電解電容充電電路的製作方法

2023-10-25 09:45:17 1

專利名稱：電解電容充電電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種電力電子變換器技術領域的裝置，具體是一種電解電容充電電路。
背景技術：
電力電子變換裝置可以用於開關電源、大功率電源等應用領域，其可靠運行在實際應用中非常重要，其中啟動過程對於裝置的安全運行與可靠性有很大影響。傳統的啟動方式，輸入電源通過整流橋後直接給輸出電容充電，充電迴路電阻很小，衝擊電流較大，這會引起不良的狀況網側衝擊電流過大，造成電網諧波電流汙染；大衝擊電流要求較高的輸出電容耐壓值，對其安全運行造成威脅等。考慮到衝擊電流的危害，需要採用限制充電時衝擊電流的方案。目前，常用的上電限流措施多採用在啟動階段增加限流電阻、提高迴路阻抗的方法。具體包括兩種方式(1)直流側或交流火線上串聯限流電阻，在上電時限流，但在上電結束後時利用繼電器自動切除；(2)串聯PTC熱敏電阻，利用其正溫度特性，在上電時限流，但在上電結束後利用繼電器自動切除；(3)串聯NTC熱敏電阻，利用其負溫度特性，在上電時限流，但在上電結束後時保留。前兩種方法的問題是在電阻切除時帶來了二次電流衝擊問題。後一種方法的問題是只適合負載功率小於200W的應用場合。為此,對於大功率應用場合，需要對現有的上電限流電路進行改進，徹底解決上電衝擊電流問題。經過對現有技術的檢索發現，張相軍等，「電機與控制學報」，2011年6月.提出了「一種啟動衝擊電流抑制電路」，即三級衝擊電流抑制電路，該電路可有效抑制啟動時的一次衝擊電流和二次衝擊電流，但是結構複雜，元器件數量多，控制不簡便。

實用新型內容本實用新型針對現有技術存在的上述不足，提出一種電解電容充電電路，具有電路結構簡單、控制簡便、啟動電流可控、啟動效果良好的優點。本實用新型是通過以下技術方案實現的，本實用新型包括充電電路與控制器，其中整流器的輸出端與充電電路的輸入端相連，充電電路中的兩個分壓電阻的公共端與控制器的輸入端相連，控制器的輸出端與充電電路的控制端相連；所述的整流器包括整流橋與輸入濾波電容，其中整流橋的輸入端分別與交流電源的火線與中線相連，輸入濾波電容跨接於整流橋的輸入端，整流橋的輸出直流正極與充電電路的輸入端正極相連構成整流器的正極輸出端子，整流橋的輸出直流負極與充電電路輸入端負極相連，構成整流器的負極輸出端子。所述的充電電路包括變壓器、繼電器、功率二極體、限流電阻、限流電容、儲能電容、第一分壓電阻與第二分壓電阻，其中整流器的輸出正極分別與變壓器原邊的輸入端、繼電器的輸入端相連，變壓器原邊的輸出端、繼電器的輸出端、儲能電容的正極、第一分壓電阻的一端相連，構成充電電路的輸出正極端子，儲能電容的負極、第二分壓電阻的一端、整流器的輸出負極端子相連，構成充電電路的輸出負極端子，變壓器副邊與限流電阻、限流電容並聯，繼電器的控制輸入端分別與功率二極體的陽極、控制器的輸出端相連，繼電器的控制輸出端分別與功率二極體的陰極、+12V電源相連，第一分壓電阻的另一端與第二分壓電阻的另一端相連，公共端與控制器的輸入端相連。或者，所述的充電電路包括變壓器、繼電器、功率二極體、限流電阻、限流電容、儲能電容、第一分壓電阻與第二分壓電阻，其中變壓器原邊的輸入端與網側交流電容的一端、繼電器輸入端和電源火線相連，變壓器原邊的輸出端與繼電器輸出端和整流橋的一個交流輸入端相連，整流橋的另一個交流輸入端與電源零線和網側交流電容的另一端相連，變壓器的副邊與限流電阻、限流電容並聯，繼電器的控制端與功率二極體並聯，功率二極體陰極端連接工作電源+12V，功率二極體陽極端連接控制器中電流型驅動器的輸出端，儲能電容、兩隻分壓電阻串聯後與整流橋輸出端並聯，兩隻分壓電阻串聯中點與控制器相連。