CN215871173U - 一种共高频母线变流器过压泄放装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种共高频母线变流器过压泄放装置，包括：二极管整流桥，二极管整流桥的输入端与高频母线电连接，二极管整桥的输出端并联连接充电电容和耗能子电路，所述耗能子电路设置有电子开关，所述电子开关和所述充电电容分别与控制器电连接。连接在高频母线上的功率模块启动初期，高频母线通过二极管整流桥为充电电容充电。控制器实时监测电容电压大小，当充电电容两端电压大于预设值时，控制器控制电子开关导通，耗能子电路投入使用进行耗能。由于控制器控制电子开关导通的频率与高频母线的高频方波频率保持一致，实现了耗能子电路的投入和切断频率高，能量损耗小的前提下，对高频方波携带的高次谐波进行耗能，提高了系统的安全性。

Description

一种共高频母线变流器过压泄放装置

技术领域

本实用新型涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种共高频母线变流器过压泄放装置。

背景技术

近年来，新能源得到了越来越广泛的应用，为了更好地接入各种形式的新能源和储能设备，基于电力电子变压器的多端口电能路由器得到越来越多的关注。在电能路由器内部，通过模块单元的串并联实现装置电压和功率等级的提升，通过高频变压器实现各个端口电气隔离。

为了更灵活地实现电气隔离和模块扩展，通过高频母线实现模块级联和扩展是目前应用较多的一种拓扑方案。构成上述共高频母线变换器的核心为有源桥和变压器或电感组成的基本模块单元，各个单元通过高频母线进行串联或并联。

交流母线和直流母线的主要区别在于交流母线上的电压为开关周期的高频方波，上下管死区和器件开关过程上升、下降时间等非理想因素会造成该高频方波电压脉冲含有大量的高次谐波。这些谐波作为激励源，会在系统工作过程产生振荡现象，并且降低系统的安全性。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种共高频母线变流器过压泄放装置，包括：二极管整流桥，所述二极管整流桥的输入端与高频母线电连接，所述二极管整桥的输出端并联连接充电电容和耗能子电路，所述耗能子电路设置有电子开关，所述电子开关和所述充电电容分别与控制器电连接。

采用上述实现方式，连接在高频母线上的功率模块启动初期，高频母线通过二极管整流桥为充电电容充电。控制器实时监测电容电压大小，当充电电容两端电压大于预设值时，控制器控制电子开关导通，耗能子电路投入使用进行耗能。由于控制器控制电子开关导通的频率与高频母线的高频方波频率保持一致，实现了耗能子电路的投入和切断频率高，能量损耗小的前提下，对高频方波携带的高次谐波进行耗能，提高了系统的安全性。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述二极管整桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管的负极和第二二极管的正极与高频母线的第一支路电连接，所述所述第三二极管的负极和第四二极管的正极与高频母线的第二支路电连接；所述第二二极管的负极和所述第四二极管的负极均与所述充电电容的第一端电连接，所述第一二极管的正极和第三二极管的正极均与所述充电电容的第二端电连接。第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管组成整流桥，保证了高频母线可以实时为电容充电。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述耗能子电路还包括耗能电阻，所述耗能电阻与所述电子开关串联连接。

结合第一方面第一方面第一或二种任一可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述电子开关包括MOS管和反向并联的稳流二极管，所述MOS管的漏极与所述充电电容的第一端电连接，所述MOS管的源极与所述耗能电阻的第一端电连接，所述耗能电阻的第二端与充电电容的第二端电连接。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述控制器设置有门级信号输出端，所述门级信号输出端分别与所述MOS管的栅极和源极电连接。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述控制器还设置有电压信号检测端，所述电压信号检测端分别与所述充电电容的两端电连接。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述门级信号输出端输出的门级信号频率与高频母线的电压信号频率同步。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种共高频母线变流器过压泄放方法，采用第一方面或第一方面任一可能实现方式所述的共高频母线变流器过压泄放装置，所述方法包括：共高频母线通过二极管整流桥不控整流对充电电容进行充电时，控制器对充电电容的两端电压进行实时监测；当所述充电电容的两端电压超过预设值时，控制器控制电子开关导通，耗能电阻投入使用；所述耗能电阻投入电路中消耗功率后，充电电容的两端电压低于预设值时，控制器控制电子开关关闭，切断耗能电阻，保持电压稳定。

