CN216904680U - 一种由直流母线取电的高压变频器功率单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种由直流母线取电的高压变频器功率单元，包括高压变频器的逆变功率单元；还包括直流母线取电装置，所述的直流母线取电装置包括DC/DC变换器、电压采集保护电路和主控MCU；所述的DC/DC变换器为DC250‑3300V/DC15V的DC/DC变换器，其输入端连接高压变频器的直流母线，输出端为逆变功率单元提供驱动电源，电压采集保护电路的输入端连接高压变频器的直流母线，输出端连接至主控MCU的输入端，主控MCU的输出端连接逆变功率单元的IGBT驱动端口。可以用于4500V IGBT的变频器功率单元的设计，通过DC250‑3300V/DC15V的DC/DC变换器对其直流母线进行取电，用于对功率单元的IGBT进行驱动，同时增加了电压采集保护电路，对取电电压进行监测，有效的避免由于取电故障引起的单元瞬间失电。

Description

一种由直流母线取电的高压变频器功率单元

技术领域

本实用新型涉及高压变频器技术领域，特别涉及一种由直流母线取电的高压变频器功率单元。

背景技术

功率单元是一台高压变频器的重要组成部分，其作用是通过控制IGBT的开关来为高压电机提供频率可调节的电源，用以实现如软起动、变频调速等功能。功率单元发生故障通常会直接导致整套变频器的失效，所以功率单元的可靠性就显得尤为重要。

降低功率单元的级联数量可以有效的降低变频器的故障率，但为了保证变频器的输出电压不变，就必须提高单个功率单元的电压。随着电力电子技术的不断发展，目前已经大批量产且被广泛使用的高压IGBT模块额定电压为4500V。使用这种IGBT的功率单元的额定电压也已经达到了AC1700V。想要为这种单元的控制及驱动核心供电，目前行业内的通常做法是使用降压变压器将单元的输入电压降低为板卡可使用低压电。而这种做法由于降压变压器及整流模块的加入，功率单元变的更加复杂，其稳定性也会相应的降低。

发明内容

为了解决背景技术提出的技术问题，本实用新型提供一种由直流母线取电的高压变频器功率单元，可以用于4500V IGBT的变频器功率单元的设计，通过DC250-3300V/DC15V的DC/DC变换器对其直流母线进行取电，用于对功率单元的IGBT进行驱动，同时增加了电压采集保护电路，对取电电压进行监测，有效的避免由于取电故障引起的单元瞬间失电。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种由直流母线取电的高压变频器功率单元，包括高压变频器的逆变功率单元；还包括直流母线取电装置，所述的直流母线取电装置包括DC/DC变换器、电压采集保护电路和主控MCU；所述的DC/DC变换器为DC250-3300V/DC15V的DC/DC变换器，其输入端连接高压变频器的直流母线，输出端为逆变功率单元提供驱动电源，电压采集保护电路的输入端连接高压变频器的直流母线，输出端连接至主控MCU的输入端，主控MCU的输出端连接逆变功率单元的IGBT驱动端口。

进一步地，所述的电压采集保护电路包括由输入端至输出端依次连接的电阻串联分压电路、运算放大电路、滤波电路和电压跟随器电路，电压采集保护电路的输入端采集高压变频器的直流母线电压，经由电阻串联分压、运算放大、滤波和电压跟随处理后输入至主控MCU中。

进一步地，所述的主控MCU为高压变频器的功率单元控制板上的主控MCU。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型可以用于4500V IGBT的变频器功率单元的设计，通过DC250-3300V/DC15V的DC/DC变换器对其直流母线进行取电，用于对功率单元的IGBT进行驱动，利用了DC/DC开关电源的功耗小、效率高、体积小、重量轻、稳压范围宽等优点，极大的降低了功率单元的故障率，进而保障高压变频器的可靠运行。

2)本实用新型使用的DC/DC宽范围开关电源可以在母线电压较低时(DC250V)就建立驱动负压；可以避免单元充电过程中由于干扰信号导致的IGBT误触发，进一步降低功率单元的故障率，提高整机可靠性；

3)本实用新型所包含的电压采集保护电路，可以有效的避免由于电源故障引起的控制单元瞬间失电。

附图说明

图1为本实用新型的一种高压变频器功率单元的直流母线取电装置的整体结构图；

图2为本实用新型的电压采集保护电路的具体电路图。

图中：1-电阻串联分压电路2-运算放大电路3-滤波电路4-电压跟随器电路。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型提供的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，常规的高压变频器包括由输入端至输出端依次连接的整流单元T1-T3、电容C、直流母线GA+和GN-、逆变功率单元Q1-Q4，还有功率单元控制板，功率单元控制板上有主控MCU，主控MCU对逆变功率单元中的IGBT Q1-Q4进行驱动控制。高压变频器的输入电压参数一般为三相ABC交流1500V～1700V输入，经三相整流桥全桥整流后，直流母线电压一般为2120V～2404V，经滤波储能电容C后应用IGBT组成H桥结构进行逆变输出。

