CN204835917U - 一种基于igbt串并联的电源 - Google Patents

一种基于igbt串并联的电源 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种基于IGBT串并联的电源,包括主电路单元和控制单元,其中,主电路单元包括三相交流电源、三相整流电路以及IGBT串并第一电路,其中三相交流电源与三相整流电路连接,IGBT串并第一电路分别与三相整流电路、控制单元以及负载连接,依据控制单元发出的开关控制信号来控制自身的通断,进而实现对直流电是否为负载充电进行控制;IGBT串并第一电路包括N个并联的IGBT电路,且每个IGBT电路均包括M个串联的IGBT模块,每个IGBT模块中包含串联的第一IGBT单管和第二IGBT单管,其中,N为不小于2的正整数,M为正整数,本实用新型公开的电源,减小了开关损耗,节约了成本和噪声,提高了开关频率,提高了整个电源的功率因数和效率。

Description

一种基于IGBT串并联的电源
技术领域
[0001] 本实用新型涉及大功率电源技术领域,特别是涉及一种基于IGBT串并联的电源。
背景技术
[0002] 超级电容器作为一种双电层电容器,由于特殊的原材料和制作方法使其完全不同于传统的电解电容器,其单体容量远远超过传统电容器的容量,具有较高的功率密度和效率,兼具电池与电容的双重特性,是一种性能极佳的动力电源。超级电容器满足了市场对高频率、大强度、高循环次数、并符合环保政策的动力电源的需求,在电动汽车、电子电器、蓄能装置、太阳能等领域有着极好的发展前景。
[0003] 现有技术中给超级电容器充电的电源通常为基于IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor,绝缘栅双极型晶体管)单管串联的高压BUCK型电源,但是该电源串联的IGBT单管中,虽然使用的IGBT单管耐压等级高,但是也造成了整个电源电路的开关损耗大、成本高、噪声大,开关频率低的缺点,降低了功率因数和效率。
[0004] 因此,如何提供一种包括损耗小、成本低、噪声小、频率高的开关的电源是本领域技术人员目前需要解决的问题。
实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的是提供一种基于IGBT串并联的电源,减小了作为开关的IGBT串并第一电路的开关损耗,节约了成本和噪声,提高了开关频率,使得开关频率接近音频上限,提高了整个电源的功率因数和效率。
[0006] 为解决上述技术问题,本实用新型提供了一种基于IGBT串并联的电源,包括主电路单元和控制单元,其中,所述主电路单元包括用于输出三相交流电的三相交流电源、用于对所述三相交流电进行整流,生成直流电的三相整流电路以及IGBT串并第一电路,其中:
[0007] 所述三相交流电源与所述三相整流电路连接,所述IGBT串并第一电路分别与所述三相整流电路、所述控制单元以及负载连接,依据所述控制单元发出的开关控制信号来控制自身的通断,进而实现对所述直流电是否为所述负载充电进行控制;
[0008] 所述IGBT串并第一电路包括N个并联的IGBT电路,且,每个所述IGBT电路均包括M个串联的IGBT模块,每个所述IGBT模块中包含串联的第一 IGBT单管和第二 IGBT单管,其中,N为不小于2的正整数,M为正整数。
[0009] 优选地,所述IGBT串并第一电路包括并联的第一 IGBT电路和第二 IGBT电路,且,所述第一 IGBT电路和第二 IGBT电路均包括3个串联的IGBT模块;
[0010] 其中,每个所述IGBT模块中,所述第一 IGBT单管的集电极端作为所在IGBT模块的输入端,所述第一 IGBT单管的发射极与所述第二 IGBT单管的集电极端连接,所述第二IGBT单管的发射极端作为所在IGBT模块的输出端;所述第一 IGBT单管和所述第二 IGBT单管的栅极和发射极均与所述控制单元连接,接收所述控制单元发出的开关控制信号;
