CN205679955U - H桥功率模块的控制*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种H桥功率模块的控制***。所述的控制***包括各自独立的电源模块、驱动器模块和功率模块控制器模块和上位机控制器，其中，所述的功率模块控制器与驱动器通过光纤进行信号传递；所述的功率模块控制器与上位机控制器和驱动器之间采用光纤进行信号传递。本实用新型中上位机控制器与功率模块控制器通信、功率模块控制器与驱动器信号传递采用光纤，实现电气隔离，提高抗干扰能力，使控制***稳定、可靠运行。控制***有直流电压的过压保护和欠压保护、电源的故障保护、温度保护和IGBT的故障保护等功能，H桥功率模块的控制***具有良好的保护功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力***输配电技术领域，特别涉及一种H桥功率模块的控制***。
背景技术
随着电力电子设备的广泛应用，配电网中的非线性负荷越来越多，造成电网***的电压波动、闪变和三相不平衡现象越来越严重，电网的电能质量差。这些对电网的不利影响都导致了用电设备本身的安全性降低，严重削弱和干扰了电网的经济运行。为了克服电网的这些不利影响，需要对电网进行电能质量治理。
静止无功发生器(SVG)是一种能够有效改善配电网电能质量的设备，它不仅能够补偿负荷的无功功率，还能改善电网***的谐波和不平衡，SVG逐渐成为现代电能质量治理的主要设备。
当前的H桥功率模块的控制***，绝大部分是采用H桥功率模块控制器与驱动器结合在一起的方法，这种方式可以减小体积，节约成本，但是强电对驱动信号的电磁干扰严重，并且当驱动或控制器损坏时，控制器和驱动需要一起更换。
实用新型内容
为克服上述缺陷，本实用新型的目的在于无电磁干扰，维护容易的H桥功率模块的控制***。
为达到上述目的，本实用新型的H桥功率模块的控制***，所述的控制***包括各自独立的电源模块、驱动器模块和功率模块控制器模块和上位机控制器，其中，所述的功率模块控制器与驱动器通过光纤进行信号传递；所述的功率模块控制器与上位机控制器和驱动器之间采用光纤进行信号传递。
较佳的，所述的电源是一种隔离型DC/DC开关电源，所述的电源的输入端为H桥功率模块的电容高直流电压输出端；所述的电源的输出端连接功率模块控制器和驱动器，为其运行提供电能。
较佳的，所述的功率模块控制器由FPGA、电压转换电路、电压检测电路、直流电压采样电路、温度检测路、故障指示电路和光电转换电路组成；其中，
电压转换电路，用于将电源提供的15V直流电压转换为功率模块控制器各个电路需要的电压，并提供给各个电路；
电压检测电路，用于检测电源电压，并将电压检测信号传递给FPGA；
直流电压采样电路，用于采集H桥功率模块电容直流电压，将电容直流电压的模拟信号转换为数字信号传递给FPGA，所述的FPGA对电容直流电压的数字信号进行分析和处理，并根据设定值判断当前的电容直流电压是否过压或欠压；
温度检测电路，采用温度开关来检测IGBT的温度，当IGBT的温度超过温度开关设定值时，温度开关动作，温度检测电路将检测信号传递给FPGA；
故障指示电路，采用LED灯显示H桥功率模块的故障，故障指示电路接收FPGA传来的信号，用不同的LED灯亮显示H桥功率模块的各种故障；
光电转换电路，FPGA通过光电转换电路与上位机控制器和驱动器传送信号；
FPGA将接收到的A/D采样信号，上位机控制器传输的信号、各检测电路信号和驱动器送来的故障信号进行分析和处理，实施直流电压的过压保护和欠压保护、电源的故障保护、温度保护和IGBT的故障保护。
较佳的，在功率模块控制板的边缘设置有JTAG接口、备用电源接口和故障LED指示灯。
较佳的，所述的功率模块控制器采用5路光纤与驱动器相连接；所述的5路光纤包括4路输出光纤和1路输入光纤；其中2路输出光纤用于传输H桥功率模块左半桥IGBT的PWM信号，另外2路输出光纤用于传输H桥功率模块右半桥IGBT的PWM信号；所述的1路输入光纤将IGBT和驱动器的故障信号传输给功率模块控制器。
