实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种缓启电路的保护电路，所述缓启电路与直流母线上的缓启继电器并联连接，且所述直流母线的后级电路包括由驱动芯片控制运行的电子元件，所述保护电路包括采样单元、比较单元和放电单元；所述采样单元的输入端连接到所述直流母线，且所述采样单元的输出端连接到所述比较单元的输入端，并将采样获得的所述直流母线的电压输出到所述比较单元；所述比较单元的输出端连接到所述放电单元的输入端，并在输入端电压小于基准电压时输出无效电平；所述放电单元的输出端连接到所述驱动芯片的供电端，并在接收到来自所述比较单元的无效电平时将所述驱动芯片的供电端的电压拉低。

优选地，所述采样单元和比较单元位于所述缓启继电器的控制回路内，且所述缓启继电器在所述比较单元输出无效电平时断开。

优选地，所述驱动芯片的供电端连接有储能电容，所述放电单元包括隔离子单元和开关子单元；所述隔离子单元的原边连接到所述比较单元的输出端，并在所述比较单元输出无效电平时断开；所述开关子单元串联连接在所述储能电容与第一参考地之间，且所述开关子单元的控制端连接到所述隔离子单元的副边，并在所述隔离子单元的副边关断时导通。

优选地，所述隔离子单元包括光耦，且所述光耦的原边的正极连接到所述比较单元的输出端，所述光耦原边的负极连接第二参考地。

优选地，所述光耦的副边的正极连接到所述驱动芯片的供电端，所述开关子单元包括P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，且所述P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极经由第一电阻连接到所述驱动芯片的供电端，所述 P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接第一参考地，所述P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接到所述光耦的副边的负极，且所述P 沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极和漏极之间连接有第二电阻。

优选地，所述第一参考地与负直流母线等电位。

优选地，所述采样单元包括运算放大器，且所述运算放大器的反向输入端经由第三电阻连接到负直流母线，所述运算放大器的正相输入端经由第四电阻连接到正直流母线，且所述运算放大器的正相输入端还经由第五电阻连接第二参考地；所述运算放大器的输出端连接到所述比较单元的输入端。

优选地，所述比较单元包括比较器，所述比较器的正相输入端经由第六电阻连接到所述运算放大器的输出端，所述比较器的反向输入端连接基准电压，所述比较器的输出端经由第七电阻连接供电电压，且所述比较器的输出端还经由第八电阻连接到所述放电单元的输入端。

本实用新型实施例还提供一种电力电子设备，所述电力电子设备包括直流母线、连接到所述直流母线并由驱动芯片控制运行的逆变单元，且所述直流母线上具有缓启电路以及缓启继电器，所述电力电子设备还包括如上所述的缓启电路的保护电路。

本实用新型实施例的缓启电路的保护电路及电力电子设备具有以下有益效果：通过采样直流母线电压，可在直流母线电压异常时控制后级电路的工作状态，避免了直流母线欠压时缓启电路的损坏。并且，本实用新型实施例还可直接利用缓启继电器的控制信号，来控制后级电路的工作状态，保证了电源的可靠运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的缓启电路的保护电路的示意图；

图2是本实用新型另一实施例提供的缓启电路的保护电路的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型实施例提供的缓启电路的保护电路的示意图，该缓启电路的保护电路可应用于电力电子设备，例如变频器、伺服驱动器、直流变换器等，上述缓启电路(例如包括缓启电阻)与电力电子设备中的直流母线上的缓启继电器并联连接，其可在系统上电时为直流母线上的母线电容充电，并在母线电容的电压达到预设值时通过缓启继电器将其旁路。上述直流母线还连接有后级电路，例如逆变器单元等，且后级电路的至少一部分电子元件由驱动芯片控制运行，例如由驱动芯片输出的脉冲宽度调制信号控制导通和关断的半导体功率模块等。本实施例的缓启电路的保护电路包括采样单元11、比较单元12和放电单元13，上述采样单元11、比较单元12和放电单元13分别可由一个或多个现有的电子元件以一定的方式相连接构成，并实现相应的功能。

