一种变频器直流母线缓冲电路的设计方法技术

本发明专利技术涉及一种变频器直流母线缓冲电路的设计方法，包括以下步骤：1)测定从储能滤波电路到逆变模块之间的连接线及PCB铜箔走线的总电感量L；其中，a为R1短路时C1的容值；fr为C1的振荡频率；2)计算逆变模块中的IGBT发生短路时，流过直流母线寄生电感L的电流Idc及其积存的能量Esh：Idc＝4*Ic；其中Ic为IGBT的额定电流值；3)计算C1的电容值：其中，Vsh为C1吸收L能量后的电压值；Vdc为短路发生前对应的直流母线电压平均值；4)计算R1的电阻值；本发明专利技术步骤简单，实施方便，整个过程只需做一次实验。在获得寄生电感L的数据后，便可代入计算获得满足要求的缓冲电路RC参数，从而，可大大地提高开发设计效率，节约开发时间。约开发时间。

【技术实现步骤摘要】
一种变频器直流母线缓冲电路的设计方法


[0001]本专利技术涉及一种电路设计方法，尤其是一种缓冲电路的设计方法，具体的说是一种变频器直流母线缓冲电路的设计方法。

技术介绍

[0002]在直流变频器的控制电路中，主要包含有整流电路、直流母线滤波储能电路、逆变电路和驱动电路。其中直流母线滤波储能电路最为简单，仅为数个相同容量的电解电容的串并联组成。通常变频器易损坏的部分是在整流电路、逆变电路、驱动电路，所以为了降低售后维护成本，一些大功率直流变频器中(包括三相供电的变频器和单相供电的变频器)，通常把直流母线滤波储能电路部分独立出来，做成独立的一块电容储能板，而整流电路、逆变电路、驱动电路则合并一起做成一块驱动板。这样，当出现机组的驱动板损坏故障时，只需更换驱动板即可，电容板无需更换。但是这种设计方案中，驱动板的直流母线得通过连接线向电容板取电，连接线的使用则会增大电容板到驱动板上IGBT模块的走线寄生电感量L。当IGBT(绝缘栅双极晶体管)发生短路误动作时，驱动芯片的保护机制启动，会OFF掉IGBT，此时寄生电感L上积存的能量将会在IGBT上产生过电压，有可能损坏IGBT。所以需要在驱动板的直流母线上且靠近IGBT处，增加缓冲RC电路，用以吸收浪涌过电压以及母线电流的振荡，使IGBT始终工作在SOA区域(安全工作区)。目前，缓冲电路设计大都使用经验值法，需通过做各种实验进行验证，选定效果合格的RC组合，时效性非常慢。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种变频器直流母线缓冲电路的设计方法，可以快速而准确的获得缓冲电路中的RC参数，有效提高开发设计效率。
[0004]本专利技术的技术方案是：
[0005]一种变频器直流母线缓冲电路的设计方法，所述变频器直流母线电路包括整流桥电路和逆变模块；所述整流桥电路分别连接外部电源和逆变模块，能够将外部电源整形为直流电后输送给所述逆变模块；所述整流桥电路和逆变模块之间并联有储能滤波电路和缓冲电路；所述缓冲电路临近于所述逆变模块；该缓冲电路包括串联的电阻R1和电容C1；所述设计方法包括以下步骤：
[0006]1)测定从储能滤波电路到逆变模块之间的连接线及PCB铜箔走线的总电感量L；其中，a为R1短路时C1的容值；fr为C1的振荡频率；
[0007]2)计算逆变模块中的IGBT发生短路时，流过直流母线寄生电感L的电流Idc及其积存的能量Esh：Idc＝4*Ic；其中Ic为IGBT的额定电流值；
[0008]3)计算C1的电容值：其中，Vsh为C1吸收L能量后的电压值；
[0009]Vdc为短路发生前对应的直流母线电压平均值；
[0010]4)计算R1的电阻值：
[0011]进一步的，所述逆变模块连接电动机。
[0012]本专利技术的有益效果：
[0013]本专利技术设计合理，实施方便，整个过程只需做一次实验，在获得寄生电感L的数据后，便可代入计算而获得满足要求的缓冲电路RC参数，极大的提高了开发设计效率，节约了开发时间，满足市场发展需求。
附图说明
[0014]图1是本专利技术的直流母线电路示意图。
[0015]图2是逆变模块和C1中的电路波形对比图。
具体实施方式
[0016]下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。
