软启动整流电路、控制板、控制方法及变频器与流程

1.本发明涉及控制电路领域，尤其涉及软启动整流电路、控制板、控制方法及变频器。


背景技术：

2.随着经济的发展，大型变频器的应用越来越多，变频器的软启动方法也越来越受到重视。目前普通的软启动电路包括如下几种：采用充电电阻和接触器的软启动电路，当充电电压达到一定值时闭合接触器就会把充电电阻旁路，导致电路系统不可靠，且在上电初期电流非常大，造成电网波动产生很大的干扰信号；采用预充电电路和可控硅的软启动电路，成本较高，预充电电路中的限流电阻增加整个电路系统的体积不利于系统集成，且无法实现无间隔重启；采用微控制单元(microcontroller unit，mcu)、存储器和可控硅全桥电路的软启动电路，需要通过模数转换采样输入电压，模数转换采样结果影响启动效果，且需要较高成本。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的缺陷，本技术提供软启动整流电路、控制板、控制方法及变频器。通过硬件电路，实现更加稳定、抗干扰性更强的软启动，且降低了成本。
4.第一方面，本技术提供一种软启动整流电路，包括：整流单元以及依次连接的相位检测单元、导通角控制单元、脉冲产生单元和驱动单元；其中，所述整流单元包括三个混合型桥臂，所述整流单元用于接入三相交流信号，并将所述三相交流信号整流后通过母线输出；所述相位检测单元，与所述整流单元的输入端连接，用于获取接入的所述三相交流信号的相位关系；所述导通角控制单元，与所述整流单元的输出端连接，用于根据所述相位关系及检测到的母线输出电压确定各所述混合型桥臂中的可控硅的导通角；所述脉冲产生单元，用于产生对应于所述导通角的可控硅导通信号；所述驱动单元，与所述整流单元连接，用于根据所述可控硅导通信号驱动所述混合型桥臂中的可控硅导通。
5.可选地，所述导通角控制单元包括：依次连接的过零比较电路、最大导通角确定电路和导通角确定电路；所述过零比较电路，用于检测所述三相交流信号的电压零点以确定相位时序；所述最大导通角确定电路，用于根据所述相位时序确定最大导通角；所述导通角确定电路，用于根据所述最大导通角及所述母线输出电压确定所述母线输出电压对应的导通角的大小。
6.可选地，所述导通角确定电路，用于根据所述最大导通角判断所述混合型桥臂中的可控硅的工作状态，其中，所述工作状态包括启动状态和正常工作状态；
在所述启动状态下，根据所述母线输出电压确定所述导通角的大小，其中，所述母线输出电压与所述导通角的大小成正相关。
7.可选地，所述脉冲产生单元，用于根据所述导通角确定待输出pwm信号的高电平时间，并产生具有所述高电平时间的pwm信号，所述可控硅导通信号为所述pwm信号处于高电平状态的信号；所述驱动单元，用于在所述混合型桥臂中的可控硅的输入电压为正向电压时，根据所述可控硅导通信号控制所述可控硅导通。
8.可选地，每个所述混合型桥臂包括串联连接的一个可控硅和一个二极管，每个混合型桥臂中的所述可控硅与所述二极管的串联节点用于接入三相交流电源的一相；各可控硅的控制极分别与所述驱动单元的输出端连接。
9.可选地，所述驱动单元包括：三个复合三极管 ，各复合三极管的基极与所述脉冲产生单元的输出端连接，所述各复合三极管的发射极与对应的一可控硅的控制极连接，所述各复合三极管的集电极连接电压输入端。
10.可选地，还包括：滤波子单元和均压子单元；所述整流单元、所述滤波子单元和所述均压子单元依次连接；所述滤波子单元包括：串联连接的第一电容与第二电容；所述均压子单元包括：串联连接的第一电阻与第二电阻；所述第一电容与第二电容的串联节点与所述第一电阻与第二电阻的串联节点连接。
11.第二方面，本技术提供一种软启动控制板，包括：依次连接的相位检测单元、导通角控制单元、脉冲产生单元和驱动单元；所述相位检测单元，与整流单元的输入端连接，用于获取所述整流单元接入的三相交流信号的相位关系；所述导通角控制单元，与所述整流单元的输出端连接，用于根据所述相位关系及检测到的母线输出电压确定各所述整流单元的混合型桥臂中的可控硅的导通角；所述脉冲产生单元，用于产生对应于所述导通角的可控硅导通信号；所述驱动单元，与所述整流单元连接，用于根据所述可控硅导通信号驱动所述整流单元的混合型桥臂中的可控硅导通。
