高压放电电路及高压系统的制作方法

1.本实用新型涉及高压放电技术，尤其是涉及一种高压放电电路。


背景技术：

2.在acdc变换电路应用中，基于安全法规的要求，需要为整流后的直流母线电容设计高压放电电路，在acdc变换电路停机或故障时，将高压母线电容电压在规定时间内降低至安全电压以下。该电路通常由多颗阻值较大的电阻组成放电网络来实现，如图1所示，高压电路110连接acdc变换电路120，acdc 变换电路120直接和放电电阻130并联。然而该放电电阻的应用会带来如下问题：在acdc变换电路120正常工作时，不需要放电功能，而此时高压电路110 的高电压直接施加在放电电阻130的两端，会带来不必要的损耗，降低了acdc 变换电路的工作效率。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于提供一种高压放电电路，可以控制放电电路对高压电路放电的时间，降低放电电路的损耗。
4.为了达到上述目的，本实用新型提供了一种高压放电电路，包括：
5.放电电路，连接直流母线的正极和直流母线的负极，所述放电电路包括相互串联的放电电阻和放电开关管；
6.acdc变换电路，连接交流电网和直流母线，并且具有桥臂中点；
7.放电驱动电路，连接所述桥臂中点和所述放电开关管，所述放电驱动电路包括分压电路、与部分所述分压电路并联的电压过滤电路以及与所述电压过滤电路并联的稳压电路，用以向所述放电电路提供驱动信号，控制所述放电电路的放电时间。
8.可选的，在所述的高压放电电路中，所述分压电路包括：串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻和所述第二电阻连接在所述桥臂中点和直流母线的负极之间。
9.可选的，在所述的高压放电电路中，所述电压过滤电路包括第一电容，所述第一电容与所述第二电阻并联，所述第一电容串联所述第一电阻并连接所述直流母线的负极。
10.可选的，在所述的高压放电电路中，所述稳压电路包括第一二极管，所述第一二极管与所述第二电阻并联，所述第一二极管串联所述第一电阻并连接所述直流母线的负极。
11.可选的，在所述的高压放电电路中，所述放电开关管包括第一n沟道mos 管和第二n沟道mos管。
12.可选的，在所述的高压放电电路中，所述第一二极管的第一端连接所述第一n沟道mos管的栅极，第二端连接所述第一n沟道mos管的源极，所述第一n沟道mos管的漏极连接所述第二n沟道mos管的栅极。
13.可选的，在所述的高压放电电路中，所述放电驱动电路还包括隔直电路，所述隔直电路连接在所述acdc变换电路的桥臂中点和所述分压电路之间。
14.可选的，在所述的高压放电电路中，所述隔直电路包括第二二极管，所述第二二极
管连接在所述桥臂中点和所述第一电阻之间。
15.可选的，在所述的高压放电电路中，所述放电驱动电路还包括：均与所述稳压电路并联的储能电容和下拉电阻，所述储能电容一端连接第一n沟道mos 管的源极，另一端连接第一n沟道mos管的栅极。
16.本实用新型还提供了一种电动汽车的高压系统，包括：所述的高压放电电路。
17.在本实用新型提供的高压放电电路中，放电开关管可以控制放电电阻进行放电，放电驱动电路可以根据acdc变换电路的工作状态自动实现对放电开关管的控制，从而控制放电电阻的放电时间，降低放电电路的损耗。
附图说明
18.图1是现有技术的高压放电电路的示意图；
19.图2是本实用新型实施例一的高压放电电路的示意图；
20.图3是本实用新型实施例一的第一n沟道mos管的栅级电压的波形图；
21.图4是本实用新型实施例二的高压放电电路的示意图；
22.图5是本实用新型实施例二的第一n沟道mos管栅级电压波形图；
23.图6是本实用新型实施例三的高压放电电路的示意图；
24.图7是本实用新型实施例三的第一n沟道mos管栅级电压波形图；
25.图中：110
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高压电路、120
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acdc变换电路、130
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放电电路、130
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放电电路、q1
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第一mos管、q2
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第二mos管、q3
