CN104967332B - 一种多功能变流器模块的实现方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能变流器模块的实现方法及装置，该方法步骤为：1）将变流器模块的多条变流桥臂按照所需实现的功能分别进行配置；2）按照所需实现的功能为各变流桥臂分配对应的驱动脉冲，驱动实现对应功能；该装置包括功能配置模块以及多功能驱动模块。本发明具有实现操作简便、能够实现多种变流器功能及功能组合，且通用性好、应用范围广的优点。

Description

一种多功能变流器模块的实现方法及装置

技术领域

本发明涉及变流器技术领域，尤其涉及一种多功能变流器模块的实现方法及装置。

背景技术

随着传动技术的发展，IGBT变流器模块作为变流器的一个重要部件，正在向模块化、系列化方向发展，IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管）变流器模块的应用也日益广泛。由于使用和发展时间不长，IGBT变流器模块本身还存在很多不完善的地方，就中大功率的IGBT变流器模块来说，目前一个变流器模块通常就只能固定实现一种功能，因而存在以下缺陷：

（1）只能满足单一功能的需求，而无法满足目前对变流器模块功能的多样化要求；

（2）在使用时由于功能上不能够通用，其通用性较差，因而不能适用于多种不同的应用场合，在开发成本上也会造成很大的浪费；

（3）为实现其他不同功能则需要进行拆卸和重新安装，由于变流器的电路和结构复杂，进行拆卸和安装均非常不方便，且操作时还需要特殊的装备工具。

综上所述，IGBT变流器模块自身所存在的单一功能限制已成为当前制约变流技术发展的瓶颈之一，目前急需要提供一种能够实现多种功能变流器模块的方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种实现操作简便、能够实现多种变流器功能及功能组合，且通用性好、应用范围广的多功能变流器模块的实现方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种多功能变流器模块的实现方法，步骤为：

1）将变流器模块的多条变流桥臂按照所需实现的功能分别进行配置；

2）按照所需实现的功能为各变流桥臂分配对应的驱动脉冲，驱动实现对应功能。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤1）的具体步骤为：将变流器模块的多条变流桥臂划分为一个以上的功能区，按照所需实现的功能对每个功能区中各条变流桥臂分别进行配置。

作为本发明方法的进一步改进，所述步骤1）中将变流器模块中四条变流桥臂配置为DC/AC转换功能以及一相降压斩波功能的组合；或所述步骤1）中将变流器模块中四条变流桥臂配置为两个单相整流功能的组合；或所述步骤1）中将变流器模块中四条变流桥臂配置为四路降压斩波功能；或所述步骤1）中将变流器模块中四条变流桥臂配置为四路升压斩波功能。

一种多功能变流器模块的实现装置，包括：

功能配置模块，用于将变流器模块的多条变流桥臂按照所需实现的功能分别进行配置；

多功能驱动模块，用于按照所需实现的功能为各变流桥臂分配对应的驱动脉冲，驱动实现对应功能。

作为本发明装置的进一步改进：所述多功能驱动模块包括用于分配驱动脉冲的脉冲分配单元以及多个门级驱动单元，每个所述门级驱动单元与变流桥臂中的一个IGBT开关器件对应连接，所述门级驱动单元接收脉冲分配单元输出的驱动脉冲，驱动对应的IGBT开关器件。

作为本发明装置的进一步改进：所述功能配置模块具体为将变流器模块的多条变流桥臂划分为一个以上的功能区，按照所需实现的功能对每个功能区中各条变流桥臂分别进行配置。

作为本发明装置的进一步改进：所述脉冲分配单元与所述门级驱动单元通过光纤连接；所述脉冲分配单元通过光纤与外部控制器连接。

作为本发明装置的进一步改进：所述功能配置模块将变流器模块中四条变流桥臂配置为DC/AC转换功能以及一相降压斩波功能的组合；或所述功能配置模块将变流器模块中四条变流桥臂配置为两个单相整流功能的组合；或所述功能配置模块将变流器模块中四条变流桥臂配置为四路降压斩波功能；或所述功能配置模块将变流器模块中四条变流桥臂配置为四路升压斩波功能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1）本发明通过将变流器模块的多条变流桥臂按照所需实现的功能进行配置，再对应分配驱动脉冲驱动实现对应的功能，能够根据不同需求实现多种功能，从而满足对于变流器模块的多种不同需求，实现多功能的变流器模块；