12.第三方面，本技术提供一种软启动控制方法，应用于软启动控制板，所述软启动控制板连接整流单元，所述整流单元包括三个混合型桥臂，所述整流单元用于接入三相交流信号，并将所述三相交流信号整流后通过母线输出；所述软启动控制板进行软启动控制时，所述方法包括：获取所述整流单元接入的三相交流信号的相位关系；根据所述相位关系及检测到的母线输出电压确定各所述混合型桥臂中的可控硅的导通角；产生对应于所述导通角的可控硅导通信号；根据所述可控硅导通信号驱动所述混合型桥臂中的可控硅导通。
13.第四方面，本技术提供一种变频器，包括：上述任一项所述的软启动整流电路。
14.本技术提供一种软启动整流电路，包括：整流单元以及依次连接的相位检测单元、
导通角控制单元、脉冲产生单元和驱动单元；其中，所述整流单元包括三个混合型桥臂，所述整流单元用于接入三相交流信号，并将所述三相交流信号整流后通过母线输出；所述相位检测单元，与所述整流单元的输入端连接，用于获取接入的所述三相交流信号的相位关系；所述导通角控制单元，与所述整流单元的输出端连接，用于根据所述相位关系及检测到的母线输出电压确定各所述混合型桥臂中的可控硅的导通角；所述脉冲产生单元，用于产生对应于所述导通角的可控硅导通信号；所述驱动单元，与所述整流单元连接，用于根据所述可控硅导通信号驱动所述混合型桥臂中的可控硅导通。软启动由相位检测单元、导通角控制单元、脉冲产生单元和驱动单元实现，导通角通过相位关系和母线输出电压共同获得，达到了断电后快速充电的作用。采用可控硅实现软启动，没有大功率损耗设备，延长了设备寿命，节省了器件所占的体积和成本，通过纯硬件电路，实现更加稳定、抗干扰性更强的软启动，且降低了成本。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
16.图1示出了一种软启动整流电路连接示意图；图2示出了一种软启动整流电路的三相交流信号的相位关系；图3示出了一种软启动整流电路的导通角控制单元的电路连接示意图；图4示出了一种软启动整流电路的主回路连接示意图；图5示出了一种软启动整流电路的复合三极管的连接示意图；图6示出了一种软启动控制板的电路连接示意图；图7示出了一种软启动控制方法的流程示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
18.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
19.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
20.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
21.除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本
发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
22.实施例1本技术实施例提供一种软启动整流电路，如图1所示提供一种软启动整流电路连接示意图，所述电路包括：整流单元105以及依次连接的相位检测单元101、导通角控制单元102、脉冲产生单元103和驱动单元104；其中，所述整流单元105包括三个混合型桥臂，所述整流单元105用于接入三相交流信号，并将所述三相交流信号整流后通过母线输出；所述相位检测单元101，与所述整流单元105的输入端连接，用于获取接入的所述三相交流信号的相位关系；所述导通角控制单元102，与所述整流单元105的输出端连接，用于根据所述相位关系及检测到的母线输出电压确定各所述混合型桥臂中的可控硅的导通角；所述脉冲产生单元103，用于产生对应于所述导通角的可控硅导通信号；所述驱动单元104，与所述整流单元105连接，用于根据所述可控硅导通信号驱动所述混合型桥臂中的可控硅导通。
23.具体地，如图1所示，三相交流电源产生三相交流信号，其中三相交流信号为相互差120
°
的交流信号。整流单元105用于接入三相交流电源产生的三相交流信号，同时相位检测单元101与整流单元105的输入端连接，得出三相交流信号的相位关系，如图2所示为三相交流信号的相位关系。在整流单元的实际整流过程中，是由任意时刻的三相交流信号中的电压最高和电压最低两项组成导通回路对可控硅进行充电。
