一种制动单元的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种制动单元，包括母线电容（C）、第一续流模块（101）、第二续流模块（102）、第一制动模块（201）、第二制动模块（202）以及制动电阻（R），所述制动电阻（R）串联连接在所述第一制动模块（201）和所述第二制动模块（202）之间。实施本发明的有益效果是，通过第一续流模块和第二续流模块的钳位作用以及将制动电阻接在第一制动模块和第二制动模块的中间，使得制动模块在工作时不会产生电压尖峰，即使在一个制动模块短路时，仍可以继续工作，电路结构简单，安全性能高。
【专利说明】一种制动单元
【技术领域】
[0001]本发明涉及变流器或变频器制动【技术领域】，更具体地说，涉及一种制动单元。
【背景技术】
[0002]制动单元是变流器或变频器中电机快速制动或位移负载可靠运行非常重要的一环。当变频器减速停机时，电机会处于发电状态，即处于再生制动状态，使系统降速时间大大缩短，能量回馈大大加快，直流母线电压快速上升，因此必须将该回馈能量迅速消耗掉，保持直流母线电压在某一安全范围以下。制动单元的主要功能就是能快速将该能量消耗掉，能量由制动电阻转换成热能散发。
[0003]图1为现有的一类制动单元的模块方框图，图2为现有的二类制动单元的模块方框图，均包括一个制动模块10、一个续流模块20、制动电阻R以及母线电容C，其中，制动模块10包括一开关管，该开关管为绝缘栅双极型晶体管，即IGBT，续流模块20为续流二极管。如图1所示，续流模块20与制动电阻R均有一端与正直流母线连接；如图2所示，续流模块20与制动电阻R均有一端与负直流母线连接。
[0004]一类、二类制动单元电路的工作原理大致相同，再生能量达到母线设定值时，制动IGBT导通，再生能量消耗在制动电阻R上，以达到制动的目的。但在制动的IGBT关断时由于杂散电感的影响会产生电压尖峰，很容易将制动的IGBT击穿，当IGBT被击穿时，制动电阻一直处于发热状态，而制动电阻的选择功率一般为制动功率的20%，此时制动电阻温度会很高而有可能燃烧，引起火灾事故，存在很大的安全隐患。
【发明内容】
[0005]本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述制动模块中的开关管在关断时容易产生电压尖峰，从而导致制动电阻温度过高而燃烧，存在较大安全隐患的缺陷，提供一种制动单元。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种制动单元，接于变流器或变频器的正直流母线和负直流母线之间，并用于实现变流器或变频器中电机快速制动或位移负荷可靠运行，所述制动单元包括母线电容、第一续流模块、第二续流模块、第一制动模块、第二制动模块以及制动电阻，且所述第一制动模块包括第一开关管、所述第二制动模块包括第二开关管，其中:所述母线电容连接在正直流母线和负直流母线之间，所述第一续流模块和所述第二开关管串联连接在正直流母线和负直流母线之间；所述第一开关管和所述第二续流模块串联连接在正直流母线和负直流母线之间；所述制动电阻的第一端连接所述第一续流模块和所述第二开关管的连接点、第二端连接所述第一开关管和所述第二续流模块的连接点；
[0007]所述制动单元还包括用于根据正直流母线和负直流母线间的电压控制所述第一开关管和所述第二开关管导通或截止的开关管驱动电路，并由所述第一续流模块钳位所述第二开关管由导通变为截止时产生的电压尖峰、由所述第二续流模块钳位所述第一开关管由导通变为截止时产生的电压尖峰。
[0008]在上述制动单元中，所述第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管，所述第一续流模块为第一二极管，所述第二续流模块为第
二二极管。
[0009]在上述制动单元中，所述第一二极管的阴极与正直流母线连接，所述第一二极管的阳极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与负直流母线连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述开关管驱动电路连接。
[0010]在上述制动单元中，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与正直流母线连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阳极与负直流母线连接，所述制动电阻一端与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述制动电阻的另一端与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述开关管驱动电路连接。
[0011]在上述制动单元中，所述第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管，所述第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管，所述第一续流模块为带有续流二极管的第三绝缘栅双极型晶体管，所述第二续流模块为带有续流二极管的第四绝缘栅双极型晶体管。
