CN204205569U - 变流器三级信号保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种变流器三级信号保护电路，该保护电路包括：传感器、硬件过量保护电路、FPGA保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动电路和IPM功率模块，其中，FPGA保护电路，用于根据过流故障信号和过压故障信号，以及上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，生成故障脉冲封锁信号，封锁FPGA、DSP和PWM驱动电路三者的变流器脉冲信号；所述DSP脉冲封锁电路，用于在接收到所述故障脉冲封锁信号后将输出至所述FPGA的6路PWM触发脉冲信号设置为高阻态。本实用新型解决了现有技术中变流器系统中易出现过流振荡致使IPM损坏的技术问题，达到了有效抑制变流器内部保护的过流振荡现象的技术效果。

Description

变流器三级信号保护电路

技术领域

本实用新型涉及电力系统电力变换技术领域，特别涉及一种变流器三级信号保护电路。

背景技术

在电力变换、变流驱动、开关电源等应用中，变流器的应用日益广泛。在变流器的运行过程中，由于电网原因、负载原因或者变流器自身的原因，导致电流、电压远远超过额定的运行范围，在这种情况下，变流器自身要迅速做出反应，关闭变流器，以免造成变流器功率器件(例如：IGBT、电容等)的损坏。

目前的功率器件多采用IPM(智能功率模块)，IPM内部集成了IGBT器件、驱动电路、保护电路等，使用起来比较方便。IPM自身保护功能包括：控制电源欠压保护、过热保护、过流保护、上下桥臂故障保护等。

但是，IPM自身保护对于模块内部的所有IGTB器件不是一致性动作，而且输出的报警信号不具有保持性，容易导致系统出现过流振荡现象，最终造成IPM的损坏。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种变流器三级信号保护电路，以解决现有技术中变流器系统中易出现过流振荡致使IPM损坏的技术问题，该变流器三级信号保护电路，包括：

传感器、硬件过量保护电路、FPGA保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动电路和IPM功率模块，其中：

所述传感器，用于采集三相电流和直流母线电压；

所述硬件过量保护电路，输入端与所述传感器相连，输出端与所述FPGA保护电路的输入管脚相连，用于在所述三相电流超出预设值的情况下输出过流故障信号至所述FPGA保护电路，在所述直流母线电压超出预设值的情况下输出过压故障信号至所述FPGA保护电路；

所述IPM功率模块，通过光纤与所述PWM驱动电路相连，用于向所述PWM驱动电路输出上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，并接收所述PWM驱动电路输出的6路PWM触发脉冲信号和1路故障脉冲封锁信号；

所述PWM驱动电路，与所述FPGA保护电路和所述IPM功率模块相连，用于接收所述FPGA保护电路输出的1路故障脉冲封锁信号和6路PWM触发脉冲信号，并将所述1路故障脉冲封锁信号和6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块，用于接收所述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，并将所述上桥臂故障信号和下桥臂故障信号输出至所述FPGA保护电路；

所述FPGA保护电路，分别与所述硬件过量保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动电路相连，用于根据所述硬件过量保护电路输出的过流故障信号和过压故障信号，以及所述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，生成故障脉冲封锁信号，首先封锁FPGA内部脉冲，将通过FPGA的PWM触发脉冲信号设为高阻态，然后将所述故障脉冲封锁信号输出至所述DSP脉冲封锁电路的中断引脚和所述PWM驱动电路，所述FPGA保护电路还用于接收所述DSP脉冲封锁电路输出的6路PWM触发脉冲信号，并将6路PWM触发脉冲信号输出至所述PWM驱动电路；

