一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路

摘要

本发明公开了一种新的应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路，其包括整流电路、六管三相桥功率模块、软启动电阻和母排电容，所述整流电路输出正负端分别直接连接到六管三相桥功率模块的正负端，模块中两相桥臂四个开关管组成单相逆变拓扑，模块中剩余的一相桥臂两个开关管中的任意一个作为软启动电阻旁路开关，在电源上电阶段软启动电阻充满母排电容完成软启动后，由功率模块中剩余的开关管实现对软启动电阻的旁路，完成软启动过程，这种新的软启动电路，相比常规软启动电路可以省去一个大功率继电器。

权利要求

1.一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路，包括整流电路(2)、功率模块(1)、软启动电阻(3)和母排电容(4)，其特征在于：所述功率模块(1)为六管三相桥功率模块，所述整流电路(2)的输出正端(21)直接连接到功率模块(1)的正端(113)，所述整流电路(2)的输出负端(22)直接连接到功率模块(1)的负端(114)；所述软启动电阻(3)的一端连接到所述功率模块(1)的正端(113)，另一端连接到功率模块(1)的第三相桥臂的中点端(117)；所述母排电容(4)的正端连接到功率模块(1)的第三相桥臂的中点端(117)，母排电容(4)的负端连接到功率模块(1)的负端(114)；由功率模块(1)中第三相桥臂的上侧开关管(103)及其反并二极管(109)的并联组合实现对软启动电阻的旁路；所述功率模块(1)的第一相桥臂的中点端(115)和第二相桥臂的中点端(116)作为逆变电源的输出端。

2.一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路，包括整流电路(2)、功率模块(1)、软启动电阻(3)和母排电容(4)，其特征在于：所述功率模块(1)为六管三相桥功率模块，所述整流电路(2)的输出正端(21)直接连接到功率模块(1)的正端(113)，所述整流电路(2)的输出负端(22)直接连接到功率模块(1)的负端(114)；所述软启动电阻(3)的一端连接到功率模块(1)第三相桥臂的中点端(117)，另一端连接到功率模块(1)的负端(114)，母排电容(4)的正端连接到功率模块(1)的正端(113)，负端连接到功率模块(1)的第三相桥臂的中点端(117)，即由功率模块(1)中第三相桥臂的下侧开关管(106)及其反并二极管(112)的并联组合实现对软启动电阻的旁路；所述功率模块(1)的第一相桥臂的中点端(115)和第二相桥臂的中点端(116)作为逆变电源的输出端。

说明书

一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路

技术领域

[0001] 本发明涉及低功率单相逆变电源中的软启动电路。

背景技术

[0002] 单相逆变电源的主电路拓扑为整流电路加逆变电路，逆变电路多为电压型逆变，在整流电路输出端也即逆变电路输入端并联有较大容值的母排电容，起到储能稳压的作用。

[0003] 逆变电路为四管H桥拓扑结构，在低功率机型中，为提高整机可靠性，通常选用内部集成封装有多个半导体开关管的功率模块来构成主电路。这种功率模块包括绝缘栅双极型晶体管模块（IGBT）、智能功率模块（IPM）等。

[0004] 对应于低功率电源的商用功率模块通常设计为六管三相桥的形式，四管H桥形式的非常少见。因此通常的设计方法是，选用六管三相桥功率模块，利用其中的四管H桥构成单相逆变电源的逆变主拓扑，剩余的一相桥臂的两管闲置不用。

[0005] 由于有较大容值的母排电容的存在，电容连接在整流电路的输出端，上电时，由于充电电流过大，将会对母排电容造成损害，因此，在单相逆变电源中必须设计软启动电路用于在上电阶段实现对母排电容的缓慢充电，以降低电网冲击电流，避免对整流电流和母排电容的损伤。

