CN217545871U - 预充电电路 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种预充电电路，包括预充电回路及主充电回路，其中，预充电回路用于根据预充电控制信号闭合，以为直流母线电容预充电，并在直流母线电容的电压达到第一预设电压时断开；主充电回路与预充电回路并联，用于在预充电回路断开后根据充电控制信号闭合，以将直流母线电容的电压充电至第二预设电压。上述预充电电路中，预充电回路采用了晶闸管替代传统的电磁式继电器作为预充电开关器件，大大降低了驱动和维持预充电回路开关器件的功率消耗，进而提高了整体预充电电路的效率，且晶闸管的驱动控制方式简单，控制电路生产制造成本低廉，有助于降低整体预充电电路的成本。

Description

预充电电路

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种预充电电路。

背景技术

电力电子变流器为电压源型变流器，通常采用大容量的直流母线电容维持直流侧电压的稳定。为了减小直流母线电容的上电冲击电流，目前主要处理方式是采用预充电电路，待母线电容电压上升到接近正常工作幅值后，再闭合主继电器，从而大大降低主回路导通时的瞬时冲击电流，提高了元器件的使用寿命和电路的安全性。

传统的预充电电路采用电磁式继电器串联限流电阻的方式，该预充电电路中继电器体积较大，控制驱动较为复杂，控制功率大，对控制电源容量要求高，使变流器整机效率降低，控制电源成本增加。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种预充电电路，以解决传统预充电电路效率低和成本高的问题。

本申请提供了一种预充电电路，用于为直流母线电容预充电，包括预充电回路及主充电回路，其中，所述预充电回路用于根据预充电控制信号闭合，以为所述直流母线电容预充电，并在所述直流母线电容的电压达到第一预设电压时断开；所述主充电回路与所述预充电回路并联，用于在所述预充电回路断开后根据充电控制信号闭合，以将所述直流母线电容的电压充电至第二预设电压，所述第二预设电压高于所述第一预设电压。

于上述实施例所述的预充电电路中，预充电回路采用了晶闸管替代传统的电磁式继电器作为预充电开关器件，一方面晶闸管驱动功率低，且具有开通后自保持特性，不需要持续的驱动功率，另一方面随着母线电容电压的上升，预充电电流减小到低于晶闸管的保持电流后晶闸管会自动关断，从而大大降低了驱动和维持预充电回路开关器件的功率消耗，进而提高了整体预充电电路的效率，且晶闸管的驱动控制方式简单，控制电路生产制造成本低廉，有助于降低整体预充电电路的成本。

在其中一个实施例中，所述预充电回路包括可控开关单元及第一电阻；

其中，所述可控开关单元被配置为：输入端与电源正极连接，输出端通过所述第一电阻与所述直流母线电容的正极连接。

在其中一个实施例中，所述可控开关单元包括晶闸管。

在其中一个实施例中，所述预充电回路还包括第一驱动单元，所述第一驱动单元与所述可控开关单元及所述第一电阻均连接，用于根据所述预充电控制信号动作，以控制所述可控开关单元导通。

在其中一个实施例中，所述第一驱动单元包括第一驱动芯片、可控开关管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第六电阻；

其中，所述第一驱动芯片被配置为：第一输入端通过所述第二电阻与电源连接，第二输入端通过第三电阻与第一输入端连接，第二输入端还与可控开关管连接，第一输出端通过第五电阻与电源正极连接，第二输出端与所述可控开关单元的控制端连接，第二输出端还通过第六电阻与所述第一电阻连接；

所述可控开关管被配置为：控制端与第四电阻连接，输入端与所述第一驱动芯片的第二输入端连接，输出端接地。

在其中一个实施例中，所述第一驱动芯片包括光耦隔离芯片。

在其中一个实施例中，所述主充电回路包括主继电器及第二驱动单元，其中，所述主继电器被配置为：第一触头与电源正极连接，第二触头与所述直流母线电容的正极连接；所述第二驱动单元与所述主继电器的线圈并联，用于根据所述充电控制信号动作，以控制所述主继电器闭合。

在其中一个实施例中，所述充电控制信号包括第一充电控制信号及第二充电控制信号，所述第二驱动单元包括第二驱动芯片；

其中，所述第二驱动芯片被配置为：通过向第一输入端输入所述第一充电控制信号及向第二输入端输入所述第二充电控制信号，使第一输出端输出第一预设电平信号，使第二输出端输出第二预设电平信号，以控制所述主继电器动作。

