CN202940723U

CN202940723U - 一种功率单元的控制电路

Info

Publication number: CN202940723U
Application number: CN 201220624187
Authority: CN
Inventors: 张慧君; 韩晓; 黄小光; 苏位峰; 翁海清; 卫三民; 苟锐锋; 李侠
Original assignee: China XD Electric Co Ltd
Current assignee: China XD Electric Co Ltd
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2013-05-15
Anticipated expiration: 2022-11-22

Abstract

本实用新型公开了一种功率单元的控制电路，包括：功率器件控制电路和功率器件驱动电路，所述功率器件控制电路和功率器件驱动电路集成在单元控制板上。本方案所公开的控制电路，功率器件控制电路和功率器件驱动电路集成在单元控制板上，有效降低了功率单元电路板在工作过程中产生较强的电磁信号，对板间连线产生的干扰，增强了系统工作时的可靠性和稳定性。

Description

一种功率单元的控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种控制电路，特别涉及一种功率单元的控制电路。

背景技术

变频器是利用半导体功率器件的开通和关断作用将工频电源变换成频率可调的电能变换装置，该装置先把交流电源的电能变换为直流电，再把直流电变换为频率可变的交流电来驱动负载。随着微电子和电力电子技术的飞速发展，高压变频器在众多领域发挥着越来越重要的作用。

功率单元作为变频器的重要组成部分，是实现高压变频器调速的关键部件。控制电路作为功率单元内部重要的组成部分之一，其作用是从对H桥功率单元取电并对功率单元进行状态控制、状态监测的电路。参见图1，现有技术的功率单元控制电路主要包括：集成功率器件控制电路的单元控制板13、集成功率器件驱动电路的IGBT驱动板14、IGBT驱动板15、硬件相关的功率单元电路11三大部分组成。其中，高压开关电源电路模块12布局在单元控制板13上，功率单元电路主要包括功率器件IGBT模块16、IGBT模块17，在这里功率器件IGBT也可以是IGCT。

单元控制板通过驱动板连接功率单元电路板，单元控制板发出的控制信号到达驱动板后，驱动板响应该信号，发出相应的控制功率器件通/断的信号。

由于功率单元电路板在工作过程中产生较强的电磁信号，对与其连接的驱动板的连接线，产生较强的干扰。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种功率单元的控制电路，以解决上述系统内干扰较强的问题。

为解决上述问题，本实用新型提供一种功率单元的控制电路，包括：功率器件控制电路和功率器件驱动电路，所述功率器件控制电路和功率器件驱动电路集成在单元控制板上。

还包括：与所述单元控制板连接的为其供电的电压范围介于300V—2000V的高压电源板；

所述高压电源板上具有连接功率单元电路板的电接口。

还包括：安装有IGBT或IGCT的功率单元电路板；

所述单元控制板连接所述功率单元电路板；

所述高压电源板通过所述电接口连接所述功率单元电路板。

所述高压电源板上设置有所述功率单元电路板、所述单元控制板和其自身共用的接地端。

所述高压电源板上包括并联的电阻和电容，作为所述接地端。

所述单元控制板上的功率器件控制电路包括：

采集所述单元控制板上各个模块的信号、输出相应控制信号或向功率单元电路板输出控制信号的运算控制电路模块；

通信电路模块，与所述运算控制电路模块连接、传输所述运算控制电路模块与上位机之间信号；

状态指示电路模块，与所述运算控制电路模块连接、传输采集到的功率单元的工作状态；

过温检测电路模块，与所述运算控制电路模块连接、传输采集到的所述功率单元的散热器温度；

旁路驱动电路模块，与所述运算控制电路模块连接、旁路出现故障的功率单元；

电压范围介于5V—75V的低压开关电源电路模块，与各个所述单元控制板上各个模块连接。

所述单元控制板上的功率器件驱动电路包括：

至少1个驱动电路模块和与其连接的变压器模块。

相比于现有技术，本方案的有益效果表现在以下几个方面：

1、将IGBT驱动电路模块布局在单元控制板上，IGBT驱动模块输出的为大电流信号，另外，就近连接IGBT，去掉了单元控制板与IGBT驱动板的连接线，从而增强了抗干扰能力。

2、在高压电源板上通过高阻值电阻串联，高压瓷片电容串联后阻容并联的方式，取其中点，作为接地点。高阻值电阻和小容量的电容上的能量较小，即使放电也不会对电路板造成损害，不会危及人身安全。

