CN215067019U - T型三电平逆变器功率模块检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了T型三电平逆变器功率模块检测电路，包括第一支撑电容、第二支撑电容、第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件，O点与直流电源的母线正极之间设有第一分压支路，O点与直流电源的母线负极之间设有第二分压支路，第一分压支路、第二分压支路中任意一个两端设有第一电压检测元件，N点与直流电源之间设有第二电压检测元件。通过在O点与母线负极、母线正极之间分别设置分压支路，在其中一条支路上并联第一电压检测元件，N点与母线负极或母线正极之间设置第二电压检测元件，通过分别控制分压支路、功率元件的断开或连接，将电压检测元件的检测值与各功率模块正常时的理论值进行比较，判断功率模块是否故障。

Description

T型三电平逆变器功率模块检测电路

技术领域

本实用新型涉及T型三电平逆变器技术领域，具体涉及T型三电平逆变器功率模块检测电路。

背景技术

三电平逆变器是目前应用较为广泛的一种逆变系统，逆变器在并网发电之前，通常会检测电网电压、频率、相序等参数，当逆变器输出参数与电网的参数同步之后，才会并网发电。却忽略了对系统内部功率模块的检测，功率模块是逆变器的核心电路，如果不进行检测，可能会导致逆变器无法正常并网发电。

实用新型内容

鉴于上述的分析，本实用新型提出的T型三电平逆变器功率模块检测电路以解决现有技术的不足。

本实用新型主要通过以下技术方案来实现：

本实用新型提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路，包括第一支撑电容、第二支撑电容、第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件，所述第四功率元件的第一端部与第一功率元件的第二端部连接，所述第一支撑电容与第二支撑电容串接后，所述第一支撑电容的第一端部与第一功率元件的第一端部连接，所述第二支撑电容的第二端部与第四功率元件的第二端部连接，所述第三功率元件的第一端部与第二功率元件的第一端部连接，所述第三功率元件的第二端部与第一支撑电容、第二支撑电容之间的连接线的N点连接，所述第二功率元件的第二端部与第一功率元件、第四功率元件之间连接线的O点连接，所述第一支撑电容、第二支撑电容串接后并联在直流电源的两侧。

所述O点与直流电源的母线正极之间设有第一分压支路，所述O点与直流电源的母线负极之间设有第二分压支路，所述第一分压支路、第二分压支路中任意一个两端设有第一电压检测元件，所述N点与直流电源的母线负极或母线正极之间设有第二电压检测元件。

进一步地，所述第一分压支路包括串接的第一匹配电阻和第一开关，所述第一匹配电阻与第一功率元件的第一端部连接，所述第一开关与O点连接，所述第二分压支路包括串接的第二匹配电阻和第二开关，所述第二匹配电阻与O点连接，所述第二开关与第四功率元件的第二端部连接。

进一步地，所述第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件均为一个IGBT管反并联一个二极管。

进一步地，所述第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件的第三端部均连接驱动单元。

进一步地，所述第一开关、第二开关分别与控制器连接。

进一步地，所述IGBT管可替换为MOSFET。

进一步地，所述第一开关、第二开关为电子开关或机械开关。

进一步地，所述电子开关为IGBT管或MOSFET或三极管，所述机械开关为继电器或可控接触器。

与现有技术比较本实用新型技术方案的有益效果为：

本实用新型提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路，通过在O点与直流电源母线正极、母线负极之间分别设置分压支路，在其中至少一条支路上并联第一电压检测元件，N点与母线负极或母线正极之间设置第二电压检测元件，通过分别控制各功率元件的导通、断开，及分压支路分别与对应的功率元件断开或并联，将两个电压检测元件的检测值与各功率模块正常且检测状态相同时的理论值进行比较，判断功率模块是否故障，能在逆变器并网前预防性的对功率模块进行检测，使用的电压检测元件较少，电路结构简洁。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述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。

图1是本实用新型实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路的电路原理图；

图2是本实用新型实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中功率模块及开关均断开时的脉冲测试图；

图3(a)是本实用新型实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第一功率元件导通时的电路原理图；

图3(b)是图3(a)中第一功率元件的脉冲测试图；

图4(a)是本实用新型实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第四功率元件导通时的电路原理图；

图4(b)是图4(a)中第四功率元件的脉冲测试图；

图5(a)是本实用新型实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第一开关闭合时的电路原理图；

图5(b)是图5(a)中第一开关的脉冲测试图；

图6(a)是本实用新型实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第一开关闭合、第三功率元件导通时的电路原理图；