所述DSP脉冲封锁电路，与所述FPGA保护电路相连，用于在接收到所述故障脉冲封锁信号后将输出至所述FPGA的6路PWM触发脉冲信号设置为高阻态。

在一个实施例中，所述硬件过量保护电路包括：

由6个二极管1N4148构成的共阴极全桥整流电路，与直流分压电路相连，用于将接收到的双极性信号转换为直流信号，并将所述直流信号输出至所述直流分压电路；

所述直流分压电路，分别与所述共阴极全桥整流电路、直流信号输入端、电压比较器相连，用于对输入的直流信号进行分压，并将分压后的电压信号输出至所述电压比较器；

所述电压比较器，分别与所述直流分压电路和参考电压阈值设定电路相连，用于根据所述参考电压阈值设定电路输出的电压比较阈值，对分压后的电压信号进行比较，在分压后的电压阈值超出所述电压比较阈值的范围的情况下，输出过流故障信号或过压故障信号。

在一个实施例中，所述参考电压阈值设定电路包括：电压上限设定电路和电压下限设定电路。

在一个实施例中，所述参考电压阈值设定电路采用的稳压二极管为ZMM10稳压二极管，采用的电位器为3224W-1-103E电位器。

在一个实施例中，所述PWM驱动电路包括：第一光电转换板和第二光电转换板，其中，所述第一光电转换板与所述第二光电转换板之间通过8根光纤连接。

在一个实施例中，所述第一光电转换板包括：PWM脉冲输出信号驱动电路和变流器本身故障信号处理电路，其中：

所述PWM脉冲输出信号驱动电路包括依次串联的第一功率驱动器和第一光纤发射器，所述第一功率驱动器用于接收所述FPGA保护电路输出的6路PWM触发脉冲信号和1路故障脉冲封锁信号，并驱动所述第一光纤发射器将6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块；

所述变流器本身故障信号处理电路包括：封锁信号转换电路、故障脉冲信号接收电路、和故障信号锁存与报警电路，其中：

所述封锁信号转换电路包括依次串联的第二功率驱动器和第二光纤发射器，所述第二功率驱动器用于将接收到的所述FPGA保护电路输出的1路故障脉冲封锁信号通过所述第二光纤发射器输出至所述第二光电转换板；

所述故障脉冲信号接收电路包括第三光纤接收器和一阶RC滤波器，用于将所述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和/或下桥臂故障信号转换为电信号，并将转换得到的电信号输出至所述保护电路和所述故障信号锁存与报警电路；

所述故障信号锁存与报警电路的输入信号包括：故障脉冲封锁信号、上桥臂故障信号、下桥臂故障信号，用于通过六反相施密特触发器74LS14分别将上桥臂故障信号和下桥臂故障信号取反一次，对故障脉冲封锁信号取反两次，其中，取反两次后的故障脉冲封锁信号与LED报警灯的阴极相连，取反一次后的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号分别输入到与非门芯片74LS00构成的D锁存器，并将复位信号与所述D锁存器相连，锁存的信号分别与LED报警灯相连，且所述锁存器中锁存的上桥臂故障信号、下桥臂故障信号、故障脉冲封锁信号经过与门芯片74LS21相与后，输入至蜂鸣器控制回路。

在一个实施例中，所述第二光电转换板包括：PWM脉冲接收信号驱动电路和故障信号发射电路，其中：

所述PWM脉冲接收信号驱动电路，用于接收所述第一光电转换板输出的6路PWM触发脉冲信号，并将接收到的6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块；

所述故障信号发射电路，用于将从所述故障信号发射电路接收到的上桥臂故障信号和/或下桥臂故障信号，输出至所述第一光电转换板。

在一个实施例中，第一光纤发射器、第二光纤发射器和第三光纤发射器的型号为HFBR1521，所述第一功率驱动器和第二功率驱动器的型号为SN75451。

在一个实施例中，所述IPM功率模块的型号为PM150CLA120。

在本实用新型实施例中，提供了一种变流器三级信号保护电路，通过保护电路中的FPGA保护电路和DSP脉冲封锁电路，依据过流故障信号、过压故障信号、上桥臂故障信号和下桥臂故障信号生成故障脉冲封锁信号，实现对电路的三级脉冲封锁，从而解决了现有技术中变流器系统中易出现过流振荡致使IPM损坏的技术问题，利用三级脉冲封锁来最大程度应对变流器内部和外部的故障，通过FPGA对故障信号的保持，有效抑制了变流器内部保护的过流振荡现象。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型的限定。在附图中：