[0011] 所述第一 IGBT电路包括依次串联连接的第一 IGBT模块、第二 IGBT模块以及第三IGBT模块,所述第二 IGBT电路包括依次串联连接的第四IGBT模块、第五IGBT模块以及第六IGBT模块;
[0012] 所述第一 IGBT模块的输入端与所述第四IGBT模块的输入端连接,均作为所述IGBT串并第一电路的输入端,所述第三IGBT模块的输出端与所述第六IGBT模块的输出端连接,均作为所述IGBT串并第一电路的输出端。
[0013] 优选地,该电源还包括续流电路以及平波电抗器,其中:
[0014] 所述平波电抗器的第一端分别与所述IGBT串并第一电路的输出端以及所述续流电路的第一端连接,所述平波电抗器的第二端与所述负载的第一端连接;所述续流电路的第二端分别与所述负载的第二端以及所述三相整流电路的输出端负极连接。
[0015] 优选地,所述续流电路具体为IGBT串并第二电路,所述IGBT串并第二电路中的IGBT模块与所述IGBT串并第一电路中的IGBT模块具有相同的电路连接结构,且,所述IGBT串并第二电路中,每个IGBT模块中的IGBT单管的栅极和发射极短接。
[0016] 优选地,该电源还包括用于对所述直流电进行滤波的滤波电路,所述滤波电路分别与所述三相整流电路和所述IGBT串并第一电路连接。
[0017] 优选地,所述控制单元具体包括依次连接的用于生成并发送脉冲宽度调制PffM信号的DSP系统、用于接收所述PffM信号,并对所述PWM信号进行上电保护的上电保护电路、用于对经过上电保护的所述PWM信号进行开关控制的IGBT开关电路、用于对所述PffM信号进行放大的PWM放大电路、用于对放大后的所述PffM信号进行驱动放大并将驱动放大后的所述PffM信号发送至所述IGBT串并第一电路,控制所述IGBT串并第一电路的通断的IGBT驱动电路。
[0018] 优选地,所述控制单元还包括用于检测所述IGBT串并第一电路是否出现故障,并将检测结果反馈给所述单片机系统的IGBT保护电路和用于依据所述检测结果控制所述IGBT开关电路的开关以及控制所述DSP系统是否中断所述PffM信号的发出的单片机系统;
[0019] 其中,所述IGBT保护电路分别与所述IGBT串并第一电路和所述单片机系统连接,所述单片机系统分别与所述IGBT开关电路和所述DSP系统连接。
[0020] 优选地,所述三相整流电路由9个整流二极管模块3串3并构成,每个所述整流二极管模块均包括两个串联的整流二极管以及分别与所述两个串联的整流二极管并联的压敏电阻。
[0021 ] 优选地,所述滤波电路为LC滤波电路,所述LC滤波电路包括一个电抗器以及4个薄膜电容。
[0022] 本实用新型提供的一种基于IGBT串并联的电源,包括N个并联的IGBT电路,且每个IGBT电路均包括M个串联的IGBT模块,每个IGBT模块中包含串联的第一 IGBT单管和第二 IGBT单管,通过将两个IGBT单管串联集成到一个IGBT模块中以及对多个IGBT模块的串并联,减小了作为开关的IGBT串并第一电路的开关损耗,节约了成本和噪声,提高了开关频率,使得开关频率接近音频上限,提高了整个电源的功率因数和效率。
附图说明
[0023] 为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例,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。
[0024] 图1为本实用新型提供的一种基于IGBT串并联的电源的结构示意图;
[0025] 图2为本实用新型提供的另一种基于IGBT串并联的电源的结构示意图;
[0026] 图3为本实用新型提供的一种三相整流电路的电路原理图;
[0027] 图4为本实用新型提供一种LC滤波电路的电路原理图;
[0028] 图5为本实用新型提供的一种IGBT串并第一电路的电路原理图;
[0029] 图6为本实用新型提供的一种IGBT串并第二电路的电路原理图;
[0030] 图7为本实用新型提供的一种上电保护电路、IGBT开关电路以及PffM放大电路的电路原理图;
