CN102498637A - 控制装置 - Google Patents
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Abstract
不间断供电电源装置的控制部(1)包括：PWM电路(11)，该PWM电路(11)产生对功率转换部3的多个IGBT元件(Q)进行控制的多个PWM信号；多个输出端子(T11～T26)，该多个输出端子(T11～T26)用于将多个PWM信号提供给多个IGBT(Q)；以及切换电路(12)，该切换电路(12)按照与不间断供电电源装置的机型相对应的顺序将多个PWM信号进行排列并提供给多个输出端子(T11～T26)。因此，能在多个机型的不间断供电电源装置中共用控制部(1)。
Description
技术领域
本发明涉及控制装置，尤其涉及在功率转换装置中对多个开关元件进行控制的控制装置。
背景技术
以往，作为用于向计算机系统等重要负载稳定地提供交流功率的电源装置，广泛使用不间断供电电源装置。例如如日本专利特开平7-298516号公报(专利文献1)所示，不间断供电电源装置一般包括：转换器，该转换器将商用交流功率转换成直流功率；逆变器，该逆变器将直流功率转换成交流功率以提供给负载；斩波器，该斩波器在接受商用交流功率时，将由转换器所生成的直流功率提供给电池，在商用交流功率停电的时候，将电池的直流功率提供给逆变器；以及控制部，该控制部对整个装置进行控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开平7-298516号公报
发明内容
本发明要解决的问题
在这种不间断供电电源装置中，转换器、逆变器及斩波器均由多个功率模块构成。各功率模块包括串联连接的多个IGBT元件以及与各IGBT元件反并联连接的二极管。此外，控制部包括：信号产生电路，该信号产生电路产生对多个IGBT元件进行控制的多个控制信号；以及输出端子，该输出端子用来输出多个控制信号。
根据不间断供电电源装置的机型来变更功率模块的数量。例如，在额定功率较大的机型中，将多个功率模块并联连接，且所使用的功率模块的数量比额定功率较小的机型所使用的功率模块的数量要多。为了抑制装置尺寸使得装置尺寸较小，根据每一机型来变更多个功率模块的布局。
另一方面，由于利用相同的控制信号对并联连接的多个功率模块进行控制，因此，在多个机型中共用信号产生电路。然而，若对功率模块的布局进行变更，则要考虑到将各功率模块与控制部的输出端子相连接的布线的通路等，且必须对输出端子的布局也进行变更。因而，以往存在必须针对每一机型对控制部进行变更、成本上升的问题。
因此，本发明的主要目的在于，提供能力图实现功率转换装置的低成本化的控制装置。
用于解决问题的手段
本发明所涉及的控制装置是在具备多个开关元件的功率转换装置中对多个开关元件进行控制的控制装置，且多个开关元件的布局根据功率转换装置的每一机型而不同。该控制装置包括：信号产生电路，该信号产生电路产生对多个开关元件进行控制的多个控制信号；多个输出端子，该多个输出端子用于向多个开关元件提供多个控制信号；以及切换电路，该切换电路按照与功率转换装置的机型相对应的顺序将多个控制信号进行排列并提供给多个输出端子。
优选为以预定的数量对多个输出端子进行分组而将多个输出端子分割成多个第一组。以预定的数量对多个开关元件进行分组而将多个开关元件分割成多个第二组。该控制装置进一步包括：驱动电路，对应于各第二组设置该驱动电路，且该驱动电路驱动所对应的第二组的各开关元件；以及多芯电缆，该多芯电缆将属于各第一组的预定数量的输出端子与相对应的驱动电路相连接。
此外，功率转换装置优选为不间断供电电源装置。
发明效果
在本发明所涉及的控制装置中，由于按照与功率转换装置的机型相对应的顺序将信号产生电路所产生的多个控制信号进行排列并提供给多个输出端子，因此，能在功率转换装置的多个机型中共用控制装置。因而，能力图实现功率转换装置的低成本化。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的不间断供电电源装置的整体结构的电路框图。
图2是表示图1所示的不间断供电电源装置为第一机型时的控制部的结构及动作的电路框图。
图3是表示图1所示的不间断供电电源装置为第二机型时的控制部的结构及动作的电路框图。
图4是表示图1所示的不间断供电电源装置为第一机型时的驱动部及功率转换部的结构的电路框图。
图5是表示图4所示的功率转换部的结构的电路图。
图6是表示图4所示的栅驱动电路基板及栅电阻器的结构的电路框图。
图7是表示图1所示的不间断供电电源装置为第二机型时的驱动部及功率转换部的结构的电路框图。
具体实施方式
如图1所示，本申请的不间断供电电源装置包括电容器C1～C6、电抗器L1～L8、控制部1、驱动部2、功率转换部3及电池4。控制部1对功率转换部3的输入电压及输出电压、电池4的端子间电压等进行检测，基于该检测结果、生成用于对功率转换部3进行控制的PWM(功率宽度调制：Power Width Modulation)信号。驱动部2根据控制部1所生成的PWM信号，来驱动功率转换部3。