2）本发明结合不同的变流桥臂配置方式以及对应的脉冲分配方式即可实现不同功能的组合，能够适用于各种电路拓扑结构，从而可以方便的实现各种不同功能、功率等级的变流器模块，适用于多种变流领域以及多种工况需求；

3）本发明实现不同功能时，在不改变变流器模块结构的基础上仅需改变变流器模块中变流桥臂的配置方法以及对应的脉冲分配方式，无需拆卸即可实现各种功能的切换，实际应用中可即插即用，具有良好的通用性能，且组装及维护更为方便；

4）本发明通过不同的脉冲分配方式，即可在变流器模块结构的基础上即可实现多种不同功能的组合，从而将多种拓扑结构配置融合在一个变流器模块内，实现了所需功能的多样化，同时优化了变流器模块的电路拓扑结构，使得变流器模块结构更为紧凑、重量更轻；

5）本发明通过光纤实现变流器模块中脉冲分配单元与门极驱动单元的通信，可以有效避免外部干扰；脉冲分配单元通过光纤通信还可实现与外部之间的信号接收、故障反馈等功能。

附图说明

图1是本实施例多功能变流模块实现方法的流程示意图。

图2是本实施例实现多功能变流器模块所采用的具体结构示意图。

图3是本实施例实现第一种变流功能（DC/AC电路+一相BUCK电路）的结构示意图。

图4是本实施例实现第二种变流功能（两路单相整流电路）的结构示意图。

图5是本实施例实现第三种变流功能（四路BUCK电路）中第一种结构示意图。

图6是本实施例实现第三种变流功能（四路BUCK电路）中第二种结构示意图。

图7是本实施例实现第四种变流功能（四路BOOST电路）中第一种结构示意图。

图8是本实施例实现第四种变流功能（四路BOOST电路）中第二种结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例多功能变流器模块的实现方法，步骤为：

1）将变流器模块的多条变流桥臂按照所需实现的功能分别进行配置；

2）按照所需实现的功能为各变流桥臂分配对应的驱动脉冲，驱动实现对应功能。

本实施例通过将变流器模块的多条变流桥臂按照所需实现的功能进行配置，再对应分配驱动脉冲驱动实现对应的功能，能够根据不同需求实现多种功能，从而满足对于变流器模块的多种不同需求，实现多功能的变流器模块。

本实施例中，步骤1）的具体步骤为：将变流器模块的多条变流桥臂划分为一个以上的功能区，按照所需实现的功能对每个功能区中各条变流桥臂分别进行配置。通过将变流器模块中按不同功能进行配置变流桥臂，以在驱动脉冲的驱动下实现对应的功能，即可实现多种变流功能的组合。

如图2所示，本实施例实现多功能变流器模块包括变流器模块、用于分配驱动脉冲的脉冲分配单元以及门级驱动单元，变流器模块具体为包含四条变流桥臂的IGBT变流器模块，每条变流桥臂包括两个反并联连接的 IGBT开关器件（V1~V8）以及二极管（VD1~VD8），IGBT变流器模块还包括与变流桥臂并联的支撑电容。每个门级驱动单元与变流桥臂中的一个IGBT开关器件对应连接，门级驱动单元接收脉冲分配单元输出的驱动脉冲，驱动对应的IGBT开关器件。预先将四条变流桥臂按所需实现的功能进行配置，构成对应功能的拓扑结构；工作时，通过脉冲分配单元按照所需实现的功能分配每条变流桥臂对应所需的驱动脉冲，并通过门级驱动单元输出至对应的IGBT开关器件，以驱动实现对应功能。

本实施例通过不同的脉冲分配方式，即可在变流器模块结构的基础上即可实现多种不同功能的组合，从而将多种拓扑结构配置融合在一个变流器模块内，实现了所需功能的多样化，同时优化了变流器模块的电路拓扑结构，使得变流器模块结构更为紧凑、重量更轻。

本实施例中，脉冲分配单元与门级驱动单元通过光纤连接，可以有效避免外部干扰；脉冲分配单元通过光纤与外部控制器连接，从而可实现与外部之间的信号接收、故障反馈等功能。

如图3所示，本实施例采用上述结构实现的第一种变流功能具体为DC/AC转换功能、一相降压斩波功能的组合，由IGBT变流器模块中三条变流桥臂构成DC/AC转换电路，通过A、B、C端口输出；由一条变流桥臂以及输出端并联的电阻R构成一相BUCK（降压斩波）电路；脉冲分配单元通过门级驱动单元提供给各条变流桥臂中IGBT开关器件对应的驱动脉冲，以分别实现DC/AC转换功能以及BUCK降压斩波电路功能。

