电容串联自动均压电路及其控制电路制造技术

本发明专利技术提供了一种电容串联自动均压电路及其控制电路，包括功率电路，所述功率电路包括均压电路和逆变电路；控制电路用以完成对功率电路中的滤波电容端电压进行检测和均压，将检测到的电压输入到外围电路进行处理，将处理得到的比较信号反馈到模拟电路中控制芯片的反馈输入端，控制芯片对各个输入端口的信号进行处理后输出驱动信号，驱动所述功率电路中的功率器件的开关状态，经过均压电路电路的原边与副边能量传输，使得所述功率电路中的滤波电容实现自动均压。本发明专利技术能在功率电路采用多个滤波电容串联时，使得滤波电容能够实现自动均压，具有控制简单，响应快速，均压效果好的特点，可应用于半桥逆变型等离子切割机等实际应用中。

【技术实现步骤摘要】
电容串联自动均压电路及其控制电路
本专利技术涉及电力电子变换
的一种均压电路及其控制电路，具体地，涉及一种电容串联自动均压电路及其控制电路。
技术介绍
在目前的中小功率应用场合中，由于半桥电路具有结构简单、易于控制并且直流侧采用电容的串联提升了耐压效果等优点，因此得到了较为广泛的应用，但是这种电路常采用数个滤波电容串联，由于电容容值、漏电阻以及电路参数等原因存在着电容均压的问题。电容不均压的隐患是不能忽视的，如果均压效果不好，可能会导致电容过压击穿、控制信号产生偏差、输出波形畸变等问题，甚至使系统失控。因此电容均压问题应当引起高度重视，必须采用适当的均压措施来避免电容不均压的情况产生。经过对电容器串联均压现有技术的检索发现，LinB.R.HungT.L.Single-phasehalf-bridgeconvertertopologyforpowerqualitycompensation.IEEProceedingsElectricPowerApplications，2002，149(5)：351～359.提出在功率电路中增加元器件来解决直流分压电容电压偏差问题。但是这种方法增加了变换器的体积重量，加大了成本，并且不能从根本上保证串联电容的电压均衡，实际用效果不理想。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种电容串联自动均压电路及其控制电路，实现功率电路中的多个滤波电容始终保持电压均衡，具有控制简便，响应快速，均压效果好的优点。根据本专利技术的第一目的，提供一种电容串联自动均压电路，所述电路包括功率电路，所述功率电路包括均压变压器和逆变电路，其中：所述均压电路设有均压变压器Tr1，所述均压变压器Tr1的副边设有第一～第三副边绕组N12、N11、N13和第二～第四二极管D2、D3、D4；所述逆变电路由电容桥臂、电阻桥臂、IGBT桥臂、第一逆变变压器Tr2以及第二逆变变压器Tr3组成，其中：电容桥臂由第二～第四滤波电容C2、C3、C4依次串联组成，负责提供平衡的三路直流电压；电阻桥臂负责为电容桥臂进行静态均压；IGBT桥臂负责DC-AC逆变，将静态均压后电阻桥臂的三路直流电压逆变成检流电压；第一逆变变压器Tr2与第二逆变变压器Tr3与电容桥臂、IGBT桥臂连接，起隔离作用，同时，通过电磁感应传输电能；所述均压变压器Tr1原边与副边能量传输时，第二副边绕组N11通过第三二极管D3连接在第三滤波电容C3的两端；第一副边绕组N12通过第二二极管D2连接在第二滤波电容C2的两端；第三副边绕组N13通过第三二极管D4连接在第四滤波电容C4的两端，为第二～第四滤波电容C2、C3、C4均压。优选地，所述的均压电路还包括第一功率MOSFETS1、第一滤波电容C1、第一电阻R1、第二十三电阻R23、第一二极管D1，其中：第一电阻R1一端与第一滤波电容C1一端、均压变压器Tr1原边绕组同名端以及直流正极相连，第一电阻R1另一端与第一滤波电容C1另一端以及第一二极管D1阴极相连；第一二极管D1阳极与均压变压器Tr1非同名端、第一功率MOSFETS1的漏极相连，第一功率MOSFETS1的漏极与第二十三只电阻的一端相连，第二十三只电阻的另一端与直流负极相连；均压变压器Tr1第一副边绕组N12同名端通过第二二极管D2与第二滤波电容C2正极和直流正极相连，其非同名端与第二滤波电容C2负极相连；均压变压器Tr1第二副边绕组N11同名端通过第三二极管D3与第三滤波电容C3正极相连，其非同名端与第三滤波电容C3负极相连；均压变压器Tr1第三副边绕组N13同名端通过第四二极管D4与第四滤波电容C4正极相连，其非同名端与第二滤波电容C2负极相连。