CN212231415U - 一种新型的缓冲吸收电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型的缓冲吸收电路，包括：至少两个相互串联的器件A，所述器件A无感抗且只具备容抗；具有电阻的器件B，所述器件B并联在由部分所述器件A形成支路的两端。本实用新型的缓冲吸收电路既有在开关器件关断时的纯电容吸收优势，又有在开关器件开通时的限流作用，且对器件B是否有感无感没有要求。

Description

一种新型的缓冲吸收电路

技术领域

本实用新型涉及电子领域，尤其涉及一种新型的缓冲吸收电路。

背景技术

直流固态断路器中，IGBT等开关元件在关断过程中由于线路电感的存在，在开关两端会产生很高的电压，高的电压若不加以抑制，将直接损坏IGBT等开关器件。常用的做法是在IGBT等开关两端并联缓冲吸收电路。常用的缓冲吸收电路主要有三种，如图1-3所示。

对图1，只并联无感电容C1的方案，在IGBT等开关关断后，回路中电感电流不能突变，经电容C1继续流通，过程中电容C1上电压越来越高，回路电流越来越小，最后回路电感上所有能量全部转移到电容C1上，电容C1两端达到最高电压。在IGBT 等开关再次开通时，电容C1上电荷瞬间通过IGBT等开关释放，此时相当于直接短路，在较严重时，可能导致IGBT等开关过流损坏。

因为上述原因，在IGBT等开关元件开通时，希望电容C1上的电荷能通过电阻器加以限制，以慢慢泄放电容上的能量，现有技术改进出如图2所示RC缓冲吸收电路，即在电容C1所在支路上串联电阻器R1。但增加电阻器R1后，在IGBT等开关关断时，回路中电流由于电阻器R1的限制，不能迅速将回路电感的能量转移到电容 C1上，从而会导致IGBT等开关两端过压损坏。同时，由于电阻器R1串联在电容C1 上，在IGBT等开关关断时间很短的情况下，要求电阻器R1为无感电阻器，若含有一定电感，在高频情况下，将严重影响回路电感能量的吸收和缓冲，因为电感有阻碍电流的作用。

鉴于IGBT等开关器件在关断和开通时的能量吸收和泄放的需求：在关断时，希望只并联了电容C1；在开通时，则希望有电阻器R1限流。于是就有了图3所示的 RCD缓冲吸收电路，在IGBT等开关器件关断时，回路电流通过二极管D1向电容C1 充电，在IGBT等开关开通时，由于二极管D1的反向截止，电容C1通过电阻器R1 慢慢泄放电荷。实际使用当中，这种带二极管D1的RCD缓冲吸收电路只能用在开关关断速度很慢的情况下，因为二极管D1的开通时间最短都在6微秒以上，但IGBT 的关断时间一般在2微秒以内，也就是说在IGBT关断后几微秒内，回路中电流只能通过电阻器R1向电容C1充电，而不是通过二极管向电容C1充电，此时二极管D1 并没有发挥作用，RCD缓冲吸收电路只相当于图2中的RC缓冲吸收电路，因而同样要求R1为无感电阻器，且阻值不能太大。所以，这种RCD缓冲吸收电路不适合使用在关断时间很短的开关回路中。

上述三种缓冲吸收电路都有很大弊端，在IGBT等开关关断时，希望只有无感电容吸收回路；在开通时，又希望有电阻器限流。所以在应用中见得最多的为图2所示的RC缓冲吸收方式，电阻器R1取值较小，且必须为无感电阻器。在电阻器R1阻值较大时，会阻碍电容C1对回路电感能量的吸收，尤其电阻器R1或电容C1含有电感时，会严重阻碍C1对回路电感能量的吸收。

由于原理和工艺的突破，市场上无感电容比较容易买到，且价格便宜。

而市场上常见的无感电阻器是用两根绝缘导线并在一起，终端短路，首端外接电源及应用线路，这两根绝缘导线电流方向相反，没有外因互感，可以绕成线圈使用，只起电阻作用。但这种无感电阻器并不是真正的无感，其仅仅只是电阻器上的感抗值非常小，可以忽略不计，一般不能说是彻底没有，在IGBT等开关关断时间极短(5 微秒以内)的情况下，电阻器上少量的电感都将严重的阻碍电容C1对回路电感能量的吸收。