结合第二方面，在第二方面第一种可能的实现方式中，所述电子开关包括MOS管，当所述充电电容的两端电压超过第一预设值时，控制器控制电子开关导通，包括：所述控制器向所述电子开关发送门级信号控制所述电子开关导通，所述门级门级信号为方波信号，所述方波信号的频率与高频母线的电压信号频率同步。

结合第二方面第一种可能的实现方式，在第二方面第二种可能的实现方式中，控制器的电压信号检测端根据所述充电电容两端电压值触发控制器的门级信号输出端，包括：当充电电容的两端电压值大于预设电压值时，触发所述门级信号输出端发出门级信号；或者，当充电电容的两端电压值小于预设电压值时，所述门级信号输出端停止发出门级信号。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种共高频母线变流器过压泄放装置的框架示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种共高频母线变流器过压泄放装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种共高频母线变流器过压泄放装置的充电回路示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种共高频母线变流器过压泄放装置的充电回路示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种共高频母线变流器过压泄放装置的耗能回路示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种共高频母线变流器过压泄放方法的流程示意图；

图1-6中，符号表示为：

C-充电电容，D1-第一二极管，D2-第二二极管，D3-第三二极管，D4-第四二极管，Q1-MOS管，R-耗能电阻。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本实用新型实施例提供的一种共高频母线变流器过压泄放装置示意图，参见图1，本实用新型实施例中的共高频母线变流器过压泄放装置包括：二极管整流桥，所述二极管整流桥的输入端与高频母线电连接，所述二极管整桥的输出端并联连接充电电容C和耗能子电路，所述耗能子电路设置有电子开关，所述电子开关和所述充电电容C分别与控制器电连接。

连接在高频母线上的功率模块启动初期，高频母线通过二极管整流桥为充电电容C充电。控制器实时监测电容电压大小，当充电电容C两端电压大于预设值时，控制器控制电子开关导通，耗能子电路投入使用进行耗能。由于控制器控制电子开关导通的频率与高频母线的高频方波频率保持一致，实现了耗能子电路的投入和切断频率高，能量损耗小的前提下，对高频方波携带的高次谐波进行耗能，提高了系统的安全性。

参见图2，所述二极管整桥包括第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4，所述第一二极管D1的负极和第二二极管D2的正极与高频母线的第一支路电连接，所述所述第三二极管D3的负极和第四二极管D4的正极与高频母线的第二支路电连接。所述第二二极管D2的负极和所述第四二极管D4的负极均与所述充电电容C的第一端电连接，所述第一二极管D1的正极和第三二极管D3的正极均与所述充电电容C的第二端电连接。

第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4组成整流桥，保证了高频母线可以实时为电容充电。由于高频母线上为交流电，当高频母线的交流电压为正时，高频母线的第一支路电流为正，高频母线的第二支路电流为负。如图3所示，电流流向为高频母线的第一支路的电流通过第二二极管D2为充电电容C充电，充电电容C电流经过第三二极管D3回流至高频母线的第二支路，形成电流回路。此时，第一二极管D1和第四二极管D4截止，而且耗能子电路未投入使用。

当高频母线的交流电压为负时，高频母线的第一支路电流为负，高频母线的第二支路电流为正。如图4所示，电流流向为高频母线的第二支路的电流通过第四二极管D4为充电电容C充电，充电电容C电流经过第一二极管D1回流至高频母线的第一支路，形成电流回路。此时，第二二极管D2和第三二极管D3截止，而且耗能子电路未投入使用。

进一步参见图2，所述耗能子电路还包括耗能电阻R，所述耗能电阻R与所述电子开关串联连接。所述电子开关包括MOS管Q1和反向并联的稳流二极管，所述MOS管Q1的漏极与所述充电电容C的第一端电连接，所述MOS管Q1的源极与所述耗能电阻R的第一端电连接，所述耗能电阻R的第二端与充电电容C的第二端电连接。

