一种简单有效的平衡母线电压方法

1、2021-12-26RCD system 1Andy Yang2007 10HHP Technical DocumentATV7122021-12-26 在变频器系统中在变频器系统中,由于直流母线电压一般都比较高由于直流母线电压一般都比较高,无法将单个电容直接并在母无法将单个电容直接并在母线两端线两端, 通常情况通常情况,都是将电容串连后都是将电容串连后,在并到母线电压两端在并到母线电压两端. 为了平衡两个串连为了平衡两个串连的电容上的电压的电容上的电压, 一般采用并联均压电阻的方法来实现电压的平衡一般采用并联均压电阻的方法来实现电压的平衡 . 但由于使用但由于使用均压电阻必须考虑到电容的漏电

2、流的值均压电阻必须考虑到电容的漏电流的值,所以一般已最坏情况下漏电流的标准来所以一般已最坏情况下漏电流的标准来选择电阻阻值选择电阻阻值,这样导致电阻的消耗功率较大这样导致电阻的消耗功率较大, 而且由于产品一上电而且由于产品一上电,就通过均压就通过均压电阻在放电电阻在放电, 长时间来看长时间来看,这是一个不小的损耗这是一个不小的损耗. 为了避免这种无用的损耗为了避免这种无用的损耗,本文将介绍一种简单的本文将介绍一种简单的,低损耗的方法来取代均低损耗的方法来取代均压电阻的方法压电阻的方法. 用一种便宜用一种便宜,低电压低电压,小信号驱动的双向共基极三极管来均衡电容小信号驱动的双向共基极三极管来均衡

3、电容电压电压. 在下面的章节中将介绍这种电路的原理在下面的章节中将介绍这种电路的原理,分析平衡电压电路的基本特征分析平衡电压电路的基本特征,选择元器件的主要标准选择元器件的主要标准.ATV7132021-12-26 Uc1Uc2I deltaATV7142021-12-26 在通用变频器结构中在通用变频器结构中, 通常存在交流变直流母线环节通常存在交流变直流母线环节,为了减小母线电压波动为了减小母线电压波动,一般用并联电力电容的一般用并联电力电容的方法来做缓冲电容方法来做缓冲电容, 由于在由于在400VAC供电系统下供电系统下,产品的母线电压会达到产品的母线电压会达到560V以上以上,变频器运

4、行时变频器运行时,母线电压母线电压会在会在500800V之间拨动之间拨动,但由于当前的电力电容的耐压值大都在但由于当前的电力电容的耐压值大都在500V 左右左右,所以通常用电容串连的方法来所以通常用电容串连的方法来提高电容的耐压值提高电容的耐压值. 电容的串连可以使用低耐压值的电容来充当缓冲器电容的串连可以使用低耐压值的电容来充当缓冲器, 但由于各个电容的寿命及使用条件的差异性但由于各个电容的寿命及使用条件的差异性,导致导致电容的漏电流各不相同电容的漏电流各不相同, 导致串连的电容并不能均匀分配母线电压导致串连的电容并不能均匀分配母线电压,电压分配的不均匀电压分配的不均匀,在极限情况下在极限情

5、况下,会损会损坏电容坏电容,或缩短电容的使用寿命或缩短电容的使用寿命. 为了平衡电容的电压为了平衡电容的电压,一般在设计上通常采用均压电阻的方法来均分电压一般在设计上通常采用均压电阻的方法来均分电压. 但由于为了满足电容间最大但由于为了满足电容间最大漏电流的补偿漏电流的补偿,通常需要选用功率较大的均压电阻来分配电压通常需要选用功率较大的均压电阻来分配电压,从而导致能源的损耗也比较大从而导致能源的损耗也比较大, 特别在现场特别在现场应用中应用中, 变频器通常是始终供电的变频器通常是始终供电的, 即使变频器不在运行状态即使变频器不在运行状态,这种电阻损耗也一直存在这种电阻损耗也一直存在, 下一章节

