1.本发明涉及一种控制技术，特别涉及一种船用制动斩波电路。
背景技术：2.对于负载惯性较大的机组，当应用变频器驱动时，在制动瞬间，电动机工作于发电状态，制动能量会造成变频器母线电压上升，若超出安全阈值会造成设备的损毁，故对制动能量的消耗十分重要。中国专利号为20151057682 2.9所述的制动斩波功率单元系统过于复杂，不利于实现设备的小型轻量化，暂不适合船用的应用场合；中国专利号为201410506583.5所述的集成化斩波器，功能区分不明显，且制动能力相对固定，不利于功能的拓展及扩充。上述两种电路结构均未能充分实现良好及灵活的的制动功能，且暂不适合船用场合。本发明所述制动斩波电路，适用但不限于船舶应用领域，可保证变频驱动系统及机组安全稳定运行，同时保证制动效率，降低制动成本。
技术实现要素：3.针对负载惯性较大且应用变频器驱动的机组，在制动瞬间，制动能量造成的变频器母线电压上升所带来的过压风险问题，提出了一种船用制动斩波电路。
4.本发明的技术方案为：一种船用制动斩波电路，包括igbt模块、吸收电路、电压检测电路、开关、输入接线端和制动电阻接线端，输入接线端接变频器输出母线的正极dc+和负极dc-，输出接线端连接至外部的制动电阻的两端，输入接线端的dc+极直接连接于输出接线端的一端，输入接线端的dc-极连接于igbt模块的发射极，输出接线端的另一端连接于igbt模块的集电极；吸收电路并联于igbt模块的发射极、集电极两端；电压检测电路采集变频器输出母线电压，电压检测电路输出控制信号控制变频器直流母线与制动斩波器连接的开关开或断。
5.优选的，所述igbt模块的电压等级us选取范围为2.0u1》us》1.5u1，u1为变频器母线正常电压；所述igbt模块的电流等级is选取范围为3i》is》1.5i，i为持续最大制动电流。
6.优选的，所述吸收电路包括吸收电阻、吸收电容和二极管7；吸收电阻与吸收电容并联，一端作为吸收电路的第一输入端，另一端与二极管的负极相连，二极管的正极作为吸收电路的第二输入端；吸收电路的第一输入端连接至igbt模块的集电极，第二输入端连接至igbt模块的发射极。
7.优选的，所述吸收电容的容值e
l
为制动斩波电路回路杂散电感能量；u2为设计期望值。
8.优选的，所述制动斩波电路回路杂散电感能量ls为制动斩波电路回路杂散电感，i
p
为igbt模块关断时峰值电流。
9.优选的，所述吸收电阻的阻值t为截止时间,按igbt模块最
小开通时间选取；所述吸收电阻的功率er选择范围为1.8e
l
×
f《er《2.2e
l
×
f，f为igbt模块开关频率。
10.本发明的有益效果在于：本发明船用制动斩波电路,适用但不限于船舶应用领域，可保证变频驱动系统及机组安全稳定运行，同时保证制动效率，降低制动成本。
附图说明
11.图1为本发明船用制动斩波电路原理图；
12.图2为本发明船用制动斩波电路中吸收电路原理图；
13.图3为本发明船用制动斩波电路中电压检测电路原理图。
具体实施方式
14.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
15.如图1所示船用制动斩波电路原理图，制动斩波电路输入端连接至变频器直流母线100，当变频器负载端200制动时，变频器直流母线电压上升，当制动斩波器电压检测电路识别到输入电压超出安全阈值时，制动斩波器开始工作，将多余的制动能量进行消耗，当识别输入电压满足安全阈值条件停止工作。制动斩波电路包括igbt模块1、吸收电路2、电压检测电路3、开关4、输入接线端din、制动电阻接线端dout。输入接线端din作为制动斩波电路的输入端子，分别接正极dc+及负极dc-，其中dc+对应连接至变频器母线的正极，dc-对应连接至变频器母线的负极。输出接线端dout作为制动斩波电路的输出端子，分别为br+及br-，连接至外部的制动电阻的两端。在电路内部，输入接线端din的dc+极直接连接于输出接线端dout的br+极，输入接线端din的dc-极连接于igbt模块1的发射极e，输出接线端5的br-极连接于igbt模块1的集电极c。吸收电路2并联于igbt模块1的c、e两端，用于吸收igbt模块1关断过程产生的较高电压尖峰。电压检测电路3采集输入接线端din的dc+及dc-间的电压，实现对输入电压的检测，判断制动斩波电路的工作状态，电压检测电路3输出控制信号控制变频器直流母线与制动斩波器连接的开关4。