所述控制器设置有门级信号输出端，所述门级信号输出端分别与所述MOS管Q1的栅极和源极电连接。所述控制器还设置有电压信号检测端，所述电压信号检测端分别与所述充电电容C的两端电连接。

当控制器的电压信号检测端检测到充电电容C两端电压超过预设值时，控制器通过门级信号输出端向MOS管Q1的栅极和源极发出一个门级信号，MOS管Q1导通，参加图5，此时充电电容C、电子开关和耗能电阻R组成一个耗能电路，电流通过充电电容C的第一端进入到MOS管Q1的漏极，从MOS管Q1的源极流出进入到耗能电阻R进行耗能。为了实现最低耗能，本实施例中所述门级信号输出端输出的门级信号频率与高频母线的电压信号频率同步。当高频母线的电压信号的方波处于低电平时，门级信号也为低电平，此时MOS管Q1截止不会耗能。随着连接在高频母线的功率模块进入正常，高频母线电压中的高次谐波减少，充电电容C的两端电压低于预设值时，控制器不在向MOS管Q1发送门级信号，MOS管Q1截止，进而切断耗能电阻R不在耗能，保持电压稳定。

与上述实施例提供的一种共高频母线变流器过压泄放装置相对应，本实用新型还提供了一种共高频母线变流器过压泄放方法。参见图6，所述方法包括：

S101，共高频母线通过二极管整流桥不控整流对充电电容进行充电时，控制器对充电电容的两端电压进行实时监测。

S102，当所述充电电容的两端电压超过预设值时，控制器控制电子开关导通，耗能电阻投入使用。

S103，所述耗能电阻投入电路中消耗功率后，充电电容的两端电压低于预设值时，控制器控制电子开关关闭，切断耗能电阻，保持电压稳定。

本实施例中，所述电子开关包括MOS管，当所述充电电容的两端电压超过第一预设值时，控制器控制电子开关导通，包括：所述控制器向所述电子开关发送门级信号控制所述MOS管导通，所述门级门级信号为方波信号，所述方波信号的频率与高频母线的电压信号频率同步。

控制器的电压信号检测端根据所述充电电容两端电压值触发控制器的门级信号输出端，包括：当充电电容的两端电压值大于预设电压值时，触发所述门级信号输出端发出门级信号。当充电电容的两端电压值小于预设电压值时，所述门级信号输出端停止发出门级信号。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，如来替代，本实用新型仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims (7)

1.一种共高频母线变流器过压泄放装置，其特征在于，包括：二极管整流桥，所述二极管整流桥的输入端与高频母线电连接，所述二极管整桥的输出端并联连接充电电容和耗能子电路，所述耗能子电路设置有电子开关，所述电子开关和所述充电电容分别与控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的共高频母线变流器过压泄放装置，其特征在于，所述二极管整桥包括第一二极管、第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第一二极管的负极和第二二极管的正极与高频母线的第一支路电连接，所述第三二极管的负极和第四二极管的正极与高频母线的第二支路电连接；所述第二二极管的负极和所述第四二极管的负极均与所述充电电容的第一端电连接，所述第一二极管的正极和第三二极管的正极均与所述充电电容的第二端电连接。

3.根据权利要求2所述的共高频母线变流器过压泄放装置，其特征在于，所述耗能子电路还包括耗能电阻，所述耗能电阻与所述电子开关串联连接。

4.根据权利要求3所述的共高频母线变流器过压泄放装置，其特征在于，所述电子开关包括MOS管和反向并联的稳流二极管，所述MOS管的漏极与所述充电电容的第一端电连接，所述MOS管的源极与所述耗能电阻的第一端电连接，所述耗能电阻的第二端与充电电容的第二端电连接。

5.根据权利要求4所述的共高频母线变流器过压泄放装置，其特征在于，所述控制器设置有门级信号输出端，所述门级信号输出端分别与所述MOS管的栅极和源极电连接。

6.根据权利要求5所述的共高频母线变流器过压泄放装置，其特征在于，所述控制器还设置有电压信号检测端，所述电压信号检测端分别与所述充电电容的两端电连接。

7.根据权利要求5所述的共高频母线变流器过压泄放装置，其特征在于，所述门级信号输出端输出的门级信号频率与高频母线的电压信号频率同步。

Images