[0031] 图8为本实用新型提供的一种IGBT驱动电路的输入端的电路原理图;
[0032] 图9为本实用新型提供的一种IGBT驱动电路的输出端的电路原理图;
[0033] 图10为本实用新型提供的一种IGBT保护电路的电路原理图;
[0034] 图11为本实用新型提供的一种温度保护电路的电路原理图。
具体实施方式
[0035] 本实用新型的核心是提供一种基于IGBT串并联的电源,减小了作为开关的IGBT串并第一电路的开关损耗,节约了成本和噪声,提高了开关频率,使得开关频率接近音频上限,提高了整个电源的功率因数和效率。
[0036] 为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型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实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,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,都属于本实用新型保护的范围。
[0037] 实施例一
[0038] 请参照图1,图1为本实用新型提供的一种基于IGBT串并联的电源的结构示意图,该电源包括:
[0039] 主电路单元I和控制单元2,其中,主电路单元I包括用于输出三相交流电的三相交流电源11、用于对三相交流电进行整流,生成直流电的三相整流电路12以及IGBT串并第一电路13,其中:
[0040] 三相交流电源11与三相整流电路12连接,IGBT串并第一电路13分别与三相整流电路12、控制单元2以及负载14连接,依据控制单元2发出的开关控制信号来控制自身的通断,进而实现对直流电是否为负载14充电进行控制;
[0041] IGBT串并第一电路13包括N个并联的IGBT电路,且,每个IGBT电路均包括M个串联的IGBT模块,每个IGBT模块中包含串联的第一 IGBT单管和第二 IGBT单管,其中,N为不小于2的正整数,M为正整数。
[0042] 可以理解的是,采用本申请提供的IGBT串并第一电路13结构时,IGBT模块中的IGBT单管可以选择耐压等级低的,再将各个IGBT模块中的第一 IGBT单管和第二 IGBT单管串联集成在一个模块中,降低了成本,提高了开关频率,减小了开关损耗。另外,IGBT串并第一电路13包括N个并联的IGBT电路,提高了 IGBT串并第一电路13的带电流能力。
[0043] 本实用新型提供的一种基于IGBT串并联的电源,包括N个并联的IGBT电路,且每个IGBT电路均包括M个串联的IGBT模块,每个IGBT模块中包含串联的第一 IGBT单管和第二 IGBT单管,通过将两个IGBT单管串联集成到一个IGBT模块中以及对多个IGBT模块的串并联,减小了作为开关的IGBT串并第一电路的开关损耗,节约了成本和噪声,提高了开关频率,使得开关频率接近音频上限,提高了整个电源的功率因数和效率。
[0044] 实施例二
[0045] 请参照图2,图2为本实用新型提供的另一种基于IGBT串并联的电源的结构示意图,该电源包括:
[0046] 主电路单元I和控制单元2,其中,主电路单元I包括三相交流电源11、三相整流电路12以及IGBT串并第一电路13,其中:
[0047] 三相交流电源11与三相整流电路12连接,IGBT串并第一电路13分别与三相整流电路12、控制单元2以及负载14连接,依据控制单元2发出的开关控制信号来控制自身的通断,进而实现对直流电是否为负载14充电进行控制;
[0048] 具体地,三相整流电路12由9个整流二极管模块3串3并构成,每个整流二极管模块均包括两个串联的整流二极管以及分别与两个串联的整流二极管并联的压敏电阻。
[0049] 请参照图3,图3为本实用新型提供的一种三相整流电路的电路原理图;
