CN211456686U - 一种直流母线电容快速放电电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及母线放电技术领域，特别涉及一种直流母线电容快速放电电路，驱动控制电路分别与直流母线和辅源状态检测电路电连接，辅源状态检测电路与外设的辅助电源电连接，驱动控制电路从直流母线上取电，通过设置辅源状态检测电路对辅助电源的输出状态进行监测；主放电电路分别与直流母线和辅源状态检测电路电连接，能够实现快速放电；保护电路分别与驱动控制电路、直流母线和辅源状态检测电路电连接，能够防止辅源状态检测电路中的光耦合器损坏和避免由于主放电电路长时间接入高压直流母线而烧毁功率电阻的情况出现。

Description

一种直流母线电容快速放电电路

技术领域

本实用新型涉及母线放电技术领域，特别涉及一种直流母线电容快速放电电路。

背景技术

现有的许多电力电子变换设备中一般会存在较高的直流母线电压，而直流母线电压一般通过大容值的电容来维持稳定，尤其是大功率变流器，直流母线通常有较高的电压与大容值的母线电容。在变流器掉电停止运行后，在尽量短的时间内，必须要将存储在直流母线电容中的能量释放到安全电压以下，以此避免维护时发生触电事故。当前采用的方式大多是直接在母线上并联功率电阻进行放电，该方式存在较大的弊端：1)变流器工作时，该电阻会产生较大的损耗，以直流侧850Vdc计算，损耗为14W，1500V光伏逆变器与储能变流器，该损耗更高，达44W多；2)掉电后，母线电容需要较长时间才能放到安全电压，通常在30分钟以上，不便于维护工作的开展，无法兼顾功率损耗低和放电速度快的实际需求。

实用新型内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种能够提高放电效率的直流母线电容快速放电电路。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种直流母线电容快速放电电路，包括直流母线、主放电电路、驱动控制电路、保护电路和辅源状态检测电路，所述驱动控制电路分别与直流母线、主放电电路、保护电路和辅源状态检测电路电连接，所述辅源状态检测电路分别与主放电电路、保护电路和外设的辅助电源电连接，所述直流母线分别与主放电电路和保护电路电连接。

进一步的，所述辅源状态检测电路包括光耦合器U18、电阻R127和电容C54，所述光耦合器U18的第一端与电阻R127的一端电连接，所述电阻R127 的另一端分别与外设的辅助电源和电容C54的一端电连接，所述电容C54的另一端与光耦合器U18的第二端电连接且电容C54的另一端和光耦合器U18的第二端均接地，所述光耦合器U18的第三端和光耦合器U18的第四端均与驱动控制电路电连接。

进一步的，所述驱动控制电路包括电阻R157、电阻R165、电阻R491、电容C70、电容C72、二极管D11、稳压管ZD31和三极管Q30，所述三极管Q30 的基极与辅源状态检测电路电连接，所述三极管Q30的集电极分别与电阻R157 的一端、稳压管ZD31的阴极、电容C70的一端、电容C72的一端和保护电路电连接，所述三极管Q30的发射极分别与电阻R165的一端和二极管D11的阳极电连接，所述电阻R165的另一端与主放电电路电连接，所述二极管D11的阴极与保护电路电连接，所述稳压管ZD31的阳极分别与电容C70的另一端、电容C72的另一端、电阻R491的一端、光耦合器U18的第三端和直流母线电连接，所述电阻R491的另一端与保护电路电连接。

进一步的，所述保护电路包括电阻R138、电阻R147、电阻R158、电阻R170、电阻R174、电阻R488和三极管Q46，所述三极管Q46的基极分别与驱动控制电路和电阻R488的一端电连接，所述电阻R488的另一端分别与驱动控制电路和电阻R174的一端电连接，所述电阻R174的另一端与电阻R170的一端电连接，所述电阻R170的另一端与电阻R158的一端电连接，所述电阻R158的另一端与电阻R147的一端电连接，所述电阻R147的另一端与电阻R138的一端电连接，所述电阻R138的另一端与直流母线电连接。

进一步的，所述主放电电路包括电阻R181、电阻R182、电阻R198、电阻 R199、电阻R211、电阻R212、电阻R230、电阻R231和场效应管Q31，所述电阻R182的一端依次通过电阻R181、电阻R198、电阻R199、电阻R212、电阻R211、电阻R230和电阻R231的一端电连接，所述电阻R231的另一端分别与保护电路和直流母线电连接，所述电阻R182的另一端与场效应管Q31的漏极电连接，所述场效应管Q31的源极分别与驱动控制电路和直流母线电连接，所述场效应管Q31的栅极与驱动控制电路电连接。

