一种母线过压保护电路、四象限变频器的制作方法

本实用新型涉及电路保护领域，特别涉及一种母线过压保护电路、四象限变频器。

背景技术：

目前，由于母线是多个电路以并列分支的形式连接的一条共用的通路，母线上的电压较高，当电路中出现故障导致母线电压不断上升时，母线中会产生尖峰电压，损坏电路中的其他器件、模块，对电路的性能甚至功能造成影响。因此，现有技术中为了解决尖峰电压的问题，在母线中增加多个电容来增大母线电容容量，用以储存电机制动、抖动时回馈到母线上的能量，从而降低母线尖峰电压值。

发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有技术为了解决尖峰电压的问题，需要较大的母线电容，增加了变频器的制造成本，并增大了变频器的体积。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种母线过压保护电路、四象限变频器，使得降低避免在母线中产生尖峰电压的成本。

为解决上述技术问题，本实用新型的实施方式提供了一种母线过压保护电路，包括：母线；第一电容模块，所述第一电容模块连接于所述母线，所述第一电容模块用于存储所述母线的电能；电压释放模块，所述电压释放模块连接于所述第一电容模块；所述电压释放模块用于当所述母线电压超过预设阈值时，释放所述第一电容模块存储的电能。本实用新型的实施方式还提供了一种四象限变频器，包括上述的母线过压保护电路。

本实用新型实施方式相对于现有技术而言，当母线电压超过预设阈值时，电压释放模块开始工作，释放第一电容模块中存储的电能，从而避免母线电压超出设置阈值，损坏母线上的器件风险；相较于现有技术中通过设置大容量的电容模块来尽量确保满足降低母线尖峰电压值的需求，可以极大地降低大容量的电容模块需要耗费的巨大成本。

另外，所述母线包括正极母线与负极母线，所述第一电容模块的正极连接所述正极母线，所述第一电容模块的负极连接所述负极母线，所述第一电容模块的正极、负极分别存在一个连接节点，所述电压释放模块连接所述第一电容模块正极、负极的连接节点。通过该连接方式，使得电压释放模块在出现异常情况时，电压释放模块可以释放第一电容模块的电量，第一电容模块可以继续存储母线上的电能，保护母线上的其它器件。

另外，所述母线过压保护电路还包括二极管；所述二极管位于所述正极母线与所述第一电容模块正极的连接节点之间，所述二极管的阳极连接所述正极母线，所述二极管的阴极连接所述第一电容模块正极的连接节点。通过设置一个二极管，利用二极管单向导通的特性，使得第一电容模块只存储母线的电能，不会向母线释放电能，避免第一电容模块的电能逆流，从而降低了第一电容模块上的纹波电流，提高了寿命。

另外，所述母线过压保护电路还包括第一电阻；所述第一电阻与所述二极管串联连接。通过设置与二极管串联的第一电阻，可以限制流入第一电容模块的电流，可以降低流入第一电容模块的充电电流，起到上电充电保护作用。

另外，所述电压释放模块包括第一压敏电阻。通过设置第一压敏电阻，当母线电压超过预设阈值时，使得压敏电阻两端的电压超过第一压敏电阻工作电压，第一压敏电阻的阻值变小，第一电容模块上的能量在第一压敏电阻上消耗，从而降低母线尖峰电压值。

另外，所述电压释放模块还包括第二电阻，所述第二电阻与所述第一压敏电阻串联连接。通过设置第二电阻，使得在第一压敏电阻阻值减小时，通过第二电阻分散消耗掉第一电容模块的电能，提高母线过压保护电路消耗电能的能力，减少第一压敏电阻消耗电能的压力，提高第一压敏电阻的寿命。

另外，所述电压释放模块还包括第二压敏电阻，所述第二压敏电阻与所述第一压敏电阻的工作电压相同，所述第二压敏电阻与所述第一压敏电阻并联。通过设置第二压敏电阻，当电压超过第一压敏电阻工作电压时，通过第二压敏电阻分散消耗第一电容模块的电能，提高电能的消耗速度，能够使得电容模块第一的电能能够被及时消耗掉，避免尖峰电压，同时，也提高了第一压敏电阻的使用寿命。

附图说明

图1是根据本实用新型第一实施方式一种母线过压保护电路的电路结构示意图；

图2是根据本实用新型第二实施方式一种母线过压保护电路的电路结构示意图；

图3是根据本实用新型第二实施方式一种母线过压保护电路的电路结构示意图；

图4是根据本实用新型第三实施方式一种四象限变频器的电路结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。

本实用新型的第一实施方式涉及一种母线过压保护电路，包括：母线；第一电容模块，第一电容模块连接于所述母线，第一电容模块用于存储所述母线的电能；电压释放模块，电压释放模块连接于第一电容模块；电压释放模块用于当母线电压超过预设阈值时，释放第一电容模块存储的电能。如图1所示。

母线包括正极母线和负极母线，如图1中电路ab段表示正极母线、电路cd段表示负极母线，第一电容模块101的正极通过dc+节点连接正极母线ab，第一电容模块101的负极通过dc-节点连接负极母线cd，第一电容模块的正极、负极分别存在一个连接节点e、f，电压释放模块102连接第一电容模块101正极与负极的连接节点e、f。

本实施方式中，当母线电压超过预设阈值时，电压释放模块可以释放第一电容模块中存储的电能，从而避免母线电压超出设置阈值，损坏母线上的器件风险；相较于现有技术中通过设置大容量的电容模块来尽量确保满足降低母线尖峰电压值的需求，可以极大地降低大容量的电容模块需要耗费的巨大成本。