[0050] 该三相整流电路12由9个整流二极管模块D1-D9组成,DU D4以及D7的3脚均与LC滤波电路15的输入端正极连接,D2、D5以及D8的3脚分别与Dl、D4以及D7的I脚连接,D3、D6以及D9的3脚分别与D2、D5以及D8的I脚连接,D3、D6以及D9的I脚均与LC滤波电路15的输入端负极连接。另外,D2、D5以及D8的2脚分别与三相交流电源11输出的1500V三相交流电连接。D1-D3、D4-D6以及D7-D9分别为一组三串电路,每个整流二极管模块(D1-D9) I脚与2脚、2脚与3脚之间均分别并联一个压敏电阻。
[0051] 可以理解的是,本实施例中,9个整流二极管的型号可以为MDC2002534(2500V/200A),压敏电阻的型号为ZOV 20D112K。当然,本实用新型对于整流二极管以及压敏电阻的具体型号不做特别的限定,能够实现本实用新型目的的整流二极管和压敏电阻均在本实用新型的保护范围之内。
[0052] 该电源还包括用于对直流电进行滤波的滤波电路,滤波电路分别与三相整流电路12和IGBT串并第一电路13连接。
[0053] 具体地,滤波电路为LC滤波电路15,LC滤波电路15包括一个电抗器以及4个薄膜电容。
[0054] 请参照图4,图4为本实用新型提供一种LC滤波电路的电路原理图;
[0055] 该LC滤波电路15包括四个薄膜电容C1-C4和一个电抗器LI。LC滤波电路15的输入端正负极分别与三相整流电路12的输出端正负极连接,LC滤波电路15的输出端正极与IGBT串并第一电路13的正极连接,LC滤波电路15的输出负极与IGBT串并第二电路17的第二端(负极)以及负载14连接。
[0056] 可以理解的是,本实施例中选用的电抗器的规格为0.15mH/200A,四个薄膜电容C1-C4的型号为DMJ-MC1200uF±10% /1200V.DC。当然,本实用新型对于电抗器和薄膜电容的具体型号和规格不做特别的限定,能够实现本实用新型目的的电抗器和薄膜电容均在本实用新型的保护范围之内。
[0057] LC滤波电路15通过设计串联小电感防止上电浪涌、薄膜电容过充,无需大电容预充电电路,采用四个高耐压薄膜电容两串两并实现很好的均压,降低了单个电容电压余量。
[0058] IGBT串并第一电路13包括N个并联的IGBT电路,且,每个IGBT电路均包括M个串联的IGBT模块,每个IGBT模块中包含串联的第一 IGBT单管和第二 IGBT单管,其中,N为不小于2的正整数,M为正整数。
[0059] 更为具体的,该IGBT串并第一电路13包括并联的第一 IGBT电路和第二 IGBT电路,且,第一 IGBT电路和第二 IGBT电路均包括3个串联的IGBT模块;
[0060] 其中,每个IGBT模块中,第一 IGBT单管的集电极端作为所在IGBT模块的输入端,第一 IGBT单管的发射极与第二 IGBT单管的集电极端连接,第二 IGBT单管的发射极端作为所在IGBT模块的输出端;第一 IGBT单管和第二 IGBT单管的栅极和发射极均与控制单元2连接,接收控制单元2发出的开关控制信号;
[0061] 第一 IGBT电路包括依次串联连接的第一 IGBT模块、第二 IGBT模块以及第三IGBT模块,第二 IGBT电路包括依次串联连接的第四IGBT模块、第五IGBT模块以及第六IGBT模块;
[0062] 第一 IGBT模块的输入端与第四IGBT模块的输入端连接,均作为IGBT串并第一电路13的输入端,第三IGBT模块的输出端与第六IGBT模块的输出端连接,均作为IGBT串并第一电路13的输出端。
[0063] 具体地,请参照图5,图5为本实用新型提供的一种IGBT串并第一电路的电路原理图;
[0064] 第一 IGBT模块至第六IGBT模块分别对应的是图5中的Q1-Q6,图5中的3脚为从各个IGBT模块中的第一 IGBT单管的集电极引出的端脚(也即第一 IGBT单管的集电极端),图5中的4脚为各个IGBT模块中的第一 IGBT单管的栅极,图5中的5脚为各个IGBT模块中的第一 IGBT单管的发射极;图5中的I脚为从各个IGBT模块中的第二 IGBT单管的集电极引出的端脚(也即第二 IGBT单管的集电极端),图5中的6脚为各个IGBT模块中的第二 IGBT单管的栅极,图5中的7脚为各个IGBT模块中的第二 IGBT单管的发射极,图5中的2脚为从各个IGBT模块中的第二 IGBT单管的发射极引出的端脚(也即第二 IGBT单管的发射极端)。