上述采样单元11的输入端连接到直流母线，例如采样单元11的输入端可分别连接正直流母线和负直流母线，且该采样单元11的输出端连接到比较单元12 的输入端；比较单元12的输出端连接到放电单元13的输入端；放电单元13的输出端则连接到驱动芯片的供电端。在上述缓启电路的保护电路中，采样单元11 可采样获得直流母线的电压，并将采样获得的直流母线的电压输出到比较单元12，比较单元12在输入端电压(即由采样单元11采样获得的直流母线的电压) 小于基准电压(该基准电压可根据具体的应用场合进行设置)时输出无效电平 (例如低电平)，放电单元13在接收到来自比较单元12的无效电平时将驱动芯片的供电端的电压拉低，从而驱动芯片无法工作，即无法向后级电路中对应的元件输出信号，使得后级电路停止工作，直流母线不再向上述后级电路供电，相应地，缓启电路中不再有电流流过，避免了缓启电路的烧毁。

当直流母线有多个后级电路，则可选择部分或全部后级电路的驱动芯片，并将上述放电单元13的输出端与其连接，从而保证在直流母线电压异常时，流经缓启电路的电流在安全范围内。

上述缓启电路的保护电路通过采样直流母线电压，并根据采样的电压对后级电路中的驱动芯片进行放电处理，可在直流母线电压异常时控制后级电路的工作状态，避免了直流母线欠压时缓启电路的损坏。

在本实用新型的一个实施例中，如图2所示，上述采样单元11和比较单元 12可与缓启继电器的控制回路部分共用，即采样单元11、比较单元12位于缓启继电器的控制回路内，且缓启继电器在比较单元12输出无效电平时断开。即缓启继电器在直流母线电压低于基准电压时断开。同时，放电单元13也将驱动芯片的供电端的电压拉低，使得对应的后级电路停止工作。

具体地，上述驱动芯片的供电端连接有储能电容C1，并通过储能电容C1 实现供电输入(该驱动芯片的供电端还连接到后级电路，并由后级电路为储能电容C1充电)。放电单元13包括隔离子单元和开关子单元，上述隔离子单元的原边连接到比较单元12的输出端，并在比较单元12输出无效电平时断开；开关子单元串联连接在储能电容C1与第一参考地DC-之间，且该开关子单元的控制端连接到隔离子单元的副边，并在隔离子单元的副边关断时导通，即隔离子单元在导通时，可将储能电容C1的电荷泄放掉，从而使驱动芯片的供电端的电压拉低到第一参考地的电平，使得驱动芯片停止工作。

上述隔离子单元包括光耦，且该光耦的原边的正极连接到比较单元12的输出端，该光耦的原边的负极则连接第二参考地GND。该光耦的原边可在比较单元12输出高电平时导通，从而使光耦的副边导通。当然，在实际应用中，隔离子单元也可采用其他电子元件或模块实现。

当隔离子单元采用光耦时，上述光耦的副边的正极连接到驱动芯片的供电端，开关子单元包括P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(即PMOS)Q，且该P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管Q的源极经由第一电阻R1连接到驱动芯片的供电端、漏极连接第一参考地DC-、栅极连接到光耦的副边的负极，且该P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管Q的栅极和漏极之间连接有第二电阻 R2。在比较单元12输出低电平时，光耦的原边没有电流传递到副边，第二电阻R2电压为0，P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管Q的Vgs为负值，P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管Q导通，储能电容C1的能量迅速从P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管Q泄放至零电平，驱动芯片不能正常发波，后级电路停止工作，从而缓启电路得到保护。上述P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管Q不仅可以实现低电平导通，而且可实现能量的快速泄放，大大提高缓启电路的安全性。

特别地，为迅速拉低驱动芯片的供电端的电压，上述第一参考地可与负直流母线等电位，即P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管Q的漏极可连接到负直流母线。

在本实用新型的另一实施例中，采样单元11可包括运算放大器AMP，且该运算放大器AMP的反向输入端经由第三电阻R3连接到负直流母线DC-、正相输入端经由第四电阻R4连接到正直流母线Bus(上述第三电阻R3和第四电阻R4 主要用于限流保护)，且运算放大器AMP的正相输入端还经由第五电阻R5连接第二参考地GND，从而实现直流母线电压的差分采样。上述运算放大器AMP 的输出端连接到比较单元12的输入端。