[0006] 为了解决上述技术问题，现有技术中，通常是采用如图1所示的软启动电路结构，[0007] 现有技术应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路如图1所示。图1中，所述应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路包括整流电路2、六管三相桥功率模块1、软启动电阻3和母排电容4。所述母排电容的正负端并接到功率模块1的正端113和负端114，所述整流电路2的输出正端21和功率模块1的正端113之间串入一个软启动电阻3和一个继电器5的并联组合。所述功率模块1的第三相桥臂的中点端117空置，其余第一相和第二相桥臂的中点端115和116作为逆变电源的输出端。在上电阶段，使继电器5的触点处于断开状态，整流电路2通过软启动电阻3对母排电容4充电，由于充电回路上存在一个软启动电阻限流，可将母排电容4的充电电流限制在一个可以接受的范围。随着充电的进行，充电电流逐步减小，直至母排电容4充满，此时通过控制继电器5闭合，软启动电阻3被旁路，此后逆变电路正常工作，从整流电路2汲取的电流通行的路径变为继电器触点。继电器触点为低阻抗低损耗路径，电源能量可正常传递。

[0008] 上述单相逆变电源电路的软启动电路中，继电器的触点容量需要与整流电路输出电流值相匹配，因此，需要使用一个较大体积的大功率继电器。增加了电路元件数量、整机重量、体积和成本。

发明内容

[0009] 本发明的目的是提供一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路，其结构简单，可省去一个大功率继电器，从而降低电路元件数、整机重量、体积和成本。

[0010] 本发明的一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路，可以通过如下两个技术方案实现。

[0011] 方案一:

[0012] 本发明的一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路，包括整流电路、功率模块、软启动电阻和母排电容，其特征在于：所述功率模块为六管三相桥功率模块，所述整流电路的输出正端直接连接到功率模块的正端，所述整流电路的输出负端直接连接到功率模块的负端；所述软启动电阻的一端连接到所述功率模块的正端，另一端连接到功率模块的第三相桥臂的中点端；所述母排电容的正端连接到功率模块的第三相桥臂的中点端，母排电容的负端连接到功率模块的负端，即由功率模块中第三相桥臂的上侧开关管及其反并二极管的并联组合实现对软启动电阻的旁路；所述功率模块的第一相和第二相桥臂的中点端作为逆变电源的输出端。

[0013] 方案二:

[0014] 一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路，包括整流电路、功率模块、软启动电阻和母排电容，其特征在于：所述功率模块为六管三相桥功率模块，所述整流电路的输出正端直接连接到功率模块的正端，所述整流电路的输出负端直接连接到功率模块的负端；所述软启动电阻的一端连接到功率模块第三相桥臂的中点端，另一端连接到功率模块的负端，母排电容的正端连接到功率模块的正端，母排电容的负端连接到功率模块的第三相桥臂的中点端，即由功率模块中第三相桥臂的下侧开关管及其反并二极管的并联组合实现对软启动电阻的旁路；所述功率模块的第一相和第二相桥臂的中点端作为逆变电源的输出端。

[0015] 采用本发明技术方案的一种应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路，具有以下优点：

[0016] 1.本发明的软启动电路中节省了一个大功率的继电器，使电源的电路结构简单、元件数量少，有效降低逆变电源的硬件成本；

[0017] 2.本发明的软启动电路中节省了一个大功率的继电器，显著减小逆变电源的体积和重量。

附图说明

[0018] 图1是现有技术中应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路的结构示意图；

[0019] 图2是本发明应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路技术方案一的实施例的结构示意图；该实施例是基于功率模块的第三相桥臂的上侧开关管及其反并二极管实现对软启动电阻旁路的实施例。

[0020] 图3是是本发明应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路技术方案二的实施例的结构示意图；该实施例是基于功率模块的第三相桥臂的下侧开关管及其反并二极管实现对软启动电阻旁路的实施例。

[0021] 图1-3中，图中1为六管三相桥功率模块，101 106为模块中开关管，107 112为模块~ ~中反并二极管，113为功率模块正端，114为功率模块负端，115、116、117均为功率模块三相桥臂中点端，2为整流电路，21为整流电路输出正端，22为整流电路输出负端，3为软启动电阻，4为母排电容，5为继电器。