图1是实用新型实施例的变流器三级信号保护电路的示意图；

图2是本实用新型实施例的硬件过量保护电路图；

图3是本实用新型实施例的参考电压阈值设定电路图1；

图4是本实用新型实施例的参考电压阈值设定电路图2；

图5是本实用新型实施例的PWM输出脉冲信号驱动电路图；

图6是本实用新型实施例的PWM接收脉冲信号驱动电路图；

图7是本实用新型实施例的PWM信号锁存与声光报警电路图；

图8是本实用新型实施例的FPGA内部逻辑图；

图9是本实用新型实施例的变流器软件保护流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本实用新型做进一步详细说明。在此，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，但并不作为对本实用新型的限定。

在本实用新型实施例中，提供了一种变流器三级信号保护电路，如图1所示，包括：传感器、硬件过量保护电路、FPGA保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动电路和IPM功率模块，其中：

传感器，用于采集三相电流和直流母线电压；

硬件过量保护电路，输入端与所述传感器相连，输出端与所述FPGA保护电路的输入管脚相连，用于在所述三相电流超出预设值的情况下输出过流故障信号至所述FPGA保护电路，在所述直流母线电压超出预设值的情况下输出过压故障信号至所述FPGA保护电路；

IPM功率模块，通过光纤与所述PWM驱动电路相连，用于向所述PWM驱动电路输出上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，并接收所述PWM驱动电路输出的6路PWM触发脉冲信号和1路故障脉冲封锁信号；

PWM驱动电路，与所述FPGA保护电路和所述IPM功率模块相连，用于接收所述FPGA保护电路输出的1路故障脉冲封锁信号和6路PWM触发脉冲信号，并将所述1路故障脉冲封锁信号和6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块，用于接收所述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，并将所述上桥臂故障信号和下桥臂故障信号输出至所述FPGA保护电路；

FPGA保护电路，分别与所述硬件过量保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动电路相连，用于根据所述硬件过量保护电路输出的过流故障信号和过压故障信号，以及所述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，生成故障脉冲封锁信号，并将所述故障脉冲封锁信号输出至所述DSP脉冲封锁电路的中断引脚和所述PWM驱动电路，所述FPGA保护电路还用于接收所述DSP脉冲封锁电路输出的6路PWM触发脉冲信号，并将6路PWM触发脉冲信号输出至所述PWM驱动电路；

DSP脉冲封锁电路，与所述FPGA保护电路相连，用于在接收到所述故障脉冲封锁信号后将输出至所述FPGA的6路PWM触发脉冲信号设置为高阻态。

下面结合一个具体实施例对图1所示的变流器三级信号保护电路进行具体说明，然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

具体的，在本例中，提供了一种软硬件相结合、与IPM的信号相匹配的变流器保护电路，该保护电路除了能应对突发的、快速的过电流、过电压保护，还将IPM本身的短路、过温、欠压保护考虑在内，并通过光纤传输，设计了变流器过电压、过流故障报警保护电路以及三级脉冲封锁电路。由于FPGA强大的逻辑资源，在FPGA内构建故障信号逻辑判断处理电路，从DSP、FPGA、PWM驱动、IPM四个方面封锁脉冲，当出现过电流、过电压、IPM故障等情况时，该保护电路可以迅速反应，关闭变流器并报警，全面有效地保护变流器自身及外部设备。

根据不同故障信号的处理方式的不同主要分为五部分：硬件过量保护电路、IPM功率模块、PWM驱动电路、FPGA保护电路、DSP脉冲封锁，下面对这5个部分就行具体说明：