3、减少了电路板的数量，并减少电路板之间端子的连接数量，减少了受干扰的途径，从而加强了连接的可靠性。

4、高压电源板单独设计，将高压电源和低压电源分开，使得在单元控制板上都是低电压电源和信号，尽可能的降低了高电源电压和信号对低电源电压和信号的干扰，增强了低电压电源及信号的抗干扰能力。

附图说明

图1为原有功率单元内部控制电路连接方式结构图；

图2为本实施例功率单元内部控制电路连接方式结构图。

具体实施方式

为清楚说明本实用新型中的技术方案，下面给出优选的实施例并结合附图详细说明。参见图2，图2是为本实施例功率单元的控制电路连接方式结构图，控制电路包括：功率器件控制电路和功率器件驱动电路，功率器件控制电路和功率器件驱动电路集成在单元控制板上。

实施例中的控制电路，功率器件控制电路和功率器件驱动电路集成在单元控制板上，有效降低了功率单元电路板在工作过程中产生较强的电磁信号，对板间连线产生的干扰。

优选地，控制电路还包括：与所述单元控制板连接的为其供电的高压电源板；

所述高压电源板的电压范围为300V—2000V；

所述高压电源板上具有连接功率单元电路板的电接口P、N。

优选地，控制电路还包括：安装有IGBT或IGCT的功率单元电路板；

所述单元控制板通过图中的电接口P24、G24连接所述高压电源板；

所述高压电源板通过P、N电接口连接所述功率单元电路板。

优选地，所述高压电源板上设置有所述功率单元电路板、所述单元控制板和其自身共用的接地端。接地端为高压电源板上并联的电阻和电容组成。电阻包括图2中的R1~R4，电容包括C1~C4，R1~R4的选值为200K/1W欧姆，C1~C4的选值为4700uF/4kv。

优选地，单元控制板上的功率器件控制电路包括：

运算控制电路模块、通讯电路模块、状态指示电路模块、过温检测模块、旁路驱动电路模块、低压开关电源电路模块。

优选地，单元控制板上的功率器件旁路驱动电路包括：

变压器模块共4个、IGBT驱动电路模块4个，一个变压器模块对应一个IGBT驱动电路模块，变压器模块用于给IGBT驱动电路模块提供电源。在实施例中，选用4个驱动电路模块和4个变压器模块，也可以根据电路的性能，选择1个或多个驱动电路模块和相应数量的变压器模块。

下面详细说明单元控制板上各模块的功能如下：低压开关电源电路模块：所述低压开关电源电路模块与所述单元控制板上的各个模块连接，用于给这些模块供电。高压电源板对低压开关电源电路模块提供电压范围值为5V—75V，在本实施例中，选用24V电压等级的电源，通过开关电源模块转换出单元控制板所需要的低压电源等级，比如5V、15V、±15V。主要功能是实现电压等级的隔离和变换。该低压开关电源电路模块，主要提供了如下几路电源：4路隔离的IGBT电源分别给4个变压器模块，用来给4个IGBT驱动电路模块供电。1路用于给旁路驱动电路模块提供的旁路驱动电源。1路用于给过温检测电源模块提供的过温检测电源。1路控制电源分别给运算控制电路模块、状态指示电路模块、通讯电路模块供电。

运算控制电路模块：是单元控制板的控制核心，采集所述单元控制板上各个模块的信号、输出相应控制信号或向功率单元电路板输出控制信号。具体为读取功率单元的基本信息（例如：过压、欠压、过温、IGBT驱动故障、光纤断线、缺相等），并将这些基本信息进行综合运算后发给上位控制系统；并接收上位控制系统的指令，向相应的模块发出IGBT驱动信号、旁路驱动信号等；同时根据需要将状态指示电路采集到的功率单元的各种状态显示出来。

通讯电路模块：与所述运算控制电路模块连接，传输运算控制电路模块与上位控制系统之间的操作信息。具体为，它将运算控制电路模块的单元信息发送给上位机控制系统，同时将接收到的上位控制系统的信号传给运算控制电路模块，通讯的方式可以是光纤通讯，也可以是标准的485通讯、232通讯。

状态指示电路模块：与所述运算控制电路模块连接，用于显示功率单元的工作状态，由运算控制模块控制。运算控制电路模块将读取到的功率单元的基本信息（例如：过压、欠压、过温、IGBT驱动故障、光纤断线、缺相等）以特定的方式显示出来。可以是指示灯、数码管、液晶屏等。

过温检测电路模块：与所述运算控制电路模块连接，用于检测功率单元的散热器温度，当温度超过设定值时，该模块会将过温信号传给运算控制电路模块，由运算控制电路模块进行判断和处理。