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第三mos管、q4
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第四mos管、r1
‑ꢀ
第一电阻、r2
‑
第二电阻、r3
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第三电阻、r4
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第四电阻、rl
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放电电阻、c1
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第一电容、c2
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第二电容、c3
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第三电容、cac
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差模电容、d1
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第一二极管、d2
‑
第二二极管、d3
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第三二极管、cbus
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直流母线电容、s0
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第一n沟道mos管、s1
‑ꢀ
第二n沟道mos管、d3
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第三二极管、rg
‑
第五电阻。
具体实施方式
26.下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。
27.在下文中，术语“第一”“第二”等用于在类似要素之间进行区分，且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解，在适当情况下，如此使用的这些术语可替换。类似的，如果本文所述的方法包括一系列步骤，且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序，且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
28.实施例一
29.本实用新型实施例提供了一种高压放电电路，包括：
30.放电电路，连接直流母线的正极和直流母线的负极，所述放电电路包括相互串联的放电电阻和放电开关管；
31.acdc变换电路，连接交流电网和直流母线，并且具有桥臂中点；
32.放电驱动电路，连接所述桥臂中点和所述放电开关管，所述放电驱动电路包括分压电路、与部分所述分压电路并联的电压过滤电路以及与所述电压过滤电路并联的稳压电
路，用以向所述放电电路提供驱动信号，控制所述放电电路的放电时间。
33.其中，acdc变换电路包括由多个mos管或者由多个二极管组成的桥臂，桥臂中点的输出电压为跳变电压；分压电路包括：串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻和所述第二电阻连接在acdc变换电路的桥臂中点和直流母线的负极之间。电压过滤电路包括第一电容，第一电容与第二电阻并联，第一电容串联第一电阻并接连接直流母线的负极。稳压电路包括第一二极管，第一二极管与第二电阻并联，第一二极管串联在第一电阻并连接直流母线的负极。放电开关管为第一n沟道mos管和第二n沟道mos管。第一二极管的第一端连接第一 n沟道mos管的栅极，第二端连接第一n沟道mos管的源极，第一n沟道 mos管的漏极连接第二n沟道mos管的栅极，并且第二n沟道mos管的漏极和第一n沟道mos管的漏极通过第四电阻连通。在本实用新型的其他实施例中，第一n沟道mos管和第二n沟道mos管可以用相应的n型三极管替代。
