H橋功率模塊的控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種H橋功率模塊的控制系統(tǒng)。所述的控制系統(tǒng)包括各自獨(dú)立的電源模塊、驅(qū)動(dòng)器模塊和功率模塊控制器模塊和上位機(jī)控制器，其中，所述的功率模塊控制器與驅(qū)動(dòng)器通過(guò)光纖進(jìn)行信號(hào)傳遞；所述的功率模塊控制器與上位機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器之間采用光纖進(jìn)行信號(hào)傳遞。本實(shí)用新型中上位機(jī)控制器與功率模塊控制器通信、功率模塊控制器與驅(qū)動(dòng)器信號(hào)傳遞采用光纖，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，提高抗干擾能力，使控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)有直流電壓的過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)、電源的故障保護(hù)、溫度保護(hù)和IGBT的故障保護(hù)等功能，H橋功率模塊的控制系統(tǒng)具有良好的保護(hù)功能。
【專利說(shuō)明】
H橋功率I吳塊的彳￡制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)輸配電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種H橋功率模塊的控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用，配電網(wǎng)中的非線性負(fù)荷越來(lái)越多，造成電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓波動(dòng)、閃變和三相不平衡現(xiàn)象越來(lái)越嚴(yán)重，電網(wǎng)的電能質(zhì)量差。這些對(duì)電網(wǎng)的不利影響都導(dǎo)致了用電設(shè)備本身的安全性降低，嚴(yán)重削弱和干擾了電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了克服電網(wǎng)的這些不利影響，需要對(duì)電網(wǎng)進(jìn)行電能質(zhì)量治理。
[0003]靜止無(wú)功發(fā)生器(SVG)是一種能夠有效改善配電網(wǎng)電能質(zhì)量的設(shè)備，它不僅能夠補(bǔ)償負(fù)荷的無(wú)功功率，還能改善電網(wǎng)系統(tǒng)的諧波和不平衡，SVG逐漸成為現(xiàn)代電能質(zhì)量治理的主要設(shè)備。
[0004]當(dāng)前的H橋功率模塊的控制系統(tǒng)，絕大部分是采用H橋功率模塊控制器與驅(qū)動(dòng)器結(jié)合在一起的方法，這種方式可以減小體積，節(jié)約成本，但是強(qiáng)電對(duì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電磁干擾嚴(yán)重，并且當(dāng)驅(qū)動(dòng)或控制器損壞時(shí)，控制器和驅(qū)動(dòng)需要一起更換。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]為克服上述缺陷，本實(shí)用新型的目的在于無(wú)電磁干擾，維護(hù)容易的H橋功率模塊的控制系統(tǒng)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的H橋功率模塊的控制系統(tǒng)，所述的控制系統(tǒng)包括各自獨(dú)立的電源模塊、驅(qū)動(dòng)器模塊和功率模塊控制器模塊和上位機(jī)控制器，其中，所述的功率模塊控制器與驅(qū)動(dòng)器通過(guò)光纖進(jìn)行信號(hào)傳遞;所述的功率模塊控制器與上位機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器之間采用光纖進(jìn)行信號(hào)傳遞。
[0007]較佳的，所述的電源是一種隔離型DC/DC開(kāi)關(guān)電源，所述的電源的輸入端為H橋功率模塊的電容高直流電壓輸出端;所述的電源的輸出端連接功率模塊控制器和驅(qū)動(dòng)器，為其運(yùn)行提供電能。
[0008]較佳的，所述的功率模塊控制器由FPGA、電壓轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路、直流電壓采樣電路、溫度檢測(cè)路、故障指示電路和光電轉(zhuǎn)換電路組成;其中，
[0009]電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將電源提供的15V直流電壓轉(zhuǎn)換為功率模塊控制器各個(gè)電路需要的電壓，并提供給各個(gè)電路；
[0010]電壓檢測(cè)電路，用于檢測(cè)電源電壓，并將電壓檢測(cè)信號(hào)傳遞給FPGA;