旁路驱动电路模块：与所述运算控制电路模块连接，当功率单元发生驱动故障或者上位系统发送旁路指令给运算控制电路模块时，单元控制板的运算控制电路模块发出旁路信号，旁路驱动电路模块将运算控制电路模块发出的旁路驱动信号经过隔离并增强驱动能力后，驱动旁路可控硅进行旁路运行。

功率单元电路板中的IGBT包括：上桥IGBT模块和下桥IGBT模块共4支管子组成H桥，共需要四路驱动信号。IGBT驱动电路模块1、IGBT驱动电路模块2、IGBT驱动电路模块3、IGBT驱动电路模块4，分别驱动H桥中的上桥IGBT模块和下桥IGBT模块的4支管子。四路隔离的变压器模块（变压器模块1、变压器模块2、变压器模块3、变压器模块4）分别给四路IGBT驱动电路模块提供隔离电源；当系统正常运行时，发出PWM（脉冲宽度调制）波形，分别驱动4个IGBT驱动电路模块，IGBT驱动电路模块将运算控制电路模块发出的PWM波经过隔离并增强驱动能力后，IGBT驱动电路模块1、IGBT驱动电路模块2连接到IGBT模块1上，一同控制IGBT模块1的开通和关断，并同时监测IGBT模块1的运行状态。IGBT驱动电路模块3、IGBT驱动电路模块4连接到IGBT模块2上，一同控制IGBT模块2的开通和关断，并同时监测IGBT模块2的运行状态。如果监测出IGBT模块出现过流或短路，立即将过流或短路信号发给运算控制电路模块,运算控制电路模块封锁PWM波，并将单元的运行信息通过通讯电路模块传达给上位控制系统，同时通过状态指示电路显示出来。

硬件相关的功率单元电路包括：上桥IGBT模块1、下桥IGBT模块2；电解电容组，本实施例选择了C4、C5、C6三个电解电容。上桥IGBT模块1和下桥IGBT模块2共4支管子组成H桥，共需要四路驱动信号，是单元控制板IGBT驱动电路模块的驱动对象。C4、C5、C6三个电解电容串联接在直流母线上，在这里可以为高压电源板提供波动很小的高压电源。

高压电源板：从硬件相关的功率单元电路的C4、C5、C6三个串联的电解电容上取得高压直流母线，高压电源板通过图2中的P和N的连线与功率单元电路板连接。将高电压直流母线（额定1000V）电源转为24V的低压直流电源，通过端子给单元控制板提供低电压的24V电源，见图2中P24和G24的连线。另外，在高压电源板上通过电阻串联、高压瓷片电容串联后阻容并联的方式作为接地端，如图2中的参考地，作为单元控制板、功率单元电路板和高压电源板共用的接地点。作为参考地，使得该参考点到P和N的电压相等。通过这种方式取参考地，高压瓷片电容上的能量很小（高压瓷片电容一般选0.47uF左右，其上面的能量Q=CU²/2），即使放电也不会对相邻的电路板造成损害，不会危及人身安全。避免现有技术中的单元控制板中的高压开关电源电路模块的高压对单元控制板内模块的影响，另外，单元控制板、功率单元电路板和高压电源板共用高压电源板的接地端，即使出现接地端放电，也不会造成电路或人身伤害。

对于本实用新型各个实施例中所阐述的控制电路，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种功率单元的控制电路，包括：功率器件控制电路和功率器件驱动电路，其特征在于，所述功率器件控制电路和功率器件驱动电路集成在单元控制板上。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包括：与所述单元控制板连接的为其供电的电压范围介于300V—2000V的高压电源板；

所述高压电源板上具有连接功率单元电路板的电接口。

3.根据权利要求2所述的控制电路，其特征在于，还包括：安装有IGBT或IGCT的功率单元电路板；

所述单元控制板连接所述功率单元电路板；

所述高压电源板通过所述电接口连接所述功率单元电路板。

4.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述高压电源板上设置有所述功率单元电路板、所述单元控制板和其自身共用的接地端。

5.根据权利要求4所述的控制电路，其特征在于，所述高压电源板上包括并联的电阻和电容，作为所述接地端。

6.根据权利要求3所述的控制电路，其特征在于，所述单元控制板上的功率器件控制电路包括：

电压范围介于5V-75V的低压开关电源电路模块，与所述单元控制板上各个模块连接。

7.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述单元控制板上的功率器件驱动电路包括：

至少1个驱动电路模块和与其连接的变压器模块。