CN217010697U - 一种基于直流母线电容的保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于直流母线电容的保护电路，直流母线电容通过电源滤波器与直流电源连接，其中，在电源滤波器与直流母线电容的正极或负极之间连接用于切断震荡回路的二极管；本实用新型切断了直流母线电容与电源滤波器之间产生的震荡回路，最终可靠避免了谐振问题的发生。

Description

一种基于直流母线电容的保护电路

技术领域

本实用新型属于车载压缩机控制领域，具体涉及一种基于直流母线电容的保护电路。

背景技术

在车载压缩机控制领域中，正常情况下，高压侧由车载电池提供电源，输入电压通常为DC350V，使得车载控制器控制系统可以稳定工作。请参见图1所示，但有时高压侧输入电压a(即为直流母线电压)会叠加交流量形成高压侧输入电压a’，产生的主要原因是由于车辆上的其他负载会扰动电池的输出电压。

为了解决以上技术问题，已有技术提出采用容量很小的母线电容，使得控制电路的谐振频率点远离标准要求的频率，标准要求频率范围为：100～100KHz；而且由于该电容为高压陶瓷电容，高频性能良好，耐纹波能力强，在该场合使用不易损坏。然而，本申请人发现该方案采用的电容小，导致母线电压纹波大，进而导致压缩机的输出能力受限，使得压缩机的带载能力不容易做高，适用范围受到较大制约，无法满足实际应用需要。

因此，基于本申请发明人在控制领域的多年专注研发经验，希望寻求创新方案来解决以上技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种基于直流母线电容的保护电路，切断了直流母线电容与电源滤波器之间产生的震荡回路，最终可靠避免了谐振问题的发生。

在车载控制器的控制电路中，EMI滤波器主要为感性元件，其与直流母线电容组成的电路，会形成控制电路的固有震荡频率(即产生震荡回路)。当输入电压叠加交流信号后与控制电路的固有震荡频率接近时，会导致控制电路与输入信号之间产生谐振；该谐振会导致震荡信号的震荡幅值逐渐增大，这会对控制电路产生严重的破坏作用，尤其是会导致电路中的直流母线电容在很短的时间内发热损坏。

为此，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于直流母线电容的保护电路，所述直流母线电容通过电源滤波器与直流电源连接，其中，在所述电源滤波器与所述直流母线电容的正极或负极之间连接用于切断所述震荡回路的二极管，避免产生谐振问题。

优选地，所述二极管的正极连接所述电源滤波器，所述二极管的负极连接所述直流母线电容的正极；或所述二极管的负极连接所述电源滤波器，所述二极管的正极连接所述直流母线电容的负极。

优选地，在所述二极管的正负两极之间反向并联由MCU驱动的开关管。

优选地，所述二极管与所述开关管集成封装为一体。

优选地，所述开关管采用IGBT、MOS管和NPN三极管中的任意一种。

优选地，所述开关管采用IGBT；其中，所述IGBT的栅极接入MCU的驱动信号，其集电极与所述二极管的负极连接，其发射极与所述二极管的正极连接。

优选地，所述MCU通过开关管驱动电路与所述开关管连接。

优选地，所述直流母线电容的正负极之间连接用于驱动电机的IPM模块，同时所述MCU向所述IPM模块发送驱动信号。

优选地，所述MCU通过电压采样电路与直流母线连接，用于实时检测直流母线电容的电压。

优选地，所述电源滤波器采用EMI电源滤波器，所述EMI电源滤波器包括共模电感和差模电感。

本申请通过在电源滤波器与直流母线电容的正极或负极之间连接二极管，增加二极管后可以确保直流母线电容存储的电场能量不能再释放给电源滤波器中的电感元件，进而切断了直流母线电容与电源滤波器之间产生的震荡回路，最终可靠避免了谐振问题的发生。

由于考虑到电机是感性负载，有时会产生能量反馈，当能量冲到母线上会使母线电压升高烧毁直流母线电容或电机驱动模块中的母线器件，因此，本申请同时在二极管的正负两极之间反向并联由MCU驱动的开关管，在应用时，当发现直流母线电容的电压超出预设阈值时，打开开关管，将直流母线电容中存储的电场能量释放到直流电源，由此可以有效保护与母线连接的各类器件，通过简单可靠且成本低廉的方案确保了本申请电路的使用寿命以及可靠性。

