CN210518085U - 一种智能功率装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种智能功率装置，包括：机箱、嵌设于机箱的前面板上的UI板、嵌设于机箱的后面板上的一个或多个风扇、位于机箱内的开关电源、一块或多块功率板、从机控制器，机箱包括：箱体和盖板，箱体的前面板上设有电源输入输出接口、试验检测矩形槽口；从机控制器提供光纤、CAN接口、EtherCAT接口；在后面板上设有功率侧接线，功率侧接线可互相短接，由外部交流220V供电，多块功率板分层固定，中间采用铜螺柱固定，高压侧朝外，低压侧朝内，高压侧的接线与穿墙端子相接。本实用新型系统更加紧凑，成本更低。能够保证安全可靠性。

Description

一种智能功率装置

技术领域

本实用新型涉及电子电路技术领域，特别涉及一种智能功率装置。

背景技术

目前，随着能源紧缺和环境污染等问题的日益严峻，国家将大力开发和利用可再生清洁能源，优化能源结构。然而，随着风能、太阳能等可再生能源利用规模的不断扩大，其固有的分散性、小型性、远离负荷中心等特点，使得采用交流输电技术或传统的直流输电技术联网显的很不经济。对于解决上述问题，柔性直流输电技术可以说是一种较为经济、灵活、高质量的输电方式。另外，因为电压源换流器产生的谐波含量小，不必专门配置滤波器，可以大大节省占地面积，相比较于高压直流输电技术，柔性直流输电在城市、海岛、海上平台中的使用具有很大优势。

但是目前柔性直流输电中使用的功率单元较多结构单一，空间利用率不够充分，控制效率不突出。并且体积和成本都随着功率等级的提高而大大增加。与此同时由于系统设备运行环境恶劣，系统构造复杂，对功率变换单元以及运行控制提出更高的要求，同时对功率设备的可靠性要求，生产、调试、维护的要求都显著提高。

针对于以前版本PC1800降本设计。在电平数量超过25电平时，低压实验系统的MMC单元电压降低到40V以内，继续采用PC1600通用单元将会导致成本和体积都难以承受。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种智能功率装置，系统更加紧凑，成本更低。能够保证安全可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种智能功率装置，包括：机箱、嵌设于所述机箱的前面板上的UI板、嵌设于所述机箱的后面板上的一个或多个风扇、位于所述机箱内的开关电源、一块或多块功率板、从机控制器，所述机箱包括：箱体和盖板，所述箱体的前面板上设有电源输入输出接口、试验检测矩形槽口；所述从机控制器提供光纤、CAN接口、EtherCAT接口；在所述后面板上设有功率侧接线，所述功率侧接线可互相短接，由外部交流220V供电，所述多块功率板分层固定，中间采用铜螺柱固定，高压侧朝外，低压侧朝内，高压侧的接线与穿墙端子相接。

进一步，所述箱体的两侧通过沉头螺栓，固定安装有角铁立柱。

进一步，所述箱体的内部设有压铆螺母柱，所述功率板通过螺丝与压铆螺母柱固定安装在所述箱体上。

进一步，所述前面板上设有一个或多个gx20航头插头，在机箱正面的最右边开设两个孔以固定航空插头，所述航空插头在机箱内部一侧与电源的供电端子连接，所述前面板上安插有穿墙端子。

进一步，所述风扇采用吸风方式固定在所述功率板牛角侧，采用螺丝固定，使其正对着功率板电容中间的位置。

进一步，所述前面板进一步设有调试控制接口。

进一步，所述功率板的数量为两个。

进一步，所述功率板包括8个半桥或4个H桥。

进一步，两块所述功率板分上下层固定，中间采用铜螺柱固定，高压侧朝外，低压侧朝内，高压侧的接线与穿墙端子相接；

所述从机控制器布置在功率板的右边，采用铜锣柱固定，牛角一侧与功率板牛角一侧在一个方向，两个牛角通过排线连接，以控制所述功率板上的IGBT开关，所述从机控制器上的网口与外部上位机通过以太网相连接。

进一步，所述UI板包括数码管和拨码开关。

根据本实用新型实施例的智能功率装置，采用更加紧凑的模块化设计，附带节点控制单元，控制多个集点单元，系统更加紧凑，成本更低。使其在能够保证可靠性，安全性的前提下，降低装置成本的同时还可以高效智能的完成功率变化以及不同拓扑的快速构造。并且处理好结构兼容性问题，实现空间利用率高、结构紧凑、散热充分以及维护方便等特点。本发明可以适应一定复杂程度的工作环境，能够在较差的环境中良好的运行；具有良好的可拆装性，以及维护性。前面板的接口设计更加实用，方便实验检测，控制调试；充分利用机箱内部空间，结构紧凑，布局合理，经济实惠，保证可靠性的前提下，成本更低；高度集成电源、功率变换、从机控制等功能。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的智能功率装置的结构图；