在其中一个实施例中，所述主继电器包括磁保持继电器。

于上述实施例所述的预充电电路中，主继电器采用磁保持式继电器替代传统的电磁式继电器，能够使主继电器上电吸合后自动保持，不需要维持功率，从而降低预充电电路的功率消耗，提升效率。

在其中一个实施例中，所述预充电电路还包括控制单元，所述控制单元与所述第四电阻、所述第二驱动芯片的第一输入端及所述第二驱动芯片的第二输入端均连接；

其中，所述控制单元被配置为：根据充电触发信号生成所述预充电控制信号，以控制所述可控开关管动作，进而控制所述第一驱动芯片动作，使所述可控开关单元导通；及/或

在所述可控开关单元关断时生成所述第一充电控制信号及所述第二充电控制信号，控制所述第二驱动单元生成预设电平信号，以控制所述主继电器动作。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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。

图1为本申请提供的一实施例中的预充电电路的结构原理图；

图2为本申请提供的一实施例中的预充电电路的电路原理图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本申请的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。

可以理解，以下实施例中的“连接”，如果被连接的电路、模块、单元等相互之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

随着电力电子技术的迅速发展和电力电子变流器的广泛应用，给电力的发输配用领域带来了革命性的变化。电力电子变流器通常为电压源型变流器，实际工作中需要采用大容量的直流母线电容维持直流侧电压的稳定。

在电压源型变流器中，直流母线电容容量较大，变流器上电时，若直接闭合主继电器，在闭合瞬间由于电容电压不能突变，母线电容相当于短路，此时输入回路会有极大的冲击电流，极易损坏电路元器件。为了有效减小上电冲击电流，目前主要处理方式是采用预充电电路，即先对直流母线电容进行预充电，待母线电容电压上升到接近正常工作幅值后，再闭合主继电器，从而大大降低主回路导通时的瞬时冲击电流，提高了元器件的使用寿命和电路的安全性。

传统的预充电电路通常采用电磁式继电器串联限流电阻组成预充电回路，再和主回路的电磁式继电器并联构成预充电电路。该预充电电路中继电器体积较大，控制驱动较为复杂，控制所需功率高，对控制电源容量需求大，一方面造成了变流器整机效率降低，控制电源成本增加；另一方面主继电器驱动电路长期处于通电工作状态也造成发热增加，功耗增加。

基于此，有必要提供一种预充电电路，以解决传统预充电电路效率低和成本高的问题。

在本申请的一个实施例中，如图1所示，提供了一种预充电电路，用于为直流母线电容预充电，包括预充电回路100及主充电回路200，其中，所述预充电回路100用于根据预充电控制信号闭合，以为所述直流母线电容预充电，并在所述直流母线电容的电压达到第一预设电压时断开；所述主充电回路200与所述预充电回路100并联，用于在所述预充电回路100断开后根据充电控制信号闭合，以将所述直流母线电容的电压充电至第二预设电压，所述第二预设电压高于所述第一预设电压。

于上述实施例所述的预充电电路中，预充电回路100采用了晶闸管替代传统的电磁式继电器作为预充电开关器件，一方面晶闸管驱动功率低，且具有开通后自保持特性，不需要持续的驱动功率，另一方面随着母线电容电压的上升，预充电电流减小到低于晶闸管的保持电流后晶闸管会自动关断，从而大大降低了驱动和维持预充电回路开关器件的功率消耗，进而提高了整体预充电电路的效率，且晶闸管的驱动控制方式简单，控制电路生产制造成本低廉，有助于降低整体预充电电路的成本。

作为示例，请参考图2，预充电回路100包括可控开关单元T₁及第一电阻R₁；

其中，所述可控开关单元T₁被配置为：输入端与电源正极连接，输出端通过第一电阻R₁与直流母线电容C_e的正极连接。

具体地，可控开关单元T₁包括晶闸管，晶闸管是典型的半控性开关器件，当给晶闸管提供了驱动导通信号后，当电路中电流达到一定的阈值，晶闸管自动关断，不需要维持驱动功率，在本实施例中，可控开关单元T₁可以采用型号为BT134-800E的晶闸管，其门极触发电压约为0.7V，当为其提供了门极触发电压使其导通后，预充电回路100导通，为直流母线电容C_e充电，随着充电电流逐渐减小，直至达到最小的维持电流时，可控开关单元T₁自动关断，从而预充电电路完成预充电动作，整个过程中提供的驱动功率只有上电时候的瞬时功率，没有维持功率，从而大大减小了驱动电路的功率消耗。