16.输入接线端din及输出接线端dout的电压等级uj选取与外部输入正常工作电压u1有关，推荐选取大于该值的最小电压等级，但不得小于该值；电流等级ij选取与持续最大制动电流i有关，推荐选取大于该值的最小电流等级，但不得小于该值。igbt模块1的电压等级us与外部输入正常工作电压u1有关，即2.0u1》us》1.5u1，并结合igbt常规电压等级设计情况，选取范围内近似的电压等级；igbt模块1的电流等级is与持续最大制动电流i有关，即3i》is》1.5i，并结合igbt常规电流等级设计情况，选取范围内近似的电流等级。在本实施例中，外部输入正常工作电压u1＝700v，持续最大制动电流i＝150a。则输入接线端din及输出接线端dout电压等级uj》700v，优选700v，电流等级ij》150a，优选200a；igbt模块1的电压等级1400v》us》1050v，优选1200v，电流等级450a》is》225a，优选300a。
17.图2为吸收电路原理图。吸收电路2含吸收电阻5、吸收电容6、二极管7。吸收电阻5与吸收电容6并联，一端作为吸收电路的输入端1，另一端与二极管7的负极相连，二极管7的正极作为吸收电路的输入端2。吸收电路的输入端1连接至igbt模块1的集电极c，输入端2连
接至igbt模块2的发射极e。
18.其中，吸收电容6的容值c与回路杂散电感能量e
l
、外部输入正常工作电压u1及期望过冲电压u2有关，即回路杂散电感能量e
l
与回路杂散电感ls及igbt模块1关断时峰值电流i
p
有关，即其中，回路杂散电感ls、igbt模块1的关断时峰值电流i
p
可通过测试得到，u1为已知量，为变频器的母线电压设置值，可通过查询变频器手册或实际测量得出；u2为设计期望值，与外部输入正常工作电压u1及igbt模块1的电压等级us有关，理论上u2值越小对系统安全性越高，即u2》0，但实际中较难实现，因此控制在一定安全阈值之下，认为可满足使用需求，即u2《0.875u
s-u1。吸收电阻5的阻值r与吸收电容6容值c、截止时间t、外部输入正常工作电压u1及期望过冲电压u2有关，即截止时间t，可按igbt模块最小开通时间选取。吸收电阻5的功率er与回路杂散电感能量e
l
及igbt模块开关频率f有关，即1.8e
l
×
f《er《2.2e
l
×
f，优选er＝2e
l
×
f。在本实施例中，外部输入正常工作电压u1＝700v，回路杂散电感ls＝2μh，igbt模块1的关断时峰值电流i
p
＝212a，截止时间t＝5ns，开关频率f＝1k，则期望过冲电压u2可选0-350v，优选200v，回路杂散电感能量e
l
＝45mj，吸收电容6的容值c＝0.218μf，吸收电阻5的阻值r＝256ω，吸收电阻5的功率81《er《99w，优选90w。
19.图3为图1中电压检测电路原理图。电压检测电路用于检测输入电压的值，进而判断船用制动斩波电路的工作及停止状态。电压检测电路包括运放8，运放8选取单电源供电式运放芯片，其8引脚及4引脚为电源输入引脚，分别接vcc及gnd，同向输入端为3，反向输入端为2，输出端为1。采样电阻9连接于输入dc-和运放8的同向输入端3之间，采样电阻10连接于输入dc+和运放8的反向输入端2之间，采样电阻9与10组值相同，为r1；分压电阻11连接于运放8的同向输入端3和运放8的输出端1之间。分压电阻12连接于运放8的反向输入端2和运放8的电源地gnd之间。分压电阻11与分压电阻12的阻值相同，为r2。
