CN204794670U - 一种平衡电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种平衡电路，应用于三电平拓扑电路中，包括第一IGBT、第二IGBT、第一IGBT驱动电路、控制电路、第二IGBT驱动电路、电阻以及电感；所述第一IGBT的第三端口与所述第二IGBT的第二端口连接，所述控制电路的第一输出端和第二输出端分别与所述第一IGBT驱动电路的输入端和所述第二IGBT驱动电路的输入端连接，所述第一IGBT驱动电路的输出端与所述第一IGBT的第一端连接，所述第二IGBT驱动电路的输出端与所述第二IGBT的第一端口连接，所述控制电路的第一输入端和第二输入端分别与所述电阻的两端连接，所述电阻的两端还分别与所述电感的一端连接以及第一IGBT的第三端口和第二IGBT的第二端口连接。本实用新型电路简单，不存在过载问题，可靠性高，损耗低，成本低。

Description

一种平衡电路

技术领域

本实用新型涉及三电平技术领域，更具体地说，涉及一种平衡电路，应用于三电平拓扑电路中。

背景技术

三电平技术应用日益广泛，分为T字三电平电路和一字三电平电路，此两种三电平电路与二电平拓扑电路相比，不同之处为三电平电路需要一个母线的中点，这限制了某些方面的应用，必须使用硬件形式的平衡电路或者软件形式的平衡算法，才能够较好的解决这个问题。

现有的硬件形式的平衡电路有很多种，其中，包括基于电阻自平衡的平衡电路和基于变压器绕组平衡的平衡电路等，但是其均存在一定的弊端。采用电阻平衡的平衡电路时，其平衡能力非常有限，且发热严重，不适合应用于大功率电路；采用变压器绕组平衡的平衡电路时，由于电流变化率受限于漏感值，在母线不平衡较严重时，电流变化率较高，容易失控，造成较大电流和电压应力而损坏开关管，且总体的平衡能力较小。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有的硬件形式的平衡电路的上述缺陷，提供一种平衡电路。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为提供了一种平衡电路，应用于三电平拓扑电路中，该平衡电路包括第一IGBT、第二IGBT、第一IGBT驱动电路、控制电路、第二IGBT驱动电路、电阻以及电感；所述第一IGBT的第三端口与所述第二IGBT的第二端口连接，所述控制电路的第一输出端和第二输出端分别与所述第一IGBT驱动电路的输入端和所述第二IGBT驱动电路的输入端连接，所述第一IGBT驱动电路的输出端与所述第一IGBT的第一端连接，所述第二IGBT驱动电路的输出端与所述第二IGBT的第一端口连接，所述控制电路的第一输入端和第二输入端分别与所述电阻的两端连接，所述电阻的一端还与所述电感的一端连接、另一端还与第一IGBT的第三端口和第二IGBT的第二端口连接。

在上述平衡电路中，所述控制电路包括检测电路、滤波器、同向放大电路、反向放大电路、第一比较器、第二比较器、BUCK控制器以及BOOST控制器，其中，所述检测电路与所述滤波器依次连接；所述同向放大电路和所述反向放大电路分别与所述滤波器连接；所述同向放大电路、所述第一比较器及所述BUCK控制器依次连接，所述反向放大电路、所述第二比较器及所述BOOST控制器依次连接。

在上述平衡电路中，所述平衡电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极和阴极分别与所述第一IGBT的第二端口和第三端口连接；所述第二二极管的阳极和阴极分别与所述第二IGBT的第二端口和第三端口连接。

在上述平衡电路中，所述第一IGBT和所述第二IGBT为同一类型的IGBT。

在上述平衡电路中，所述平衡电路还包括相互之间串联的第一电容和第二电容，串联的所述第一电容和所述第二电容的一端与所述第一IGBT的第二端口连接、另一端与所述第二IGBT的第三端口连接，且所述电感的另一端与所述第一电容和所述第二电容相互串联的节点连接。