[0022] 现有技术应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路如图1所示。图1中，所述应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路包括整流电路2、六管三相桥功率模块1、软启动电阻3和母排电容4。所述母排电容的正负端并接到功率模块1的正端113和负端114，所述整流电路2的输出正端21和功率模块1的正端113之间串入一个软启动电阻3和一个继电器5的并联组合。所述功率模块1的第三相桥臂的中点端117空置，其余第一相和第二相桥臂的中点端115和116作为逆变电源的输出端。在上电阶段，使继电器5的触点处于断开状态，整流电路2通过软启动电阻3对母排电容4充电，由于充电回路上存在一个软启动电阻限流，可将母排电容4的充电电流限制在一个可以接受的范围。随着充电的进行，充电电流逐步减小，直至母排电容4充满，此时通过控制继电器5闭合，软启动电阻3被旁路，此后逆变电路正常工作，从整流电路2汲取的电流通行的路径变为继电器触点。继电器触点为低阻抗低损耗路径，电源能量可正常传递。

具体实施方式

[0023] 实施例一：

[0024] 以下结合附图2和具体实施例一对本发明的技术方案一做进一步说明。

[0025] 图2是基于本发明的功率模块的第三相桥臂的上侧开关管及其反并二极管实现对软启动电阻旁路的实施例。本实施例的应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路包括整流电路2、六管三相桥功率模块1、软启动电阻3和母排电容4。所述整流电路2的输出正端21直接连接到功率模块1的正端113，整流电路2的输出负端22直接连接到功率模块1的负端114，软启动电阻3的一端连接到功率模块1的正端113，另一端连接到功率模块1的第三相桥臂的中点端117，母排电容4的正端连接到功率模块1的第三相桥臂的中点端117，负端连接到功率模块1的负端114，功率模块1的其余两个桥臂中点端115和116作为逆变电源的输出端。所述六管三相桥功率模块1中第一相桥臂和第二相桥臂的四个开关管101、104、102、105及其反并二极管107、110、108、111组成单相逆变拓扑。

[0026] 以下结合附图2对本发明的应用于低功率单相逆变电源中的软启动电路的实施例一的工作原理做一个详细描述：

[0027] 在上电阶段，功率模块1内所有开关管101-106均处于截止状态，整流电路2通过软启动电阻3对母排电容4充电，由于充电回路上存在一个软启动电阻3限流，可将母排电容4的充电电流限制在一个可以接受的范围。随着充电的进行，充电电流逐步减小，直至母排电容4充满，此时通过控制功率模块1内开关管103导通，软启动电阻3被旁路，所述功率模块1内处于导通状态的开关管103及其反并二极管109的并联组合构成了一个可双向通流的路径，母排电容4的正端通过该低阻抗低损耗路径连接到功率模块1的正端113上，起到储能稳压的作用,完成上电软启动过程。此后逆变电路可开始正常运行。

[0028] 实施例二：

[0029] 图3是本发明技术方案二的基于本发明的功率模块的第三相桥臂的下侧开关管及其反并二极管实现对软启动电阻旁路的实施例。

[0030] 与图2实施例的不同之处在于：软启动电阻3和母排电容4互换位置，即软启动电阻3的一端连接到功率模块1的第三相桥臂的中点端117，另一端连接到功率模块1的负端114，母排电容4的正端连接到功率模块1的正端113，另一端连接到功率模块1的第三相桥臂的中点端117。

[0031] 以下结合附图3对本实施例二的工作原理做一个详细描述：

[0032] 在上电阶段，功率模块1内所有开关管101-106均处于截止状态，整流电路2通过软启动电阻3对母排电容4充电，由于充电回路上存在一个软启动电阻3限流，可将母排电容4的充电电流限制在一个可以接受的范围。随着充电的进行，充电电流逐步减小，直至母排电容4充满，此时通过控制功率模块1内开关管106导通，软启动电阻3被旁路，所述功率模块1内处于导通状态的开关管106及其反并二极管112的并联组合构成了一个可双向通流的路径，母排电容4的负端通过该低阻抗低损耗路径连接到功率模块1的负端114上，起到储能稳压的作用,完成上电软启动过程。此后逆变电路可开始正常运行。

[0033] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依据本发明申请专利范围所做的等效变化，皆应属于本发明的保护范围。

[0034] 采用本发明技术方案的软启动电路可以应用于各种低功率的单相逆变电源中。