如图4所示，本实施例采用上述结构实现的第二种变流功能具体为两个单相整流功能的组合，通过两条变流桥臂以及输入端接入的电抗器L构成一个单相整流电路，脉冲分配单元通过门级驱动单元提供给各条变流桥臂中IGBT开关器件对应的驱动脉冲，以实现两路单相整流功能。A、B相和C、D相分别组成两个单相整流的交流输入端，通过单相整流将单相交流电变换为直流电。

如图5所示为本实施例采用上述结构实现第三种变流功能的第一种结构，具体为四路降压斩波功能的组合，由一条变流桥臂以及输出电路构成一路BUCK电路，脉冲分配单元提供给各条变流桥臂对应的驱动脉冲，以分别实现四路BUCK降压斩波电路功能。当变流器模块工作在降压斩波状态时，V2、V4、V6、V8完全截止，V1、V3、V5、V7周期性通断时，V1与VD2、L1，V3与VD4、L2，V5与VD6、L3，V7与VD8、L4分别组成四路降压斩波器。采用上述构成的降压斩波功能变流器模块，能够实现输出电压平均值小于或等于输入电压的直流电压变换。

如图6所示为实现第三种变流功能的第二种结构，该结构为第一种结构的进一步简化结构，即将所有的上桥臂只使用IGBT并通过驱动脉冲控制，下桥臂只使用二极管封锁IGBT脉冲。采用第二种拓扑结构可以用作变流器中逆变侧，其中A、B、C三相为逆变侧交流输出，第四路斩波相可降低中间回路电压，起到稳定中间回路电压的作用。

如图7所示为本实施例采用上述结构实现第四种变流功能的第一种结构，具体为四路升压斩波功能的组合，由一条变流桥臂以及输入电路构成一路BOOST电路，脉冲分配单元提供给各条变流桥臂对应的驱动脉冲，以分别实现四路BOOST升压斩波功能。当变流器模块工作在升压斩波状态时，V1、V3、V5、V7完全截止，V2、V4、V6、V8周期性通断时，V2与VD1、L1，V4与VD3、L2，V6与VD5、L3，以及V8与VD7、L4分别组成四路升压斩波器。采用上述构成的升压斩波功能变流器模块，能够实现输出电压平均值大于或等于输入电压的直流电压变换。

如图8所示为实现第四种功能的第二种结构，该结构为第一种结构的进一步简化结构，即将所有的下桥臂只使用IGBT并通过驱动脉冲控制，上桥臂只使用二极管封锁IGBT脉冲。

本实施例多功能变流器模块实现四路BUCK电路或四路BOOST电路功能时，四路电路之间还能够实现相互备份的功能。

本实施例结合不同的变流桥臂配置方式以及对应的脉冲分配方式即可实现不同功能的组合，能够适用于各种电路拓扑结构，从而可以方便的实现各种不同功能、功率等级的变流器模块，适用于多种变流领域以及多种工况需求。

本实施例中，实现不同功能时，在不改变变流器模块结构的基础上仅需改变变流器模块中变流桥臂的配置方法以及对应的脉冲分配方式，无需拆卸即可实现各种功能的切换，实际应用中可即插即用，具有良好的通用性能，且组装及维护更为方便。

本发明还可以根据具体需求配置变流器模块实现其他功能，也可以通过两个或多个变流器模块的组合实现其他的多种电路拓扑结构，其原理与上述一致，再此不再进行赘述。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种多功能变流器模块的实现方法，其特征在于，步骤为：

1）将变流器模块的多条变流桥臂按照所需实现的功能分别进行配置；

2）按照所需实现的功能为各变流桥臂分配对应的驱动脉冲，驱动实现对应功能；

所述步骤1）的具体步骤为：将变流器模块的多条变流桥臂划分为一个以上的功能区，按照所需实现的功能对每个功能区中各条变流桥臂分别进行配置；

所述变流器模块为包含四条变流桥臂的IGBT变流器模块，按照所需实现的功能分配每条变流桥臂对应所需的驱动脉冲，并通过输出至对应的IGBT开关器件，以驱动实现对应功能；