[0065] Ql和Q4的3脚(IGBT串并第一电路13的输入端)均与LC滤波电路15的输出端正极连接,Q2和Q5的3脚分别与Ql和Q4的2脚连接,Q3和Q6的3脚分别与Q2和Q5的2脚连接,Q3和Q6的2脚均与平波电抗器16的第一端连接。其中,Q1-Q3为一组IGBT三串电路,Q4-Q6为另一组IGBT三串电路,Q1-Q6构成IGBT串并第一电路13 (也可称为IGBT三串两并第一电路)。
[0066] 该电源还包括续流电路以及平波电抗器16,其中:
[0067] 平波电抗器16的第一端分别与IGBT串并第一电路13的输出端以及续流电路的第一端连接,平波电抗器16的第二端与负载14的第一端连接;续流电路的第二端分别与负载14的第二端以及三相整流电路12的输出端负极连接。
[0068] 可以理解的是,IGBT串并第一电路13中的6个IGBT模块同时关断时,平波电抗器16通过续流电路给负载14续流供电,平波电抗器16释放能量。
[0069] 具体地,续流电路具体为IGBT串并第二电路17,IGBT串并第二电路17中的IGBT模块与IGBT串并第一电路13中的IGBT模块具有相同的电路连接结构,且,IGBT串并第二电路17中,每个IGBT模块中的IGBT单管的栅极和发射极短接。
[0070] 具体的,请参照图6,图6为本实用新型提供的一种IGBT串并第二电路的电路原理图;
[0071] IGBT串并第二电路17中的IGBT模块与IGBT串并第一电路13中的IGBT模块具有相同的电路连接结构,唯一不同的是,IGBT串并第二电路17中,每个IGBT模块中的IGBT单管的栅极和发射极短接。
[0072] 如图6所示,Q7和QlO的3脚均与Q3和Q6的2脚连接,另外,Q7和QlO的3脚还与平波电抗器16的第一端连接;Q8和Qll的3脚分别与Q7、Q10的2脚连接,Q9和Q12的3脚分别与Q8和Qll的2脚连接,Q9和Q12的2脚与LC滤波电路15的输出负极连接,其中,Q7-Q9为一组IGBT三串电路,Q10-Q12为另外一组IGBT三串电路,Q7-Q12中的6脚与7脚短接,4脚与5脚短接,Q7-Q12构成IGBT串并第二电路17 (也可称为IGBT三串两并电路)。
[0073] 每个IGBT模块中的IGBT单管的栅极和发射极短接的目的是只用IGBT单管自带的体二极管,当IGBT串并第一电路13中的6个IGBT模块同时关断时,平波电抗器16通过IGBT单管自带的体二极管给负载14续流供电,平波电抗器16释放能量。
[0074] 另外,本实施例中,IGBT串并第二电路17的第一端为IGBT串并第二电路17的正极,IGBT串并第二电路17的第二端为IGBT串并第二电路17的负极。
[0075] 控制单元2具体包括依次连接的用于生成并发送脉冲宽度调制PffM信号的DSP系统21、用于接收PffM信号,并对PffM信号进行上电保护的上电保护电路22、用于对经过上电保护的PffM信号进行开关控制的IGBT开关电路23、用于对PffM信号进行放大的PffM放大电路24、用于对放大后的PffM信号进行驱动放大并将驱动放大后的PffM信号发送至IGBT串并第一电路13,控制IGBT串并第一电路13的通断的IGBT驱动电路25。
[0076] 具体的,请参照图7,图7为本实用新型提供的一种上电保护电路、IGBT开关电路以及PffM放大电路的电路原理图;
[0077] 本实用新型控制单元2中的上电保护电路22、IGBT开关电路23以及PffM放大电路24由上拉电阻Rl、R2、R3、与非门以及与门组成。DSP系统21发出的PffM信号分别与与非们的6脚和7脚连接,与非门的输出5脚与与门的I脚连接,单片机系统27发出的IGBT开关信号MKTZ与与门的2脚连接,与门的输出3脚与6个IGBT驱动电路25中的12个PffM信号连接。与非们的6脚、7脚以及与门的I脚、3脚分别接上拉电阻。