在从商用交流电源5提供交流功率的正常的时候，功率转换部3将该交流功率转换成直流功率，一边利用该直流功率对电池4进行充电，一边将该直流功率转换成商用频率的交流功率并提供给负载6。此外，在停止从商用交流电源5提供交流功率的停电的时候，功率转换部3将存储于电池4中的直流功率转换成商用频率的交流功率并提供给负载6。因而，即使在发生停电的情况下，也能利用该不间断供电电源装置使负载6继续运转直到电池4的直流功率消耗完为止。
电容器C1～C3的一电极分别与商用交流电源5的R相端子T1、S相端子T2及T相端子T3相连接，它们的另一电极均与虚拟中性线NL相连接。电抗器L1～L3的一端子分别与商用交流电源5的R相端子T1、S相端子T2及T相端子T3相连接，它们的另一端子分别与功率转换部3的R相端子TR、S相端子TS及T相端子TT相连接。
电容器C1～C3和电抗器L1～L3构成输入滤波器(低通滤波器)，该输入滤波器使商用频率(例如为60Hz)的信号通过、并中断由功率转换部3所产生的载波频率(例如为10kHz)的信号。从商用交流电源5经由输入滤波器将交流电压传送至功率转换部3，且利用输入滤波器中断由功率转换部3所产生的载波频率的信号。从而能防止功率转换部3所产生的载波频率的信号对商用交流电源5产生不良影响。
电抗器L4～L6的一端子分别与功率转换部3的U相端子TU、V相端子TV及W相端子TW相连接，它们的另一端子分别与负载6的U相端子T4、V相端子T5及W相端子T6相连接。电容器C4～C6的一电极分别与负载6的U相端子T4、V相端子T5及W相端子T6相连接，它们的另一电极均与虚拟中性线NL相连接。
电抗器L4～L6和电容器C4～C6构成输出滤波器(低通滤波器)，该输出滤波器使商用频率的信号通过、并中断由功率转换部3所产生的载波频率的信号。从功率转换部3经由输出滤波器将交流电压传送至负载6，且利用输出滤波器中断由功率转换部3所产生的载波频率的信号。从而能防止功率转换部3所产生的载波频率的信号对负载6产生不良影响。
电抗器L7、L8的一端子分别与功率转换部3的电池端子TBP、TBN相连接，它们的另一端子分别与电池4的正极和负极相连接。电感器L7、L8构成通常方式电抗器，抑制噪声产生。
图2是表示控制部1的结构的电路框图。在图2中，控制部1包括基板10、装载于基板10的PWM电路11、切换电路12、以及4个输出端口13～16。PWM电路11产生用于对功率转换部3进行控制的PWM信号
输出端口13包括输出端子T11～T14，输出端口14包括输出端子T15～T18，输出端口15包括输出端子T19～T22，输出端口16包括输出端子T23～T26。
当门选信号GS为“L”电平的情况下，如图2所示，切换电路12将PWM信号 
分别提供给输出端子T11～T26。此外，当门选信号GS为“H”电平的情况下，如图3所示，切换电路12将PWM信号
分别提供给输出端子T11～T26。
当不间断供电电源装置为第一机型的情况下，门选信号GS成为“L”电平，当不间断供电电源装置为第二机型的情况下，门选信号GS成为“H”电平。第一机型的额定功率例如为100kVA，第二机型的额定功率例如为225kVA。输出端口13～16分别经由4芯电缆CB1～CB4与驱动部2相连接。
图4是表示不间断供电电源装置为第一机型时的驱动部2及功率转换部3的结构及布局的框图。在图4中，驱动电路2包括4个栅驱动电路基板21～24以及8个栅电阻器31～38，功率转换部3包括长方形的布线板39、8个功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2以及电容器C7。
栅驱动电路基板21～24在图4中的上下方向上配置成1列，分别经由4芯电缆CB1～CB4与图2的输出端口13～16相连接。从PWM电路11经由4芯电缆CB1、将PWM信号
提供给栅驱动电路基板21。从PWM电路11经由4芯电缆CB2、将PWM信号
提供给栅驱动电路基板22。从PWM电路11经由4芯电缆CB3、将PWM信号
提供给栅驱动电路基板23。从PWM电路11经由4芯电缆CB4、将PWM信号
提供给栅驱动电路基板24。
栅电阻器31～38与栅驱动电路基板21～24相邻且配置成1列。功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2与栅电阻器31～38相邻，且沿着布线板39的1条长边而配置成1列，并固定于布线板39。
功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2均具有第一～第三输出端子。功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2的第一输出端子均与正电压节点N1相连接。功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW的第二输出端子分别与R相端子TR、U相端子TU、S相端子TS、V相端子TV、T相端子TT、W相端子TW相连接，功率模块MC1、MC2的第二输出端子均与电池端子TBP相连接。功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2的第三输出端子均与负电压节点N2及电池端子TBN相连接。电容器C7连接在节点N1、N2之间。