更优选地，所述均压变压器Tr1的第一～第三副边绕组N12、N11、N13匝数相同，均为原边绕组P1匝数的三分之一。优选地，所述电容桥臂由第二滤波电容C2～第四滤波电容C4依次串联构成；所述电阻桥臂由第二均压电阻R2～第四均压电阻R4依次串联构成；所述IGBT桥臂由第二IGBTS2～第四IGBTS4依次连接构成；其中：直流正极与第二滤波电容C2正极、第二均压电阻R2一端以及第二IGBTS2漏极相连；直流负极与第四滤波电容C4负极、第四均压电阻R4一端以及第四IGBTS4源极相连；第二滤波电容C2负极与第三滤波电容C3正极、第二均压电阻R2另一端、第三均压电阻R3一端以及第一逆变变压器Tr2原边绕组非同名端相连；第三滤波电容C3负极与第四滤波电容C4正极、第三均压电阻R3另一端、第四均压电阻R4另一端以及第二逆变变压器Tr3原边绕组非同名端相连；第二IGBTS2源极与第三IGBTS3漏极以及第一逆变变压器Tr2原边绕组同名端相连；第三IGBTS3源极与第四IGBTS4漏极以及第二逆变变压器Tr3原边绕组同名端相连；输出正极与第一逆变变压器Tr2副边绕组同名端相连；输出负极与第二逆变变压器Tr3副边绕组非同名端相连；第一逆变变压器Tr2副边绕组非同名端与第二逆变变压器Tr3副边绕组同名端相连。更优选地，具有以下一种或多种特征：-所述第二滤波电容C2～第四滤波电容C4的容值相同；-所述第一均压电阻R2～第四均压电阻R4的阻值相等。根据本专利技术的第二目的，提供一种电容串联自动均压电路的控制电路，所述控制电路包括测压电路、外围电路以及模拟电路，其中：所述测压电路，用于检测直流侧电压，经过第七～第八分压电阻R7、R8作用，得到一个电压信号，并检测功率电路中第四滤波电容C4端电压，得到经过第五～第六分压电阻R5、R6作用，得到另一个电压信号，这两个电压信号作为外围电路的输入；所述外围电路，用于对测压电路得到的两个电压信号进行比较处理，将处理后的信号反馈到所述模拟电路中控制芯片的反馈输入端口；所述控制芯片，用于来自模拟电路各个信号，经过处理后得到驱动脉冲信号，控制功率电路中功率器件的开关状态。优选地，所述测压电路包括第五分压电阻R5～第八分压电阻R8，所述第五分压电阻R5、所述第六分压电阻R6串联后并联在功率电路中的第四滤波电容C4两端；所述第七分压电阻R7与所述第八分压电阻R8串联后接在直流正极与直流负端之间。优选地，所述第五分压电阻R5～第八分压电阻R8有R6/(R5+R6)＝3R8/(R7+R8)的关系，公式中各参数均为对应电阻的电阻值。优选地，所述外围电路包括第九电阻R9～第十九电阻R19以及第一运算放大器U1～第三运算放大器U3，其中：第九电阻R9一端与第一检测电压u1相连，另一端与第一运算放大器U1反向输入端相连；第十电阻R10一端与第二检测电压u2相连，另一端与第一运算放大器U1正向输入端相连；第十一电阻R11一端与第一运算放大器U1正向输入端相连，另一端接地；第十二电阻R12一端与第二检测电压u2相连，另一端与第二运算放大器U2反向输入端相连；第十三电阻R13一端与第一检测电压u1相连，另一端与第二运算放大器U2正向输入端相连；第十四电阻R14一端与第二运算放大器U2正向输入端相连，另一端接地；第十五电阻R15一端与第一运算放大器U1输出端相连，另一端与第三运算放大器U3反向输入端相连；第十六电阻R16一端与第二运算放大器U2输出端相连，另一端与第三运算放大器U3正向输入端相连；第十本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电容串联自动均压电路，其特征在于包括功率电路，所述功率电路包括均压电路和逆变电路，其中：所述均压电路设有均压变压器Tr1，所述均压变压器Tr1的副边设有第一～第三副边绕组N12、N11、N13和第二～第四二极管D2、D3、D4；所述逆变电路由电容桥臂、电阻桥臂、IGBT桥臂、第一逆变变压器Tr2以及第二逆变变压器Tr3组成，其中：电容桥臂由第二～第四滤波电容C2、C3、C4依次串联组成，负责提供平衡的三路直流电压；电阻桥臂负责为电容桥臂进行静态均压；IGBT桥臂负责DC‑AC逆变，将静态均压后电阻桥臂的三路直流电压逆变成检流电压；第一逆变变压器Tr2与第二逆变变压器Tr3与电容桥臂、IGBT桥臂连接，起隔离作用，同时，通过电磁感应传输电能；所述均压变压器Tr1原边与副边能量传输时，第二副边绕组N11通过第三二极管D3连接在第三滤波电容C3的两端；第一副边绕组N12通过第二二极管D2连接在第二滤波电容C2的两端；第三副边绕组N13通过第三二极管D4连接在第四滤波电容C4的两端，为第二～第四滤波电容C2、C3、C4均压。