当由IGBT变流器模块中三条变流桥臂构成DC/AC转换电路，通过A、B、C端口输出；由一条变流桥臂以及输出端并联的电阻R构成一相BUCK电路，提供给各条变流桥臂中IGBT开关器件对应的驱动脉冲，以分别实现DC/AC转换功能以及BUCK降压斩波电路功能；

当通过两条变流桥臂以及输入端接入的电抗器L构成一个单相整流电路，提供给各条变流桥臂中IGBT开关器件对应的驱动脉冲，以实现两路单相整流功能；

当由一条变流桥臂以及输出电路构成一路BUCK电路，脉冲分配单元提供给各条变流桥臂对应的驱动脉冲，以分别实现四路BUCK降压斩波电路功能；

当由一条变流桥臂以及输入电路构成一路BOOST电路，提供给各条变流桥臂对应的驱动脉冲，以分别实现四路BOOST升压斩波功能。

2.根据权利要求1所述的多功能变流器模块的实现方法，其特征在于，所述步骤1）中将变流器模块中四条变流桥臂配置为DC/AC转换功能以及一相降压斩波功能的组合；或所述步骤1）中将变流器模块中四条变流桥臂配置为两个单相整流功能的组合；或所述步骤1）中将变流器模块中四条变流桥臂配置为四路降压斩波功能；或所述步骤1）中将变流器模块中四条变流桥臂配置为四路升压斩波功能。

3.一种多功能变流器模块的实现装置，其特征在于，包括：

功能配置模块，用于将变流器模块的多条变流桥臂按照所需实现的功能分别进行配置；

多功能驱动模块，用于按照所需实现的功能为各变流桥臂分配对应的驱动脉冲，驱动实现对应功能；

所述功能配置模块具体为将变流器模块的多条变流桥臂划分为一个以上的功能区，按照所需实现的功能对每个功能区中各条变流桥臂分别进行配置；

还包括变流器模块、用于分配驱动脉冲的脉冲分配单元以及门级驱动单元，所述变流器模块为包含四条变流桥臂的IGBT变流器模块，每个门级驱动单元与变流桥臂中的一个IGBT开关器件对应连接，通过脉冲分配单元按照所需实现的功能分配每条变流桥臂对应所需的驱动脉冲，并通过所述门级驱动单元输出至对应的IGBT开关器件，以驱动实现对应功能；

当由IGBT变流器模块中三条变流桥臂构成DC/AC转换电路，通过A、B、C端口输出；由一条变流桥臂以及输出端并联的电阻R构成一相BUCK电路，所述脉冲分配单元通过所述门级驱动单元提供给各条变流桥臂中IGBT开关器件对应的驱动脉冲，以分别实现DC/AC转换功能以及BUCK降压斩波电路功能；

当通过两条变流桥臂以及输入端接入的电抗器L构成一个单相整流电路，所述脉冲分配单元通过所述门级驱动单元提供给各条变流桥臂中IGBT开关器件对应的驱动脉冲，以实现两路单相整流功能；

当由一条变流桥臂以及输出电路构成一路BUCK电路，所述脉冲分配单元提供给各条变流桥臂对应的驱动脉冲，以分别实现四路BUCK降压斩波电路功能。

4.根据权利要求3所述的多功能变流器模块的实现装置，其特征在于：所述多功能驱动模块包括用于分配驱动脉冲的脉冲分配单元以及多个门级驱动单元，每个所述门级驱动单元与变流桥臂中的一个IGBT开关器件对应连接，所述门级驱动单元接收脉冲分配单元输出的驱动脉冲，驱动对应的IGBT开关器件。

5.根据权利要求4所述的多功能变流器模块的实现装置，其特征在于：所述脉冲分配单元与所述门级驱动单元通过光纤连接；所述脉冲分配单元通过光纤与外部控制器连接。

6.根据权利要求5所述的多功能变流器模块的实现装置，其特征在于：所述功能配置模块将变流器模块中四条变流桥臂配置为DC/AC转换功能以及一相降压斩波功能的组合；或所述功能配置模块将变流器模块中四条变流桥臂配置为两个单相整流功能的组合；或所述功能配置模块将变流器模块中四条变流桥臂配置为四路降压斩波功能；或所述功能配置模块将变流器模块中四条变流桥臂配置为四路升压斩波功能。