34.具体的，请参照图2和图3，实施例一的电路包括：高压交流电源ac的第一端连接电感l1的第一端，电感l1的第二端连接第一mos管q1和第二mos 管q2，高压电源ac的第二端连接第三mos管q3和第四mos管q4，第一 mos管q1、第二mos管q2、第三mos管q3和第四mos管q4组成桥臂，具体的连接方式为现有技术，在此不做赘述，此处第三mos管q3和第四mos 管q4的连接点也是桥臂中点a点；桥臂中点a点还连接第一电阻r1的第一端，第一电阻r1的第二端连接第二电阻r2的第一端，第二电阻r2的第二端连接第一电容c1的第一端、第二电阻r2的第一端、第一二极管d1的第一端连接第一n沟道mos管s0的栅极，第二端连接第一n沟道mos管s0的源极，第一n沟道mos管s0的漏极连接第二n沟道mos管s1的栅极，并且第二n 沟道mos管s1的栅极和第二n沟道mos管s1的漏极通过第四电阻r4连通；第一电容c1的第二端、第二电阻r2的第二端、第一二极管d1的第二端和第二n沟道mos管s1的源级连接并且一起连接直流母线的负极；第二n沟道 mos管s1的漏极连接放电电阻rl的第一端，第三二极管d3和第五电阻rg 并联，并联后的第一端连接第二n沟道mos管s1的栅极，第二端连接直流母线的负极，放电电阻rl的第二端连接直流母线的正极，直流母线电容cbus连接在直流母线的正极和负极之间，同时，直流母线电容cbus还连接在放电电阻 rl第二端和第二n沟道mos管s1的源极之间。
35.此电路中，由第一电阻r1、第二电阻r2，第一电容c1，第一二极管d1，第一n沟道mos管s0,第二n沟道mos管s1以及放电电阻rl构成改进型放电电路。其中，第一n沟道mos管s0的驱动信号取自acdc变换电路的桥臂中点a点，第一二极管d1的作用是保证驱动信号不超过该第一n沟道mos 管s0的栅极能承受的最大电压。
36.当acdc变换电路正常工作时，来自桥臂中点a点的电压通过第一电阻r1 和第二电阻r2进行分压，分压后幅值得到降低，再经第一电容c1滤波后得到幅值为15v～20v左右的直流电压信号，作为第一n沟道mos管s0的驱动信号。如图3所示，在0≤t≤0.01s时间内，该信号直接施加在第一n沟道mos 管s0的栅极，使第一n沟道mos管s0保持开通、第二n沟道mos管s1保持截止，因此在acdc变换电路正常工作时，该放电电路通过放电电阻rl和阻值高达数十万欧姆的r4放电，由于r4的阻值非常大，因此流经放电电阻和 r4的电流非常小，产生的功率损耗非常小、可忽略不计。
37.当acdc变换电路停止工作时，桥臂中点a点的电位停止跳变，在串联的第一电阻r1和第二电阻r2作用下，a点电位降低，第一电容c1上的电压经第二电阻r2放电，使第一n沟道
mos管s0的驱动电压逐渐降低，直至第一 n沟道mos管s0截止，此时直流母线的电压通过放电电阻rl、第四电阻r4 和第五电阻rg进行分压，使第二n沟道mos管s1的栅极和源级之间的电压达到其驱动电平，使第二n沟道mos管s1开通，如图3仿真结果所示。此时，直流母线电容cbus上的电荷将通过放电电阻rl进行放电。
38.实施例二
39.本实用新型实施例提供了一种高压放电电路，包括：
40.放电电路，连接直流母线的正极和直流母线的负极，所述放电电路包括相互串联的放电电阻和放电开关管；
41.acdc变换电路，连接交流电网和直流母线，并且具有桥臂中点；
42.放电驱动电路，连接所述桥臂中点和所述放电开关管，所述放电驱动电路包括分压电路、与部分所述分压电路并联的电压过滤电路以及与所述电压过滤电路并联的稳压电路，用以向所述放电电路提供驱动信号，控制所述放电电路的放电时间。
43.其中，acdc变换电路包括由多个mos管或者由多个二极管组成的桥臂，桥臂中点的输出电压为跳变电压；分压电路包括：串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻连接在acdc变换电路的桥臂中点和直流母线的负极之间。电压过滤电路包括第一电容，第一电容与第二电阻并联，第一电容串联第一电阻并接直流母线的负极。稳压电路包括第一二极管，第一二极管与第二电阻并联，第一二极管串联第一电阻并接直流母线的负极。放电开关管为第一n 沟道mos管和第二n沟道mos管。第一二极管的第一端连接第一n沟道mos 管的栅极，第二端连接第一n沟道mos管的源极，第一n沟道mos管的漏极连接第二n沟道mos管的栅极，并且第二n沟道mos管的漏极和第以n沟道mos管的漏极通过第四电阻连通。在本实用新型的其他实施例中，第一n沟道mos管和第二n沟道mos管可以用相应的n型三极管替代。放电驱动电路还包括隔直电路，隔直电路连接在acdc变换电路的桥臂中点和分压电路之间。隔直电路包括第二二极管，第二二极管串联整流电压和所述第一电阻。放电驱动电路还包括：与稳压电路并联的储能电容和下拉电阻。