[0011]直流電壓采樣電路，用于采集H橋功率模塊電容直流電壓，將電容直流電壓的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給FPGA，所述的FPGA對(duì)電容直流電壓的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)設(shè)定值判斷當(dāng)前的電容直流電壓是否過(guò)壓或欠壓；
[0012]溫度檢測(cè)電路，采用溫度開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)IGBT的溫度，當(dāng)IGBT的溫度超過(guò)溫度開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，溫度開(kāi)關(guān)動(dòng)作，溫度檢測(cè)電路將檢測(cè)信號(hào)傳遞給FPGA;
[0013]故障指示電路，采用LED燈顯示H橋功率模塊的故障，故障指示電路接收FPGA傳來(lái)的信號(hào)，用不同的LED燈亮顯示H橋功率模塊的各種故障；
[0014]光電轉(zhuǎn)換電路，F(xiàn)PGA通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路與上位機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器傳送信號(hào)；
[0015]FPGA將接收到的A/D采樣信號(hào)，上位機(jī)控制器傳輸?shù)男盘?hào)、各檢測(cè)電路信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器送來(lái)的故障信號(hào)進(jìn)行分析和處理，實(shí)施直流電壓的過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)、電源的故障保護(hù)、溫度保護(hù)和IGBT的故障保護(hù)。
[0016]較佳的，在功率模塊控制板的邊緣設(shè)置有JTAG接口、備用電源接口和故障LED指示燈。
[0017]較佳的，所述的功率模塊控制器采用5路光纖與驅(qū)動(dòng)器相連接;所述的5路光纖包括4路輸出光纖和I路輸入光纖;其中2路輸出光纖用于傳輸H橋功率模塊左半橋IGBT的PWM信號(hào)，另外2路輸出光纖用于傳輸H橋功率模塊右半橋IGBT的PWM信號(hào);所述的I路輸入光纖將IGBT和驅(qū)動(dòng)器的故障信號(hào)傳輸給功率模塊控制器。
[0018]本實(shí)用新型的H橋功率模塊的控制系統(tǒng)，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]I)上位機(jī)控制器與功率模塊控制器通信、功率模塊控制器與驅(qū)動(dòng)器信號(hào)傳遞采用光纖，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，提高抗干擾能力，使控制系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。
[0020]2)控制系統(tǒng)有直流電壓的過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)、電源的故障保護(hù)、溫度保護(hù)和IGBT的故障保護(hù)等功能，H橋功率模塊的控制系統(tǒng)具有良好的保護(hù)功能。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1是H橋功率模塊的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖
[0022]圖2是電源電路原理圖
[0023]圖3是功率模塊控制器結(jié)構(gòu)框圖
【具體實(shí)施方式】
[0024]本實(shí)用新型提供了一種H橋功率模塊的控制系統(tǒng)，下面結(jié)合【附圖說(shuō)明】和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]圖1為本實(shí)用新型的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，由圖1可知，H橋功率模塊的控制系統(tǒng)包括電源、驅(qū)動(dòng)器和功率模塊控制器，H橋功率模塊電容直流電壓可高達(dá)1000V，電源為隔離型DC/DC開(kāi)關(guān)電源，該開(kāi)關(guān)電源將H橋功率模塊電容直流電壓轉(zhuǎn)換為15V的直流電壓，開(kāi)關(guān)電源為功率模塊控制器和驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行提供電能。功率模塊控制器采用5路光纖與驅(qū)動(dòng)器相連接，4路為輸出光纖，I路為輸入光纖。其中2路輸出光纖用于傳輸H橋功率模塊左半橋IGBT的PWM信號(hào)，另2路輸出光纖用于傳輸H橋功率模塊右半橋IGBT的PffM信號(hào)，I路輸入光纖將IGBT和驅(qū)動(dòng)器的故障信號(hào)傳輸給功率模塊控制器。功率模塊控制器與上位機(jī)控制器采用2路光纖進(jìn)行通信，其中I路為通信發(fā)送光纖，I路為通信接收光纖。功率模塊控制器采用電阻分壓的方式將H橋功率模塊的電容直流電壓信號(hào)采樣到控制器中。一個(gè)IGBT管需要驅(qū)動(dòng)器三個(gè)輸出線驅(qū)動(dòng)，H橋功率模塊有4個(gè)IGBT管，驅(qū)動(dòng)器共有12個(gè)輸出線與H橋功率模塊的IGBT管連接。