1)硬件过量保护电路

被保护的三相电流和直流母线电压经过霍尔传感器采集后，进入硬件过量保护电路，霍尔电压传感器可以采用LV25-P，电流传感器可以采用LA100-P。

如图2所示，该硬件过量保护电路包括：

参考电压阈值设定电路，用于为过量保护逻辑电路提供参考电压；

过量保护逻辑电路，包括：不控整流电路、直流分压电路、滤波电路和电压比较电路，其中，不控整流电路由6个二极管1N4148(D1至D6)构成共阴极全桥整流电路：

当输入双极性信号时，先通过不控整流电路转换为直流信号，输入输出的关系为：U_d＝2.34*U_i，经整流后的直流信号经过2个金属膜电阻(R7和R8)分压后，再通过电压比较器LM311与设定的参考电压阈值进行比较，最后输出故障信号。

当输入单极性信号时：将输入信号直接接入直流分压电路，通过电压比较器与参考电压进行比较，输出故障信号。

参考电压阈值设定电路，如图3和4所示分别由+15V电压和-15V电压供电，并采用稳压二极管ZMM10分别将阈值设置范围分别维持在0V～+10V和－10V～0V之间，同时为了保证被保护信号判断的正确性，采用高精度、耐高压的精密电位器3224W-1-103E调节保护阈值参考电平的大小。

经过硬件过量保护电路处理后的产生的过流OVA1和过压故障信号OVA2，直接与FPGA分配好的管脚相连。

2)IPM功率模块

在本例中，IPM功率模块的型号选择为PM150CLA120，输入为6路PWM触发脉冲信号和1路故障脉冲封锁信号，输出分别为上桥臂故障信号OVA3和下桥臂故障信号OVA4，脉冲信号和故障信号分别经过驱动电路和光纤发射器将故障信号转换为光纤信号进行传输。

然而值得注意的是，在本例中仅是PM150CLA120型号的IPM功率模块为例进行说明，还可以采用其它型号的IPM功率模块，本申请对此不作限定。

3)PWM驱动电路

如图1所示，PWM驱动电路主要分为两个：一个是光电转换板A，另一个是光电转换板B，二者之间通过8根光纤连接。

其中，光电转换板A又由两部分构成：PWM脉冲输出信号驱动电路和变流器本身故障信号处理电路，其中：

3-1)PWM脉冲输出信号驱动电路，如图5所示由功率驱动器SN75451和光纤发射器HFBR1521依次串联构成，从FPGA的管脚输出的6路PWM触发脉冲信号和1路脉冲封锁信号/XSHUTA一起经过输入到功率驱动器，驱动光纤发射器发送PWM信号，输出信号通过光纤与IPM功率模块相连。

3-2)变流器本身故障信号处理电路包括三部分：故障脉冲信号接收电路、封锁信号转换电路、故障信号锁存与报警电路，其中：

3-2-1)封锁信号转换电路，结构与PWM脉冲输出信号驱动电路相同，但功率驱动器的两路输入信号均为/XSHUTA，且低电平有效，并通过光纤输出到光电转换板B。

3-2-2)故障脉冲信号接收电路，如图5所示，由光纤接收器HFBR2521和一阶RC滤波器构成，将光信号转换为电信号，转换后的故障信号，同时输入到FPGA和故障锁存与报警电路。

3-2-3)故障信号锁存与报警电路，如图7所示，输入信号为封锁信号/XSHUTA和变流器上、下桥臂故障信号OVA3、OVA4，通过六反相施密特触发器74LS14分别将OVA3、OVA4取反一次，对/XSHUTA信号取反两次，封锁信号/XSHUTA与LED报警灯(D1)的阴极相连，故障信号OVA3、OVA4分别输入到与非门芯片74LS00构成的D锁存器，并将复位信号K1与锁存器相连，锁存的信号分别与LED报警灯(D2)相连；锁存的故障信号和脉冲封锁信号经过与门芯片74LS21相与后，输入到蜂鸣器(SP1)控制回路，三个信号均为低电平有效。