44.具体的，请参照图4和图5，实施例二的电路包括：高压电源ac的第一端连接电感l1的第一端，电感l1的第二端连接第一mos管q1和第二mos管 q2，高压电源ac的第二端连接第三mos管q3和第四mos管q4，第一mos 管q1、第二mos管q2、第三mos管q3和第四mos管q4组成桥臂，具体的连接方式为现有技术，在此不做赘述，此处第三mos管q3和第四mos管 q4的连接点也是桥臂中点a点；桥臂中点a点还连接第二电容c2的第一端，第二电容c2的第二端连接第一电阻r1的第一端，第一电阻r1的第二端连接第二电阻r2的第一端，第二电阻r2的第二端连接第一电容c1的第一端、第二电阻r2的第一端、第一二极管d1的第一端连接第一n沟道mos管s0的栅极，第二端连接第一n沟道mos管s0的源极，第一n沟道mos管s0的漏极连接第二n沟道mos管s1的栅极，并且第二n沟道mos管s1的栅极和第二 n沟道mos管s1的源极通过第四电阻r4连通，第二电容c2为隔直电容；第一电容c1的第二端、第二电阻r2的第二端、第一二极管d1的第二端和第二n 沟道mos管s1的栅极连接并且一起接直流母线的负极；第三电阻r3并联第三电容c3并且与第二二极管d2并联，第三电阻r3为下拉电阻，第三电容c3的第一端还连接第一n沟道mos管s0的源极，第三电容c3的第二端还连接第一n沟道mos管s0的栅极，第三电容c3为储能电容；第二n沟道mos管 s1的源极连接放电电阻rl的第一端，第三二极管d3和第五电阻rg并联，并联后的第一端连接第二n沟道mos管s1的源极，第二端连接
直流母线的负极，放电电阻rl的第二端连接直流母线的正极，直流母线电容cbus连接在直流母线的正极和直流母线的负极之间，同时，直流母线电容cbus还连接在放电电阻 rl第二端和第二n沟道mos管s1的漏极之间。与实施例一相比，实施例二多了隔直电容、储能电容和下拉电阻。
45.进一步的，此电路中，第二n沟道mos管s1的驱动电路的信号同样取自 acdc变换电路的桥臂中点a点，第二电容c2为隔直电容，第一电阻r1和第二电阻r2为分压电阻，第三电容c3可以选滤波电容作为储能电容，第二二极管d2为整流二极管，第三电阻r3是储能电容的下拉电阻，第三电容c3为整流后的储能滤波电容，第一二极管d1的作用是保证驱动信号不超过该第二n 沟道mos管s1的栅极能承受的最大电压。
46.当acdc变换电路正常工作时，来自桥臂中点a点的电压在隔直后通过第一电阻r1和第二电阻r2进行分压，分压后幅值得到降低，再经第一电容c1 滤波后得到幅值为15v～20v左右的直流电压信号，作为第二n沟道mos管 s1的驱动信号。如图5所示，在0≤t≤0.01s时间内，该信号直接施加在第二n 沟道mos管s1的栅极，使第二n沟道mos管s1保持截止，因此在acdc 变换电路正常工作时，该放电电路为断路状态，没有电流流经放电电阻rl，放电电阻rl不产生功率损耗。
47.当acdc变换电路停止工作时，桥臂中点a点的电位停止跳变，在串联的第一电阻r1和第二电阻r2作用下，a点电位降低，第一电容c1上的电压经第二电阻r2放电，使第二n沟道mos管s1的驱动电压逐渐降低，直至第二 n沟道mos管s1开通，如图5仿真结果所示。此时，直流母线电容cbus上的电荷将通过放电放电电阻rl进行放电。
48.实施例三
49.本实用新型实施例提供了一种高压放电电路，包括：放电电路，第一端连接高压交流电路的第一端，第二端连接高压交流电路的第二端，所述放电电路包括相互串联的放电电阻和放电开关管；连接交流电网和直流母线，并且具有桥臂中点；放电驱动电路，第一端连接所述acdc变换电路的第二端，第二端连接所述放电开关管，所述放电驱动电路包括分压电路、与部分所述分压电路并联的电压过滤电路以及与所述电压过滤电路并联的稳压电路，用以向所述放电电路提供驱动信号，控制所述放电电路的放电时间。
50.其中，acdc变换电路包括第一二极管，第一二极管为整流二极管；高压电路包括交流电压，acdc变换电路对高压电路整流并为放电驱动电路提供整流电压。分压电路包括：串联的第一电阻和第二电阻，第一电阻和第二电阻连接在整流二极管的负极和交流电压的第二端之间。所述电压过滤电路包括第一电容，第一电容与第二电阻并联。稳压电路包括第一二极管，第一二极管与第二电阻并联。放电开关管为第一n沟道mos管和第二n沟道mos管。第一二极管的第一端连接第一n沟道mos管的栅极，第二端连接第一n沟道mos管的源极，第一n沟道mos管的漏极连接第二n沟道mos管的栅极，并且第二 n沟道mos管的漏极和第一n沟道mos管的漏极通过第四电阻连通。在本实用新型的其他实施例中，第一n沟道mos管和第二n沟道mos管可以用相应的n型三极管替代。