栅驱动电路基板21根据PWM信号
经由栅电阻器31来驱动功率模块MR，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器32来驱动功率模块MU。栅驱动电路基板22根据PWM信号
经由栅电阻器33来驱动功率模块MS，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器34来驱动功率模块MU。
栅驱动电路基板23根据PWM信号
经由栅电阻器35来驱动功率模块MT，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器36来驱动功率模块MW。栅驱动电路基板24根据PWM信号
经由栅电阻器37来驱动功率模块MC1，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器38来驱动功率模块MC2。
图5是表示功率转换部3的结构的电路图。在图2中，功率模块MR、MS、MT构成转换器40。功率模块MR包括：串联连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间的2个IGBT元件QR1、QR2；以及分别与IGBT元件QR1、QR2反并联连接的2个二极管DR1、DR2。IGBT元件QR1、QR2之间的节点与R相端子TR相连接。
功率模块MS包括：串联连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间的2个IGBT元件QS1、QS2；以及分别与IGBT元件QS1、QS2反并联连接的2个二极管DS1、DS2。IGBT元件QS1、QS2之间的节点与S相端子TS相连接。
功率模块MT包括：串联连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间的2个IGBT元件QT1、QT2；以及分别与IGBT元件QT1、QT2反并联连接的2个二极管DT1、DT2。IGBT元件QT1、QT2之间的节点与T相端子TT相连接。
由驱动部2来驱动各IGBT元件QR1、QR2、QS1、QS2、QT1、QT2。在从商用交流电源5提供交流功率的正常的时候，各IGBT元件QR1、QR2、QS1、QS2、QT1、QT2以与来自商用交流电源5的三相交流电压的相位相对应的定时进行导通/截止，将三相交流电压转换成直流电压。在停止从商用交流电源5提供交流功率的停电的时候，IGBT元件QR1、QR2、QS1、QS2、QT1、QT2固定于截止状态，转换器40停止运转。
电容器C7连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间。利用电容器C7、对节点N1和N2之间的电压进行平滑化。
功率模块MC1、MC2构成斩波器41。功率模块MC1包括：串联连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间的2个IGBT元件QC1、QC2；以及分别与IGBT元件QC1、QC2反并联连接的2个二极管DC1、DC2。IGBT元件QC1、QC2之间的节点与电池端子TBP相连接。负电压节点N2与电池端子TBN相连接。
功率模块MC2包括：串联连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间的2个IGBT元件QC3、QC4；以及分别与IGBT元件QC3、QC4反并联连接的2个二极管DC3、DC4。IGBT元件QC3、QC4之间的节点与电池端子TBP相连接。
由驱动部2驱动各IGBT元件QC1～QC4。在从商用交流电源5提供交流功率的正常的时候，各IGBT元件QC1～QC4以规定的定时进行导通/截止，将转换器10所生成的直流功率的一部分提供给电池4，对电池4进行充电。
在停止从商用交流电源5提供交流功率的停电的时候，各IGBT元件QC1～QC4以与正常的时候不同的定时进行导通/截止，从电池4将直流功率提供给逆变器12。当电池4的端子间电压变得比上限电压要高或者比下限电压要低的情况下，各IGBT元件QC1～QC4固定于截止状态，斩波器41停止运转。
功率模块MU、MV、MW构成逆变器42。功率模块MU1包括：串联连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间的2个IGBT元件QU1、QU2；以及分别与IGBT元件QU1、QU2反并联连接的2个二极管DU1、DU2。IGBT元件QU1、QU2之间的节点与U相端子TU相连接。