进一步的，光电转换板B与光电转换板A相对应，也是由两部分构成：PWM脉冲接收信号驱动电路和故障信号发射电路，其中：

PWM脉冲接收信号驱动电路有六路，每路均与光电转换板A的故障脉冲信号接收电路相同，输入为光电转换板A输出的六路PWM触发脉冲信号，输出与IPM率模块相连；故障信号发射电路，与光电转换板A的PWM脉冲发射电路相同，输出为故障信号通过光纤连接到光电转换板A。

4)FPGA的保护逻辑(即FPGA保护电路)

FPGA的保护逻辑由与门构成，将变流器本身故障OVA3、OVA4和交流过流信号OVA1(即过流故障信号)、直流母线电压过压信号OVA2(即过压故障信号)相与，并产生故障封锁信号/XSHUTA(即故障脉冲封锁信号)，该故障脉冲封锁信号在FPGA内部将PWM信号封锁，向下传输到光电转换板A将PWM触发脉冲信号通过硬件封锁，向上传输到DSP的/PDPINTA引脚。

5)DSP的脉冲封锁(即DSP脉冲封锁电路)

DSP的脉冲封锁可以是通过设置事件管理器EVA的功率驱动保护中断/PDPINTA，在中断内将PWM1～6的脉冲强制置为高阻状态，即封锁DSP的PWM触发脉冲信号。

由上述分析可以看出：如图1所示的变流器三级保护电路中进入FPGA进行处理的故障信号主要有两部分：硬件电路检测直流电压、交流电流超出正常的工作电压范围后发出的2路报警信号，IPM功率模块产生的2路上、下桥臂故障信号，共4路故障信号。

该变流器三级保护电路中由FPGA产生的变流器PWM故障脉冲封锁信号起作用的地方有三部分：DSP、FPGA、和PWM驱动板，其中，DSP和FPGA构成两级软件保护，PWM驱动板构成硬件保护。

通过上述变流器三级保护电路能够满足从软件和硬件方面满足对变流器的保护，利用三级脉冲封锁来最大程度应对变流器内部和外部的故障，通过FPGA对故障信号的保持，有效抑制了变流器内部保护的过流振荡现象。

在本例中从变流器外部故障和本身故障两个方面考虑故障信号的产生和处理，外部故障信号通过硬件过量保护电路产生，变流器本身故障通过IPM直接输入上、下桥臂故障，外部故障通过电信号传送，为了隔离一次系统对二次控制系统的电磁干扰，变流器本身的故障通过光纤传输到FPGA，将故障指示信号引向FPGA后，利用FPGA丰富的逻辑资源，构成保护逻辑，并生成保护动作信号，分别封锁DSP、FPGA、PWM驱动板的脉冲输出信号，达到多重保护的目的。

下面结合一个具体的实施例对上述变流器三级保护电路进行说明，然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

如图1所示，三相电流和直流母线电压通过电流传感器输入到硬件过量保护电路，并产生过流和过压故障信号OVA1、OVA2，变流器IPM产生上、下桥臂故障信号OVA3、OVA4，光电转换板A和B之间通过光纤传递故障信号。在没有故障时，6路PWM触发脉冲信号由DSP产生，以FPGA为媒介传递到光电转换板A和B，最后输出到IPM的六个桥臂，在产生变流器过流、过压以及内部的桥臂故障时，通过DSP、FPGA、光电转换板A的PWM均被封锁。在图1中，Iabc表示三相交流电流、Udc表示直流母线电压、OVA1表示过电压故障信号、OVA2表示过电流故障信号、OVA3表示上桥臂故障信号、OVA4表示下桥臂故障信号、/XSHUTA表示脉冲封锁信号、/PDPINTA表示功率驱动中断信号。

