CN101645645A - 电功率转换系统的组合密封模块控制计算单元 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配套电能功率转换设备的控制计算单元装置，它作为独立单元装置被单独封装为模块，实现了单元电路板的零件化或组件化，在设备生产中能够方便地与其它单元组合成电能功率转换设备整机，在使用中能够十分方便地进行维修替代。模块印刷电路板上安装全部芯片和其余电子元件，连接器包括供电连接器，控制信号输出连接器，显示和键盘电路连接器，下载调试连接器，模拟信号输入连接器，通信接口连接器。把电路单元放置固定在封装壳内，把各个电气接口安装在封装壳表面预留的相应开口位置并进行必要的密封处理，用可固化的绝缘流体材料把封装壳内剩余空间充满，固化之后成为控制计算单元装置组合模块。

Description

电功率转换系统的组合密封模块控制计算单元

技术领域

本发明涉及一种电能功率转换设备的控制计算单元装置，特别是采用数据处理器(DSP)或微处理器(MPU)以直接数字频率合成(DDS)技术进行电能功率转换控制计算的单元装置，其包括控制计算单元电路需要的电子元件和安装这些元件的印刷电路板，该单元装置通过电气连接接口与系统其它单元以及系统外的设备连接，进而组合成为电能功率转换系统设备。

背景技术

电能功率转换设备，如逆变电源、变频电源、加热电源等设备，是常用的把一种电源形式转换为另外一种电源形式以满足不同需要的电功率设备，如把50Hz市电转换为不同频率范围正弦波的变频电源，还如把蓄电池直流电转换为不同频率范围正弦波的逆变电源。以变频电源为例，电能功率转换设备一般包括控制计算单元1，大功率开关单元2，交直流变换单元3，模拟信号采集反馈单元，显示器和键盘输入单元等单元部分。这类电能功率转换设备已经逐渐采用数字信号处理器(DSP-Digital Signal Processer)或微处理器(MPU-Micro-Processing Unit)以直接数字频率合成(DDS-Direct Digital FrequencySynthesizing)技术进行电能功率转换，控制计算单元功能是接收控制指令，计算输出控制信号，控制大功率电子开关协同工作，完成电能功率转换。目前的控制计算单元的实现形式是与其它单元的部分电路制作在同一个印刷电路板上，通过印刷板导线和电气连接接口与电能功率转换系统内的其它单元以及与系统外的其它设备连接，集成为整机。中国专利ZL200620170205，中国专利ZL 200720064002，中国专利申请200510104244，中国专利申请200710026878公开了各自发明的电能功率转换设备，这些设备都包含控制计算单元装置。

目前采用直接数字频率合成(DDS)技术的电能功率转换设备的控制计算单元是与设备的一些其他单元电路一同制作在一块印刷电路板上，电路板上的电子元件暴露在空气中。这样的单元电路面积较大元件较多，工作时相互干扰强，生产制作过程相对繁杂，可靠性相对低，在高粉尘高湿度环境下工作故障率较高，出故障时无法直接代换维修。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种配套电能功率转换设备的控制计算单元装置，作为独立单元装置被单独封装为模块，在实际使用时，将其安装在电能功率转换设备内部，通过模块表面的电气连接接口与电能功率转换系统内的其它单元以及与系统外的其它设备连接，组合成电能功率转换设备。

为解决上述技术问题，本发明为控制计算单元单独制作印刷电路板，在印刷电路板上安装数据处理器(DSP)或微处理器(MPU)芯片和芯片工作必要的外围元件，印刷电路板上还安装诸如外部程序和数据存贮器芯片，电源变换稳压调整芯片，模拟信号调理电路等外围电路芯片和电阻电容器等元件，与电能功率转换系统内的其它单元以及与系统外的上位机或其它设备进行联系的通信接口，系统写入接口，显示器和键盘接口，模拟量采样输入接口，控制信号输出接口，供电接口等电气接口与印刷电路板通过飞线悬空连接或者安装在印刷电路板上，安装并调试后的电路单元能够完成控制计算单元的功能。把安装并调试后的电路单元放置固定在封装壳内，把各个电气接口安装在封装壳表面预留的相应开口位置并进行必要的密封处理，用可固化的绝缘流体材料把封装壳内剩余空间充满，固化之后成为控制计算单元装置模块。

采用这样的密封封装，控制计算单元的电子元件不与外界空气、水分、灰尘接触，耐环境腐蚀能力得到提高；电子元件被固化的绝缘材料包围固定，控制计算单元在振动或移动车载条件下的可靠性以及耐运输能力得到提高；当封装壳采用金属材料时，控制计算单元抗电磁干扰的能力得到提高。