[0012]在上述制动单元中，所述第三绝缘栅双极型晶体管的集电极与正直流母线连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管的栅极与预设的第一电压连接或者与所述第三绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的发射极与负直流母线连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述开关管驱动电路连接。
[0013]在上述制动单元中，所述第一绝缘栅双极型晶体管的集电极与正直流母线连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极与所述第四绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极与负直流母线连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管的栅极与预设的第二电压连接或者所所述第四绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述制动电阻一端与所述第一绝缘栅双极型晶体管的发射极连接，所述制动电阻的另一端与所述第二绝缘栅双极型晶体管的集电极连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管的栅极与所述开关管驱动电路连接。
[0014]在上述制动单元中，所述母线电容为电解电容或薄膜电容。
[0015]实施本发明的制动单元，具有以下有益效果:通过第一续流模块和第二续流模块的钳位作用以及将制动电阻接在第一制动模块和第二制动模块的中间，使得制动模块在工作时不会产生电压尖峰，即使在一个制动模块短路时，该制动单元仍可以继续工作，电路结构简单，安全性能高。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
[0017]图1是现有的一类制动单元的模块方框图；
[0018]图2是现有的二类制动单元的模块方框图；
[0019]图3是本发明一种制动单元的模块方框图；[0020]图4是本发明一种制动单元的第一较佳实施例的电路原理图；
[0021]图5是本发明一种制动单元的第二较佳实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0022]为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的【具体实施方式】。
[0023]图3是本发明一种制动单元的模块方框图，该制动单元用于变流器或变频器中电机快速制动或位移负荷可靠运行，包括母线电容C、第一续流模块101、第二续流模块102、第一制动模块201、第二制动模块202以及制动电阻R1，第一制动模块201包括第一开关管，第二制动模块202包括第二开关管。其中，母线电容C连接在正直流母线和负直流母线之间，第一续流模块101和第二制动模块202串联连接在正直流母线和负直流母线之间，第一制动模块201和第二续流模块102串联连接在正直流母线和负直流母线之间，制动电阻R的第一端连接第一续流模块和第二开关管的连接点、第二端连接第一开关管和第二续流模块的连接点。
[0024]母线电容C两端与变频器连接，利用电容的储能作用来消除纹波，稳定直流母线上的电压，当然还起到一点储能的作用；在第二开关管工作时，通过第一续流模块101的钳位作用，可以防止第二开关管由导通变为截止时产生电压尖峰；在第一开关管工作时，通过第二续流模块102的钳位作用可以防止第一开关管由导通变为截止时产生电压尖峰；该制动单元还包括用于根据即正直流母线和负直流母线间的电压控制所述第一开关管和所述第二开关管导通或截止的开关管驱动电路(未示出)，在直流母线上的电压升高到一定值时，第一开关管和第二开关管导通，待直流母线上的电压下降到一定值时，第一开关管和第二开关管截止；制动电阻R在第一开关管和第二开关管导通时，用于消耗掉变频器的直线母线上电压升高时所产生的多余能量。
[0025]图4是本发明一种制动单元的第一较佳实施例的电路原理图，参见图3，其中，第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管Q1，第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管Q2，第一续流模块101为第一二极管D1，第二续流模块102为第二二极管D2。母线电容C 一端与正直流母线连接，另一端与负直流母线连接，第一二极管Dl的阴极与正直流母线连接，第一二极管Dl的阳极与第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极连接，第二绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极与负直流母线连接，第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极与开关管驱动电路连接。