进一步地，第一电阻R₁为限流电阻，在预充电回路上电过程中控制充电电流，以防止冲击电流损坏元器件，在本实施例中，第一电阻R₁可以选用阻值为6 Ω、额定功率为1W的水泥电阻。

作为示例，请继续参考图2，预充电回路100还包括第一驱动单元，第一驱动单元D1与可控开关单元T₁及第一电阻R₁均连接，用于根据所述预充电控制信号动作，以控制可控开关单元T₁导通。

具体地，第一驱动单元包括第一驱动芯片D₁、可控开关管Q₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第四电阻R₄、第五电阻R₅及第六电阻R₆；其中，所述第一驱动芯片D₁被配置为：第一输入端通过第二电阻R₂与电源VCC连接，第二输入端通过第三电阻R₃与第一输入端连接，第二输入端还与可控开关管Q₁连接，第一输出端通过第五电阻R₅与电源正极连接，第二输出端与可控开关单元T₁的控制端连接，第二输出端还通过第六电阻R₆与第一电阻R₁连接；所述可控开关管Q₁被配置为：控制端与第四电阻R₄连接，输入端与第一驱动芯片D₁的第二输入端连接，输出端接地。

进一步地，可控开关管Q₁可以选用NPN型晶体管作为开关器件，比如可以选用型号为S9013的晶体管，其基极与发射极电压差的最大值为5V，集电极电流的最大值为500mA，通过在基极通过引入预充电控制信号，控制可控开关管Q₁的导通，电源VCC通过第二电阻R₂限流，与第一驱动芯片D₁的输入端和可控开关管Q₁形成通电回路，从而为第一驱动芯片D₁提供原边发射功率，使第一驱动芯片D₁副边驱动导通，通过第五电阻R₅及第六电阻R₆的串联分压，为可控开关单元T₁提供导通触发电压，使可控开关单元T₁导通，预充电回路上电。

进一步地，第一驱动芯片D₁包括光耦隔离芯片，比如可以选用型号为MOC3021的光耦隔离芯片，其输入端正向电压典型值为1.15V。

作为示例，请继续参考图2，主充电回路200包括主继电器Relay及第二驱动单元，其中，主继电器Relay被配置为：第一触头与电源正极连接，第二触头与直流母线电容C_e的正极连接；第二驱动单元与主继电器Relay的线圈并联，用于根据所述充电控制信号动作，以控制主继电器Relay闭合。

具体地，主继电器Relay包括磁保持继电器，主继电器Relay采用磁保持继电器替代传统的电磁式继电器，能够使主继电器Relay上电吸合后自动保持，不需要维持功率，从而降低预充电电路的功率消耗，提升效率，比如主继电器 Relay可以选用型号型号为HFE10-L的磁保持继电器，其工作仅需要提供瞬时的驱动电流，在动作后不需要维持功率，继电器动作的感应线圈电压为15V，动触头端闭合后允许流过的最大持续功率电流为40A。

进一步地，所述充电控制信号包括第一充电控制信号sig1及第二充电控制信号sig2，第二驱动单元包括第二驱动芯片D₂；其中，第二驱动芯片D₂被配置为：通过向第一输入端输入所述第一充电控制信号sig1及向第二输入端输入所述第二充电控制信号sig2，使第一输出端输出第一预设电平信号，使第二输出端输出第二预设电平信号，以控制所述主继电器Relay动作。

具体地，第二驱动芯片D₂可以采用BL8023，其供电电压最小值为5V，最大值为40V，当输入端A为高电平、输入端B为低电平时，输出端OA为高电平、输出端OB为低电平，此时主继电器Relay动作闭合；当输入端A为2电平、输入端B为高电平时，输出端OA为低电平、输出端OB为高电平，此时主继电器 Relay动作跳开；当输入端A和输入端B均为高电平，输出端OA和输出端OB均为高电平，此时主继电器Relay保持之前的状态；当输入端A和输入端B均为低电平时，输出端OA和输出端OB均为低电平，此时主继电器Relay保持之前的状态。

作为示例，所述预充电电路还包括控制单元，所述控制单元与第四电阻R₄、第二驱动芯片D₂的第一输入端及第二驱动芯片D₂的第二输入端均连接；所述控制单元被配置为：根据充电触发信号生成所述预充电控制信号，以控制所述可控开关管Q₁动作，进而控制所述第一驱动芯片D₁动作，使所述可控开关单元T₁导通；及/或在所述可控开关单元T₁关断时生成所述第一充电控制信号及所述第二充电控制信号，控制所述第二驱动单元D₂生成预设电平信号，以控制所述主继电器Relay动作。

