一种直流母线放电电路

技术领域

本发明涉及变换器放电领域，更具体地说，涉及一种直流母线放电电路。

背景技术

对于目前常用的变换器，例如变频器、UPS、光伏逆变器、风电变流器等，都具有直流母线。该直流母线一般采用大功率电容作为储能元件。而为了确保设备操作安全，要求设备下电后储存在直流母线电容的能量要迅速释放，为此，一般在直流母线电容两端并联放电电阻。图1示出了现有技术的不具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路，其通常包括设置在直流母线电容两端Vdc+和Vdc-之间的放电电阻R。图2示出了现有技术的具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路，其通常包括分别设置在两个直流母线电容两端，即Vdc+和N线之间以及N线和Vdc-之间的放电电阻R1和R2。

然而，在图1-2所示的直流母线放电电路，由于放电电阻一直并联在直流母线电容两端，变换器在正常工作时，放电电阻上会有很大的功耗和发热，降低了系统效率，同时也升高了母线电容周围的环境温度，容易造成器件损坏。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够提升系统效率，减少损坏器件的风险，电路简单可靠且易于实现直流母线放电电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种直流母线放电电路，包括至少一个放电模块，所述放电模块包括光耦、稳压二极管、放电电阻和开关管，所述光耦的原边输入端阳极连接电源、原边输入端阴极接地、副边输出端集电极连接所述放电模块的第一端和所述稳压二极管的阴极、副边输出端发射极连接所述放电模块的第二端和所述稳压二极管的阳极，所述开关管的第一端连接所述稳压二极管的阴极、第二端经所述放电电阻连接所述放电模块的第一端、第三端连接所述放电模块的第二端。

在本发明所述的直流母线放电电路中，进一步包括设置在所述放电模块的第一端和所述光耦的副边输出端集电极之间的限流电阻模块。

在本发明所述的直流母线放电电路中，所述限流电阻模块包括多个串联电阻。

在本发明所述的直流母线放电电路中，进一步包括设置在所述光耦的副边输出端集电极和所述开关管的第一端之间的驱动电阻。

在本发明所述的直流母线放电电路中，进一步包括设置在所述光耦的副边输出端集电极和所述放电模块的第二端之间的第一滤波电容。

在本发明所述的直流母线放电电路中，进一步包括设置在所述开关管的第一端和所述放电模块的第二端之间的第二滤波电容。

在本发明所述的直流母线放电电路中，进一步包括设置在所述光耦的原边输入端阳极和所述电源之间的原边限流电阻。

在本发明所述的直流母线放电电路中，进一步包括设置在所述电源和地之间的原边滤波电容。

在本发明所述的直流母线放电电路中，包括一个放电模块，所述放电模块的第一端连接到变换器的第一端，所述放电模块的第二端连接到变换器的第二端。

在本发明所述的直流母线放电电路中，包括第一放电模块和第二放电模块，所述第一放电模块的第一端连接到变换器的第一端，所述第一放电模块的第二端连接到所述变换器的第三端，所述第二放电模块的第一端连接到所述变换器的第三端，所述第二放电模块的第二端连接到所述变换器的第二端。

实施本发明的直流母线放电电路，通过增加开关管和光耦，能够接通和断开放电电阻与直流母线的连接，从而能实现下电后迅速给直流母线放电，在正常工作时断开放电电阻与直流母线的连接，从而提升系统效率，减少损坏器件的风险，而且电路简单可靠且易于实现。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1示出了现有技术的不具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路；

图2示出了现有技术的具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路；

图3示出了本发明的优选实施例的直流母线放电电路的电路原理图；

图4示出了本发明的另一优选实施例的适用于没有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路的电路原理图；