[0026]第一绝缘栅双极型晶体管Ql的集电极与正直流母线连接，第一绝缘栅双极型晶体管Ql的发射极与第二二极管D2的阴极连接，第二二极管D2的阳极与负直流母线连接，制动电阻R —端与第一绝缘栅双极型晶体管Ql的发射极连接，制动电阻R的另一端与第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极连接，第一绝缘栅双极型晶体管Ql的栅极与开关管驱动电路连接。
[0027]图5为本发明一种制动单元第二较佳实施例的电路原理图，与第一较佳实施例不同的是，第一续流模块101也可以为带有续流二极管的第三绝缘栅双极型晶体管Q3，第二续流模块102为带有续流二极管的第四绝缘栅双极型晶体管Q4。母线电容C连接在正直流母线和负直流母线之间，第三绝缘栅双极型晶体管Q3的集电极与正直流母线连接，第三绝缘栅双极型晶体管Q3的发射极与第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极连接，第二绝缘栅双极型晶体管Q2的发射极与负直流母线连接，第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极与开关管驱动电路连接。
[0028]第一绝缘栅双极型晶体管Ql的集电极与正直流母线连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管Ql的发射极与所述第四绝缘栅双极型晶体管Q4的集电极连接，第四绝缘栅双极型晶体管Q4的发射极与负直流母线连接，制动电阻R —端与第一绝缘栅双极型晶体管Ql的发射极连接，制动电阻R的另一端与第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极连接，第一绝缘栅双极型晶体管Ql的栅极与开关管驱动电路连接。其中，第三绝缘栅双极型晶体管Q3的栅极即可以与预设的第一电压连接，也可以与第三绝缘栅双极型晶体管Q3的发射极连接，即将自身的栅极和发射极短接。第四绝缘栅双极型晶体管Q4的栅极即可以预设的第二电压连接，也可以与第四绝缘栅双极型晶体管Q4的发射极连接，即将自身的栅极和发射极短接，预设的第一电压与预设的第二电压为固定值，均为负电压，并且满足预设的第一电压要小于第三绝缘栅双极型晶体管Q3的发射极电压，预设的第二电压要小于第四绝缘栅双极型晶体管Q4的发射极电压，使得第三绝缘栅双极型晶体管Q3和第四绝缘栅双极型晶体管Q4的导通与截止不受栅极电压的控制。
[0029]在上述电路中，开关管驱动电路用于根据正直流母线和负直流母线间的电压控制第一开关管和第二开关管的导通与截止，包括两种方式，通过输出一个脉冲信号，或者输出一个正向导通电压或反向截止电压来进行控制，开关管驱动电路包括检测回路(未示出)以及与其电性连接的控制回路(未示出)，通过检测回路检测变频器直流母线上的电压，控制回路再通过所检测到的电压输出一个占空比固定的脉冲信号，在高电平时控制第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的导通，在低电平时控制第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的截止。开关管驱动电路也可以根据其控制回路通过所述测到的电压输出一个正向导通电压或反向截止电压提供给第一绝缘栅双极型晶体管Ql的栅极和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极，即使第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2导通或截止。
[0030]结合图3至图5，现详细介绍本发明一种制动单元的详细功能和工作原理:该制动单元主要用于变流器或变频器需要再生能量制动的地方，图中直流母线正极接在变频器或变流器的正极，直流母线负极接在变流器或变频器的负极。该制动单元可用在220V、380V、500V、660V、690V、1140V、1700V等不同电压等级的直流或交流系统中。
[0031]当变频器或变流器需减速运行时，此时直流母线上的电压会升高，此时通过开关管驱动电路中的检测回路检测直流母线上的电压，并通过控制回路输出一个占空比固定的脉冲信号，在高电平时控制第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2导通，制动电阻R将消耗多余能量，低电平低时控制第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2截止。