本实用新型的H桥功率模块的控制***，具有如下优点：
1)上位机控制器与功率模块控制器通信、功率模块控制器与驱动器信号传递采用光纤，实现电气隔离，提高抗干扰能力，使控制***稳定、可靠运行。
2)控制***有直流电压的过压保护和欠压保护、电源的故障保护、温度保护和IGBT的故障保护等功能，H桥功率模块的控制***具有良好的保护功能。
附图说明
图1是H桥功率模块的控制***结构框图
图2是电源电路原理图
图3是功率模块控制器结构框图
具体实施方式
本实用新型提供了一种H桥功率模块的控制***，下面结合附图说明和实施例对本实用新型作进一步说明。
图1为本实用新型的控制***结构框图，由图1可知，H桥功率模块的控制***包括电源、驱动器和功率模块控制器，H桥功率模块电容直流电压可高达1000V，电源为隔离型DC/DC开关电源，该开关电源将H桥功率模块电容直流电压转换为15V的直流电压，开关电源为功率模块控制器和驱动器的运行提供电能。功率模块控制器采用5路光纤与驱动器相连接，4路为输出光纤，1路为输入光纤。其中2路输出光纤用于传输H桥功率模块左半桥IGBT的PWM信号，另2路输出光纤用于传输H桥功率模块右半桥IGBT的PWM信号，1路输入光纤将IGBT和驱动器的故障信号传输给功率模块控制器。功率模块控制器与上位机控制器采用2路光纤进行通信，其中1路为通信发送光纤，1路为通信接收光纤。功率模块控制器采用电阻分压的方式将H桥功率模块的电容直流电压信号采样到控制器中。一个IGBT管需要驱动器三个输出线驱动，H桥功率模块有4个IGBT管，驱动器共有12个输出线与H桥功率模块的IGBT管连接。
图2为本实用新型的电源电路原理图，H桥功率模块电容直流电压范围可以达到500V至1000V之宽，电源采用StackFET技术组合使用额定电压为700V的低压MOSFET和PowerIntegrations公司提供的集成电源控制器。如图2所示，当集成开关U1(LNK305)内的MOSFET导通时，Q1的源端将被拉低，R1将提供栅极电流，并且VR1的结电容将导通Q1。齐纳二极管VR2用于限制施加给Q1的栅极源电压。当U1内的MOSFET关断时，U1的最大化漏极电压将被一个由VR1构成的500V箝位网络箝位。这会将U1的漏极电压限制到接近500V。与Q1相连的绕组结束时的任何额外电压都会被施加给Q1。这种设计可以有效地分配Q1和U1之间的直流电压和反激式电压总量。电阻R2用于限制开关切换期间的高频振荡，由于反激间隔期间存在漏感，箝位网络VR3、D1和R3则用于限制初级上的峰值电压。输出整流由D2提供，C4为输出滤波器，L1和C5构成次级滤波器，以减小输出端的开关纹波。当输出电压超过光耦二极管和VR4的总压降时，VR4将导通。输出电压的变化会导致流经光耦二极管的电流发生变化，进而改变流经光耦内的晶体管的电流。当此电流超出U1的FB引脚阈值电流时，将抑制下一个周期。输出稳压可以通过控制使能及抑制周期的数量来实现。一旦开关周期被开启，该周期便会在电流上升到U1的内部电流限制时结束。R4用于限制瞬态负载时流经光耦器的电流，以及调整反馈环路的增益，电阻R5用于偏置齐纳二极管VR4。
图3为本实用新型的功率模块控制器结构框图，如图3所示，功率模块控制器由FPGA电路、电压检测电路、直流电压采样电路、光电转换电路、电压转换电路、故障指示电路和温度检测电路组成，电压转换电路将电源提供的15V直流电压转换为功率模块控制器各个电路需要的电压，并提供给各个电路。电压检测电路用于检测电源电压，并将电压检测信号传递给FPGA。直流电压采样电路采集H桥功率模块电容直流电压，将电容直流电压的模拟信号转换为数字信号传递给FPGA。FPGA对电容直流电压的数字信号进行分析和处理，并根据设定值判断当前的电容直流电压是否过压或欠压。温度检测电路采用温度开关来检测IGBT的温度，当IGBT的温度超过温度开关设定值时，温度开关动作，温度检测电路将检测信号传递给FPGA。故障指示电路采用LED灯显示H桥功率模块的故障，故障指示电路接收FPGA传来的信号，用不同的LED灯亮显示H桥功率模块的各种故障。