本实用新型的有益效果在于：

驱动控制电路分别与直流母线和辅源状态检测电路电连接，辅源状态检测电路与外设的辅助电源电连接，驱动控制电路从直流母线上取电，通过设置辅源状态检测电路对辅助电源的输出状态进行监测；主放电电路分别与直流母线和辅源状态检测电路电连接，能够实现快速放电；保护电路分别与驱动控制电路、直流母线和辅源状态检测电路电连接，能够防止辅源状态检测电路中的光耦合器损坏和避免由于主放电电路长时间接入高压直流母线而烧毁功率电阻的情况出现；本方案设计的直流母线电容快速放电电路实现了直流母线放电回路自动切换和故障保护等功能、提高了放电回路的稳定性，达到了降低设备功率损耗，提高系统放电速度的效果。

附图说明

图1所示为根据本实用新型的一种直流母线电容快速放电电路的整体电路框图；

图2所示为根据本实用新型的一种直流母线电容快速放电电路的具体电路原理图；

图3所示为根据本实用新型的一种直流母线电容快速放电电路的三电平拓扑的直流母线电容放电电路的具体电路原理图；

标号说明：

1、直流母线；2、主放电电路；3、驱动控制电路；4、保护电路；5、辅源状态检测电路。

具体实施方式

为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。

请参照图1所示，本实用新型提供的技术方案：

一种直流母线电容快速放电电路，包括直流母线、主放电电路、驱动控制电路、保护电路和辅源状态检测电路，所述驱动控制电路分别与直流母线、主放电电路、保护电路和辅源状态检测电路电连接，所述辅源状态检测电路分别与主放电电路、保护电路和外设的辅助电源电连接，所述直流母线分别与主放电电路和保护电路电连接。

从上述描述可知，本实用新型的有益效果在于：

驱动控制电路分别与直流母线和辅源状态检测电路电连接，辅源状态检测电路与外设的辅助电源电连接，驱动控制电路从直流母线上取电，通过设置辅源状态检测电路对辅助电源的输出状态进行监测；主放电电路分别与直流母线和辅源状态检测电路电连接，能够实现快速放电；保护电路分别与驱动控制电路、直流母线和辅源状态检测电路电连接，能够防止辅源状态检测电路中的光耦合器损坏和避免由于主放电电路长时间接入高压直流母线而烧毁功率电阻的情况出现；本方案设计的直流母线电容快速放电电路实现了直流母线放电回路自动切换和故障保护等功能、提高了放电回路的稳定性，达到了降低设备功率损耗，提高系统放电速度的效果。

进一步的，所述辅源状态检测电路包括光耦合器U18、电阻R127和电容 C54，所述光耦合器U18的第一端与电阻R127的一端电连接，所述电阻R127 的另一端分别与外设的辅助电源和电容C54的一端电连接，所述电容C54的另一端与光耦合器U18的第二端电连接且电容C54的另一端和光耦合器U18的第二端均接地，所述光耦合器U18的第三端和光耦合器U18的第四端均与驱动控制电路电连接。

从上述描述可知，外设辅助电源的第一级放电结束前，辅助电源产生的电压VCC24V+_ISO为24V，光耦合器U18导通；外设辅助电源的第一级放电结束后，辅助电源产生的电压VCC24V+_ISO为零，光耦合器U18关断。

进一步的，所述驱动控制电路包括电阻R157、电阻R165、电阻R491、电容C70、电容C72、二极管D11、稳压管ZD31和三极管Q30，所述三极管Q30 的基极与辅源状态检测电路电连接，所述三极管Q30的集电极分别与电阻R157 的一端、稳压管ZD31的阴极、电容C70的一端、电容C72的一端和保护电路电连接，所述三极管Q30的发射极分别与电阻R165的一端和二极管D11的阳极电连接，所述电阻R165的另一端与主放电电路电连接，所述二极管D11的阴极与保护电路电连接，所述稳压管ZD31的阳极分别与电容C70的另一端、电容C72的另一端、电阻R491的一端、光耦合器U18的第三端和直流母线电连接，所述电阻R491的另一端与保护电路电连接。

从上述描述可知，外设辅助电源的第一级放电结束后，辅助电源产生的电压VCC24V+_ISO为零，光耦合器U18关断，直流母线上的电压V_BUS+经过保护电路、驱动控制电路和电阻R491产生一个电压V_C70，经过电阻R157驱动场效应管Q30导通。