图5示出了本发明的另一优选实施例的适用于具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的直流母线放电电路，包括至少一个放电模块，所述放电模块包括光耦、稳压二极管、放电电阻和开关管，所述光耦的原边输入端阳极连接电源、原边输入端阴极接地、副边输出端集电极连接所述放电模块的第一端和所述稳压二极管的阴极、副边输出端发射极连接所述放电模块的第二端和所述稳压二极管的阳极，所述开关管的第一端连接所述稳压二极管的阴极、第二端经所述放电电阻连接所述放电模块的第一端、第三端连接所述放电模块的第二端。实施本发明的直流母线放电电路，通过增加开关管和光耦，能够接通和断开放电电阻与直流母线的连接，从而能实现下电后迅速给直流母线放电，在正常工作时断开放电电阻与直流母线的连接，从而提升系统效率，减少损坏器件的风险，而且电路简单可靠且易于实现。

图3示出了本发明的优选实施例的直流母线放电电路的电路原理图。如图3所示，本发明的直流母线放电电路，包括至少一个放电模块100。所述放电模块100包括光耦U1、稳压二极管D1、放电电阻R-1和开关管Q1，所述光耦U1的原边输入端阳极连接电源P、原边输入端阴极接地GND、副边输出端集电极连接所述放电模块的第一端和所述稳压二极管D1的阴极、副边输出端发射极连接所述放电模块的第二端和所述稳压二极管D1的阳极，所述开关管Q1的第一端连接所述稳压二极管D1的阴极、第二端经所述放电电阻R-1连接所述放电模块100的第一端A、第三端连接所述放电模块的第二端B。在本发明的优选实施例中，所述开关管Q1可以是MOSFET管，IGBT管、IGCT管等等。

在实际操作时，对于如图1所示的不具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路，设置一个放电模块100，将所述放电模块100的第一端A连接AC/DC/AC变换器的Vdc+端，而所述放电模块的第二端B连接AC/DC/AC变换器的Vdc-端。对于如图2所示的具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路，设置两个放电模块100，将第一个放电模块100的第一端A连接AC/DC/AC变换器的Vdc+端，第二端B连接AC/DC/AC变换器的N线端，将第二个放电模块100的第一端A连接AC/DC/AC变换器的N线端，第二端B连接AC/DC/AC变换器的Vdc-端。

在变换器正常工作时，内部直流母线电压建立，电源P输出+15V电压，此时光耦U1原边二极管导通，开关管Q1不导通，放电电阻R-1没有功耗。

变换器下电时，直流母线电容还有剩余能量，电源P还能继续输出，此时的工作状况和正常工作时一样，由电源P及其负载消耗母线电容的能量。当直流母线电压低于电源P的工作电压时，电源P的输出电压+15V会中断，此时光耦U1原边二极管不能导通，光耦副边输出也会关断，此时开关管Q1将导通，放电电阻R-1接入放电回路，由放电电阻R-1快速释放直流母线的剩余能量。

因此，实施本发明的直流母线放电电路，通过增加开关管和光耦，能够接通和断开放电电阻与直流母线的连接，从而能实现下电后迅速给直流母线放电，在正常工作时断开放电电阻与直流母线的连接，从而提升系统效率，减少损坏器件的风险，而且电路简单可靠且易于实现。

图4示出了本发明的另一优选实施例的适用于没有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路的电路原理图。如图4所示，所述放电模块100包括光耦U1、稳压二极管D1、放电电阻R-1、开关管Q1，限流电阻R11-R15串联构成的限流模块，滤波电容C2-C3和原边滤波电容C1，原边限流电阻R1以及驱动电阻R2。如图4所示，所述光耦U1的原边输入端阳极经原边限流电阻R1连接电源P、原边输入端阴极接地GND。原边滤波电容C1设置在所述电源P和地GND之间。光耦U1的副边输出端集电极依次经限流电阻R11-R15连接所述放电模块的第一端A。光耦U1的副边输出端发射极连接所述放电模块的第二端B和所述稳压二极管D1的阳极。光耦U1的副边输出端集电极还连接所述稳压二极管D1的阴极，并经驱动电阻R2连接开关管Q1的栅极。开关管Q1的源极连接所述放电模块的第二端B。开关管Q1的栅极经所述放电电阻R-1连接所述放电模块100的第一端A。第一滤波电容C2设置在所述光耦U1的副边输出端集电极和所述放电模块的第二端B之间。第二滤波电容C3设置在所述开关管的源极和所述放电模块的第二端B之间。

