CN106502168A - 一种智能功率组件控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能功率组件控制系统，包括上位机、若干个智能功率模块以及分别连接上位机与若干个智能功率模块的智能适配装置；智能适配装置，用于接收并存储各个智能功率模块实时传输的状态信息，对状态信息进行数据分析，完成对各个智能功率模块的寿命预测，依据寿命预测结果调整接收到的上位机发送的控制信号，并将调制后的控制信号分别发送至对应的智能功率模块；并将状态信息反馈至上位机；上位机，用于依据各个智能功率模块的工作模式以及智能适配板反馈的状态信息输出控制信号至智能适配装置。本发明能够对智能功率模块进行寿命预测分析，并依据分析结果调整输出至各个智能功率模块的控制信号，来延长各个智能功率模块的使用寿命。

Description

一种智能功率组件控制系统

技术领域

本发明涉及半导体控制领域，特别是涉及一种智能功率组件控制系统。

背景技术

由标准封装功率半导体器件、门极驱动器、散热装置、支撑电容、低感母排和传感器搭建而成的通用功率组件单元，可选择性运行在整流模式或逆变+斩波模式，实现直流电能与交流电能之间的灵活转换，在电力系统、轨道交通、工业变流等领域得到了广泛应用。

目前对智能功率组件的控制基本是由其自身内部设置的控制单板进行驱动控制，且智能功率组件仅能通过判断各项参数是否超出阈值的方式简单的判断是否处于过压、过流等情况，而不能依据当前功率器件的使用情况调整控制信号，使得智能功率组件的使用寿命短。

因此，如何提供一种能够延长使用寿命的智能功率组件控制系统是本领域技术人员目前需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能功率组件控制系统，能够对各个智能功率模块进行寿命预测分析，并依据分析结果调整输出至各个智能功率模块的控制信号，来延长各个智能功率模块的使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种智能功率组件控制系统，包括上位机、若干个智能功率模块以及分别连接所述上位机与若干个所述智能功率模块的智能适配装置；

所述智能适配装置，用于接收并存储各个所述智能功率模块实时传输的状态信息，对所述状态信息进行寿命预测分析，依据寿命预测结果调整接收到的上位机发送的控制信号，并将调制后的控制信号分别发送至对应的智能功率模块；并将所述状态信息反馈至所述上位机；

所述上位机，用于依据各个所述智能功率模块的工作模式以及所述智能适配板反馈的所述状态信息输出控制信号至所述智能适配装置。

优选地，所述智能适配装置具体用于：

接收并存储各个所述智能功率模块实时传输的所述智能功率模块正常工作时的通态压降、桥臂电流、温度信号以及所述智能功率模块故障时的门极电压、端电压以及故障编码；对接收到的数据进行分析，确定各个所述智能功率模块内功率器件的寿命影响因素以及影响方式，依据所述功率器件的寿命影响因素以及影响方式调整接收到的上位机发送的控制信号，并将调制后的控制信号分别发送至对应的智能功率模块；将所述桥臂电流、所述温度信号、所述门极电压、所述端电压以及所述故障编码反馈至所述上位机。

优选地，所述智能适配装置上设置有以太网接口或串行接口。

优选地，所述智能适配装置上设置有USB接口。

优选地，所述智能适配装置能够通过WIFI与网络连接。

优选地，所述智能功率模块具体包括器件驱动模块以及组成一支桥臂的两个功率器件；

所述器件驱动模块，用于接收所述智能适配装置发送的控制信号，并将其进行信号分离处理后，生成上下两路驱动信号，通过隔离装置后分别发送至两个所述功率器件进行驱动；通过所述隔离装置后实时采集两个所述功率器件的通态压降、桥臂电流、温度信号、门极电压和端电压；依据所述门极电压和端电压判断相应的功率器件是否发生故障，若发生故障，则关断两个所述功率器件，并对故障模式进行编码；将所述通态压降、所述桥臂电流、所述温度信号、所述门极电压、所述端电压以及故障编码发送至所述智能适配装置。