所述的控制器包括微控制器與一個隔離驅動電路，其中微控制器的輸入端與充電電路的第一分壓電阻與第二分壓電阻的公共端相連，輸出端與第一隔離驅動電路相連，第一隔離驅動電路的輸出端與充電電路的第一逆導開關的控制端相連。本實用新型通過整流器、充電電路與控制器實現整流電路的電解電容軟充電功能。啟動階段，對初始電壓為零的儲能電容充電將產生衝擊電流。在充電時間內，繼電器關斷，與變壓器副邊繞組並聯的限流電阻，以及限流電容與變壓器漏感產生的阻抗以變壓器變比平方的關係傳遞到變壓器原邊，增大充電電路阻抗，減少電解電容充電電流。單相電源通過整流器、變壓器向儲能電容充電，當儲能電容電壓達到期望值時，電流趨於穩定，隨之，控制器控制繼電器導通，將變壓器短路，電路進入到穩定工作狀態。此電路使得充電電流得至IJ控制，實現了電解電容軟充電過程，具有結構簡單、附加成本低、容易實現等優點。

圖I為本實用新型實施例I的電路示意圖；圖2為本實用新型實施例2的電路示意圖。圖3為本實用新型實施例3的電路示意圖。
具體實施方式
下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例以本實用新型技術方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式與具體的操作過程，但本實用新型的保護範圍不限於下述的實施例。實施例I如圖I所示，本實施例包括整流器I、充電電路2與控制器3，其中整流器I的輸出端與充電電路2的輸入端相連，充電電路2的輸出端與控制器3相連，控制器3的輸出端與充電電路2的控制端相連。所述的整流器I包括整流橋BRl與輸入濾波電容Cl，其中整流橋BRl的兩個輸入端分別與單相交流電源的L端與N端相連，輸入濾波電容Cl跨接於整流橋BRl的輸入端，整流橋BRl的輸出端正極與充電電路2的輸入端正極相連，構成整流器I的輸出正極端子，整流橋BRl的輸出端負極與充電電路2的輸入端負極相連，構成整流器I的輸出負極端子。[0018]所述的整流橋BRl採用D25XB80，額定電流與額定電壓分別為25A/800V ;所述的輸入濾波電容Cl為交流電容，2. 0yF/275V。所述的充電電路2包括變壓器TR1、繼電器RY1、功率二極體D1、限流電阻R1、限流電容C2、儲能電容E1、第一分壓電阻R2與第二分壓電阻R3，其中整流器I的輸出正極分別與變壓器TRl原邊的輸入端、繼電器RYl的輸入端相連，變壓器TRl原邊的輸出端、繼電器RYl的輸出端、儲能電容El的正極、第一分壓電阻R2的一端相連,構成充電電路的輸出正極端子，儲能電容El的負極、第二分壓電阻R3的一端、整流器I的輸出負極端子相連，構成充電電路2的輸出負極端子，變壓器副邊TRl與限流電阻R1、限流電容C2並聯，繼電器RYl的控制輸入端分別與功率二極體Dl的陽極、控制器3的輸出端相連，繼電器RYl的控制輸出端分別與功率二極體Dl的陰極、+12V電源相連，第一分壓電阻R2的另一端與第二分壓電阻R3的另一端相連，公共端與控制器3的輸入端相連。所述的變壓器TRl為高頻平面變壓器；所述的繼電器RYl為AIKSARM2F-L(DC220V.AV380V);所述的功率二極體Dl為HER607 ;所述的限流電阻Rl為插件電阻；所述的限流電容為插件電容；所述的儲能電容El為兩隻680μΡ/400ν電解電容串聯；所述的第一分壓 電阻R2為插件電阻，R2阻值為220kQ/2W ;所述的第二分壓電阻R3為插件電阻，阻值為lkQ/O. 25ff0所述的控制器3包括隔離驅動電路DRl與微控制器DSP，其中隔離驅動電路為電流型驅動器，其輸入信號來自微控制器DSP的第一脈衝輸出端PWMl，其輸出信號輸出至充電電路2的繼電器RYl的控制輸入端；隔離驅動電路DRl的輸入端與微控制器DSP的第一脈衝輸出端PWMl相連，隔離驅動電路DRl的輸出端與充電電路2的繼電器RYl的控制輸入端相連；微控制器DSP的第一模數轉換端子ADCl與充電電路2的第一分壓電阻R2與第二分壓電阻R3的公共端相連。