此外，另有陶瓷等工艺做成的纯无感电阻器，但价格相当昂贵，且不容易得到。

实用新型内容

本实用新型为改善或部分改善现有技术的不足之处，而提供一种新型的缓冲吸收电路。

为达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案来实现，提供一种新型的缓冲吸收电路，包括：至少两个相互串联的器件A，所述器件A无感抗且只具备容抗；具有电阻的器件B，所述器件B并联在由部分所述器件A形成支路的两端。

进一步地，所述器件A具体是无感电容。

进一步地，所述器件B具体是电阻器。

进一步地，所述器件B并非无感电阻器。

进一步地，所述支路外的器件A上没有并联含电阻的器件。

进一步地，所述支路中器件A的数量为一个或多个。

进一步地，所述缓冲吸收电路具体是直流固态断路器上的缓冲吸收电路。

进一步地，所述器件B与器件A之间、各个器件A之间均采用铜排连接。

进一步地，所述缓冲吸收电路并联于外部开关器件两端，所述器件B的电阻能够在所述开关器件从开通到关断这段时间中，使所述支路外的器件A的电荷完全泄放。

进一步地，所述器件B的电阻能够在所述开关器件关断之前，使所述支路中的器件A的电荷完全泄放。

有益效果：

1、实现开关器件关断时真正只需无感电容缓冲；

2、实现开关器件开通时电容上电荷缓慢泄放；

3、本实用新型的缓冲吸收电路既有在关断时的纯电容吸收优势，又有在开通时的限流作用，且对器件B是否有感无感没有要求；

4、由于器件B并无感抗要求，本实用新型的缓冲吸收电路相比需要无感电阻器的RC缓冲吸收电路和RCD缓冲吸收电路而言，成本大大降低；

5、本实用新型的缓冲吸收电路提高了关断时的相应时间，在关断时的吸收特性与图1相似，在开通时又与图3的性能相似。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本实用新型的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了常用的只并联无感电容C1的缓冲吸收电路方案；

图2示出了常用的RC缓冲吸收电路方案；

图3示出了常用的RCD缓冲吸收电路方案；

图4示出了本实用新型实施例1的RCC缓冲吸收电路方案；

图5示出了本实用新型实施例2的RCC缓冲吸收电路方案；

图6示出了本实用新型实施例3的RCC缓冲吸收电路方案；

图7示出了本实用新型实施例4的RCC缓冲吸收电路方案。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

实施例1

实施例1的RCC缓冲吸收电路，如图4所示，由两个电容C1、C2和一个电阻器R1组成。

结构上先将两个电容C1、C2直接串联叠加，两电容中心轴在同一条直线上，电阻器R1并联在电容C2上，再从两电容的两端取出连接铜排。其中，电容C1、C2为无感电容，电阻器R1为普通电阻器，对有感无感没有要求。

当IGBT等开关T1关断时，由于主回路线路电感的原因，回路电流经由RCC缓冲吸收电路继续流通，此时电容C2、C1上的电压越来越高，回路电流越来越小，当回路电流为零时，开关T1两端电压升到最高电压，电容C1、C2两端均有一定的电压。由于电容C2两端并联了电阻器R1，电容C2两端电压会迅速降到零伏，消耗电容C2上储存的能量，但电容C1上的电压及能量并没有消耗。在IGBT等开关T1开通时，电容C1、电阻器R1、开关T1组成一个环形网络，将储存在电容C1上的电压及能量通过电阻器R1限流，慢慢泄放。泄放的时间越长，开关T1上额外增加的短时电流量就越小。具体泄放时间的长短需要由实际应用来决定，若电容C1电压及能量没有泄放完毕，开关T1就关断的话，主回路电流将不被很好的吸收，因为电容C1上已经有了一部分电荷。