24.具体地，本实施例中可控硅的导通角不但要受相位关系的影响，还需要母线电压来控制。采用母线电压控制导通角的大小，如果在断电后再上电，会根据母线输出电压给出一个导通角，从而节省从零缓慢增加到这个导通角的时间，节省了充电时间，实现断电之后快速充电。本实施例通过导通角控制单元102，控制导通角来实现软启动，在输入电压初期控制导通角缓慢增加，同时可控硅导通时间缓慢增加，从而控制充电电压缓慢增加。
25.具体地，通过脉冲产生单元103产生一定空占比的脉冲信号，即可控硅导通信号，控制可控硅的导通角进行导通。
26.其中，可控硅的导通需要保证阳极电位高于阴极，还要保证有足够的电压和电流。采用驱动单元104利用可控硅导通信号和提供足够的驱动电流和电压，驱动整流单元105混合型桥臂中的可控硅导通。
27.在一个具体的实施例中，如图3所示，提供一个导通角控制单元的电路连接示意图。所述导通角控制单元102包括：依次连接的过零比较电路1021、最大导通角确定电路1022和导通角确定电路1023；过零比较电路1021，用于检测所述三相交流信号的电压零点以确定相位时序；最大导通角确定电路1022，用于根据所述相位时序确定最大导通角；导通角确定电路1023，用于根据所述最大导通角及所述母线输出电压确定所述母线输出电压对应的导通角的大小。
28.具体地，通过过零比较电路1021检测三相交流信号的电压零点以确定相位时序，
确定三相的时序可以确定某一时刻导通的是哪两相，可以获得导通的位置，通过最大导通角确定电路1022得到电路实现最大导通角为120
°
。获得最大导通角后，根据母线输出电压和最大导通角可以最终获得导通角大小。
29.在一个具体的实施例中，所述导通角确定电路1023，用于根据所述最大导通角判断所述混合型桥臂中的可控硅的工作状态，其中，所述工作状态包括启动状态和正常工作状态；在所述启动状态下，根据所述母线输出电压确定所述导通角的大小，其中，所述母线输出电压与所述导通角的大小成正相关。
30.具体地，导通角确定电路1023中首先根据最大导通角判断可控硅的工作状态，是启动状态还是正常工作状态，然后利用母线输出电压获得最终的导通角大小。其中，在启动状态下，母线输出电压与导通角的大小成正相关，母线输出电压低时，控制可控硅的角小；母线输出电压高时，控制可控硅的角大。在正常工作状态下，母线电压为正常值，可控硅完全按照整流时间导通，即通过如图2所示的坐标轴上半部分任意两条曲线的角点上面部分的电压导通。
31.在一个具体的实施例中，所述脉冲产生单元103，用于根据所述导通角确定待输出pwm信号的高电平时间，并产生具有所述高电平时间的pwm信号，所述可控硅导通信号为所述pwm信号处于高电平状态的信号；所述驱动单元104，用于在所述混合型桥臂中的可控硅的输入电压为正向电压时，根据所述可控硅导通信号控制所述可控硅导通。
32.具体地，导通角通过与脉冲产生单元103相与得出可控硅导通信号，首先确定可控硅导通角的导通时间，一般为1
‑
10us。脉冲产生单元根据可控硅导通角的导通时间获得待输出pwm信号的高电平时间，并产生具有所述高电平时间的pwm信号，可控硅导通信号为所述pwm信号处于高电平状态的信号。
33.根据可控硅的工作原理，可控硅为开通控制，关断不可控，当可控硅有正向电压且有可控硅导通信号的时候，当pwm信号为高电平状态信号时导通，当可控硅的电压为反向电压时，则处于关断状态。此外，可控硅驱动是pwm信号控制的，会大幅减少驱动功率。
34.在一个具体的实施例中，每个所述混合型桥臂包括串联连接的一个可控硅和一个二极管，每个混合型桥臂中的所述可控硅与所述二极管的串联节点用于接入所述三相交流电源的一相；各可控硅的控制极分别与所述驱动单元104的输出端连接。
35.具体地，如图4所示为软启动整流电路的主回路连接示意图，整流单元105的三个混合桥臂分别包括，串联的可控硅vt1和二极管d1、串联的可控硅vt2和二极管d2、串联的可控硅vt3和二极管d3。其中，串联的可控硅和二极管的串联节点分别用于接入所述三相交流电源r、s、t中的一相。三相交流电输入连接的可控硅和二极管形成整流回路。
36.在一个具体的实施例中，所述驱动单元104包括：三个复合三极管 ，各复合三极管的基极与所述脉冲产生单元103的输出端连接，所述各复合三极管的发射极与对应的一可控硅的控制极连接，所述各复合三极管的集电极连接电压输入端。
37.具体地，如图5所示为复合三极管在电路中的连接示意图，复合三极管的基极与脉冲产生单元103的输出端连接，脉冲产生单元103的pwm信号不足以驱动可控硅，则利用pwm