功率模块MV包括：串联连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间的2个IGBT元件QV1、QV2；以及分别与IGBT元件QV1、QV2反并联连接的2个二极管DV1、DV2。IGBT元件QV1、QV2之间的节点与V相端子TV相连接。
功率模块MW包括：串联连接在正电压节点N1与负电压节点N2之间的2个IGBT元件QW1、QW2；以及分别与IGBT元件QW1、QW2反并联连接的2个二极管DW1、DW2。IGBT元件QW1、QW2之间的节点与W相端子TW相连接。
由驱动部2来驱动各IGBT元件QU1、QU2、QV1、QV2、QW1、QW2。在从商用交流电源5提供交流功率的正常的时候，各IGBT元件QU1、QU2、QV1、QV2、QW1、QW2以与来自商用交流电源5的三相交流电压的相位相对应的定时进行导通/截止，将转换器10所生成的直流电压转换成商用频率的三相交流电压。
在停止从商用交流电源5提供交流功率的停电的时候，各IGBT元件QU1、QU2、QV1、QV2、QW1、QW2以与来自商用交流电源5的三相交流电压的相位相对应的定时进行导通/截止，将从电池4提供的直流电压转换成商用频率的三相交流电压。当电池4的端子间电压变得比下限电压要低的情况下，各IGBT元件QU1、QU2、QV1、QV2、QW1、QW2固定于截止状态，逆变器42停止运转。
图6是表示栅驱动电路基板21及栅电阻器31、32的结构的电路框图。在图6中，栅驱动电路基板21包括4个驱动器50～53，栅电阻器31包括2个电阻元件54、55，栅电阻器32包括2个电阻元件56、57。电阻元件54～57的一端子分别与驱动器50～53的输出节点相连接，它们的另一端子分别与IGBT元件QR1、QR2、QU1、QU2的栅极相连接。驱动器50～51的基准电压节点分别与IGBT元件QR1、QR2、QU1、QU2的发射极相连接。
驱动器50～53在输出端子和基准电压节点之间输出与各PWM信号
相对应的电平的电压。在栅极-发射极之间施加“H”电平的电压时，各IGBT元件QR1、QR2、QU1、QU2导通，在栅极-发射极之间施加“L”电平的电压时，各IGBT元件QR1、QR2、QU1、QU2截止。栅驱动电路基板22与栅电阻器33、34、栅驱动电路基板23与栅电阻器35、36、以及栅驱动电路基板24与栅电阻器37、38，均具有与栅驱动电路基板21与栅电阻器33、34相同的结构。
图7是表示不间断供电电源装置为第二机型时的驱动部2及功率转换部3的结构及布局的框图，是用来与图4进行对比的图。在图7中，由于第二机型的不间断供电电源装置的额定功率是第一不间断供电电源装置的额定功率的约2倍，因此，其使用2套功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2。此外，若将2套功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2配置成1列，则由于装置尺寸变长，因此，将2套功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2配置成2列。
即，在第二机型的不间断供电电源装置中，驱动电路2包括：2套功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2；4个栅驱动电路基板61～64；16个栅电阻器71～78、81～88；长方形的布线板89；以及电容器C7。
栅驱动电路基板61、62在布线板89的一侧、在图7中的上下方向上配置成1列，分别经由4芯电缆CB1、CB3与图3的输出端口13、15相连接。栅驱动电路基板63、64在布线板89的另一侧、在图7中的上下方向上配置成1列，分别经由4芯电缆CB2、CB4与图3的输出端口14、16相连接。
从PWM电路11经由4芯电缆CB1、将PWM信号
提供给栅驱动电路基板61。从PWM电路11经由4芯电缆CB3、将PWM信号提供给栅驱动电路基板62。从PWM电路11经由4芯电缆CB2、将PWM信号
提供给栅驱动电路基板63。从PWM电路11经由4芯电缆CB4、将PWM信号
提供给栅驱动电路基板64。
栅电阻器71～78与栅驱动电路基板61、62相邻且配置成1列。功率模块MR、MR、MS、MS、MT、MT、MC1、MC1与栅电阻器71～78相邻，且沿着布线板89的1条长边而配置成1列，并固定于布线板89。
栅电阻器81～88与栅驱动电路基板63、64相邻且配置成1列。功率模块MU、MU、MV、MV、MW、MW、MC2、MC2与栅电阻器81～88相邻，且沿着布线板89的另一条长边而配置成1列，并固定于布线板89。