附图说明

图1是本申请背景技术中输入电压a，以及输入电压a叠加交流信号后变成输入电压a’的信号图；

图2是本申请实施例1中的电路结构示意图；

图3是本申请实施例2中的电路结构示意图。

图4是本申请实施例3所采用电路保护方法的控制时序图；

图5是本申请实施例3中车载控制器控制系统的结构示意图(基于实施例1中的电路结构)。

具体实施方式

本实用新型实施例公开了一种基于直流母线电容的保护电路，直流母线电容通过电源滤波器与直流电源连接，其中，在电源滤波器与直流母线电容的正极或负极之间连接用于切断震荡回路的二极管，避免产生谐振问题。

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

实施例1：请参见图2所示，本实施例提出了一种基于直流母线电容的保护电路，直流母线电容11通过电源滤波器12与直流电源13连接，为了避免直流母线电容11与电源滤波器12之间产生震荡回路，在电源滤波器12与直流母线电容11的正极或负极之间连接用于切断震荡回路的二极管14，避免产生谐振问题；优选地，在本实施方式中，二极管14的负极连接电源滤波器12，二极管14的正极连接直流母线电容11的负极。

进一步优选地，在本实施方式中，在二极管14的正负两极之间反向并联由MCU1(英文Microcontroller Unit的缩写)驱动的开关管；具体优选地，为了便于安装布局，在本实施方式中，二极管14与开关管集成封装为一体；

优选地，在本实施方式中，电源滤波器12采用EMI(英文Electric MagneticInterference的缩写)电源滤波器，可以采用任意公知的电源滤波器，具体优选地，在本实施方式中，EMI电源滤波器包括共模电感和差模电感；

优选地，在本实施方式中，开关管采用IGBT15(英文Insulated Gate BipolarTransistor的缩写)、MOS(MOSFET的缩写)管和NPN三极管中的任意一种；具体优选地，在本实施方式中，开关管采用IGBT15，IGBT15与二极管14集成封装为一体；其中，IGBT15的栅极接入MCU1的驱动信号，其集电极与二极管14的负极连接，其发射极与二极管14的正极连接；MCU1通过IGBT驱动电路2a(可采用任意公知结构)与IGBT15连接；MCU1通过电压采样电路2b与直流母线连接，可结合参见图5所示的+HV_Detect信号输入，用于实时检测直流母线电容11的电压；

优选地，在本实施方式中，直流母线电容11的正负极之间连接用于驱动电机3的IPM(英文Intelligent Power Module的缩写)模块4，同时MCU1向IPM模块4发送驱动信号，其中，IPM模块4作为电机3的驱动模块，属于与母线连接的母线器件。

实施例2：本实施例2的其余技术方案同实施例1，区别在于，请参见图3所示，在本实施例2中，二极管14的正极连接电源滤波器12，二极管14的负极连接直流母线电容11的正极；IGBT15的栅极接入MCU1的驱动信号，其集电极与二极管14的负极连接，其发射极与二极管14的正极连接。

实施例3：请进一步参见图4并结合图5所示，本实施例3针对实施例1或实施例2中的基于直流母线电容11的保护电路进一步提出了一种电路保护方法，电路保护方法包括：在电机3不工作时，IGBT15处于关闭状态；在电机3工作时，当直流母线电容11的电压未超出预设阈值时，IGBT15处于关闭状态；当发现直流母线电容11的电压超出预设阈值时，MCU1通过IGBT驱动电路2a打开IGBT15，将直流母线电容11中存储的电场能量释放到直流电源13；为了及时保护IPM模块4，优选地，在打开IGBT15的同时，关闭IPM模块4；

优选地，为了利于电机3的正常运行，在本实施方式中，打开IGBT15的间隔时间后，确保直流母线电容11的电压未超出预设阈值，关闭IGBT15；MCU1根据电机3运行需求选择向IPM模块4发送驱动信号；其中优选地，为了实现对与母线连接的各母线器件的有效保护，在本实施方式中，预设阈值大于直流电源13的额定电压，且小于直流母线电容11以及IPM模块4的耐压值；进一步优选地，MCU1通过电压采样电路2b与直流母线连接，用于实时检测直流母线电容11的电压，并将直流母线电容11的电压与预设阈值进行对比判断，基于该对比判断结果向IGBT15选择性发送IGBT驱动信号；

本申请在具体实施时，可以在确保直流母线电容11的电压未超出预设阈值的基础上，来选择合适的间隔时间，本实施例对此不做唯一限制；具体优选地，在本实施方式中，间隔时间为0.00001-2.5秒，更优选为0.0001-1秒，进一步优选为0.0001-0.5秒，进一步更优选为0.0001-0.3秒，这更加利于保护过程的精准度。