20.r2与运放芯片8的最大工作电流iy及电平uy有关，r2》uy/iy，可选取r2＝2uy/iy。r1的选择与期望的比例系数s、外部输入正常工作电压u1、期望得到的电压采集信号为uo及采样电阻11、12的阻值r2有关，根据电路原理，期望的采集比例系数s＝r1/r2＝2u1/uo，即r1＝2
×
r2
×
u1/uo。在本实施例中，期望的最大输出电压uo为3v，外部输入正常工作电压u1＝700v，期望得到的电压采集信号为uo为3v，运放芯片8的最大工作电流iy＝10ma，电平uy＝5v，故r2》500ω，优选r2＝1kω；期望的比例系数s＝466.6，r1＝933.3kω。
21.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：1.一种船用制动斩波电路，其特征在于，包括igbt模块、吸收电路、电压检测电路、开关、输入接线端和制动电阻接线端，输入接线端接变频器输出母线的正极dc+和负极dc-，输出接线端连接至外部的制动电阻的两端，输入接线端的dc+极直接连接于输出接线端的一端，输入接线端的dc-极连接于igbt模块的发射极，输出接线端的另一端连接于igbt模块的集电极；吸收电路并联于igbt模块的发射极、集电极两端；电压检测电路采集变频器输出母线电压，电压检测电路输出控制信号控制变频器直流母线与制动斩波器连接的开关开或断。2.根据权利要求1所述船用制动斩波电路，其特征在于，所述igbt模块的电压等级u
s
选取范围为2.0u1>u
s
>1.5u1，u1为变频器母线正常电压；所述igbt模块的电流等级i
s
选取范围为3i>i
s
>1.5i，i为持续最大制动电流。3.根据权利要求1或2所述船用制动斩波电路，其特征在于，所述吸收电路包括吸收电阻、吸收电容和二极管7；吸收电阻与吸收电容并联，一端作为吸收电路的第一输入端，另一端与二极管的负极相连，二极管的正极作为吸收电路的第二输入端；吸收电路的第一输入端连接至igbt模块的集电极，第二输入端连接至igbt模块的发射极。4.根据权利要求3所述船用制动斩波电路，其特征在于，所述吸收电容的容值e
l
为制动斩波电路回路杂散电感能量；u2为设计期望值。5.根据权利要求4所述船用制动斩波电路，其特征在于，所述制动斩波电路回路杂散电感能量l
s
为制动斩波电路回路杂散电感，i
p
为igbt模块关断时峰值电流。6.根据权利要求4所述船用制动斩波电路，其特征在于，所述吸收电阻的阻值t为截止时间,按igbt模块最小开通时间选取；所述吸收电阻的功率e
r
选择范围为1.8e
l
×
f<e
r
<2.2e
l
×
f，f为igbt模块开关频率。
技术总结本发明涉及一种船用制动斩波电路，输入接线端接变频器输出母线的正极DC+和负极DC-，输出接线端连接至外部的制动电阻的两端，输入接线端的DC+极直接连接于输出接线端的一端，输入接线端的DC-极连接于IGBT模块的发射极，输出接线端的另一端连接于IGBT模块的集电极；吸收电路并联于IGBT模块的发射极、集电极两端；电压检测电路采集变频器母线电压，电压检测电路输出控制信号控制变频器直流母线与制动斩波器连接的开关开或断。变频器直流母线电压上升，电压检测电路识别到输入电压超出安全阈值时，制动斩波器开始工作，将多余的制动能量进行消耗，当输入电压满足安全阈值条件停止工作，保证变频驱动系统及机组安全稳定运行，同时保证制动效率，降低制动成本。降低制动成本。降低制动成本。
技术研发人员：蒋山 刘鑫 路燈杰 李姗 陈静
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0四研究所
技术研发日：2022.07.12
技术公布日：2022/11/1