图2为根据本实用新型实施例的智能功率装置的内部接线图；

图3为根据本实用新型实施例的智能功率装置的机箱内部固定示意图；

图4为根据本实用新型实施例的智能功率装置的前面板示意图；

图5为根据本实用新型实施例的智能功率装置的整体结构图；

图6为根据本实用新型实施例的智能功率装置的侧视图。

附图标记：

1-机箱；2-角铁立柱；3-功率板；4-从机控制器；5-UI板；6-穿墙端子；7-gx20航头插头；8-开关电源；9-风扇；10-功率板和从机控制器的牛角插座接线处；11-功率板和穿墙端子接线处；12-开关电源和航空插头的接线处；13-风扇和开关电源相接线处；14-从机控制器和开关电源接线处；15-螺母；16-螺母柱；17～20-通孔；21-盖板。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本实用新型提供一种智能功率装置，主要应用于MMC柔性直流输电和高压变频器等级联拓扑电力电子的装置试验设备；可以方便地构造各种半桥，全桥以及其他的两电平电力电子变换拓扑。

如图1所示，本实用新型实施例的智能功率装置，包括：机箱1、嵌设于机箱1的前面板上的UI板5、嵌设于机箱1的后面板上的一个或多个风扇9、位于机箱1内的开关电源 8、一块或多块功率板3、从机控制器4。

参考图5和图6，机箱1包括：箱体和盖板21，盖板21则直接插盖在箱体上，后侧以及左右两侧直接用螺丝固定，先顺着上方缺口插进去，然后用螺丝与箱体相固定。在本发明的实施例中，机箱1的尺寸采用2U机箱1。需要说明的是，机箱1的尺寸不限于上述，还可以为其他尺寸，在此不再赘述。箱体的前面板上设有电源输入输出接口、试验检测矩形槽口。

在本发明的实施例中，箱体的两侧通过沉头螺栓，固定安装有角铁立柱2。压铆的M4 的螺母15，两侧设有折弯耳朵，通过M4螺栓拧紧，参考图3。

其中，箱体采用Q235钢材制作，表面喷塑RAL7035，进行绝缘处理。角铁立柱2的折弯耳朵采用Q235钢材制作，表面喷塑RAL7035，进行绝缘处理。

箱体的内部设有压铆螺母柱，功率板3(PCB板件)通过螺丝与压铆M3×8螺母柱16固定安装在箱体上。例如，功率板3采用型号为M1800的功率板3。图3中的17～20均为通孔，因为安装器件比较简单，直接只用螺栓和螺母拧紧。

从机控制器4提供光纤、CAN接口、EtherCAT接口；在后面板上设有功率侧接线，功率侧接线可互相短接，由外部交流220V供电。例如，从机控制器4采用型号为RP1800的控制器。功率侧接线可以互相短接，由外部交流220V供电。

多块功率板3分层固定，中间采用铜螺柱固定，高压侧朝外，低压侧朝内，高压侧的接线与穿墙端子6相接。其中，功率板3包括8个半桥或4个H桥，原有的电气测量不变，但采用非隔离方案降低成本。主回路与机壳额定绝缘电压±1500Vdc。

需要说明的是，一块功率板3包括8个半桥，每个机箱1可集成2块功率板3，因此可根据用户需求，自行组合机箱1的数量，由此搭建不同的电平数。其中，每个半桥的最高运行电压为50/60V，最低运行电压为12V。

在本发明的实施例中，功率板3的数量为两个。具体来说，两块功率板3分上下层叠放固定，中间采用M4×6+35铜螺柱固定，高压侧朝外方便后面的测试工作，低压侧朝内。高压侧的接线会和穿墙端子6相接。功率板3上面集成了8个MMC半桥单元，前侧有大电流端子，作为主回路接线和测试用。参考图2，功率板3和从机控制器4的牛角插座接线处10，同时该接线处10处为功率板3的低压侧。功率板3和穿墙端子6接线处11为功率板3的高压侧。此处注意，穿墙端子6是3位的，下面一位接下层的功率单元板，然后两层功率板3在右侧通过高压侧端子短接，上层功率板3高压侧接线端子和穿墙端子6上面一位相连接。

从机控制器4布置在功率板3的右边，采用M4×6+8铜锣柱固定，牛角一侧与功率板3 牛角一侧在一个方向，两个牛角通过34pin排线连接，以控制功率板3上的IGBT开关，从机控制器4上的网口与外部上位机通过以太网相连接。从机控制器4通过34Pin排线，从后面牛角插头相连接，可控制功率板3上的IGBT开关。从机控制器4上的网口与外部上位机以以太网相连接，进行控制、同时也是将两个功率单元箱控制板互相连接。

开关电源8双组输出35W 5V4A/12V1A电源固定在RP1800旁边，贴在机箱1右侧，用M3螺丝固定，电源供电侧朝机箱1正面也就是与功率单元的高压侧同侧。从机控制器4和开关电源8接线处14。

在本发明的实施例中，开关电源8可以型号为RD-35A的开关电源8，双组输出35W5V-4A/12V-1A交流220V转直流12V(给风扇9供电)，转直流5V(给从机控制器4供电)。