本实施例通过在电源滤波器12与直流母线电容11之间设置二极管14，同时在在二极管14的正负两极之间反向并联由MCU1驱动的IGBT15，在确保对直流母线电容11在电路中实现有效保护效果的同时，直流母线电容11的容量无需受到特别限制，可以根据实际应用需求来进行具体选择，适用范围广；优选地，在本实施方式中，直流母线电容11的容量为2-100uF，更优选为2-50uF。

请进一步参见图5所示，本实施例还提出了一种车载控制器控制系统10，包括基于直流母线电容11的电路，电路包括接入IPM模块4的直流母线电容11，MCU1通过IPM模块4与电机3(属于车载压缩机电机)驱动连接，直流母线电容11通过EMI电源滤波器12与直流电源13连接；电路采用如本实施例1或2所采用的电路，且采用如本实施例3以上所述的电路保护方法；

优选地，在本实施方式中，车载控制器控制系统10包括分别于与IPM模块4电连接的高压侧电源HVDC Power和低压侧电源LVDC Power，高压侧电源HVDC Power采用如实施例1或2所述的直流电源13，EMI电源滤波器12作为高压侧电源滤波器，低压侧电源LVDC Power也采用直流类型电源；其中，高压侧电源HVDC Power的电压不低于100V，低压侧电源LVDCPower的电压不高于50V；

其中，可进一步参见图5所示，具体优选地，在本实施方式中，高压侧电源HVDCPower的电压+HV为350V，接入IPM模块4；同时低压侧电源LVDC Power通过低压侧EMI电源滤波器21与SMPS(英文Switching Mode Power Supply的缩写)，通过SMPS向IPM模块4输出+15V低压电源；MCU1通过IGBT驱动电路2a向IGBT15输入IGBT-contorl信号；MCU1向IPM模块4发送的驱动信号具体包括：6PWMs，即为6管PWM驱动信号；IPM模块4向电机3输出U、V、W相电压驱动信号。

为了进一步说明本申请的技术方案，由于高压侧电源HVDC Power的电压+HV为350V，本实施例具体选用了以下器件型号以及相关参数：

直流母线电容11：厂家为muRata；型号为FHA50Y206KS，容量为20uF，耐压值为630V；

EMI电源滤波器12：包括共模电感CMC和差模电感DMI，其中，共模电感CMC的电感量为1270uH，额定电流为25A；差模电感DMI的电感量为3.3uH，额定电流为26A；

二极管14、IGBT15的集成封装件：厂家为ROHM，型号为RGS00TS65E，额定电流为50A，耐压值为：650V；

IPM模块4的耐压值为：650V；预设阈值＝550V；间隔时间＝1s，即为1秒。

需要说明的是，本申请说明书图4中公开的其他结构方案属于在车载压缩机控制领域中的公知结构方案，且不作为本申请的创新内容，因此，不一一展开说明。

在其他实施方式中，当高压侧电源HVDC Power的电压+HV为750V时，可以将预设阈值设定在900V，同时配备两个串联的直流母线电容单元，单个母线电容单元的耐压值630V，因此是的直流母线电容单元的耐压值达到1260V；并选用耐压值为1200V的IPM模块；这些都是本领域技术人员基于本申请记载内容可做出的常规技术选择，这些不作为本申请的特别限定内容。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种基于直流母线电容的保护电路，所述直流母线电容通过电源滤波器与直流电源连接，其特征在于，在所述电源滤波器与所述直流母线电容的正极或负极之间连接用于切断震荡回路的二极管，避免产生谐振问题。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述二极管的正极连接所述电源滤波器，所述二极管的负极连接所述直流母线电容的正极；或所述二极管的负极连接所述电源滤波器，所述二极管的正极连接所述直流母线电容的负极。

3.根据权利要求1或2所述的保护电路，其特征在于，在所述二极管的正负两极之间反向并联由MCU驱动的开关管。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述二极管与所述开关管集成封装为一体。

5.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述开关管采用IGBT、MOS管和NPN三极管中的任意一种。

6.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述开关管采用IGBT；其中，所述IGBT的栅极接入MCU的驱动信号，其集电极与所述二极管的负极连接，其发射极与所述二极管的正极连接。

7.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述MCU通过开关管驱动电路与所述开关管连接。

8.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述直流母线电容的正负极之间连接用于驱动电机的IPM模块，同时所述MCU向所述IPM模块发送驱动信号。

9.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述MCU通过电压采样电路与直流母线连接，用于实时检测直流母线电容的电压。

10.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述电源滤波器采用EMI电源滤波器，所述EMI电源滤波器包括共模电感和差模电感。

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