[0017]如图1所示，一种变频器直流母线电路，包括整流桥电路和逆变模块等。所述整流桥电路由六个二级管D1
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D6构成，可把输入的交流电压整形为直流电压。所述逆变模块由3对IGBT(绝缘栅双极晶体管)和3对二极管组成，可把直流电压变换成三相交流电压。所述整流桥电路一端连接外部380v交流电源，另一端连接所述逆变模块，能够将外部交流电源整形为直流电后，再输送给所述逆变模块。该逆变模块还连接三相交流电动机，以便用逆变后的三相交流电来驱动电动机工作。
[0018]所述整流桥电路和逆变模块之间还并联有储能滤波电路E1和缓冲电路。所述储能滤波电路E1由若干电容串联而成，可把整流电路整流后的直流电压进行滤波，使其纹波变小，且起到存储电能的作用。所述缓冲电路包括串联的电阻R1和电容C1，可以吸收浪涌过电压以及母线电流的振荡，使IGBT始终工作在安全工作区。该缓冲电路临近于所述逆变模块。
[0019]本专利技术一种变频器直流母线缓冲电路的设计方法，包括以下步骤：
[0020]1)测定从储能滤波电路到逆变模块之间的连接线及PCB铜箔走线的总电感量L。
[0021]如图1所示，把R1短路，接入一个已知容值为a的电容C1，然后给变频器上电运行，使用示波器测得流过电容C1的电流波形，其振荡频率用fr表示。如图2所示，其上方波形为流进逆变模块的电流波形，其下方波形即为fr。然后根据电感
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电容的串联谐振公式，求得寄生电感L：
[0022][0023]2)计算IGBT发生短路时，流过直流母线寄生电感L的电流Idc及其积存的能量Esh。
[0024]通常IGBT的门极驱动使用的电压为15V；根据IGBT的输出特性曲线知，IGBT发生短路时，其短路电流为其额定电流Ic的4倍，即
[0025]Idc＝4*Ic；其中Ic为IGBT的额定电流值；
[0026]则，寄生电感L积存的能量为
[0027][0028]3)计算实际应用中所需C1的电容值。
[0029]通常三相变频器中，IGBT模块的耐压为1200V。当IGBT发生短路时，C1会吸收寄生电感L积存的能量。C1吸收L的能量后，其电压升至Vsh。为了IGBT的安全可靠性，在短路发生时，加载在IGBT上的电压必须要留有一定的余量。通常，三相机组Vsh≤0.8*1200V，单相机组Vsh≤0.8*600V。另外，考虑到在最高的输入电压条件下，即，三相机组输入电压为380V的1.25倍，单相机组输入电压为220V的1.25倍，IGBT发生短路故障时，在短路发生前对应的直流母线电压的平均值Vdc为：三相机组Vdc为641V，单相机组Vdc为380V。当寄生电感L积存的能量Esh全部转移到C1时，根据能量守恒得：
[0030][0031]4)计算实际应用中所需R1的电阻值。
[0032]根据过阻尼振荡原理得：
[0033][0034]本专利技术步骤简单，实施方便，整个过程只需做一次实验。在获得寄生电感L的数据后，便可代入计算获得满足要求的缓冲电路RC参数，从而，可大大地提高开发设计效率，节约开发时间。
[0035]本专利技术未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变频器直流母线缓冲电路的设计方法，所述变频器直流母线电路包括整流桥电路和逆变模块；所述整流桥电路分别连接外部电源和逆变模块，能够将外部电源整形为直流电后输送给所述逆变模块；所述整流桥电路和逆变模块之间并联有储能滤波电路和缓冲电路；所述缓冲电路临近于所述逆变模块；该缓冲电路包括串联的电阻R1和电容C1；其特征是，所述设计方法包括以下步骤：1)测定从储能滤波电路到逆变模块之间的连接线及PCB铜箔走线的总电感量L；其中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张泉宏，俞超辉，王实，陈维，刘宏波，
申请(专利权)人：广州天加环境控制设备有限公司，
类型：发明
国别省市：