【技术特征摘要】
1.一种电容串联自动均压电路，其特征在于包括功率电路，所述功率电路包括均压电路和逆变电路，其中：所述均压电路设有均压变压器Tr1，所述均压变压器Tr1的副边设有第一～第三副边绕组N12、N11、N13和第二～第四二极管D2、D3、D4；所述逆变电路由电容桥臂、电阻桥臂、IGBT桥臂、第一逆变变压器Tr2以及第二逆变变压器Tr3组成，其中：电容桥臂由第二～第四滤波电容C2、C3、C4依次串联组成，负责提供平衡的三路直流电压；电阻桥臂负责为电容桥臂进行静态均压；IGBT桥臂负责DC-AC逆变，将静态均压后电阻桥臂的三路直流电压逆变成检流电压；第一逆变变压器Tr2与第二逆变变压器Tr3与电容桥臂、IGBT桥臂连接，起隔离作用，同时，通过电磁感应传输电能；所述均压变压器Tr1原边与副边能量传输时，第二副边绕组N11通过第三二极管D3连接在第三滤波电容C3的两端；第一副边绕组N12通过第二二极管D2连接在第二滤波电容C2的两端；第三副边绕组N13通过第三二极管D4连接在第四滤波电容C4的两端，为第二～第四滤波电容C2、C3、C4均压。2.根据权利要求1所述的电容串联自动均压电路，其特征在于：所述的均压电路还包括第一功率MOSFETS1、第一滤波电容C1、第一电阻R1、第二十三电阻R23、第一二极管D1，其中：第一电阻R1一端与第一滤波电容C1一端、均压变压器Tr1原边绕组同名端以及直流正极相连，第一电阻R1另一端与第一滤波电容C1另一端以及第一二极管D1阴极相连；第一二极管D1阳极与均压变压器Tr1非同名端、第一功率MOSFETS1的漏极相连，第一功率MOSFETS1的漏极与第二十三只电阻的一端相连，第二十三只电阻的另一端与直流负极相连；均压变压器Tr1第一副边绕组N12同名端通过第二二极管D2与第二滤波电容C2正极和直流正极相连，其非同名端与第二滤波电容C2负极相连；均压变压器Tr1第二副边绕组N11同名端通过第三二极管D3与第三滤波电容C3正极相连，其非同名端与第三滤波电容C3负极相连；均压变压器Tr1第三副边绕组N13同名端通过第四二极管D4与第四滤波电容C4正极相连，其非同名端与第二滤波电容C2负极相连。3.根据权利要求2所述的电容串联自动均压电路的控制电路，其特征在于：所述均压变压器Tr1的第一～第三副边绕组N12、N11、N13匝数相同，均为原边绕组P1匝数的三分之一。4.根据权利要求2所述的电容串联自动均压电路，其特征在于：所述电容桥臂由第二滤波电容C2～第四滤波电容C4依次串联构成；所述电阻桥臂由第二均压电阻R2～第四均压电阻R4依次串联构成；所述IGBT桥臂由第二IGBTS2～第四IGBTS4依次连接构成；其中：直流正极与第二滤波电容C2正极、第二均压电阻R2一端以及第二IGBTS2漏极相连；直流负极与第四滤波电容C4负极、第四均压电阻R4一端以及第四IGBTS4源极相连；第二滤波电容C2负极与第三滤波电容C3正极、第二均压电阻R2另一端、第三均压电阻R3一端以及第一逆变变压器Tr2原边绕组非同名端相连；第三滤波电容C3负极与第四滤波电容C4正极、第三均压电阻R3另一端、第四均压电阻R4另一端以及第二逆变变压器Tr3原边绕组非同名端相连；第二IGBTS2源极与第三IGBTS3漏极以及第一逆变变压器Tr2原边绕组同名端相连；第三IGBTS3源极与第四IGBTS4漏极以及第二逆变变压器Tr3原边绕组同名端相连；输出正极与第一逆变变压器Tr2副边绕组同名端相连；输出负极与第二逆变变压器Tr3副边绕组非同名端相连；第一逆变变压器Tr2副边绕组非同名端与第二逆变变压器Tr3副边绕组同名端相连。5.根据权利要求2所述的电容串联自动均压电路的控制电路，其特征在于：具有以下一种或多种特征：-所述第二滤波电容C2～...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡子琨，袁乐，杨喜军，唐厚君，李新颜，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海,31