51.具体的，请参照图6和图7，实施例三的电路包括：交流电压ac的第一端连接第一二极管d1的第一端，第一二极管d1的第二端连接第一电阻r1的第一端，第一电阻r1的第二端连接第二电阻r2的第一端，第二电阻r2的第二端连接第一电容c1的第一端、第二电阻r2的第一端、第一二极管d1的第一端，第一二极管d1的第一端连接第一n沟道mos管s0的栅极，第
二端连接第一n沟道mos管s0的源极，第一n沟道mos管s0的漏极连接第二n沟道mos管s1的栅极，并且第二n沟道mos管s1的栅极和第二n沟道mos 管s1的漏极通过第四电阻r4连通；第一电容c1的第二端、第二电阻r2的第二端、第一二极管d1的第二端和第二n沟道mos管s1的源极连接并且一起连接交流电压ac的第二端；第二n沟道mos管s1的漏极连接放电电阻rl 的第一端，第三二极管d3和第五电阻rg并联，并联后的第一端连接第二n沟道mos管s1的栅极，第二端连接交流电压ac的第二端，放电电阻rl的第二端连接交流电压ac的第一端，差模电容cac连接在交流电压的第一端和第二端之间，同时，差模电容cac还连接在放电电阻rl第二端和第二n沟道mos 管s1的源极之间。与实施例一相比，实施例三将acdc变换电路更换为了acdc 变换电路。
52.此电路中，第一n沟道mos管s0的驱动电路的信号取自交流电压ac的两端，第一二极管d1为整流二极管，第一电阻r1和第二电阻r2为分压电阻，第二二极管d2为稳压二级管，第二二极管d2的作用是保证驱动信号不超过该第一n沟道mos管s0的栅极能承受的最大电压。
53.当acdc变换电路正常工作时，高压电源的电压在通过第一电阻r1和第二电阻r2进行分压，分压后幅值得到降低，再经第一电容c1滤波后得到直流电压信号，作为第一n沟道mos管s0的驱动信号。如图7所示，在0≤t≤10s 时间内，该信号直接施加在第一n沟道mos管s0的栅极，使第一n沟道mos 管s0保持开通、第二n沟道mos管s1保持截止，因此在acdc变换电路正常工作时，该放电电路通过放电电阻rl和阻值高达数十万欧姆的r4放电，由于r4的阻值非常大，因此流经放电电阻和r4的电流非常小，产生的功率损耗非常小、可忽略不计。
54.当交流电压为零时，第一电容c1上的电压经第二电阻r2放电，使第一n 沟道mos管s0的驱动电压逐渐降低，直至第一n沟道mos管s0截止，此时交流电压通过放电电阻rl、第四电阻r4和第五电阻rg进行分压，使第二n 沟道mos管s1的栅极和源级之间的电压达到其驱动电平，使第二n沟道mos 管s1开通，如图7仿真结果所示。此时，差模电容cac上的电荷将通过放电放电电阻rl进行放电。
55.本实用新型的三个实施例中的第二n沟道mos管s1的放电驱动电路由模拟电路完成，该电路可根据acdc变换电路的工作状态自动实现对第二n沟道 mos管s1通断状态的控制，即在acdc变换电路工作时第二n沟道mos管 s1为断开状态，交流电压为零时第二n沟道mos管s1为开通状态。不需要依赖微控制器(micro control unit)进行控制。控制简单，同时避免了微控制器失效导致无法放电的风险。流经放电电阻的电流在acdc变换电路正常工作时远远小于在acdc变换电路停止工作时流过的电流，而在传统的高压放电电路中，只要acdc变换电路开始工作，电路中的放电电阻就会始终承受电压、流过电流、产生损耗。因此采用此高压放电电路后，在整个产品的生命周期内，放电电阻的额定工作时间将明显下降，这样的优势可以实现用阻值更小、额定功耗更低的电阻，达到更快放电的效果。并且本实用新型的放电电阻由更少数量的电阻并联或/和串联组成，减少了电路的复杂度。
56.本实用新型实施例还提供了一种电动汽车的高压系统，包括，高压放电电路。本实用新型的电动汽车的高压系统适用于高压直流转换器，例如高压电池与低压电池之间的能量转换器，即高压dcdc转换器；包含有桥及无桥pfc电路的产品，例如车载充电机，变频器，ups等；以及电机控制器(逆变器)、将高压电池的直流电压转换为电机所用的三相交流电的电力电子转换器。甚至，本实用新型的电动汽车的高压系统还适用于以上产品以任何形式
集成的集成产品。同时，以上产品的输入、输出端口和内部直流母线等高压电路的高压放电电路均适用本实用新型的改进型高压放电电路。
57.综上，在本实用新型实施例提供的高压放电电路中，放电开关管可以控制放电电阻进行放电，放电驱动电路可以根据acdc变换电路的工作状态自动实现对放电开关管的控制，从而控制放电电阻的放电时间，降低放电电路的损耗。
58.上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。