上述比较单元12包括比较器COMP，该比较器COMP的正相输入端经由第六电阻R6连接到运算放大器AMP的输出端、反向输入端连接基准电压Vref。上述比较器COMP的输出端经由第七电阻R7连接供电电压Vcc，并通过第七电阻R7可拉高比较器COMP的输出电平。该比较器COMP的输出端还经由第八电阻R8连接到放电单元13的输入端。

本实用新型实施例还提供一种电力电子设备，该电力电子设备可以为变频器、直流变换器等，且该电力电子设备包括直流母线、连接到直流母线并由驱动芯片控制运行的逆变单元，且直流母线上具有缓启电路以及缓启继电器，该电力电子设备还包括如上所述的缓启电路的保护电路。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种缓启电路的保护电路，所述缓启电路与直流母线上的缓启继电器并联连接，且所述直流母线的后级电路包括由驱动芯片控制运行的电子元件，其特征在于，所述保护电路包括采样单元、比较单元和放电单元；所述采样单元的输入端连接到所述直流母线，且所述采样单元的输出端连接到所述比较单元的输入端，并将采样获得的所述直流母线的电压输出到所述比较单元；所述比较单元的输出端连接到所述放电单元的输入端，并在输入端电压小于基准电压时输出无效电平；所述放电单元的输出端连接到所述驱动芯片的供电端，并在接收到来自所述比较单元的无效电平时将所述驱动芯片的供电端的电压拉低。

2.根据权利要求1所述的缓启电路的保护电路，其特征在于，所述采样单元和比较单元位于所述缓启继电器的控制回路内，且所述缓启继电器在所述比较单元输出无效电平时断开。

3.根据权利要求1或2所述的缓启电路的保护电路，其特征在于，所述驱动芯片的供电端连接有储能电容，所述放电单元包括隔离子单元和开关子单元；所述隔离子单元的原边连接到所述比较单元的输出端，并在所述比较单元输出无效电平时断开；所述开关子单元串联连接在所述储能电容与第一参考地之间，且所述开关子单元的控制端连接到所述隔离子单元的副边，并在所述隔离子单元的副边关断时导通。

4.根据权利要求3所述的缓启电路的保护电路，其特征在于，所述隔离子单元包括光耦，且所述光耦的原边的正极连接到所述比较单元的输出端，所述光耦原边的负极连接第二参考地。

5.根据权利要求4所述的缓启电路的保护电路，其特征在于，所述光耦的副边的正极连接到所述驱动芯片的供电端，所述开关子单元包括P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，且所述P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的源极经由第一电阻连接到所述驱动芯片的供电端，所述P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接第一参考地，所述P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极连接到所述光耦的副边的负极，且所述P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极和漏极之间连接有第二电阻。

6.根据权利要求5所述的缓启电路的保护电路，其特征在于，所述第一参考地与负直流母线等电位。

7.根据权利要求1所述的缓启电路的保护电路，其特征在于，所述采样单元包括运算放大器，且所述运算放大器的反向输入端经由第三电阻连接到负直流母线，所述运算放大器的正相输入端经由第四电阻连接到正直流母线，且所述运算放大器的正相输入端还经由第五电阻连接第二参考地；所述运算放大器的输出端连接到所述比较单元的输入端。

8.根据权利要求7所述的缓启电路的保护电路，其特征在于，所述比较单元包括比较器，所述比较器的正相输入端经由第六电阻连接到所述运算放大器的输出端，所述比较器的反向输入端连接基准电压，所述比较器的输出端经由第七电阻连接供电电压，且所述比较器的输出端还经由第八电阻连接到所述放电单元的输入端。

9.一种电力电子设备，所述电力电子设备包括直流母线、连接到所述直流母线并由驱动芯片控制运行的逆变单元，且所述直流母线上具有缓启电路以及缓启继电器，其特征在于，所述电力电子设备还包括如权利要求1-8中任一项所述的缓启电路的保护电路。

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