风扇9采用吸风方式固定在功率板3牛角侧，采用螺丝固定，使其正对着功率板3电容中间的位置，风扇9和开关电源8相接线处13。在本发明的实施例中，风扇9采用型号为12V-8025的轴流风扇9。散热风扇9采用吸风方式固定在功率单元牛角侧，用M3螺丝固定，使其正对着功率单元电容中间的位置。这样在启动散热工作时电容不会遮挡到。

参考图3和图4，在前面板上进一步设有一个或多个gx20航头插头7，在机箱1正面的最右边开设两个孔以固定航空插头，航空插头在机箱1内部一侧与电源的供电端子连接。具体的，航空插头是用于电源的供电，在机箱1正面的最右边开两个孔用于固定航空插，然后航空插头在机箱1内部一侧与电源的供电端子连接起来。gx20航空插头，外部交流220V供电，以及和其他功率单元箱互相短接，内部接线到开关电源8上。参考图2，11和12为开关电源8和航空插头相连接，从外部获得220V电源。

另外，在前面板上安插有3位穿墙端子6，内部与功率单元的高压侧接线端子相连接，外部接主回路线。在前面板进一步设有调试控制接口。另外，控制电源可以采用24V外部供电。

在本发明的实施例中，UI板5包括数码管和拨码开关。通过采用更加友好的就地UI接口，包括数码管数量和拨码开关的排列，实时显示从机控制器4的功能，方便实验人员观测。此外，进一步设有CAN总线接口，该CAN总线接口采用标准水晶头。

本实用新型实施例的智能功率装置具有以下特点：可以提供直流电压额定12V～50V，最高60V，受MOSFET常规75V/80V和电解电容63V限制；从机控制器4功能兼容RP1600，提供光纤，CAN，EtherCAT接口；电压电流检测非隔离方案降低成本；内置主回路自取电功能被取消，因受到电路拓扑限制难以实现；支持半桥和H桥拓扑兼容。

根据本实用新型实施例的智能功率装置，采用更加紧凑的模块化设计，附带节点控制单元，控制多个集点单元，系统更加紧凑，成本更低。使其在能够保证可靠性，安全性的前提下，降低装置成本的同时还可以高效智能的完成功率变化以及不同拓扑的快速构造。并且处理好结构兼容性问题，实现空间利用率高、结构紧凑、散热充分以及维护方便等特点。本发明可以适应一定复杂程度的工作环境，能够在较差的环境中良好的运行；具有良好的可拆装性，以及维护性。前面板的接口设计更加实用，方便实验检测，控制调试；充分利用机箱内部空间，结构紧凑，布局合理，经济实惠，保证可靠性的前提下，成本更低；高度集成电源、功率变换、从机控制等功能。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种智能功率装置，其特征在于，包括：机箱、嵌设于所述机箱的前面板上的UI板、嵌设于所述机箱的后面板上的一个或多个风扇、位于所述机箱内的开关电源、一块或多块功率板、从机控制器，所述机箱包括：箱体和盖板，所述箱体的前面板上设有电源输入输出接口、试验检测矩形槽口；所述从机控制器提供光纤、CAN接口、EtherCAT接口；在所述后面板上设有功率侧接线，所述功率侧接线可互相短接，由外部交流220V供电，所述多块功率板分层固定，中间采用铜螺柱固定，高压侧朝外，低压侧朝内，高压侧的接线与穿墙端子相接。

2.如权利要求1所述的智能功率装置，其特征在于，所述箱体的两侧通过沉头螺栓，固定安装有角铁立柱。

3.如权利要求1所述的智能功率装置，其特征在于，所述箱体的内部设有压铆螺母柱，所述功率板通过螺丝与压铆螺母柱固定安装在所述箱体上。

4.如权利要求1所述的智能功率装置，其特征在于，所述前面板上设有一个或多个gx20航头插头，在机箱正面的最右边开设两个孔以固定航空插头，所述航空插头在机箱内部一侧与电源的供电端子连接，所述前面板上安插有穿墙端子。

5.如权利要求1所述的智能功率装置，其特征在于，所述风扇采用吸风方式固定在所述功率板牛角侧，采用螺丝固定，使其正对着功率板电容中间的位置。

6.如权利要求1所述的智能功率装置，其特征在于，所述前面板进一步设有调试控制接口。

7.如权利要求1所述的智能功率装置，其特征在于，所述功率板的数量为两个。

8.如权利要求1或7所述的智能功率装置，其特征在于，所述功率板包括8个半桥或4个H桥。

9.如权利要求7所述的智能功率装置，其特征在于，两块所述功率板分上下层固定；

所述从机控制器布置在功率板的右边，采用铜锣柱固定，牛角一侧与功率板牛角一侧在一个方向，两个牛角通过排线连接，以控制所述功率板上的IGBT开关，所述从机控制器上的网口与外部上位机通过以太网相连接。

10.如权利要求1所述的智能功率装置，其特征在于，所述UI板包括数码管和拨码开关。

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