在上述平衡电路中，所述平衡电路还包括第一保险丝和第二保险丝，所述三电平拓扑电路包括母线电容电路，其中，所述第一保险丝的两端分别与所述第一IGBT的第二端口和所述母线电容电路的一端连接，所述第二保险丝的两端分别与所述第二IGBT的第三端口和所述母线电容电路的另一端连接。

在上述平衡电路中，所述母线电容电路包括第一并联电容组和第二并联电容组，所述第一并联电容组和所述第二并联电容组相互串联，且所述第一并联电容组和所述第二并联电容组均包括相同数目且并联连接的电容。

在上述平衡电路中，所述平衡电路还包括用于给所述第一IGBT驱动电路、所述控制电路和所述第二IGBT驱动电路提供供电电压的辅助电源，所述辅助电源分别与所述第一IGBT驱动电路、所述控制电路12以及所述第二IGBT驱动电路连接。

在上述平衡电路中，所述滤波器为一级低通滤波器。

实施本实用新型的平衡电路的有益效果有：控制电路部分整合了BOOST和BUCK控制器，根据母线差来控制该平衡电路，电路简单，同时，由于工作在恒流状态下，不存在过载问题，平衡能力始终为设定值，不会随母线电压变动，可靠性高，能量在正负直流母线之间搬移，损耗低；此外，BUCK和BOOST控制器可以采用简单的控制芯片如UC3842来实现，成本低；控制电路部分还包括了滤波器，保证了IGBT驱动不会出现直通现象，防止损坏IGBT。

附图说明

图1是本实用新型实施例的平衡电路的结构示意图。

图2是图1中的控制电路的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型采用半桥式IGBT来实现平衡电路，且控制电路部分整合了BOOST和BUCK控制器，该控制电路根据母线差来控制该平衡电路，电路简单，同时，由于工作在恒流状态下，不存在过载问题，可靠性高，能量在正负直流母线之间搬移，损耗低；此外，BUCK和BOOST控制器可以采用简单的控制芯片如UC3842来实现，成本低。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，是本实用新型实施例的平衡电路的结构示意图。该平衡电路包括第一IGBT1、第二IGBT2、第一IGBT驱动电路11、控制电路12、第二IGBT驱动电路13、电阻R以及电感L。第一IGBT1的第三端口与第二IGBT2的第二端口连接，控制电路12的第一输出端和第二输出端分别与第一IGBT驱动电路11的输入端和第二IGBT驱动电路13的输入端连接，第一IGBT驱动电路11的输出端与第一IGBT1的第一端连接，第二IGBT驱动电路13的输出端与第二IGBT2的第一端口连接，控制电路12的第一输入端和第二输入端分别与电阻R的两端连接，电阻R的一端还与电感L的一端连接，电阻R的另一端还与第一IGBT1的第三端口和第二IGBT2的第二端口连接。

进一步地，第一IGBT1和第二IGBT2为同一类型的IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，例如N型IGBT、P型IGBT等。

本实用新型的平衡电路应用于三电平拓扑电路中时，该三电平拓扑电路包括母线电容电路16，母线电容电路16的两端分别与正直流母线DC+和负直流母线DC-连接(图中未示出)，母线电容电路16包括第一并联电容组和第二并联电容组，第一并联电容组和第二并联电容组均包括相同数目的电容，且电容并联连接，在本实施例中，第一并联电容组和第二并联电容组的电容的数目为六个，但不限于此，第一并联电容组和第二并联电容组相互串联，即第一并联电容组和第二并联电容组的电容对应串联连接。

该平衡电路还包括第一电容C1、第二电容C2、第一保险丝14以及第二保险丝15。在本实施例中，与正直流母线DC+连接的母线电容电路的一端经过第一保险丝14与串联的第一电容C1和第二电容C2的一端连接，与负直流母线DC-连接的母线电容电路的另一端经过第二保险丝15与串联的第一电容C1和第二电容C2的另一端连接，第一电容C1和第二电容C2之间的中点N与第一并联电容组和第二并联电容组的电容对应串联连接的连接点连接，电感L的另一端与第一电容C1和第二电容C2相互串联的节点连接，较佳地，电感L的另一端连接到中点N。