硬件过量保护电路如图2所示，采用二极管1N4148构成不控整流电路，并与电压比较电路相结合的方法，通过输入通道的切换实现兼容交流和直流信号过量检测的功能。即交流信号可以从J1的3、4、5引脚进入，先通过三相不控整流将交流信号变为直流，再经过电阻分压，经电压比较器LM311与设定的参考电压值进行比较，最后输出过量电压信号到J2的引脚5，如果输入为直流信号，则从J1的1、7引脚输入，越过整流电路直接进入电压比较环节，输出过量信号，具体的可以采用稳压二极管ZMM10将阈值设置范围维持在0V～+10V和－10V～0V之间，同时为了保证被保护信号判断的正确性，如图3和4所示采用高精度、耐高压的精密电位器3224W-1-103E调节保护阈值电平的大小，当被保护信号电平超过设定的阈值电平时，比较器输出低电平，当被保护信号电平下降到低于阈值电平后，撤销过量信号。在图2至4中，R1～R14表示普通电阻，R15、R16表示可调电阻，D1～D6表示二极管，D7、D8表示稳压二极管，C1～C4表示陶瓷电容，U1、U2表示过量保护模块，J1～J3表示七脚插排，TP1～TP4表示测试点，+REF表示正参考电平，-REF表示负参考电平。

PWM脉冲驱动电路如图5和6所示，分别为发射和接收电路，当PWM为高电平时，光纤发射器亮，发送光信号，当/XSHUTA为低电平时，无论PWM为高电平还是低电平，光纤头均不亮，即脉冲信号被封锁。光信号接收电路与发射电路相似，通过光纤接收器将电信号转换为光信号，并将PWM脉冲信号输送到IPM的六个桥臂的电平相兼容的15V电平。在图5和6中，U1表示光纤接收器，R1表示普通电阻，U1A表示功率驱动器，XPWM1～6表示脉冲信号，C1～C21表示陶瓷电容。

变流器内部故障时，IPM将发出上、下桥臂故障信号OVA3、OVA4，将该信号输入到光电信号转换板B，并通过光纤发射器发送到光电信号转接板A，发送和接收电路均如PWM的发送和接收电路，在此不再赘述。为了避免光纤折断等情况下，接收不到故障信号，需要对IPM输出的故障信号取反，即可接入六反施密特触发器，使得IPM故障信号为低电平时，发射光纤头发光，即正常运行时为常亮；并通过光纤发射器将电信号转换为光信号。经过光纤传输到光电转换板A后，如图7所示，通过光纤接收器转换为电信号，并通过故障信号锁存与报警电路，将故障信号锁存和报警，在图7中U1表示六反相器，U2.表示四2输入与非门，U3表示双四输入与门，R1～7表示普通电阻，D1、D2.表示红色LED灯，C1表示陶瓷电容，Q1.PNP表示三极管，SP1表示蜂鸣器。

具体的，故障锁存状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}_{\mathrm{OVA}3}^{n+1}=\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{/\mathrm{XOVA}3\·Q_{\mathrm{OVA}3}^n}\·K_1}=/\mathrm{XOVA}3\·Q_{\mathrm{OVA}3}^n+\stackrel{\‾}{K_1}\\ Q_{\mathrm{OVA}4}^{n+1}=\stackrel{\‾}{\stackrel{\‾}{/\mathrm{XOVA}4\·Q_{\mathrm{OVA}4}^n}\·K_1}=/\mathrm{XOVA}4\·Q_{\mathrm{OVA}4}^n+\stackrel{\‾}{K_1}\end{array}\right.$

故障报警状态方程为：

$\mathrm{SP}1=/\mathrm{XSHUTA}\·Q_{\mathrm{OVA}3}^{n+1}\·Q_{\mathrm{OVA}4}^{n+1}$