进一步的，所述保护电路包括电阻R138、电阻R147、电阻R158、电阻R170、电阻R174、电阻R488和三极管Q46，所述三极管Q46的基极分别与驱动控制电路和电阻R488的一端电连接，所述电阻R488的另一端分别与驱动控制电路和电阻R174的一端电连接，所述电阻R174的另一端与电阻R170的一端电连接，所述电阻R170的另一端与电阻R158的一端电连接，所述电阻R158的另一端与电阻R147的一端电连接，所述电阻R147的另一端与电阻R138的一端电连接，所述电阻R138的另一端与直流母线电连接。

从上述描述可知，电阻R138、电阻R147、电阻R158、电阻R170、电阻 R174、电阻R488和三极管Q46组成保护电路，能够防止辅源状态检测电路中的光耦合器损坏和避免由于主放电电路长时间接入高压直流母线而烧毁功率电阻的情况出现。

进一步的，所述主放电电路包括电阻R181、电阻R182、电阻R198、电阻 R199、电阻R211、电阻R212、电阻R230、电阻R231和场效应管Q31，所述电阻R182的一端依次通过电阻R181、电阻R198、电阻R199、电阻R212、电阻R211、电阻R230和电阻R231的一端电连接，所述电阻R231的另一端分别与保护电路和直流母线电连接，所述电阻R182的另一端与场效应管Q31的漏极电连接，所述场效应管Q31的源极分别与驱动控制电路和直流母线电连接，所述场效应管Q31的栅极与驱动控制电路电连接。

从上述描述可知，场效应管Q31导通后，功率放电电阻(包括电阻R181、电阻R182、电阻R198、电阻R199、电阻R211、电阻R212、电阻R230和电阻 R231)接在直流母线电压V_BUS+与V_BUS_N之间，构成放电回路，因放电电阻阻值小，RC时间常数小，从而能够实现快速放电。

请参照图1至图3所示，本实用新型的实施例一为：

请参照图1，一种直流母线电容快速放电电路，包括直流母线1、主放电电路2、驱动控制电路3、保护电路4和辅源状态检测电路5，所述驱动控制电路 3分别与直流母线1、主放电电路2、保护电路4和辅源状态检测电路5电连接，所述辅源状态检测电路5分别与主放电电路2、保护电路4和外设的辅助电源电连接，所述直流母线1分别与主放电电路2和保护电路4电连接。

请参照图2，所述辅源状态检测电路5包括光耦合器U18(型号为CNY651 或LTV816)、电阻R127(电阻值为10KΩ)和电容C54(电容值为0.1uF，电压值为50V)，所述光耦合器U18的第一端与电阻R127的一端电连接，所述电阻R127的另一端分别与外设的辅助电源和电容C54的一端电连接，所述电容 C54的另一端与光耦合器U18的第二端电连接且电容C54的另一端和光耦合器 U18的第二端均接地，所述光耦合器U18的第三端和光耦合器U18的第四端均与驱动控制电路3电连接。

请参照图2，所述驱动控制电路3包括电阻R157(电阻值为200KΩ)、电阻R165(电阻值为510Ω)、电阻R491(电阻值为22KΩ)、电容C70(电容值为220uF，电压值为25V)、电容C72(电容值为0.1uF，电压值为50V)、二极管D11(型号为MMSD4148)、稳压管ZD31(型号为FLZ18VC)和三极管Q30 (型号为BC817)，所述三极管Q30的基极与辅源状态检测电路5电连接，所述三极管Q30的集电极分别与电阻R157的一端、稳压管ZD31的阴极、电容C70 的一端、电容C72的一端和保护电路4电连接，所述三极管Q30的发射极分别与电阻R165的一端和二极管D11的阳极电连接，所述电阻R165的另一端与主放电电路2电连接，所述二极管D11的阴极与保护电路4电连接，所述稳压管 ZD31的阳极分别与电容C70的另一端、电容C72的另一端、电阻R491的一端、光耦合器U18的第三端和直流母线1电连接，所述电阻R491的另一端与保护电路4电连接。