第一IGBT1的第二端口与第一保险丝14的一端和第一电容C1的一端连接，三者的交点标记为+BUS，第二IGBT2的第三端口与第二保险丝15的一端和第二电容C2的一端连接，三者的交点标记为-BUS。

进一步地，该平衡电路还包括第一二极管D1和第二二极管D2，第一二极管D1的阳极和阴极分别与第一IGBT1的第二端口和第三端口连接，即第一二极管D1与第一IGBT1并联；第二二极管D2的阳极和阴极分别与第二IGBT2的第二端口和第三端口连接，即第二二极管D2与第二IGBT2并联。

在本实施例中，控制电路12用于检测母线差，并根据该母线差输出相应的PWM使第一IGBT1和第二二极管D2或第二IGBT2和第一二极管D1工作在BUCK模式或者BOOST模式，使对应的IGBT作为恒流源，从而使能量在正直流母线和负直流母线之间搬移，电路损耗较低，能量不是发热损耗掉的。

母线差为正直流母线电压绝对值与负直流母线电压绝对值的差值，在本实施例中，以控制电路12两端连接的电阻R的中点与中点N之间的电压差作为母线差。当检测到母线差为某一定值时，控制电路12不输出PWM，从而使第一IGBT1和第二IGBT2均不动作，这样该平衡电路处于待机模式；当检测到正直流母线电压绝对值大于负直流母线电压绝对值时，且其母线差超过预设值时，控制电路12输出PWM控制第一IGBT1动作，使第一IGBT1和第二二极管D2工作在BUCK模式，作为恒流源，这样能量从正直流母线搬移到负直流母线；当检测到负直流母线电压绝对值大于正直流母线电压绝对值时，且其母线差超过预设值时，控制电路12输出PWM控制第二IGBT2动作，使第二IGBT2和第一二极管D1工作在BOOST模式，作为恒流源，这样能量从负直流母线搬移到正直流母线。这样该平衡电路工作在恒流状态下，平衡能力始终为定值，因此不会随着母线电压而改变，另外，可以看出该平衡电路的工作模式简单，可靠性高。

当然，在本实施例中，该平衡电路还包括辅助电源(图中未示出)，其分别与第一IGBT驱动电路11、控制电路12和第二IGBT驱动电路连接，用于给第一IGBT驱动电路11、控制电路12和第二IGBT驱动电路提供供电电压。

如图2所示，是图1中的控制电路的结构示意图。该控制电路12包括检测电路121、滤波器122、同向放大电路123、反向放大电路124、第一比较器125、第二比较器126、BUCK控制器127以及BOOST控制器128，其中，检测电路121与滤波器122依次连接，同向放大电路123和反向放大电路124分别与滤波器122连接，同向放大电路123、第一比较器125及BUCK控制器127依次连接，反向放大电路124、第二比较器126及BOOST控制器128依次连接。

滤波器122为一级低通滤波器，在检测电路121检测到母线差时，经过该滤波器后得到真实的母线差值，这是由于在设备正常工作时，母线上包含了150Hz的交流纹波，容易使平衡电路被误触发工作，通过该滤波器后滤出了该交流纹波得到真实的母线差值，因此母线差经过该滤波器需要一定时间，则此时平衡电路工作在待机模式，从而保证了第一IGBT驱动电路11和第二IGBT驱动电路13不会使IGBT驱动出现直通现象，防止IGBT的损坏。

之后分别经过同向放大电路123和反向放大电路124，再分别经过第一比较器125、第二比较器126，即分别与预设值进行比较，输出使能BUCK控制器127或BOOST控制器128的使能信号，BUCK控制器127或BOOST控制器128根据使能信号对应输出PWM，从而控制对应的IGBT动作，使第一IGBT1和第二二极管D2以及第二IGBT2和第一二极管D1工作在对应的模式。BUCK控制器127使能后，输出PWM，控制第一IGBT1按照恒流源工作；BOOST控制器128使能后，输出另一PWM，控制第二IGBT2按照恒流源工作。