6、我们会下一章节我们会详细介绍这种电压平衡方法的原理及弊端详细介绍这种电压平衡方法的原理及弊端. ATV7152021-12-26 现在有一种新的电压平衡方法现在有一种新的电压平衡方法,可以大大的降低这种能耗可以大大的降低这种能耗,而且成本也在合理范围内而且成本也在合理范围内, 我们称其为主动我们称其为主动式电压平衡式电压平衡, 以前通过电阻来均压的方法我们称之为被动式电压平衡方法以前通过电阻来均压的方法我们称之为被动式电压平衡方法.下面简要介绍一下这种主动式电压平衡的原理下面简要介绍一下这种主动式电压平衡的原理:V2V4PAPNRBRBQNQPV1V3图1 如图如图1: 当当V2=V1, V3

7、=V4时时, 因因V1=V3, 所以所以V2=V4 , 电容电压平衡电容电压平衡, 电容漏电流一致电容漏电流一致 由于由于V1=V2, V3=V4,所以三极管所以三极管QN,QP关闭不工作关闭不工作. 当当V2V1,V4V3时时, QN满足导通工作条件满足导通工作条件 ,向下电容补偿漏电流向下电容补偿漏电流,使得上下电容得漏电流一致使得上下电容得漏电流一致,达到新达到新的平衡后的平衡后, QN关闭关闭. 当当V2V3时时, QP满足导通工作条件满足导通工作条件 ,上电容的多余漏电流由上电容的多余漏电流由QP导出导出,使得使得上下电容得漏电使得使得上下电容得漏电流一致流一致,达到新的平衡后达到新

8、的平衡后,QP关闭关闭.由此可见由此可见,这种电压平衡是动态平衡这种电压平衡是动态平衡, 在电压平衡后在电压平衡后,损耗仅是损耗仅是RB上的微弱能耗上的微弱能耗,在后面的章节我们将详细介在后面的章节我们将详细介绍这种方法绍这种方法. ATV7162021-12-26V2=1/2UD+PAPNRBRB图2 均压电阻平衡电压原理图IIV2=1/2UD-UIQ+1/2IIQ-1/2在用两个均压电阻平衡电容电压的系统中在用两个均压电阻平衡电容电压的系统中,理想情况下理想情况下,Uc1=Uc2, Idelta=0 , 但由于电容的漏电流差异但由于电容的漏电流差异,导致必须导致必须要通过要通过Idelta

9、,来补偿来补偿, 为了提供足够的为了提供足够的 Idelta, 来补偿电容漏电流的差异来补偿电容漏电流的差异, 在选择在选择RB时时,必须能提供足够的必须能提供足够的静态电流静态电流IQ ,而而IQ的存在的存在,导致了在电阻导致了在电阻RB上消耗大量的能源上消耗大量的能源 , 下面我们通过理论论证下面我们通过理论论证,来计算这种漏来计算这种漏电流的能耗时相当可观的电流的能耗时相当可观的.在正常应用中在正常应用中,通常两个电容之间的电压差通常两个电容之间的电压差 Udelta= 10*Idelta 在在10KW变频器系统中变频器系统中,采用两个采用两个10000uF/350V的电容串联的电容串联

10、,其漏电流达到其漏电流达到1.39mA , 为了平衡两个为了平衡两个电容的漏电流差值电容的漏电流差值, Idelta 一般选到一般选到5mA10mA 以上以上,这样这样IQ就必须达到就必须达到50100mA才能满足要求才能满足要求, 电阻电阻RB选用选用2.5K5Kohms这样的均压系统这样的均压系统,即使在变频器不运行的状态下即使在变频器不运行的状态下, 一年的损耗至少在一年的损耗至少在220KWH以上以上, 能量损耗相当大能量损耗相当大. ATV7172021-12-26下面我们再来分析一下主动式电压平衡的原理和能耗分析下面我们再来分析一下主动式电压平衡的原理和能耗分析CPAPNRBRBQNQPIdeltaIdelta/图3在能提供一定的在能提供一定的Idelta情况下情况下, 如果三级管的放大系数如果三级管的放大系数越大越大,则需要的门极驱动电流就越小则需要的门极驱动电流就越小, 这样这样RB的电的电阻值就可以选择较大的值阻值就可以选择较大的值,这样这样,静态电流的损耗会很低静态电流的损耗会很低, 三极管本身在工作状态下能耗也相当小三极管本身在工作状态下能耗也相当小. 当当然能在这么高电压下工作的三