如图1所示，本实用新型还包括直流母线取电装置，所述的直流母线取电装置包括DC/DC变换器、电压采集保护电路和主控MCU；所述的DC/DC变换器为DC250-3300V/DC15V的DC/DC变换器，其输入端连接高压变频器的直流母线GA+和GN-，输出端A+和GND进入功率单元控制板，为逆变功率单元提供驱动电源，电压采集保护电路的输入端连接高压变频器的直流母线GA+和GN-，输出端Udc连接至主控MCU的输入端，主控MCU的输出端连接逆变功率单元的IGBT Q1-Q4驱动端口(中间通过隔离开关或光耦隔离模块K1-K4)。所述的主控MCU为高压变频器的功率控制板上的主控MCU。

如图2所示，所述的电压采集保护电路包括由输入端至输出端依次连接的电阻串联分压电路1、运算放大电路2、滤波电路3和电压跟随器电路4，电压采集保护电路的输入端采集高压变频器的直流母线的电压，经由电阻串联分压、运算放大、滤波和电压跟随处理后输入至主控MCU中。电阻串联分压电路1由R2-R6和R8-R12分别串联构成，运算放大电路2是由运放U1及其***电路构成的运算放大电路，滤波电路3由滤波电容C2构成，电压跟随器电路4是由运放U2A及其***电路构成的电压跟随器电路。

本实用新型的工作原理解释如下：

1)直流母线取电的工作原理：

现行的基于4500V功率器件的功率单元设计中，通常使用降压变压器为控制单元供电，当控制单元到达正常工作电压时，单元直流母线已经达到很高的电压。在这一过程中，IGBT和其驱动板的损坏率较高，主要是由于IGBT关断负压建立较晚导致的。所以本设计从取电方式上有所改进，其中高压电源模块(DC/DC变换器)取电于功率单元直流母线，使用宽范围输入的电源。功率单元进行预充电过程中，当直流母线电压达到DC250V时，电源模块(DC/DC变换器)就可以正常为控制单元供电，为IGBT建立关断负压，防止其由于干扰信号引起误触发。

2)电压采集保护电路的工作原理：

在功率单元运行过程中，若DC/DC变换器损坏，会导致控制单元瞬间失电。此时极易引起功率单元失控，进而导致功率单元内部发生短路故障。此时所有保护功能均无法正常动作，最终会导致单元炸机。所以本设计为DC/DC变换器设计了保护电路，如图2所示，电压采集保护电路采集高压电源模块(DC/DC变换器)输入端的电压，经R2-R6、R8-R12电阻串分压，按预定的比例将其分压为成为较低的电压。U1运算放大器对分压后的电压信号进行运算处理，滤波电容C2可以滤除高频干扰信号，提高采集准确性。最终由U2A运放构成的电压跟随器进行处理，电压跟随器起到提高带负载能力的作用，最后将处理后的信号发送给主控MCU进行保护。当DC/DC变换器的输入电压发生异常时，例如过压、欠压、频繁波动时，保护电路会进行保护，可有效避免由电源模块故障引起的控制单元失电情况的发生。

以上实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于上述的实施例。上述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。

Claims (2)

1.一种由直流母线取电的高压变频器功率单元，包括高压变频器的逆变功率单元；

其特征在于，还包括直流母线取电装置，所述的直流母线取电装置包括DC/DC变换器、电压采集保护电路和主控MCU；所述的DC/DC变换器为DC250-3300V/DC15V的DC/DC变换器，其输入端连接高压变频器的直流母线，输出端为逆变功率单元提供驱动电源，电压采集保护电路的输入端连接高压变频器的直流母线，输出端连接至主控MCU的输入端，主控MCU的输出端连接逆变功率单元的IGBT驱动端口；

所述的电压采集保护电路包括由输入端至输出端依次连接的电阻串联分压电路、运算放大电路、滤波电路和电压跟随器电路，电压采集保护电路的输入端采集高压变频器的直流母线电压，经由电阻串联分压、运算放大、滤波和电压跟随处理后输入至主控MCU中。

2.根据权利要求1所述的一种由直流母线取电的高压变频器功率单元，其特征在于，所述的主控MCU为高压变频器的功率单元控制板上的主控MCU。

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