[0078] 可以理解的是,本实施例中,与非门的型号可以为DS75452,与门的型号可以为DS75451,当然,本实用新型对于与门以及与非门的具体型号不做特别的限定,能够实现本实用新型目的的与门以及与非门均在本实用新型的保护范围之内。
[0079] 具体地,请参照图8和图9,图8为本实用新型提供的一种IGBT驱动电路的输入端的电路原理图;图9为本实用新型提供的一种IGBT驱动电路的输出端的电路原理图。
[0080] 本实施例中,MOD脚直接接地选择直接模式,栅极(Gate,也称门极)与集电极(Collector)之间采用三个稳压二极管与一个双向稳压二极管串联,输入端PffMl以及PWM2与PWM放大电路24发出的PffM信号相连,副边输出Collectorl (集电极I)、Gatel (栅极I) ,Emitterl (发射极I)分别与IGBT串并第一电路13中的IGBT模块中的第二 IGBT单管的I脚、6脚、7脚相连,副边输出Collector 2(集电极2)、Gate 2 (栅极2)、Emitter 2(发射极2)分别与IGBT串并第一电路13中的IGBT模块中的第二 IGBT单管的3脚、4脚、5脚相连。六个IGBT驱动电路25副边输出分别与IGBT串并第一电路13中的6个IGBT模块相连。原边Fault UFault 2与IGBT保护电路26相连。
[0081] 控制单元2还包括用于检测IGBT串并第一电路13是否出现故障,并将检测结果反馈给单片机系统27的IGBT保护电路26和用于依据检测结果控制IGBT开关电路23的开关以及控制DSP系统21是否中断PffM信号的发出的单片机系统27 ;
[0082] 其中,IGBT保护电路26分别与IGBT串并第一电路13和单片机系统27连接,单片机系统27分别与IGBT开关电路23和DSP系统21连接。
[0083] 具体地,请参照图10,图10为本实用新型提供的一种IGBT保护电路的电路原理图;
[0084] IGBT保护电路26由上拉电阻R4、R5、与非门组成,IGBT保护电路26的输入信号为6个IGBT驱动电路25中的端脚SOl、S02。
[0085] 更进一步地,请参照图11,图11为本实用新型提供的一种温度保护电路的电路原理图;
[0086] 温度保护电路由电阻R6接在光电耦合器TIL117的5脚,TIL117的I脚接上拉电阻及隔离电源,2脚接温控器输入信号BW后通过R48接隔离电源的地。BW信号与D02阴极相连,D02阳极与DOl阳极相连,DOl阴极与隔离电源相连。D01,D02为普通的二极管。
[0087] 单片机系统27和DSP系统21通过温度保护电路对IGBT串并第一电路13以及负载14进行过热保护。
[0088] 更进一步地,单片机系统27和DSP系统21还通过霍尔传感器(采集负载14的电流、电压)对IGBT串并第一电路13以及负载14进行过流过压保护。
[0089] 下面就本实施例提供的一种基于IGBT串并联的电源的工作过程作介绍:
[0090] 主电路单元1:
[0091] 1500V三相交流电源11输出三相交流电,先经过三相整流电路12整流,再经过LC滤波电路15滤波;当IGBT串并第一电路13中的6个IGBT模块同时导通时可给平波电抗器16及负载14供电,平波电抗器16储存能量。当IGBT串并第一电路13中的6个IGBT模块同时关断时,平波电抗器16通过IGBT串并第二电路17中自带的体二极管给负载14续流供电,电抗器释放能量。另外,通过控制IGBT的开通时间来控制IGBT串并第一电路13输出电压的大小。
[0092] 控制单元2:
[0093] DSP系统21输出的PffM信号低电平有效。当高电平接入与非门的6、7脚(也即当DSP系统21输出的PffM信号为高电平)时,与非门的输出5脚为低电平,同时与门的输入I脚拉低,输出3脚为低电平,所以输出端PWM1-PWM12信号为低电平,6个IGBT驱动电路25输出关断IGBT模块信号。IGBT开关电路23由单片机系统27控制,单片机系统27通过MKTZ开关信号输入与门的2脚,与输入的PWM信号构成逻辑与;MKTZ开关信号为高电平时,与门的3脚输出状态与I脚PWM信号相同;当MKTZ开关信号为低电平时,与门的3脚输出恒为低电平。通过此电路达到上电保护、单片机系统27封锁脉冲及PffM信号功率放大的作用。
[0094] 保护电路:
[0095] IGBT保护电路26中的S01-S012未检测到IGBT串并第一电路13故障时输出高电平,当检测到IGBT串并第一电路13故障时被拉到低电平,低电平信号输入与非门的1、2脚,与非门的3脚输出高电平触发故障信号CFGZ输入单片机系统27。
[0096] BW信号端通过温控器接入隔离电源(图11中未画出),当温度过高时温控器断开,光电耦合器TIL117的1、2脚流过电流使得内部发光二极管导通,故障信号WDG由高电平变为低电平。当单片机系统27收到CFGZ、WDG故障信号报警时,输出为低电平的MKTZ开关信号,使得6个IGBT驱动电路25关断IGBT串并第一电路13的IGBT模块,同时通过RS485通讯把故障信息发送给DSP系统21,控制DSP系统21中断PffM信号的发出。
[0097] 监测、反馈电路:
[0098] 单片机系统27和DSP系统21通过霍尔传感器对负载14进行电流、电压采样。DSP系统21通过控制PffM信号的占空比同时控制IGBT串并第一电路13中的6个IGBT模块的导通时间来调节IGBT串并第一电路13的输出电压,形成负反馈电路,从而IGBT串并第一电路13的输出电流、电压进行控制。当负载14发生过流、过压故障时,单片机系统27输出MKTZ低电平开关信号封锁脉冲,同时DSP系统21中断PffM信号的发出,IGBT串并第一电路13不再工作,从而有效的保护了整个电源系统。
[0099] 本实用新型提供的一种基于IGBT串并联的电源,在实施例一的基础上,采用1500V三相交流电进线,减小了进线电流损耗;三相整流电路通过整流二极管三串三并实现不可控三相整流,安装方便,无需控制,成本较低;IGBT串并第一电路和IGBT串并第二电路将多个IGBT模块串并联使用,不仅提高了功率变换器的电压等级,降低了成本,而且减小了开关损耗;单片机系统和DSP系统通过对IGBT串并第一电路及负载的过流、过压、过热保护可保护整个电源系统,提高了系统的可靠性。
[0100] 本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0101] 还需要说明的是,在本说明书中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,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。
[0102] 专业人员还可以进一步意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现,为了清楚地说明硬件和软件的可互换性,在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
[0103] 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实用新型。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实用新型的精神或范围的情况下,在其它实施例中实现。因此,本实用新型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 (9)

