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1、2023/10/8,RCD system,1,Andy Yang2007 10,HHP Technical Document,一种有效的直流母线电压平衡方法,2,2023/10/8,概要,在变频器系统中,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线两端,通常情况,都是将电容串连后,在并到母线电压两端.为了平衡两个串连的电容上的电压,一般采用并联均压电阻的方法来实现电压的平衡.但由于使用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选择电阻阻值,这样导致电阻的消耗功率较大,而且由于产品一上电,就通过均压电阻在放电,长时间来看,这是一个不小的损耗.为了避免这种无
2、用的损耗,本文将介绍一种简单的,低损耗的方法来取代均压电阻的方法.用一种便宜,低电压,小信号驱动的双向共基极三极管来均衡电容电压.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,选择元器件的主要标准.,3,2023/10/8,介绍,Uc1,Uc2,I delta,4,2023/10/8,介绍,在通用变频器结构中,通常存在交流变直流母线环节,为了减小母线电压波动,一般用并联电力电容的方法来做缓冲电容,由于在400VAC供电系统下,产品的母线电压会达到560V以上,变频器运行时,母线电压会在500800V之间拨动,但由于当前的电力电容的耐压值大都在500V 左右,所以通常用电容串连
3、的方法来提高电容的耐压值.电容的串连可以使用低耐压值的电容来充当缓冲器,但由于各个电容的寿命及使用条件的差异性,导致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,电压分配的不均匀,在极限情况下,会损坏电容,或缩短电容的使用寿命.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.但由于为了满足电容间最大漏电流的补偿,通常需要选用功率较大的均压电阻来分配电压,从而导致能源的损耗也比较大,特别在现场应用中,变频器通常是始终供电的,即使变频器不在运行状态,这种电阻损耗也一直存在,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.,5,2023/10/8,介绍,现在有一种
4、新的电压平衡方法,可以大大的降低这种能耗,而且成本也在合理范围内,我们称其为主动式电压平衡,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.下面简要介绍一下这种主动式电压平衡的原理:,如图1:当V2=V1,V3=V4时,因V1=V3,所以V2=V4,电容电压平衡,电容漏电流一致 由于V1=V2,V3=V4,所以三极管QN,QP关闭不工作.当V2V1,V4V3时,QP满足导通工作条件,上电容的多余漏电流由QP导出,使得使得上下电容得漏电流一致,达到新的平衡后,QP关闭.由此可见,这种电压平衡是动态平衡,在电压平衡后,损耗仅是RB上的微弱能耗,在后面的章节我们将详细介绍这种方法.,6,202
5、3/10/8,被动平衡电压,在用两个均压电阻平衡电容电压的系统中,理想情况下,Uc1=Uc2,Idelta=0,但由于电容的漏电流差异,导致必须要通过Idelta,来补偿,为了提供足够的 Idelta,来补偿电容漏电流的差异,在选择RB时,必须能提供足够的静态电流IQ,而IQ的存在,导致了在电阻RB上消耗大量的能源,下面我们通过理论论证,来计算这种漏电流的能耗时相当可观的.,在正常应用中,通常两个电容之间的电压差 Udelta=10*Idelta 在10KW变频器系统中,采用两个10000uF/350V的电容串联,其漏电流达到1.39mA,为了平衡两个电容的漏电流差值,Idelta 一般选到5
6、mA10mA 以上,这样IQ就必须达到50100mA才能满足要求,电阻RB选用2.5K5Kohms这样的均压系统,即使在变频器不运行的状态下,一年的损耗至少在220KWH以上,能量损耗相当大.,7,2023/10/8,主动平衡电压-基本原理,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,在能提供一定的Idelta情况下,如果三级管的放大系数越大,则需要的门极驱动电流就越小,这样RB的电阻值就可以选择较大的值,这样,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.当然能在这么高电压下工作的三极管价格也不菲,现在也用MOSFET 管来替代三极管,这样同样能达到相同的效果,能耗降低非常明显.,8,2023/10/8,电压主动平衡-拓扑图,9,2023/10/8,实验模型,10,2023/10/8,结论,11,2023/10/8,参考文献,