所述的第一隔離驅動電路DRl通過HCPL314邏輯晶片實現；所述的微控制器DSP通過TMS320F28335核心處理器實現。本實施例通過以下步驟進行工作啟動階段，繼電器始終保持關斷狀態。單相交流電源施加在整流器I中的整流橋BRl的兩個輸入端，整流器I的輸出端得到正弦半波直流電壓。此信號含有高頻分量，經過變壓器TRl會使的限流電容C2與變壓器漏感產生阻抗，與限流電阻Rl並聯後，以變壓器TRl變比平方的關係提高變壓器TRl原邊阻抗，使得充電電路阻抗增大，限制了充電電流。當儲能電容El的電壓達到期望值時，微控制器DSP通過電流型隔離驅動器DRl控制繼電器RYl開通，變壓器TRl被短路，充電電路電阻減小，電路進入到正常工作狀態。本實施例單相交流電源220V，空載直流輸出電壓400V，額定輸出功率5kW。整流橋BRl的額定電流與額定電壓為25A/800V，變壓器TRl為高頻平面變壓器，繼電器RYl為AIKS ARM2F-L(DC220V/AV380V)，輸入濾波電容Cl為交流電容2. O μ F/275V，功率二極體Dl為HER607，儲能電容El為680 μ F/400V電解電容，限流電阻Rl為插件電阻20 Ω/50W，限流電容C2為貼片電容2. 2yF/250V，第一分壓電阻R2為220k Ω/2W，第二分壓電阻R3為IkQ /0. 25W，第一隔離驅動電路DRl通過HCPL314邏輯晶片實現，微控制器DSP通過TMS320F28335核心處理器實現。實施例2[0028]如圖2所示，本實施例涉及一種簡化的電解電容充電電路，與實施例I的電路原理圖的區別之處為變壓器、繼電器、功率二極體、限流電容與限流電阻組成的模塊由整流橋後置於整流橋前。其中變壓器原邊的輸入端與網側交流電容的一端、繼電器輸入端和電源火線相連，變壓器原邊的輸出端與繼電器輸出端和整流橋的一個交流輸入端相連，整流橋的另一個交流輸入端與電源零線和網側交流電容的另一端相連，變壓器的副邊與限流電阻、限流電容並聯，繼電器的控制端與功率二極體並聯，功率二極體陰極端連接工作電源+12V，功率二極體陽極端連接控制器中電流型驅動器的輸出端，儲能電容、兩隻分壓電阻串聯後與整流橋輸出端並聯，兩隻分壓電阻串聯中點與控制器中DSP控制電路的AD轉換口相連。本實施例的工作原理與實施例I相同啟動階段，繼電器始終保持關斷狀態。單相交流電源施加在整流器I中的整流橋BRl的兩個輸入端，整流器I的輸出端得到正弦半波直流電壓。此信號含有高頻分量，經過變壓器TRl會使的限流電容C2與變壓器漏感產生阻抗，與限流電阻Rl並聯後，以變壓器TRl變比平方的關係提高變壓器TRl原邊阻抗，使得充電電路阻抗增大，限制了充電電流。當儲能電容El的電壓達到期望值時，微控制器DSP通 過電流型隔離驅動器DRl控制繼電器RYl開通，變壓器TRl被短路，充電電路電阻減小，電 路進入到正常工作狀態。實施例3如圖3所示，本實施例涉及一種用於三相電解電容充電電路，與實施例I的電路原理圖的區別之處為電源為三相對稱交流電源，整流橋為三相整流橋。本實施例的工作原理與實施例I相似啟動階段，繼電器始終保持關斷狀態。三相交流電源施加在整流器I中的整流橋BRl的三個輸入端，整流器I的輸出端得到脈動直流電壓。此信號含有高頻分量，經過變壓器TRl會使的限流電容C2與變壓器漏感產生阻抗，與限流電阻Rl並聯後，以變壓器TRl變比平方的關係提高變壓器TRl原邊阻抗，使得充電電路阻抗增大，限制了充電電流。當儲能電容El的電壓達到期望值時，微控制器DSP通過電流型隔離驅動器DRl控制繼電器RYl開通，變壓器TRl被短路，充電電路電阻減小至零，電路進入到正常工作狀態。儘管本實用新型的內容已經通過上述優選實施例作了詳細介紹，但應當認識到上述的描述不應被認為是對本實用新型的限制。在本領域技術人員閱讀了上述內容後，對於本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護範圍應由所附的權利要求來限定。