优选地，所述智能功率模块与所述智能适配装置之间以及所述智能适配装置与所述上位机之间通过光纤连接。

本发明提供了一种智能功率组件控制系统，包括上位机、若干个智能功率模块以及分别连接上位机与若干个智能功率模块的智能适配装置；智能适配装置能够实现上位机与智能功率模块之间的信号调度管理，以及将各个智能功率模块传输的状态信息反馈至上位机，供上位机进行系统控制，同时，智能适配装置还能够存储接收到的状态信息，并依据该状态信息对各个智能功率模块进行寿命预测分析，然后依据分析结果来对上位机发送的控制信号进行调整，从而延长各个智能功率模块的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对现有技术和实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种智能功率组件控制系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种智能功率模块的结构示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种智能功率组件控制系统，能够对各个智能功率模块进行寿命预测分析，并依据分析结果调整输出至各个智能功率模块的控制信号，来延长各个智能功率模块的使用寿命。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种智能功率组件控制系统，参见图1所示，图1为本发明提供的一种智能功率组件控制系统的结构示意图；该系统包括上位机、若干个智能功率模块以及分别连接上位机与若干个智能功率模块的智能适配装置；

智能适配装置，用于接收并存储各个智能功率模块实时传输的状态信息，对状态信息进行寿命预测分析，依据寿命预测结果调整接收到的上位机发送的控制信号，并将调制后的控制信号分别发送至对应的智能功率模块；并将状态信息反馈至上位机；

上位机，用于依据各个智能功率模块的工作模式以及智能适配板反馈的状态信息输出控制信号至智能适配装置。

可以理解的是，一般与智能适配装置相连的智能功率模块有多个，上位机也会根据智能功率模块的数量来发送相应数量的控制信号，这些控制信号的内容可能相同也可能不同，智能适配装置需要对这些控制信号进行调理分配，再下发至相应的智能功率模块。

另外，开机时，上位机首先发送工作模式判别信号至智能适配装置，智能适配装置依据工作模式判别信号确定各个智能功率模块工作在整流模式或逆变+斩波模式。正常工作时，上位机根据功率组件内包含的智能功率模块数量，发送相应数量的控制信号至智能适配装置。

并且，通过上述结构，本发明能够实现对多个智能功率模块的统一控制管理，管理方便，且智能功率模块可以根据需要进行增减，便于进行拓展。

其中，智能适配装置具体用于：

接收并存储各个智能功率模块实时传输的智能功率模块正常工作时的通态压降、桥臂电流、温度信号以及智能功率模块故障时的门极电压、端电压以及故障编码；对接收到的数据进行分析，确定各个智能功率模块内功率器件的寿命影响因素以及影响方式，依据功率器件的寿命影响因素以及影响方式调整接收到的上位机发送的控制信号，并将调制后的控制信号分别发送至对应的智能功率模块；将桥臂电流、温度信号、门极电压、端电压以及故障编码反馈至上位机。

可以理解的是，目前的智能功率组件也能够对端电压和温度信号等进行检测，但仅用于与阈值进行比较，反馈比较结果给数字处理器进行保护处理，功能单一；而本发明能够依据这些参数进行寿命预测以及控制信号调整，从而延长功率器件的使用寿命。

其中，这里的智能适配装置内设置有嵌入式操作系统、高速缓存以及Flash等，上位机以及智能功率模块具体与嵌入式操作系统相连。

作为优选地，智能适配装置上设置有以太网接口或串行接口，用于与PC机连接，从而将智能适配装置上获得的数据发送至PC机进行显示和记录。智能适配装置上设置有USB接口，用于与移动存储设备连接；智能适配装置能够通过WIFI与网络连接，进而连接手持式电子设备等，从而将智能适配装置上获得的数据发送至平板电脑/手机登手持式电子设备以在其应用程序APP上进行显示和记录。具体为嵌入式操作系统连接有以太网接口或串行接口、USB接口等。

可见，本发明的智能适配装置上可设置多种类型的接口，用于连接外部设备从而将智能适配装置上获得的数据发送至外部设备上进行显示、记录或进行相应的处理。当然，智能适配装置上可以设置以上任意一种或几种接口的组合，或者也可以设置其他类型的接口，每种类型的接口数量本发明也不做限定。

其中，参见图2所示，图2为本发明提供的一种智能功率模块的结构示意图。这里的智能功率模块具体包括器件驱动模块以及组成一支桥臂的两个功率器件；

器件驱动模块，用于接收智能适配装置发送的控制信号，并将其进行信号分离处理后，生成上下两路驱动信号，通过隔离装置后分别发送至两个功率器件进行驱动；通过隔离装置后实时采集两个功率器件的通态压降、桥臂电流、温度信号、门极电压和端电压；依据门极电压和端电压判断相应的功率器件是否发生故障，若发生故障，则关断两个功率器件，并对故障模式进行编码；将通态压降、桥臂电流、温度信号、门极电压、端电压以及故障编码发送至智能适配装置。