[0032]开关管驱动电路也可以通过正直流母线和负直流母线间的电压给第一绝缘栅双极型晶体管Ql的栅极和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极提供正向导通电压或反向截止电压，具体过程是，当检测回路检测到的直流母线电压高于一个预定的阀值时，控制回路输出一个正向导通电压给第一绝缘栅双极型晶体管Ql的栅极和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极，第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2导通，此时直流母线电压经直流母线正极一第一绝缘栅双极型晶体管Ql —制动电阻R —第二绝缘栅双极型晶体管Q2 —直流母线负极，制动电阻R将消耗多余能量。
[0033]消耗一段时间后，直流母线上的电压降低，当检测到低于预定的阀值时，此时输出一个反向截止电压给第一绝缘栅双极型晶体管Ql的栅极和第二绝缘栅双极型晶体管Q2的栅极，第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2关断。当第一绝缘栅双极型晶体管Ql关断时，由于第二二极管D2或者带续流二极管的第四绝缘栅双极型晶体管Q4的钳位作用，使得第一绝缘栅双极型晶体管Ql的发射极电压不会低于直流母线负极上的电压一个第二二极管D2或者带续流二极管的第四绝缘栅双极型晶体管Q4的正向导通电压；同时在第二绝缘栅双极型晶体管Q12关断时，同样由于第一二极管D2或者带有续流二极管的第三绝缘栅双极型晶体管Q3的钳位作用，使得第二绝缘栅双极型晶体管Q2的集电极电压不会高于直流母线正极上的电压一个第一二极管D2或者带有续流二极管的第三绝缘栅双极型晶体管Q3的正向导通电压，因此在第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2由导通变为关断时，不会出现电压尖峰，而且制动时间短，可靠性高。
[0034]在本发明提供的制动单元中，还可以包括一些电路保护，若电路中因第一制动模块201或第二制动模块202中的绝缘栅双极型晶体管开路时，该制动单元不能消耗再生能量，这时当变频器减速停机时，直流母线上的电压会升高，此时可以通过检测回路(未示出)来检测直流母线上的电压，当检测到的直流母线电压一直保持升高状态时，此时便可进行过压保护，及时关闭变频器，使其停止工作。若电路中因为第一制动模块201和第二制动模块202中有一个出现短路时，此时该制动单元仍可通过另一个制动模块正常工作，制动电阻R仍能消耗直流母线上多余的能量，同时通过检测回路检测制动模块两端的电压来判断是否发生短路，当检测到有制动模块发生短路时，可以及时发出告警信号，极大地提高了电路的可靠性。
[0035]若电路中因为第一续流模块101或第二续流模块102短路时，制动单元仍可以正常工作，同时可以通过检测回路检测续流模块两端的电压判断是否出现短路，若检测有续流模块发生短路时，此时制动单元可以进行短路保护，及时关断第一制动模块201和第二制动模块202，并使变频器停止工作。若电路中因为第一续流模块101或第二续流模块102开路时，此时制动单元仍可以正常地工作，通过制动电阻R来消耗直流母线上的多余能量，但此时相应的制动模块可能会由于电压尖峰而被击穿，例如当第一续流模块101开路时，相应的第二制动模块202因缺少了第一续流模块102的钳位作用，在由导通变为截止时可能出现电压尖峰过高而击穿。因此此时仍需要通过检测回路来进行检测以及时关断制动模块并使变频器停止工作，极大地减小了发生故障的几率。
[0036]优选地，母线电容C为电解电容或薄膜电容，容量均比较大，当母线电容C为电解电容时，电解电容的正极与直流母线正极连接，电解电容的负极与直流母线负极连接。
[0037]优选地，第一绝缘栅双极型晶体管Ql和第二绝缘栅双极型晶体管Q2也均为带续流二极管的IGBT。
[0038]因此，在本发明提供的一种制动单元中，改变普通制动单元的电路拓扑结构，将制动电阻接在第一制动模块和第二制动模块的中间，并且增加两个续流模块，使得电路在正常工作时，通过两个续流模块的钳位作用，第一制动模块和第二制动模块在关断时都不会产生电压尖峰，第一制动模块和第二制动模块不会被击穿，因此不会出现制动电阻温度过高而燃烧的情况，安全性能高。
[0039]上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
【权利要求】
1.一种制动单元，接于变流器或变频器的正直流母线和负直流母线之间，并用于实现变流器或变频器中电机快速制动或位移负荷可靠运行，其特征在于，所述制动单元包括母线电容(C )、第一续流模块(101)、第二续流模块(102 )、第一制动模块(201)、第二制动模块(202)以及制动电阻(R)，且所述第一制动模块(201)包括第一开关管、所述第二制动模块(202)包括第二开关管，其中:所述母线电容(C)连接在正直流母线和负直流母线之间，所述第一续流模块(101)和所述第二开关管串联连接在正直流母线和负直流母线之间；所述第一开关管和所述第二续流模块(102)串联连接在正直流母线和负直流母线之间；所述制动电阻(R)的第一端连接所述第一续流模块(101)和所述第二开关管的连接点、第二端连接所述第一开关管和所述第二续流模块(102)的连接点； 所述制动单元还包括用于根据正直流母线和负直流母线间的电压控制所述第一开关管和所述第二开关管导通或截止的开关管驱动电路，并由所述第一续流模块(101)钳位所述第二开关管由导通变为截止时产生的电压尖峰、由所述第二续流模块(102)钳位所述第一开关管由导通变为截止时产生的电压尖峰。