1.一种基于IGBT串并联的电源,其特征在于,包括主电路单元和控制单元,其中,所述主电路单元包括用于输出三相交流电的三相交流电源、用于对所述三相交流电进行整流,生成直流电的三相整流电路以及IGBT串并第一电路,其中: 所述三相交流电源与所述三相整流电路连接,所述IGBT串并第一电路分别与所述三相整流电路、所述控制单元以及负载连接,依据所述控制单元发出的开关控制信号来控制自身的通断,进而实现对所述直流电是否为所述负载充电进行控制; 所述IGBT串并第一电路包括N个并联的IGBT电路,且,每个所述IGBT电路均包括M个串联的IGBT模块,每个所述IGBT模块中包含串联的第一 IGBT单管和第二 IGBT单管,其中,N为不小于2的正整数,M为正整数。
2.如权利要求1所述的电源,其特征在于,所述IGBT串并第一电路包括并联的第一IGBT电路和第二 IGBT电路,且,所述第一 IGBT电路和第二 IGBT电路均包括3个串联的IGBT模块; 其中,每个所述IGBT模块中,所述第一 IGBT单管的集电极端作为所在IGBT模块的输入端,所述第一 IGBT单管的发射极与所述第二 IGBT单管的集电极端连接,所述第二 IGBT单管的发射极端作为所在IGBT模块的输出端;所述第一 IGBT单管和所述第二 IGBT单管的栅极和发射极均与所述控制单元连接,接收所述控制单元发出的开关控制信号; 所述第一 IGBT电路包括依次串联连接的第一 IGBT模块、第二 IGBT模块以及第三IGBT模块,所述第二 IGBT电路包括依次串联连接的第四IGBT模块、第五IGBT模块以及第六IGBT模块; 所述第一 IGBT模块的输入端与所述第四IGBT模块的输入端连接,均作为所述IGBT串并第一电路的输入端,所述第三IGBT模块的输出端与所述第六IGBT模块的输出端连接,均作为所述IGBT串并第一电路的输出端。
3.如权利要求2所述的电源,其特征在于,该电源还包括续流电路以及平波电抗器,其中: 所述平波电抗器的第一端分别与所述IGBT串并第一电路的输出端以及所述续流电路的第一端连接,所述平波电抗器的第二端与所述负载的第一端连接;所述续流电路的第二端分别与所述负载的第二端以及所述三相整流电路的输出端负极连接。
4.如权利要求3所述的电源,其特征在于,所述续流电路具体为IGBT串并第二电路,所述IGBT串并第二电路中的IGBT模块与所述IGBT串并第一电路中的IGBT模块具有相同的电路连接结构,且,所述IGBT串并第二电路中,每个IGBT模块中的IGBT单管的栅极和发射极短接。
5.如权利要求4所述的电源,其特征在于,该电源还包括用于对所述直流电进行滤波的滤波电路,所述滤波电路分别与所述三相整流电路和所述IGBT串并第一电路连接。
6.如权利要求1-5任一项所述的电源,其特征在于,所述控制单元具体包括依次连接的用于生成并发送脉冲宽度调制PWM信号的DSP系统、用于接收所述PffM信号,并对所述PWM信号进行上电保护的上电保护电路、用于对经过上电保护的所述PWM信号进行开关控制的IGBT开关电路、用于对所述PffM信号进行放大的PffM放大电路、用于对放大后的所述PWM信号进行驱动放大并将驱动放大后的所述PWM信号发送至所述IGBT串并第一电路,控制所述IGBT串并第一电路的通断的IGBT驱动电路。
7.如权利要求6所述的电源,其特征在于,所述控制单元还包括用于检测所述IGBT串并第一电路是否出现故障,并将检测结果反馈给单片机系统的IGBT保护电路和用于依据所述检测结果控制所述IGBT开关电路的开关以及控制所述DSP系统是否中断所述PffM信号的发出的单片机系统; 其中,所述IGBT保护电路分别与所述IGBT串并第一电路和所述单片机系统连接,所述单片机系统分别与所述IGBT开关电路和所述DSP系统连接。
8.如权利要求7所述的电源,其特征在于,所述三相整流电路由9个整流二极管模块3串3并构成,每个所述整流二极管模块均包括两个串联的整流二极管以及分别与所述两个串联的整流二极管并联的压敏电阻。
9.如权利要求5所述的电源,其特征在于,所述滤波电路为LC滤波电路,所述LC滤波电路包括一个电抗器以及4个薄膜电容。
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