其中，器件驱动模块需要将这些状态信息封装成数据帧再发送至智能适配装置。另外，当器件驱动模块确定发生故障时，控制关断两个功率器件，同时智能适配装置将故障时段内一定长度的门极电压和端电压发送至高速缓存进行缓存处理；然后在掉电前，将缓存的门极电压和端电压存储在Flash或其他存储介质中，且智能适配装置还能够将故障时的门极电压、端电压、故障编码以及故障时的波形发送至电脑或手机，供工作人员进行故障机理研究等。

这里的器件驱动模块具体为FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，或CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。这里的功率器件为IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极性晶体管)。当然，也可采用其他类型的元器件，本发明对此不作限定。

另外，这里的器件驱动模块以及隔离装置等均位于控制单板上。

作为优选地，这里的两路驱动信号带有死区保护。

可以理解的是，智能功率模块中的功率器件一般工作在高频场合，若不进行隔离两个功率器件的信号会发生严重干扰，影响智能功率模块的正常使用，故需要通过隔离装置后将发送至功率器件的两个驱动信号以及两个功率器件传输的状态信息进行隔离。这里的隔离装置可以为变压器、光耦、光纤等，本发明对此不作限定。

另外，这里的智能功率模块还包括与外部电源相连的电源转换与高压隔离模块。

其中，智能功率模块与智能适配装置之间以及智能适配装置与上位机之间通过光纤连接。当然，也可采用电线连接或其他方式连接，本发明对此不作限定。

本发明提供了一种智能功率组件控制系统，包括上位机、若干个智能功率模块以及分别连接上位机与若干个智能功率模块的智能适配装置；智能适配装置能够实现上位机与智能功率模块之间的信号调度管理，以及将各个智能功率模块传输的状态信息反馈至上位机，供上位机进行系统控制，同时，智能适配装置还能够存储接收到的状态信息，并依据该状态信息对各个智能功率模块进行寿命预测分析，然后依据分析结果来对上位机发送的控制信号进行调整，从而延长各个智能功率模块的使用寿命。

需要说明的是，在本说明书中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种智能功率组件控制系统，其特征在于，包括上位机、若干个智能功率模块以及分别连接所述上位机与若干个所述智能功率模块的智能适配装置；

所述智能适配装置，用于接收并存储各个所述智能功率模块实时传输的状态信息，对所述状态信息进行寿命预测分析，依据寿命预测结果调整接收到的上位机发送的控制信号，并将调制后的控制信号分别发送至对应的智能功率模块；并将所述状态信息反馈至所述上位机；

所述上位机，用于依据各个所述智能功率模块的工作模式以及所述智能适配板反馈的所述状态信息输出控制信号至所述智能适配装置。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能适配装置具体用于：

接收并存储各个所述智能功率模块实时传输的所述智能功率模块正常工作时的通态压降、桥臂电流、温度信号以及所述智能功率模块故障时的门极电压、端电压以及故障编码；对接收到的数据进行分析，确定各个所述智能功率模块内功率器件的寿命影响因素以及影响方式，依据所述功率器件的寿命影响因素以及影响方式调整接收到的上位机发送的控制信号，并将调制后的控制信号分别发送至对应的智能功率模块；将所述桥臂电流、所述温度信号、所述门极电压、所述端电压以及所述故障编码反馈至所述上位机。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述智能适配装置上设置有以太网接口或串行接口。

4.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述智能适配装置上设置有USB接口。

5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述智能适配装置能够通过WIFI与网络连接。

6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述智能功率模块具体包括器件驱动模块以及组成一支桥臂的两个功率器件；

所述器件驱动模块，用于接收所述智能适配装置发送的控制信号，并将其进行信号分离处理后，生成上下两路驱动信号，通过隔离装置后分别发送至两个所述功率器件进行驱动；通过所述隔离装置后实时采集两个所述功率器件的通态压降、桥臂电流、温度信号、门极电压和端电压；依据所述门极电压和端电压判断相应的功率器件是否发生故障，若发生故障，则关断两个所述功率器件，并对故障模式进行编码；将所述通态压降、所述桥臂电流、所述温度信号、所述门极电压、所述端电压以及故障编码发送至所述智能适配装置。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能功率模块与所述智能适配装置之间以及所述智能适配装置与所述上位机之间通过光纤连接。