请参照图2，所述保护电路4包括电阻R138(电阻值为665KΩ，功率为 0.25W)、电阻R147(电阻值为665KΩ)、电阻R158(电阻值为665KΩ)、电阻R170(电阻值为665KΩ)、电阻R174(电阻值为665KΩ)、电阻R488(电阻值为499KΩ)和三极管Q46(型号为BC817)，所述三极管Q46的基极分别与驱动控制电路3和电阻R488的一端电连接，所述电阻R488的另一端分别与驱动控制电路3和电阻R174的一端电连接，所述电阻R174的另一端与电阻R170 的一端电连接，所述电阻R170的另一端与电阻R158的一端电连接，所述电阻 R158的另一端与电阻R147的一端电连接，所述电阻R147的另一端与电阻R138 的一端电连接，所述电阻R138的另一端与直流母线1电连接。

请参照图2，所述主放电电路2包括电阻R181(电阻值为665KΩ，功率为 5W)、电阻R182(电阻值为1KΩ，功率为5W)、电阻R198(电阻值为1KΩ，功率为5W)、电阻R199(电阻值为1KΩ，功率为5W)、电阻R211(电阻值为 1KΩ，功率为5W)、电阻R212(电阻值为1KΩ，功率为5W)、电阻R230(电阻值为1KΩ，功率为5W)、电阻R231(电阻值为1KΩ，功率为5W)和场效应管Q31(型号为IKP03N120H2)，所述电阻R182的一端依次通过电阻R181、电阻R198、电阻R199、电阻R212、电阻R211、电阻R230和电阻R231的一端电连接，所述电阻R231的另一端分别与保护电路4和直流母线1电连接，所述电阻R182的另一端与场效应管Q31的漏极电连接，所述场效应管Q31的源极分别与驱动控制电路3和直流母线1电连接，所述场效应管Q31的栅极与驱动控制电路3电连接。

上述的直流母线电容快速放电电路的工作原理为：

外设辅助电源的第一级放电结束前，辅助电源产生的电压VCC24V+_ISO 为24V，光耦合器U18导通；外设辅助电源的第一级放电结束后，辅助电源产生的电压VCC24V+_ISO为零，光耦合器U18关断，母线电压V_BUS+经电阻 R138、电阻R147、电阻R158、电阻R170、电阻R174、电阻R488和电阻R491 产生的电压V_C70，经电阻R157驱动场效应管Q30导通，再经电阻R165驱动场效应管Q31导通。

电阻R231、电阻R230、电阻R211、电阻R212、电阻R199、电阻R198、电阻R181、电阻R182、场效应管Q31组成主放电回路，场效应管Q31导通后，功率放电电阻(包括电阻R181、电阻R182、电阻R198、电阻R199、电阻R211、电阻R212、电阻R230和电阻R231)接在母线电压V_BUS+与V_BUS_N之间，构成放电回路，因放电电阻阻值小，RC时间常数小，实现了快速放电；

电阻R138、电阻R147、电阻R158、电阻R170、电阻R174、电阻R488、电阻R491和场效应管Q46组成保护电路4，能够防止辅源状态检测电路5中的光耦合器损坏和避免由于主放电电路2长时间接入高压直流母线1而烧毁功率电阻的情况出现。

母线电容首先通过辅助电源进行第一级放电，直到母线电压低于第一阈值时辅助电源才停止工作；此时驱动控制电路3检测辅助电源工作状态，自动将功率电阻回路接入，进行第二级放电，直到母线电压低于第二阈值(安全电压) 功率电阻回路才断开，系统停止放电，此时可进行设备维护。

由电阻分压原理反算的母线电压要与第一阈值电压比较接近。由如下公式反算出来的V_BUS+要与第一阈值电压接近，其中V_bus+为母线电压：

当母线电压V_BUS+高于第一阈值电压时，接在外设的辅助电源输出端的VCC24V+_ISO电压为24V，给驱动控制电路3供电，进行第一级放电，光耦合器U18导通，二极管D11箝位，三极管Q30关断，场效应管Q31关断，主放电回路断开；

当母线电压V_BUS+低于第一阈值电压时，接在辅助电源输出端的电压 VCC24V+_ISO为零，辅助电源停止工作，电阻R138、电阻R147、电阻R158、电阻R170、电阻R174、电阻R488和电阻R491对母线电压V_BUS+构成的分压电路，电阻R491上的电压小于三极管Q46的基极电压，三极管Q46此时关断，而接在辅助电源输出端的电压VCC24V+_ISO为零，光耦合器U18关断，三极管Q30导通，场效应管Q31导通，主功率放电电阻(包括电阻R181、电阻 R182、电阻R198、电阻R199、电阻R211、电阻R212、电阻R230和电阻R231) 接入，开始第二级放电。