在本发明的优选实施例中，限流电阻R11-R15优选是采用阻值较大的限流电阻。本领域技术人员知悉，限流电阻R11-R15的数量可以根据实际需要设置，例如设置3个、4个或6个、7个、甚至是10个、20个，并且各个电阻可以采用任何串联或者并联方式。所述电源P可以选择15V，也可以选择+5V/+12V/+24V/+48V的不同的输出电源。所述放电电阻R-1可以是指单个电阻，多个电阻串联或者并联。驱动电阻R2和第二滤波电容C3为开关管Q1的栅极驱动电阻和栅极滤波电容，其可以采用任何其他形式。本领域技术人员知悉，虽然本发明是以AC/DC/AC变换器为例进行说明，但是本领域技术人员知悉，本发明的直流母线放电电路可以适用于任何变换器，例如AC/DC变换器，DC/AC变换器，DC/AC/DC变换器等等。

在本实施例中，在实际操作时，对于如图1所示的不具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路，设置放电模块100，将所述放电模块100的第一端A连接AC/DC/AC变换器的Vdc+端，而所述放电模块的第二端B连接AC/DC/AC变换器的Vdc-端。其工作原理如下：

在变换器正常工作时，内部直流母线两端电压建立，电源P输出+15V电压，此时光耦U1原边二极管导通，光耦U1副边输出端的电压约为0.7V，Vdc+/Vdc-端的电压全部加在R11、R12、R13、R14、R15上，开关管Q1的驱动电压为0.7V左右，开关管Q1不导通，放电电阻R-1没有功耗；

变换器下电时，直流母线电容还有剩余能量，电源P还能继续输出，此时的工作状况和正常工作时一样，由电源P及其负载消耗母线电容的能量。当直流母线电压低于电源的P工作电压时，电源的P输出电压+15V会中断，此时光耦U1原边二极管不能导通，光耦U1副边输出端也会关断，Vdc+端，限流电阻R15，R14，R13，R12，R11，D1，Vdc-端形成回路，电容C2的电压约为15V，此时开关管Q1将导通，放电电阻R-1接入放电回路，由放电电阻R-1快速释放直流母线的剩余能量。

因此，实施本发明的直流母线放电电路，不同于之前通常采用放电电阻直接连接到直流母线的方式，在直流母线和放电电阻之间增加了开关管和光耦能够接通和断开放电电阻与直流母线的连接，从而能实现下电后迅速给直流母线放电，在正常工作时断开放电电阻与直流母线的连接，从而提升系统效率，减少损坏器件的风险，而且电路简单可靠且易于实现。

图5示出了本发明的另一优选实施例的适用于具有N线的AC/DC/AC变换器的直流母线放电电路的电路原理图。在图5所示实施例中，该直流母线放电电路包括两个放电模块100。每个放电模块100均与图4所示实施例相同。本领域技术人员知悉，还可以采用不同的放电模块100，例如采用任何一个根据图3所示实施例的放电模块和一个根据图4所示的任何一个实施例的放电模块。

如图5所示，将第一个放电模块100的第一端A连接AC/DC/AC变换器的Vdc+端，第二端B连接AC/DC/AC变换器的N线端，将第二个放电模块100的第一端A连接AC/DC/AC变换器的N线端，第二端B连接AC/DC/AC变换器的Vdc-端。

对于图5所示的实施例，其原理和工作过程如图4所示。基于本发明的教导，本领域技术人员完全能够实现该实施例，在此不再累述。

因此，实施本发明的直流母线放电电路，不同于之前通常采用放电电阻直接连接到直流母线的方式，在直流母线和放电电阻之间增加了开关管和光耦能够接通和断开放电电阻与直流母线的连接，从而能实现下电后迅速给直流母线放电，在正常工作时断开放电电阻与直流母线的连接，从而提升系统效率，减少损坏器件的风险，而且电路简单可靠且易于实现。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。