[0026]圖2為本實(shí)用新型的電源電路原理圖，H橋功率模塊電容直流電壓范圍可以達(dá)到500V至1000V之寬，電源采用StackFET技術(shù)組合使用額定電壓為700V的低壓MOSFET和PowerIntegrat1ns公司提供的集成電源控制器。如圖2所示，當(dāng)集成開(kāi)關(guān)Ul (LNK305)內(nèi)的MOSFET導(dǎo)通時(shí)，Ql的源端將被拉低，Rl將提供柵極電流，并且VRl的結(jié)電容將導(dǎo)通Ql。齊納二極管VR2用于限制施加給Ql的柵極源電壓。當(dāng)Ul內(nèi)的MOSFET關(guān)斷時(shí)，Ul的最大化漏極電壓將被一個(gè)由VRl構(gòu)成的500V箝位網(wǎng)絡(luò)箝位。這會(huì)將Ul的漏極電壓限制到接近500V。與Ql相連的繞組結(jié)束時(shí)的任何額外電壓都會(huì)被施加給Q1。這種設(shè)計(jì)可以有效地分配Ql和Ul之間的直流電壓和反激式電壓總量。電阻R2用于限制開(kāi)關(guān)切換期間的高頻振蕩，由于反激間隔期間存在漏感，箝位網(wǎng)絡(luò)VR3、DI和R3則用于限制初級(jí)上的峰值電壓。輸出整流由D2提供，C4為輸出濾波器，LI和C5構(gòu)成次級(jí)濾波器，以減小輸出端的開(kāi)關(guān)紋波。當(dāng)輸出電壓超過(guò)光耦二極管和VR4的總壓降時(shí)，VR4將導(dǎo)通。輸出電壓的變化會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)光耦二極管的電流發(fā)生變化，進(jìn)而改變流經(jīng)光耦內(nèi)的晶體管的電流。當(dāng)此電流超出Ul的FB引腳閾值電流時(shí)，將抑制下一個(gè)周期。輸出穩(wěn)壓可以通過(guò)控制使能及抑制周期的數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。一旦開(kāi)關(guān)周期被開(kāi)啟，該周期便會(huì)在電流上升到Ul的內(nèi)部電流限制時(shí)結(jié)束。R4用于限制瞬態(tài)負(fù)載時(shí)流經(jīng)光耦器的電流，以及調(diào)整反饋環(huán)路的增益，電阻R5用于偏置齊納二極管VR4。
[0027]圖3為本實(shí)用新型的功率模塊控制器結(jié)構(gòu)框圖，如圖3所示，功率模塊控制器由FPGA電路、電壓檢測(cè)電路、直流電壓采樣電路、光電轉(zhuǎn)換電路、電壓轉(zhuǎn)換電路、故障指示電路和溫度檢測(cè)電路組成，電壓轉(zhuǎn)換電路將電源提供的15V直流電壓轉(zhuǎn)換為功率模塊控制器各個(gè)電路需要的電壓，并提供給各個(gè)電路。電壓檢測(cè)電路用于檢測(cè)電源電壓，并將電壓檢測(cè)信號(hào)傳遞給FPGA。直流電壓采樣電路采集H橋功率模塊電容直流電壓，將電容直流電壓的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給FPGAt3FPGA對(duì)電容直流電壓的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)設(shè)定值判斷當(dāng)前的電容直流電壓是否過(guò)壓或欠壓。溫度檢測(cè)電路采用溫度開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)IGBT的溫度，當(dāng)IGBT的溫度超過(guò)溫度開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，溫度開(kāi)關(guān)動(dòng)作，溫度檢測(cè)電路將檢測(cè)信號(hào)傳遞給FPGA。故障指示電路采用LED燈顯示H橋功率模塊的故障，故障指示電路接收FPGA傳來(lái)的信號(hào)，用不同的LED燈亮顯示H橋功率模塊的各種故障。光電轉(zhuǎn)換電路將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)或?qū)㈦娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，F(xiàn)PGA通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路與上位機(jī)控制器通信，也為FPGA向驅(qū)動(dòng)器傳送PWM信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器向FPGA傳送故障信號(hào)也通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路來(lái)進(jìn)行。FPGA將接收到的A/D采樣信號(hào)，上位機(jī)控制器傳輸?shù)男盘?hào)、各檢測(cè)電路信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器送來(lái)的故障信號(hào)進(jìn)行分析和處理，實(shí)施直流電壓的過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)、電源的故障保護(hù)、溫度保護(hù)和IGBT的故障保護(hù)等。JTAG接口，備用電源接口和故障LED指示燈設(shè)計(jì)在功率模塊控制板的邊緣，方便H橋功率模塊的調(diào)試、參數(shù)值設(shè)定和維修。