本实用新型的第二实施方式涉及一种母线过压保护电路。第二实施方式与第一实施方式大致相同，主要区别之处在于：在本实用新型第二实施方式中，电压释放模块包括第一压敏电阻。

本实施方式的一种母线过压保护电路的电路结构图如图2、图3所示。

本实施方式中，第一电容模块包括第一电容c1，电压释放模块包括第一压敏电阻rv1。在其他实施方式中，第一电容模块可以包含多个电容。

具体地说，第一压敏电阻rv1两端的电压值小于第一压敏电阻的工作电压时，第一压敏电阻rv1阻值较大，此时仅能消耗第一电容模块101极少的电能；当电压值超过第一压敏电阻rv1的工作电压时，第一压敏电阻rv1阻值迅速减小，由于第一电容c1电压值不变，在电压值不变的情况下，功耗与电阻值成反比，电阻越小，第一压敏电阻rv1消耗第一电容c1的速度加快，使得当母线上出现尖峰电压时，第一电容模块能够存储母线上的电能，降低母线尖峰电压，且第一电容模块的容量无需过大，降低了电容模块的成本。

但是，若电压释放模块仅通过第一压敏电阻rv1来释放第一电容c1的电能，可能会出现第一压敏电阻无法消耗掉第一电容模块的电能的情况，也会降低第一压敏电阻rv1的使用寿命。因此，在一个例子里，如图2所示，为了解决第一压敏电阻无法消耗掉第一电容模块的电能的问题，并提高第一压敏电阻的使用寿命，在电压释放模块中设置一个与第一压敏电阻rv1串联连接的第二电阻r2，通过第二电阻r2分散消耗第一电容c1的电能，使得第一电容模块的电能可以被及时消耗，提高母线过压保护电路消耗电能的能力，并提高使用第一压敏电阻的使用寿命，从而提高整个电路的使用寿命。在另一个例子里，如图3所示，为了提高第一压敏电阻rv1的使用寿命，在电压释放模块中设置第二压敏电阻rv2，第二压敏电阻rv2与第一压敏电阻rv1的工作电压相同，第二压敏电阻rv2与第一压敏电阻rv1并联。

在一个例子中，母线过压保护电路还包括二极管d1，二极管d1位于正极母线ab与第一电容c1正极的连接节点e之间，二极管d1的阳极连接正极母线ab，二极管d1的阴极连接第一电容模块c1正极的连接节点e。由于二极管d1具有单向导通的特性，使得第一电容c1只存储母线中的电能，不会向母线释放电能，避免第一电容c1的电能逆流，从而降低了第一电容模块上的纹波电流，提高了寿命。

在一个例子中，由于第一电容c1的纹波电流较低，因此，第一电容c1可以选择低纹波电流能力，高容量的铝电解电容，从而减小整个电路的体积。

在一个例子中，母线过压保护电路还包括第一电阻r1，第一电阻r1与二极管d1串联连接。具体地说，本实施方式中，第一电阻r1位于dc+节点与二极管d1的阳极之间，母线中的电流先通过第一电阻r1，再通过二极管d1流入第一电容c1。在其他实施方式中，第一电阻r1可以位于二极管d1的负极与第一电容c1正极的连接节点e之间，母线中的电流先通过二极管d1，在通过第一电阻r1流入第一电容c1。

本实施方式通过在电压释放模块设置第一压敏电阻，使得在母线电压超过预设阈值时，第一压敏电阻阻值降低，相应地，消耗电能的速度加快，从而降低母线尖峰电压值。

本实用新型第三实施方式涉及一种四象限变频器，包括上述的母线过压保护电路。本实施方式的四象限变频器的电路结构图如图4所示。

在一个例子中，四象限变频器还包括：整流模块301、逆变模块302；整流模块301与逆变模块302通过母线连接，整流模块301用于将外接三相电网的交流电转换为直流电，并为逆变模块301提供电能；逆变模块302用于驱动外接电动机，并将外接电动机制动时产生的电能回馈到母线；整流模块还用于将回馈到母线的电能回馈到外接三相电网。

在一个例子中，四象限变频器还包括第二电容模块，第二电容模块包括第二电容c2，第二电容c2的正极连接正极母线ab，第二电容c2的负极连接负极母线cd。在其他例子中，第二电容模块可以包括多个电容。第二电容c2作为母线储能滤波使用。四象限变频器工作时，根据不同的运行工况，整流模块、逆变模块向第二电容模块进行充放电。因此，第二电容c2选择高纹波电流能力的薄膜电容，薄膜电容的寿命较长，从而提高四象限变频器的寿命。

在一个例子中，整流模块301包括三路并联设置的整流支路，每个整流支路包括两个串联的开关器件3011，每个整流支路中两个开关器件3011间存在一个连接节点r、s、t，外接三相电网分别与三个整流支路的连接节点r、s、t相连；逆变模块302包括三路并联设置的逆变支路，每个逆变支路包括两个串联的开关器件3011，每个逆变支路中两个开关器件3011间存在一个连接节点u、v、w，外接电动机分别与三个逆变支路的连接节点u、v、w相连。

在一个例子中，开关器件3011包括开关管、与开关管并联的二极管，开关管包括绝缘栅双极型晶体管(igbt，insulatedgatebipolartransistor)或金氧半场效晶体管(mosfet，metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)。

本实施方式的四象限变频器通过应用上述的母线保护电路，使得能够可靠地降低母线尖峰电压值的同时，避免母线电压值超出母线上元器件的耐压值，并减少四象限变频器的制造成本以及体积。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本实用新型的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本实用新型的精神和范围。