其中，K1表示按键信号，正常为高电平，按键按下时为低电平，即为复位信号。

上述四路故障信号进入FPGA后，在FPGA内构建保护逻辑，并产生PWM脉冲封锁信号SHUTA和DSP的功率驱动中断信号/PDPINTA，如图8所示，FPGA的保护逻辑状态方程为：

$\left\{\begin{array}{c}{Q}^{n+1}=(/\mathrm{OVA}1\·/\mathrm{OVA}2\·/\mathrm{OVA}3\·/\mathrm{OVA}4)\·Q^n+\stackrel{\‾}{/\mathrm{RST}}\\ /\mathrm{PDPINTA}=Q^{n+1}\\ \mathrm{SHUTA}=\stackrel{\‾}{Q^{n+1}}\end{array}\right.$

其中，FPGA内部的整体软件设计流程如图9所示，在判断产生故障信号后，立刻产生脉冲封锁信号，首先封锁FPGA内部的PWM脉冲输出，再分别向DSP产生故障中断和向PWM驱动电路发送封锁信号封锁其PWM。

从以上的描述中，可以看出，本实用新型实施例实现了如下技术效果：提供了一种变流器三级信号保护电路，通过保护电路中的FPGA保护电路和DSP脉冲封锁电路，依据过流故障信号、过压故障信号、上桥臂故障信号和下桥臂故障信号生成故障脉冲封锁信号，实现对电路的三级脉冲封锁，从而解决了现有技术中变流器系统中易出现过流振荡致使IPM损坏的技术问题，利用三级脉冲封锁来最大程度应对变流器内部和外部的故障，通过FPGA对故障信号的保持，有效抑制了变流器内部保护的过流振荡现象。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型实施例可以有各种更改和变化。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 (9)

1.一种变流器三级信号保护电路，其特征在于，包括：传感器、硬件过量保护电路、FPGA保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动电路和IPM功率模块，其中：

所述传感器，用于采集三相电流和直流母线电压；

所述硬件过量保护电路，输入端与所述传感器相连，输出端与所述FPGA保护电路的输入管脚相连，用于在所述三相电流超出预设值的情况下输出过流故障信号至所述FPGA保护电路，在所述直流母线电压超出预设值的情况下输出过压故障信号至所述FPGA保护电路；

所述IPM功率模块，通过光纤与所述PWM驱动电路相连，用于向所述PWM驱动电路输出上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，并接收所述PWM驱动电路输出的6路PWM触发脉冲信号和1路故障脉冲封锁信号；

所述PWM驱动电路，与所述FPGA保护电路和所述IPM功率模块相连，用于接收所述FPGA保护电路输出的1路故障脉冲封锁信号和6路PWM触发脉冲信号，并将所述1路故障脉冲封锁信号和6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块，用于接收所述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，并将所述上桥臂故障信号和下桥臂故障信号输出至所述FPGA保护电路；

所述FPGA保护电路，分别与所述硬件过量保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动电路相连，用于根据所述硬件过量保护电路输出的过流故障信号和过压故障信号，以及所述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，生成故障脉冲封锁信号，首先封锁FPGA内部脉冲，将通过FPGA的PWM触发脉冲信号设为高阻态，然后将所述故障脉冲封锁信号输出至所述DSP脉冲封锁电路的中断引脚和所述PWM驱动电路，所述FPGA保护电路还用于接收所述DSP脉冲封锁电路输出的6路PWM触发脉冲信号，并将6路PWM触发脉冲信号输出至所述PWM驱动电路；