[0028]以上，僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種H橋功率模塊的控制系統(tǒng)，其特征在于，所述的控制系統(tǒng)包括各自獨(dú)立的電源模塊、驅(qū)動(dòng)器模塊和功率模塊控制器模塊和上位機(jī)控制器，其中，所述的功率模塊控制器與驅(qū)動(dòng)器通過(guò)光纖進(jìn)行信號(hào)傳遞;所述的功率模塊控制器與上位機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器之間采用光纖進(jìn)行信號(hào)傳遞。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的電源是一種隔離型DC/DC開(kāi)關(guān)電源，所述的電源的輸入端為H橋功率模塊的電容高直流電壓輸出端;所述的電源的輸出端連接功率模塊控制器和驅(qū)動(dòng)器，為其運(yùn)行提供電能。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的功率模塊控制器由FPGA、電壓轉(zhuǎn)換電路、電壓檢測(cè)電路、直流電壓采樣電路、溫度檢測(cè)路、故障指示電路和光電轉(zhuǎn)換電路組成;其中， 電壓轉(zhuǎn)換電路，用于將電源提供的15V直流電壓轉(zhuǎn)換為功率模塊控制器各個(gè)電路需要的電壓，并提供給各個(gè)電路； 電壓檢測(cè)電路，用于檢測(cè)電源電壓，并將電壓檢測(cè)信號(hào)傳遞給FPGA; 直流電壓采樣電路，用于采集H橋功率模塊電容直流電壓，將電容直流電壓的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳遞給FPGA，所述的FPGA對(duì)電容直流電壓的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行分析和處理，并根據(jù)設(shè)定值判斷當(dāng)前的電容直流電壓是否過(guò)壓或欠壓； 溫度檢測(cè)電路，采用溫度開(kāi)關(guān)來(lái)檢測(cè)IGBT的溫度，當(dāng)IGBT的溫度超過(guò)溫度開(kāi)關(guān)設(shè)定值時(shí)，溫度開(kāi)關(guān)動(dòng)作，溫度檢測(cè)電路將檢測(cè)信號(hào)傳遞給FPGA; 故障指示電路，采用LED燈顯示H橋功率模塊的故障，故障指示電路接收FPGA傳來(lái)的信號(hào)，用不同的LED燈亮顯示H橋功率模塊的各種故障； 光電轉(zhuǎn)換電路，F(xiàn)PGA通過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路與上位機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器傳送信號(hào)； FPGA將接收到的A/D采樣信號(hào)，上位機(jī)控制器傳輸?shù)男盘?hào)、各檢測(cè)電路信號(hào)和驅(qū)動(dòng)器送來(lái)的故障信號(hào)進(jìn)行分析和處理，實(shí)施直流電壓的過(guò)壓保護(hù)和欠壓保護(hù)、電源的故障保護(hù)、溫度保護(hù)和IGBT的故障保護(hù)。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊的控制系統(tǒng)，其特征在于:在功率模塊控制板的邊緣設(shè)置有JTAG接口、備用電源接口和故障LED指示燈。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的功率模塊的控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的功率模塊控制器采用5路光纖與驅(qū)動(dòng)器相連接;所述的5路光纖包括4路輸出光纖和I路輸入光纖;其中2路輸出光纖用于傳輸H橋功率模塊左半橋IGBT的PffM信號(hào)，另外2路輸出光纖用于傳輸H橋功率模塊右半橋IGBT的PffM信號(hào);所述的I路輸入光纖將IGBT和驅(qū)動(dòng)器的故障信號(hào)傳輸給功率模塊控制器。
【文檔編號(hào)】G05B19/042GK205679955SQ201620578226
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日 公開(kāi)號(hào)201620578226.4, CN 201620578226, CN 205679955 U, CN 205679955U, CN-U-205679955, CN201620578226, CN201620578226.4, CN205679955 U, CN205679955U
【發(fā)明人】姚自立
【申請(qǐng)人】中冶華天工程技術(shù)有限公司