综上所述，上述实施例所述的预充电电路工作过程如下：控制器上电，控制器给可控开关管Q₁发送短时的预充电控制信号使其导通，第一驱动芯片D₁开始工作，为可控开关单元T₁提供导通触发信号sig3使其导通，电压幅值为24V 的直流电源通过可控开关单元T₁与第一电阻R₁给直流母线电容C_e充电，待直流母线电容C_e的电压上升到预设的23.3V时，流过可控开关单元T₁的电流小于最小维持电流，可控开关单元T₁自动关断。之后，控制器给第二驱动芯片D₂的输入端A短时的高电平Sig1以及给输入端B发送短时的低电平Sig2，使第二驱动芯片D₂的输出端OA输出高电平，使输出端OB输出低电平，使主继电器Relay动作闭合，直流母线电容C_e与直流电源短接，直流母线电容电压升为24V，此后在未接收新的跳开信号前，继电器动触头端始终保持闭合状态。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种预充电电路，其特征在于，用于为直流母线电容预充电，包括：

预充电回路，用于根据预充电控制信号闭合，以为所述直流母线电容预充电，并在所述直流母线电容的电压达到第一预设电压时断开；

主充电回路，与所述预充电回路并联，用于在所述预充电回路断开后根据充电控制信号闭合，以将所述直流母线电容的电压充电至第二预设电压，所述第二预设电压高于所述第一预设电压。

2.根据权利要求1所述的预充电电路，其特征在于，所述预充电回路包括可控开关单元及第一电阻；

所述可控开关单元被配置为：输入端与电源正极连接，输出端通过所述第一电阻与所述直流母线电容的正极连接。

3.根据权利要求2所述的预充电电路，其特征在于，所述可控开关单元包括晶闸管。

4.根据权利要求2所述的预充电电路，其特征在于，所述预充电回路还包括：

第一驱动单元，与所述可控开关单元及所述第一电阻均连接，用于根据所述预充电控制信号动作，以控制所述可控开关单元导通。

5.根据权利要求4所述的预充电电路，其特征在于，所述第一驱动单元包括第一驱动芯片、可控开关管、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻及第六电阻；

其中，所述第一驱动芯片被配置为：第一输入端通过所述第二电阻与电源连接，第二输入端通过第三电阻与第一输入端连接，第二输入端还与可控开关管连接，第一输出端通过第五电阻与电源正极连接，第二输出端与所述可控开关单元的控制端连接，第二输出端还通过第六电阻与所述第一电阻连接；

所述可控开关管被配置为：控制端与第四电阻连接，输入端与所述第一驱动芯片的第二输入端连接，输出端接地。

6.根据权利要求5所述的预充电电路，其特征在于，所述第一驱动芯片包括光耦隔离芯片。

7.根据权利要求6所述的预充电电路，其特征在于，所述主充电回路包括：

主继电器，被配置为：第一触头与电源正极连接，第二触头与所述直流母线电容的正极连接；

第二驱动单元，与所述主继电器的线圈并联，用于根据所述充电控制信号动作，以控制所述主继电器闭合。

8.根据权利要求7所述的预充电电路，其特征在于，所述充电控制信号包括第一充电控制信号及第二充电控制信号，所述第二驱动单元包括第二驱动芯片；

所述第二驱动芯片被配置为：通过向第一输入端输入所述第一充电控制信号及向第二输入端输入所述第二充电控制信号，使第一输出端输出第一预设电平信号，使第二输出端输出第二预设电平信号，以控制所述主继电器动作。

9.根据权利要求8所述的预充电电路，其特征在于，所述主继电器包括磁保持继电器。

10.根据权利要求9所述的预充电电路，其特征在于，还包括：

控制单元，与所述第四电阻、所述第二驱动芯片的第一输入端及所述第二驱动芯片的第二输入端均连接；

所述控制单元被配置为：根据充电触发信号生成所述预充电控制信号，以控制所述可控开关管动作，进而控制所述第一驱动芯片动作，使所述可控开关单元导通；及/或

在所述可控开关单元关断时生成所述第一充电控制信号及所述第二充电控制信号，控制所述第二驱动单元生成预设电平信号，以控制所述主继电器动作。

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