光电转换电路将光信号转换为电信号或将电信号转换为光信号，FPGA通过光电转换电路与上位机控制器通信，也为FPGA向驱动器传送PWM信号和驱动器向FPGA传送故障信号也通过光电转换电路来进行。FPGA将接收到的A/D采样信号，上位机控制器传输的信号、各检测电路信号和驱动器送来的故障信号进行分析和处理，实施直流电压的过压保护和欠压保护、电源的故障保护、温度保护和IGBT的故障保护等。JTAG接口，备用电源接口和故障LED指示灯设计在功率模块控制板的边缘，方便H桥功率模块的调试、参数值设定和维修。
以上，仅为本实用新型的较佳实施例，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种H桥功率模块的控制***，其特征在于，所述的控制***包括各自独立的电源模块、驱动器模块和功率模块控制器模块和上位机控制器，其中，所述的功率模块控制器与驱动器通过光纤进行信号传递；所述的功率模块控制器与上位机控制器和驱动器之间采用光纤进行信号传递。
2.根据权利要求1所述的功率模块的控制***，其特征在于：所述的电源是一种隔离型DC/DC开关电源，所述的电源的输入端为H桥功率模块的电容高直流电压输出端；所述的电源的输出端连接功率模块控制器和驱动器，为其运行提供电能。
3.根据权利要求1所述的功率模块的控制***，其特征在于：所述的功率模块控制器由FPGA、电压转换电路、电压检测电路、直流电压采样电路、温度检测路、故障指示电路和光电转换电路组成；其中，
电压转换电路，用于将电源提供的15V直流电压转换为功率模块控制器各个电路需要的电压，并提供给各个电路；
电压检测电路，用于检测电源电压，并将电压检测信号传递给FPGA；
直流电压采样电路，用于采集H桥功率模块电容直流电压，将电容直流电压的模拟信号转换为数字信号传递给FPGA，所述的FPGA对电容直流电压的数字信号进行分析和处理，并根据设定值判断当前的电容直流电压是否过压或欠压；
温度检测电路，采用温度开关来检测IGBT的温度，当IGBT的温度超过温度开关设定值时，温度开关动作，温度检测电路将检测信号传递给FPGA；
故障指示电路，采用LED灯显示H桥功率模块的故障，故障指示电路接收FPGA传来的信号，用不同的LED灯亮显示H桥功率模块的各种故障；
光电转换电路，FPGA通过光电转换电路与上位机控制器和驱动器传送信号；
FPGA将接收到的A/D采样信号，上位机控制器传输的信号、各检测电路信号和驱动器送来的故障信号进行分析和处理，实施直流电压的过压保护和欠压保护、电源的故障保护、温度保护和IGBT的故障保护。
4.根据权利要求1所述的功率模块的控制***，其特征在于：在功率模块控制板的边缘设置有JTAG接口、备用电源接口和故障LED指示灯。
5.根据权利要求1所述的功率模块的控制***，其特征在于：所述的功率模块控制器采用5路光纤与驱动器相连接；所述的5路光纤包括4路输出光纤和1路输入光纤；其中2路输出光纤用于传输H桥功率模块左半桥IGBT的PWM信号，另外2路输出光纤用于传输H桥功率模块右半桥IGBT的PWM信号；所述的1路输入光纤将IGBT和驱动器的故障信号传输给功率模块控制器。
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|---|---|---|---|---|
| CN107069670A (zh) * | 2017-03-28 | 2017-08-18 | 中电普瑞科技有限公司 | 一种h桥换流模块保护电路和三相h桥级联变流器 |
| CN111293753A (zh) * | 2020-03-19 | 2020-06-16 | 上海度普新能源科技有限公司 | 一种充电枪的故障处理方法及*** |
| TWI719930B (zh) * | 2020-09-10 | 2021-02-21 | 致新科技股份有限公司 | 過壓保護電路 |
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