当母线电压V_BUS+低于第二阈值电压时，主放电回路由于供电不足，停止工作，放电结束，设备内为安全电压。

本方案设计的直流母线电容快速放电电路适用于三电平拓扑的直流母线电容放电电路(请参照图3)，其电路结构为两个本方案设计的直流母线电容快速放电电路相互电连接形成，母线正对母线N，母线N对母线负，可选用耐压低的IGBT，降低成本。

综上所述，本实用新型提供的一种直流母线电容快速放电电路，驱动控制电路分别与直流母线和辅源状态检测电路电连接，辅源状态检测电路与外设的辅助电源电连接，驱动控制电路从直流母线上取电，通过设置辅源状态检测电路对辅助电源的输出状态进行监测；主放电电路分别与直流母线和辅源状态检测电路电连接，能够实现快速放电；保护电路分别与驱动控制电路、直流母线和辅源状态检测电路电连接，能够防止辅源状态检测电路中的光耦合器损坏和避免由于主放电电路长时间接入高压直流母线而烧毁功率电阻的情况出现；本方案设计的直流母线电容快速放电电路实现了直流母线放电回路自动切换和故障保护等功能、提高了放电回路的稳定性，达到了降低设备功率损耗，提高系统放电速度的效果。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种直流母线电容快速放电电路，其特征在于，包括直流母线、主放电电路、驱动控制电路、保护电路和辅源状态检测电路，所述驱动控制电路分别与直流母线、主放电电路、保护电路和辅源状态检测电路电连接，所述辅源状态检测电路分别与主放电电路、保护电路和外设的辅助电源电连接，所述直流母线分别与主放电电路和保护电路电连接。

2.根据权利要求1所述的直流母线电容快速放电电路，其特征在于，所述辅源状态检测电路包括光耦合器U18、电阻R127和电容C54，所述光耦合器U18的第一端与电阻R127的一端电连接，所述电阻R127的另一端分别与外设的辅助电源和电容C54的一端电连接，所述电容C54的另一端与光耦合器U18的第二端电连接且电容C54的另一端和光耦合器U18的第二端均接地，所述光耦合器U18的第三端和光耦合器U18的第四端均与驱动控制电路电连接。

3.根据权利要求1所述的直流母线电容快速放电电路，其特征在于，所述驱动控制电路包括电阻R157、电阻R165、电阻R491、电容C70、电容C72、二极管D11、稳压管ZD31和三极管Q30，所述三极管Q30的基极与辅源状态检测电路电连接，所述三极管Q30的集电极分别与电阻R157的一端、稳压管ZD31的阴极、电容C70的一端、电容C72的一端和保护电路电连接，所述三极管Q30的发射极分别与电阻R165的一端和二极管D11的阳极电连接，所述电阻R165的另一端与主放电电路电连接，所述二极管D11的阴极与保护电路电连接，所述稳压管ZD31的阳极分别与电容C70的另一端、电容C72的另一端、电阻R491的一端、光耦合器U18的第三端和直流母线电连接，所述电阻R491的另一端与保护电路电连接。

4.根据权利要求1所述的直流母线电容快速放电电路，其特征在于，所述保护电路包括电阻R138、电阻R147、电阻R158、电阻R170、电阻R174、电阻R488和三极管Q46，所述三极管Q46的基极分别与驱动控制电路和电阻R488的一端电连接，所述电阻R488的另一端分别与驱动控制电路和电阻R174的一端电连接，所述电阻R174的另一端与电阻R170的一端电连接，所述电阻R170的另一端与电阻R158的一端电连接，所述电阻R158的另一端与电阻R147的一端电连接，所述电阻R147的另一端与电阻R138的一端电连接，所述电阻R138的另一端与直流母线电连接。

5.根据权利要求1所述的直流母线电容快速放电电路，其特征在于，所述主放电电路包括电阻R181、电阻R182、电阻R198、电阻R199、电阻R211、电阻R212、电阻R230、电阻R231和场效应管Q31，所述电阻R182的一端依次通过电阻R181、电阻R198、电阻R199、电阻R212、电阻R211、电阻R230和电阻R231的一端电连接，所述电阻R231的另一端分别与保护电路和直流母线电连接，所述电阻R182的另一端与场效应管Q31的漏极电连接，所述场效应管Q31的源极分别与驱动控制电路和直流母线电连接，所述场效应管Q31的栅极与驱动控制电路电连接。

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