功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2均具有第一～第三输出端子。功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2的第一输出端子均与正电压节点N1相连接。功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW的第二输出端子分别与R相端子TR、U相端子TU、S相端子TS、V相端子TV、T相端子TT、W相端子TW相连接，功率模块MC1、MC2的第二输出端子均与电池端子TBP相连接。功率模块MR、MU、MS、MV、MT、MW、MC1、MC2的第三输出端子均与负电压节点N2及电池端子TBN相连接。电容器C7连接在节点N1、N2之间。
栅驱动电路基板61根据PWM信号
经由栅电阻器71来驱动1个功率模块MR，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器72也来驱动1个功率模块MR。此外，栅驱动电路基板61根据PWM信号 
经由栅电阻器73来驱动1个功率模块MS，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器74也来驱动1个功率模块MS。
栅驱动电路基板62根据PWM信号
经由栅电阻器75来驱动1个功率模块MT，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器76也来驱动1个功率模块MT。此外，栅驱动电路基板62根据PWM信号
经由栅电阻器77来驱动1个功率模块MC1，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器78也来驱动1个功率模块MC1。
栅驱动电路基板63根据PWM信号经由栅电阻器81来驱动1个功率模块MU，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器82也来驱动1个功率模块MU。此外，栅驱动电路基板63根据PWM信号
经由栅电阻器83来驱动1个功率模块MV，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器84也来驱动1个功率模块MV。
栅驱动电路基板64根据PWM信号
经由栅电阻器85来驱动1个功率模块MW，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器86也来驱动1个功率模块MW。此外，栅驱动电路基板64根据PWM信号
经由栅电阻器87来驱动1个功率模块MC2，并且，根据PWM信号
经由栅电阻器88也来驱动1个功率模块MC2。
在本实施方式中，由于按照与不间断供电电源装置的机型相对应的顺序将PWM电路11所生成的多个PWM信号进行排列并提供给多个输出端子，因此，在多个机型中能共用控制部1。因此，可力图实现不间断供电电源装置的低成本化。
应该认为这里所揭示的实施方式在所有方面都是举例示出，而不是限制性的。可以认为本发明的范围并不是由上述说明来示出，而是由权利要求的范围来示出，且包含与权利要求的范围同等的含义及范围内的所有变更。
标号说明
1控制部、2驱动部、3功率转换部、4电池、5商用交流电源、6负载、10基板、11PWM电路、12切换电路、13～16输出端口、21～24、61～64栅驱动电路基板、31～38、71～78、81～88栅电阻器、39、89布线板、40转换器、41斩波器、42逆变器、50～53驱动器、54～57电阻元件、C电容器、L电抗器、T端子、CB 4芯电缆、Q IGBT元件、D二极管。
Claims (3)
1.一种控制装置(1)，该控制装置(1)在具备多个开关元件(Q)的功率转换装置中对所述多个开关元件(Q)进行控制，其特征在于，
所述多个开关元件(Q)的布局根据所述功率转换装置的每一机型而不同，
所述控制装置(1)包括：
信号产生电路(11)，该信号产生电路(11)产生对所述多个开关元件(Q)进行控制的多个控制信号；
多个输出端子(T11～T26)，该多个输出端子(T11～T26)用于将所述多个控制信号提供给所述多个开关元件(Q)；以及
切换电路(12)，该切换电路(12)按照与所述功率转换装置的机型相对应的顺序将所述多个控制信号进行排列并提供给所述多个输出端子(T11～T26)。
2.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
以预定的数量对所述多个输出端子(T11～T26)进行分组而将所述多个输出端子(T11～T26)分割成多个第一组，
以预定的数量对所述多个开关元件(Q)进行分组而将所述多个开关元件(Q)分割成多个第二组，
所述控制装置进一步包括：
驱动电路(21～24)，该驱动电路(21～24)与各第二组相对应来设置并驱动相对应的第二组的各开关元件(Q)；以及
多芯电缆(CB1～CB4)，该多芯电缆(CB1～CB4)将属于各第一组的所述预定数量的输出端子和相对应的驱动电路(21～24)相连接。
3.如权利要求1所述的控制装置，其特征在于，
所述功率转换装置是不间断供电电源装置。
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