所述DSP脉冲封锁电路，与所述FPGA保护电路相连，用于在接收到所述故障脉冲封锁信号后将输出至所述FPGA的6路PWM触发脉冲信号设置为高阻态。

2.如权利要求1所述的变流器三级信号保护电路，其特征在于，所述硬件过量保护电路包括：

由6个二极管1N4148构成的共阴极全桥整流电路，与直流分压电路相连，用于将接收到的双极性信号转换为直流信号，并将所述直流信号输出至所述直流分压电路；

所述直流分压电路，分别与所述共阴极全桥整流电路、直流信号输入端、电压比较器相连，用于对输入的直流信号进行分压，并将分压后的电压信号输出至所述电压比较器；

所述电压比较器，分别与所述直流分压电路和参考电压阈值设定电路相连，用于根据所述参考电压阈值设定电路输出的电压比较阈值，对分压后的电压信号进行比较，在分压后的电压阈值超出所述电压比较阈值的范围的情况下，输出过流故障信号或过压故障信号。

3.如权利要求2所述的变流器三级信号保护电路，其特征在于，所述参考电压阈值设定电路包括：电压上限设定电路和电压下限设定电路。

4.如权利要求2所述的变流器三级信号保护电路，其特征在于，所述参考电压阈值设定电路采用的稳压二极管为ZMM10稳压二极管，采用的电位器为3224W-1-103E电位器。

5.如权利要求1所述的变流器三级信号保护电路，其特征在于，所述PWM驱动电路包括：第一光电转换板和第二光电转换板，其中，所述第一光电转换板与所述第二光电转换板之间通过8根光纤连接。

6.如权利要求5所述的变流器三级信号保护电路，其特征在于，所述第一光电转换板包括：PWM脉冲输出信号驱动电路和变流器本身故障信号处理电路，其中：

所述PWM脉冲输出信号驱动电路包括依次串联的第一功率驱动器和第一光纤发射器，所述第一功率驱动器用于接收所述FPGA保护电路输出的6路PWM触发脉冲信号和1路故障脉冲封锁信号，并驱动所述第一光纤发射器将6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块；

所述变流器本身故障信号处理电路包括：封锁信号转换电路、故障脉冲信号接收电路、和故障信号锁存与报警电路，其中：

所述封锁信号转换电路包括依次串联的第二功率驱动器和第二光纤发射器，所述第二功率驱动器用于将接收到的所述FPGA保护电路输出的1路故障脉冲封锁信号通过所述第二光纤发射器输出至所述第二光电转换板；

所述故障脉冲信号接收电路包括第三光纤接收器和一阶RC滤波器，用于将所述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和/或下桥臂故障信号转换为电信号，并将转换得到的电信号输出至所述保护电路和所述故障信号锁存与报警电路；

所述故障信号锁存与报警电路的输入信号包括：故障脉冲封锁信号、上桥臂故障信号、下桥臂故障信号，用于通过六反相施密特触发器74LS14分别将上桥臂故障信号和下桥臂故障信号取反一次，对故障脉冲封锁信号取反两次，其中，取反两次后的故障脉冲封锁信号与LED报警灯的阴极相连，取反一次后的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号分别输入到与非门芯片74LS00构成的D锁存器，并将复位信号与所述D锁存器相连，锁存的信号分别与LED报警灯相连，且所述锁存器中锁存的上桥臂故障信号、下桥臂故障信号、故障脉冲封锁信号经过与门芯片74LS21相与后，输入至蜂鸣器控制回路。

7.如权利要求6所述的变流器三级信号保护电路，其特征在于，所述第二光电转换板包括：PWM脉冲接收信号驱动电路和故障信号发射电路，其中：

所述PWM脉冲接收信号驱动电路，用于接收所述第一光电转换板输出的6路PWM触发脉冲信号，并将接收到的6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块；

所述故障信号发射电路，用于将从所述故障信号发射电路接收到的上桥臂故障信号和/或下桥臂故障信号，输出至所述第一光电转换板。

8.如权利要求7所述的变流器三级信号保护电路，其特征在于，第一光纤发射器、第二光纤发射器和第三光纤发射器的型号为HFBR1521，所述第一功率驱动器和第二功率驱动器的型号为SN75451。

9.如权利要求1至8中任一项所述的变流器三级信号保护电路，其特征在于，所述IPM功率模块的型号为PM150CLA120。