信号驱动复合三极管从而间接驱动可控硅导通。复合三极管的发射极与对应的一可控硅的控制极连接，复合三极管的集电极连接电压输入端，驱动单元104采用复合三极管来增大驱动电流并为可控硅导通提供足够的电压。
38.在一个具体的实施例中，还包括：滤波子单元和均压子单元；所述整流单元、所述滤波子单元和所述均压子单元依次连接；所述滤波子单元包括：串联连接的第一电容与第二电容；所述均压子单元包括：串联连接的第一电阻与第二电阻；所述第一电容与第二电容的串联节点与所述第一电阻与第二电阻的串联节点连接。
39.具体地，如图4所示，滤波子单元包括：串联连接的电容c1与电容c2，均压子单元包括：串联连接的电阻r1与电阻r2。串联连接的电容c1与电容c2的串联节点与串联连接的电阻r1与电阻r2的串联节点连接。整流单元105整流后通过串联的电容c1与电容c2来进行滤波、储能。电阻r1与电阻r2为均压电阻，保证电容c1与电容c2两端的电压一致。
40.本技术实施例提供的一种软启动整流电路，包括：整流单元以及依次连接的相位检测单元、导通角控制单元、脉冲产生单元和驱动单元；软启动由相位检测单元、导通角控制单元、脉冲产生单元和驱动单元实现，导通角通过相位关系和母线输出电压共同获得，达到了断电后快速充电的作用。采用可控硅实现软启动，没有大功率损耗设备，延长了设备寿命，节省了器件所占的体积和成本，有利于以后的设备集成化设计。通过纯硬件电路，实现更加稳定、抗干扰性更强的软启动，且降低了成本。
41.实施例2本技术实施例提供一种软启动控制板，包括：依次连接的相位检测单元、导通角控制单元、脉冲产生单元和驱动单元；所述相位检测单元，与整流单元的输入端连接，用于获取所述整流单元接入的三相交流信号的相位关系；所述导通角控制单元，与所述整流单元的输出端连接，用于根据所述相位关系及检测到的母线输出电压确定各所述整流单元的混合型桥臂中的可控硅的导通角；所述脉冲产生单元，用于产生对应于所述导通角的可控硅导通信号；所述驱动单元，与所述整流单元连接，用于根据所述可控硅导通信号驱动所述整流单元的混合型桥臂中的可控硅导通。
42.具体地，如图6所示，为本实施例提供的软启动控制板，如图5为软启动控制板在电路中的连接示意图。本实施例中的软启动控制板由相位检测单元101、导通角控制单元102、脉冲产生单元103和驱动单元104组成。导通角通过相位关系和母线输出电压共同获得，实现软启动的同时达到了断电后快速充电的作用。采用可控硅实现软启动，没有大功率损耗设备，延长了设备寿命，节省了器件所占的体积和成本，通过纯硬件电路，实现更加稳定、抗干扰性更强的软启动，且大大降低了成本。
43.实施例3本技术实施例提供一种软启动控制方法，如图7所示为一种软启动控制方法的流程示意图。所述软启动控制方法应用于实施例2提供的软启动控制板，所述软启动控制板连接整流单元，所述整流单元包括三个混合型桥臂，所述整流单元用于接入三相交流信号，并
将所述三相交流信号整流后通过母线输出；所述软启动控制板进行软启动控制时，所述方法包括：s101获取所述整流单元接入的三相交流信号的相位关系；s102根据所述相位关系及检测到的母线输出电压确定各所述混合型桥臂中的可控硅的导通角；s103产生对应于所述导通角的可控硅导通信号；s104根据所述可控硅导通信号驱动所述混合型桥臂中的可控硅导通。
44.需要说明的是，本实施例的软启动控制方法可以应用于实施例2中的软启动控制板，其具体实现可参考上述实施例2中相应内容的描述，在此不赘述。
45.实施例4本技术实施例提供一种变频器，包括：实施例1所提供的软启动整流电路。
46.本实施例提供的变频器可以实现实施例1提供的软启动整流电路相应功能，达到相同或相似的效果，为避免重复，在此不再赘述。
47.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
48.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
49.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read
‑
only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
50.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。