在本实施例中，由于采样电流值为电感电流，因此BUCK控制器127和BOOST控制器128可以采用控制芯片如UC3842。

根据上述分析可以看出，该平衡电路采用半桥式IGBT来实现，且控制电路将BUCK控制器和BOOST控制器整合在一起，根据母线差进行控制，电路简单；该平衡电路工作时，是电流受控，工作在恒流状态下，不存在过载问题，平衡能力始终为设定值，不会随母线电压变动，可靠性高；同时，能量在正负直流母线之间搬移，损耗低；此外，BUCK控制器和BOOST控制器可以采用简单的控制芯片如UC3842来实现，电路简单，成本低，动态特性好。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种平衡电路，应用于三电平拓扑电路中，其特征在于，该平衡电路包括第一IGBT、第二IGBT、第一IGBT驱动电路、控制电路、第二IGBT驱动电路、电阻以及电感；所述第一IGBT的第三端口与所述第二IGBT的第二端口连接，所述控制电路的第一输出端和第二输出端分别与所述第一IGBT驱动电路的输入端和所述第二IGBT驱动电路的输入端连接，所述第一IGBT驱动电路的输出端与所述第一IGBT的第一端连接，所述第二IGBT驱动电路的输出端与所述第二IGBT的第一端口连接，所述控制电路的第一输入端和第二输入端分别与所述电阻的两端连接，所述电阻的一端还与所述电感的一端连接、另一端还与第一IGBT的第三端口和第二IGBT的第二端口连接。

2.根据权利要求1中所述的平衡电路，其特征在于，所述控制电路包括检测电路、滤波器、同向放大电路、反向放大电路、第一比较器、第二比较器、BUCK控制器以及BOOST控制器，其中，所述检测电路与所述滤波器依次连接；所述同向放大电路和所述反向放大电路分别与所述滤波器连接；所述同向放大电路、所述第一比较器及所述BUCK控制器依次连接，所述反向放大电路、所述第二比较器及所述BOOST控制器依次连接。

3.根据权利要求2中所述的平衡电路，其特征在于，所述平衡电路还包括第一二极管和第二二极管，所述第一二极管的阳极和阴极分别与所述第一IGBT的第二端口和第三端口连接；所述第二二极管的阳极和阴极分别与所述第二IGBT的第二端口和第三端口连接。

4.根据权利要求3中所述的平衡电路，其特征在于，所述第一IGBT和所述第二IGBT为同一类型的IGBT。

5.根据权利要求4中所述的平衡电路，其特征在于，所述平衡电路还包括相互之间串联连接的第一电容和第二电容，串联的所述第一电容和所述第二电容的一端与所述第一IGBT的第二端口连接、另一端与所述第二IGBT的第三端口连接，且所述电感的另一端与所述第一电容和所述第二电容相互串联的节点连接。

6.根据权利要求5中所述的平衡电路，其特征在于，所述平衡电路还包括第一保险丝和第二保险丝；所述三电平拓扑电路包括母线电容电路，其中，所述第一保险丝的两端分别与所述第一IGBT的第二端口和所述母线电容电路的一端连接，所述第二保险丝的两端分别与所述第二IGBT的第三端口和所述母线电容电路的另一端连接。

7.根据权利要求6中所述的平衡电路，其特征在于，所述母线电容电路包括第一并联电容组和第二并联电容组，所述第一并联电容组和所述第二并联电容组相互串联，且所述第一并联电容组和所述第二并联电容组均包括相同数目且并联连接的电容。

8.根据权利要求7中所述的平衡电路，其特征在于，所述平衡电路还包括用于给所述第一IGBT驱动电路、所述控制电路和所述第二IGBT驱动电路提供供电电压的辅助电源，所述辅助电源分别与所述第一IGBT驱动电路、所述控制电路12以及所述第二IGBT驱动电路连接。

9.根据权利要求8中所述的平衡电路，其特征在于，所述滤波器为一级低通滤波器。