2.根据权利要求1所述制动单元，其特征在于，所述第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)，所述第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)，所述第一续流模块(101)为第一二极管(Dl)，所述第二续流模块(102)为第二二极管(D2)。
3.根据权利要求2所述的制动单元，其特征在于，所述第一二极管(Dl)的阴极与正直流母线连接，所述第一二极管(Dl)的阳极与所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的集电极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的发射极与负直流母线连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的栅极与所述开关管驱动电路连接。
4.根据权利要求3所述的制动单元，其特征在于，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Ql)的集电极与正直流母线连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Ql)的发射极与所述第二二极管(D2)的阴极连接，所述第二二极管(D2)的阳极与负直流母线连接，所述制动电阻(R) —端与所述第一绝缘栅双极型晶体 管(Ql)的发射极连接，所述制动电阻(R)的另一端与所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的集电极连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Ql)的栅极与所述开关管驱动电路连接。
5.根据权利要求1所述的制动单元，其特征在于，所述第一开关管为第一绝缘栅双极型晶体管(Q1)，所述第二开关管为第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)，所述第一续流模块(101)为带有续流二极管的第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)，所述第二续流模块(102)为带有续流二极管的第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)。
6.根据权利要求5所述的制动单元，其特征在于，所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)的集电极与正直流母线连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)的发射极与所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的集电极连接，所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)的栅极与预设的第一电压连接或者与所述第三绝缘栅双极型晶体管(Q3)的发射极连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的发射极与负直流母线连接，所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的栅极与所述开关管驱动电路连接。
7.根据权利要求6所述的制动单元，其特征在于，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Ql)的集电极与正直流母线连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Ql)的发射极与所述第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)的集电极连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)的发射极与负直流母线连接，所述第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)的栅极与预设的第二电压连接或者与所述第四绝缘栅双极型晶体管(Q4)的发射极连接，所述制动电阻(R) —端与所述第一绝缘栅双极型晶体管(Ql)的发射极连接，所述制动电阻(R)的另一端与所述第二绝缘栅双极型晶体管(Q2)的集电极连接，所述第一绝缘栅双极型晶体管(Ql)的栅极与所述开关管驱动电路连接。
8. 根据权利要求1所述的制动单元，其特征在于，所述母线电容(C)为电解电容或薄膜电容。
【文档编号】H02M1/34GK103532365SQ201310514614
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】杨远钢 申请人:苏州汇川技术有限公司