權利要求1.一種電解電容充電電路，包括整流器、充電電路與控制器，其中整流器的輸出端與充電電路的輸入端相連，充電電路中的兩個分壓電阻的公共端與控制器的輸入端相連，控制器的輸出端與充電電路的控制端相連，其特徵在於，所述的整流器包括整流橋與輸入濾波電容，其中整流橋的輸入端分別與交流電源的火線與中線相連，輸入濾波電容跨接於整流橋的輸入端，整流橋的輸出直流正極與充電電路的輸入端正極相連構成整流器的正極輸出端子，整流橋的輸出直流負極與充電電 路輸入端負極相連，構成整流器的負極輸出端子。
2.根據權利要求I所述的電解電容充電電路，其特徵是，所述的充電電路包括變壓器、繼電器、功率ニ極管、限流電阻、限流電容、儲能電容、第一分壓電阻與第二分壓電阻，其中整流器的輸出正極分別與變壓器原邊的輸入端、繼電器的輸入端相連，變壓器原邊的輸出端、繼電器的輸出端、儲能電容的正極、第一分壓電阻的一端相連，構成充電電路的輸出正極端子，儲能電容的負極、第二分壓電阻的一端、整流器的輸出負極端子相連，構成充電電路的輸出負極端子，變壓器副邊與限流電阻、限流電容並聯，繼電器的控制輸入端分別與功率ニ極管的陽極、控制器的輸出端相連，繼電器的控制輸出端分別與功率ニ極管的陰極、+12V電源相連，第一分壓電阻的另一端與第二分壓電阻的另一端相連，公共端與控制器的輸入端相連。
3.根據權利要求I所述的電解電容充電電路，其特徵是，所述的充電電路包括變壓器、繼電器、功率ニ極管、限流電阻、限流電容、儲能電容、第一分壓電阻與第二分壓電阻，其中變壓器原邊的輸入端與網側交流電容的一端、繼電器輸入端和電源火線相連，變壓器原邊的輸出端與繼電器輸出端和整流橋的ー個交流輸入端相連，整流橋的另ー個交流輸入端與電源零線和網側交流電容的另一端相連，變壓器的副邊與限流電阻、限流電容並聯，繼電器的控制端與功率ニ極管並聯，功率ニ極管陰極端連接工作電源+12V，功率ニ極管陽極端連接控制器中電流型驅動器的輸出端，儲能電容、兩隻分壓電阻串聯後與整流橋輸出端並聯，兩隻分壓電阻串聯中點與控制器相連。
3.根據權利要求1-3任一項所述的電解電容充電電路，其特徵是，所述的控制器包括一個隔離驅動器與一個微控制器，其中驅動器的輸入端與微控制器的第一輸出端連接，驅動器的輸出端與充電電路連接，微控制器的輸入端與充電電路相連。
4.根據權利要求3所述的電解電容充電電路，其特徵是，所述交流電源為単相交流電源。
5.根據權利要求3所述的電解電容充電電路，其特徵是，所述交流電源為三相對稱交流電源，整流橋為三相整流橋。
專利摘要本實用新型公開一種電力電子變換技術領域的電解電容充電電路，包括整流器、充電電路與控制器，所述的整流器包括整流橋與輸入濾波電容，其中整流橋的輸入端分別於單相交流電源的火線與中線相連，輸入濾波電容跨接與整流橋的輸入端，整流橋的輸出直流正極與充電電路的輸入端正極相連構成整流器的正極輸出端子，整流橋的輸出直流負極與充電電路輸入端負極相連，構成整流器的負極輸出端子。本實用新型具有結構簡單、附加成本低、啟動電流可控、實現容易等優點。
文檔編號H02M1/36GK202652055SQ20122012451
公開日2013年1月2日 申請日期2012年3月29日 優先權日2012年3月29日
發明者李華武, 馬紅星, 楊喜軍 申請人:上海交通大學