在直流固态断路器上，一旦故障保护致使开关T1关断，恢复开通间隔时间最少在20毫秒以上，所以在RCC缓冲吸收电路中电阻器R1可以取较大的阻值，慢慢泄放电容C1、C2上的值，以此减小IGBT等开关器件的额外电流应力。

实施例1的RCC缓冲吸收电路具有如下优势：

1、实现IGBT等开关器件关断时真正只需无感电容缓冲；

2、实现IGBT等开关器件开通时电容上电荷缓慢泄放，且泄放时间可根据实际工况调整。

3、既有在关断时的纯电容吸收优势，又有在开通时的限流作用，且对限流电阻器是否有感无感没有要求；

4、由于限流电阻器并无感抗要求，本实施例的RCC缓冲吸收电路相比需要无感电阻器的RC缓冲吸收电路和RCD缓冲吸收电路而言，成本大大降低；

5、提高了关断时的相应时间，在关断时的吸收特性与图1相似，在开通时又与图3的性能相似。

实施例2

可在实施例1的基础上进行等同变换从而得到实施例2，如图5所示，实施例2 的RCC缓冲吸收电路由三个电容C1、C2、C3和一个电阻器R1组成。电容C1、C2、 C3相互并联，电阻器R1并联在电容C2上。其中，电容C1、C2、C3为无感电容，电阻器R1为普通电阻器。

实施例2中RCC缓冲吸收电路的电荷变化工作过程与实施例1类似，此处不作赘述。

实施例3

可在实施例1的基础上进行等同变换从而得到实施例3，如图6所示，实施例3 的RCC缓冲吸收电路由三个电容C1、C2、C3和一个电阻器R1组成。电容C1、C2、 C3相互并联，电阻器R1并联在电容C2、C3串联所形成的支路两端。其中，电容C1、 C2、C3为无感电容，电阻器R1为普通电阻器。

实施例3中RCC缓冲吸收电路的电荷变化工作过程与实施例1类似，此处不作赘述。

实施例4

可在实施例1的基础上进行等同变换从而得到次优的实施例4，如图7所示，实施例4的RCC缓冲吸收电路由三个电容C1、C2、C3和两个电阻器R1、R2组成。电容C1、C2、C3相互并联，电阻器R1并联在电容C2、C3串联所形成的支路两端，电阻器R2并联在电容C1上。其中，电容C1、C2、C3为无感电容，电阻器R1、R2 为普通电阻器。

实施例4中，需控制电阻器R1、R2的阻值，使在电阻器R1将电容C2、C3上储存的能量消耗完毕且在开关T1开通之前，电阻器R2尚未将电容C1上储存的能量消耗完毕。在开关T1开通时，由电容C1、电阻器R1、开关T1组成一个环形网络，由电容C1、电阻器R2组成另一个环形网络，将储存在电容C1上的电压及能量通过电阻器R1、R2泄放。

最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种新型的缓冲吸收电路，其特征在于，包括：

至少两个相互串联的器件A，所述器件A无感抗且只具备容抗；

具有电阻的器件B，所述器件B并联在由部分所述器件A形成的支路的两端。

2.根据权利要求1所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述器件A具体是无感电容。

3.根据权利要求1所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述器件B具体是电阻器。

4.根据权利要求3所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述器件B并非无感电阻器。

5.根据权利要求1所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述支路外的器件A上没有并联含电阻的器件。

6.根据权利要求1所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述支路中器件A的数量为一个或多个。

7.根据权利要求1所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述缓冲吸收电路具体是直流固态断路器上的缓冲吸收电路。

8.根据权利要求7所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述器件B与器件A之间、各个器件A之间均采用铜排连接。

9.根据权利要求1或7所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述缓冲吸收电路并联于外部开关器件的两端，所述器件B的电阻能够在所述开关器件从开通到关断这段时间中，使所述支路外的器件A的电荷完全泄放。

10.根据权利要求9所述的缓冲吸收电路，其特征在于：所述器件B的电阻能够在所述开关器件关断之前，使所述支路中的器件A的电荷完全泄放。

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