控制计算单元被制作成为独立模块，实现单元电路板的零件化或组件化，在设备生产中能够方便地与其它单元组合成电能功率转换设备整机，在使用中能够十分方便地进行维修替代。

控制计算单元被制作成为独立模块，开辟了控制计算单元从电路板和软件组合向通用零件组件发展的方向，有利于开发生产独立的控制计算单元零件系列产品，有利于电能功率转换设备整机设计人员的设计选型和提高设计效率。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为一般电能功率转换设备的组成示意图。

图2为本发明电能功率转换设备的控制计算单元组成示意图。

图3为本发明组合密封模块控制计算单元的剖面示意图和俯视示意图。

具体实施方式

在独立的控制计算单元印刷电路板16上安装全部芯片和其余电子元件，包括通信IC芯片4、外部程序和数据存贮器芯片5、稳压电源芯片6、DSP(或MPU)芯片7。电气连接器与印刷电路板的连接可以采用飞线方式不固定位置的悬空连接如14的形式，有的连接器也可以采用安装在印刷电路板上的固定连接如15的形式，连接器包括供电连接器8，控制信号输出连接器9，显示和键盘电路连接器10，下载调试连接器11，模拟信号输入连接器12，通信接口连接器13。对完成安装连接的控制计算单元电路进行检查测试调试之后，将其放置在有连接器预留开孔的封装外壳17内并固定，把各个连接器安装在封装壳表面预留的相应开口位置并进行必要的密封处理，电路板在封装壳内的固定和连接器在封装壳开口处的安装可以采用螺丝固定、铆钉固定、卡口固定、插接固定、胶接固定等各种方法。模块表面的电连接接口位置可以在模块外表面的任意位置，甚至可以在流体封装材料的灌入口范围。安装的连接器可以凸出模块封装壳表面，也可以凹入模块封装壳表面。完成在封装壳开口处安装连接器之后，把可固化的绝缘流体材料灌入封装壳并把封装壳内剩余空间充满。包敷模块外表面的外壳材料可以是固化的密封材料或者其它非金属材料，也可以是具有电磁屏蔽作用的金属材料，或者是该两种材料的组合。绝缘流体材料灌入口的位置可以在封装壳的任何表面。灌入绝缘流体材料之后，灌入口可以用其它材料封堵，也可以不封堵，当不采取封堵时，待绝缘流体材料固化后自然封堵灌入口。固化后的控制计算单元成为单元模块，可以与设备其它部分的单元电路通过连接器联系，共同组合成为电能功率转换设备整机，实现整机系统功能。

这样的组合密封模块控制计算单元装置，具有可靠性高，环境适应性强，系统设备维修时可替代性好，方便设计和方便组合成不同规格的电能功率转换设备等特点。

本发明不局限于上述具体实施方式，只要将电能功率转换设备的控制计算单元制作成独立固态模块形式，而且其电子元件被密封在模块内部，连接器安装在模块表面，不论模块采用何种几何尺寸以及何种形状，不论连接器数量和形状，均在本发明的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种用于电能功率转换系统的控制计算单元装置，包括主数据处理器(DSP)芯片或者主微处理器(MPU)芯片(7)和必要的外围元件，包括通信芯片(4)，外部程序和数据存贮器芯片(5)，稳压电源芯片(6)，包括模拟信号调理电路等外围电路，还包括供电连接器(8)，控制信号输出连接器(9)，显示和键盘电路连接器(10)，下载调试连接器(11)，模拟信号输入连接器(12)，通信接口连接器(13)等，其特征是，该控制计算单元电路有独立的印刷电路板(16)，电路板被密封为固体形态的模块，在模块表面有与电能功率转换系统内部其它单元或系统外部进行联系的各个连接器接口，连接器包括供电连接器(8)，控制信号输出连接器(9)，显示和键盘电路连接器(10)，下载调试连接器(11)，模拟信号输入连接器(12)，通信接口连接器(13)。

2.按照权利要求1所述的控制计算单元装置，其特征为，单元电路被封装为独立的固态模块装置。

3.按照权利要求1所述的控制计算单元装置，其特征为，控制计算单元的电子元件和安装元件的电路板被封装在模块内，除了电连接接口之外，模块外面没有裸露的电子元件。

4.按照权利要求1所述的控制计算单元装置，其特征为，模块内部填充绝缘密封材料，模块内部没有裸露在空气中的电子元件。

5.按照权利要求1所述的控制计算单元装置，其特征为，包敷模块外表面的外壳材料可以是固化的密封材料或者其它非金属材料，也可以是具有电磁屏蔽作用的金属材料，或者是该两种材料的组合。

6.按照权利要求1所述的控制计算单元装置，其特征为，模块表面的电连接接口位置可以在模块外表面的任意位置，连接器可以凸出模块表面，也可以凹入模块表面。

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