图6(b)是图6(a)中第一开关、第三功率元件的脉冲测试图；

图7(a)是本实用新型实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第二开关闭合时的电路原理图；

图7(b)是图7(a)中第二开关的脉冲测试图；

图8(a)是本实用新型实施例提供的T型三电平逆变器功率模块检测电路中第二开关闭合、第二功率元件导通时的电路原理图；

图8(b)是图8(a)中第二开关、第二功率元件的脉冲测试图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本实用新型，从而对本实用新型要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本实用新型的某些具体实施例对本实用新型进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本实用新型构思的某些具体实施方式仅是本实用新型的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本实用新型，各具体特征并不当然、直接地限定本实用新型的实施范围。本领域技术人员在本实用新型构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本实用新型要求保护的范围内。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例1

如图1所示，本实用新型提供了T型三电平逆变器功率模块检测电路，包括第一支撑电容C1、第二支撑电容C2、第一功率元件T1、第二功率元件T2、第三功率元件T3及第四功率元件T4，第四功率元件T4的第一端部与第一功率元件T1的第二端部连接，第一支撑电容C1与第二支撑电容C2串接后，第一支撑电容C1的第一端部与第一功率元件T1的第一端部连接，第二支撑电容C2的第二端部与第四功率元件T4的第二端部连接，第三功率元件T3的第一端部与第二功率元件T2的第一端部连接，第三功率元件T3的第二端部与第一支撑电容C1、第二支撑电容C2之间的连接线的N点连接，第二功率元件T2的第二端部与第一功率元件T1、第四功率元件T4之间连接线的O点连接，第一支撑电容C1、第二支撑电容C2串接后并联在直流电源DC的两侧。O点与直流电源DC的母线正极之间设有第一分压支路，O点与直流电源DC的母线负极之间设有第二分压支路，第一分压支路、第二分压支路中任意一个两端设有第一电压检测元件V1，N点与直流电源DC的母线负极或母线正极之间设有第二电压检测元件V2。其中，直流电源DC为可调直流电源。C1、C2的电容值相等。

具体的，第一功率元件T1、第二功率元件T2、第三功率元件T3及第四功率元件T4均为一个IGBT管反并联一个二极管。

较佳地，IGBT管可替换为MOSFET。

优选地，第一分压支路包括串接的第一匹配电阻R1和第一开关K1，第一匹配电阻R1与第一功率元件T1的第一端部连接，第一开关K1与O点连接，第二分压支路包括串接的第二匹配电阻R2和第二开关K2，第二匹配电阻R2与O点连接，第二开关K2与第四功率元件T4的第二端部连接。

具体的，第一功率元件T1、第二功率元件T2、第三功率元件T3及第四功率元件T4的第三端部均连接驱动单元。通过驱动单元驱动使其导通。

较佳地，第一开关K1、第二开关K2为电子开关或机械开关，电子开关为IGBT管或MOSFET或三极管，机械开关为继电器或可控接触器。

具体的，第一开关K1、第二开关K2分别与控制器连接，控制开关导通。

如图2-8所示，功率模块的自检步骤如下：

1)将直流电源DC预设电压值为Vdc，N、O两点的电压值为VNO，第一支撑电容C1、第二支撑电容C2充电至饱和，分别获取各功率元件及分压支路正常导通时第一电压检测元件V1、第二电压检测元件V2的各理论值，在仅第一开关K1闭合的状态下，根据电压检测元件V1的理论电压值d对第一匹配电阻R1进行阻抗匹配，在仅第二开关K2闭合的状态下，根据第一电压检测元件V1的理论电压值f对第二匹配电阻R2进行阻抗匹配；

2)IGBT管(T1)自检：

IGBT管(T1，T2，T3，T4)关断，开关(K1，K2)断开，若第一电压检测元件V1检测电压值和功率模块正常且功率模块及开关均关断状态下的理论电压值a相同，且为1/2Vdc，在以上条件下对应的驱动单元驱动使IGBT管(T1)导通，此时第一电压检测元件V1检测电压值和IGBT管(T1)正常导通、其他IGBT管及开关均关断状态下的理论电压值b相同，且为Vdc；即IGBT管(T1)完好；否则IGBT管(T1)故障，停止检测。

3)IGBT管(T4)自检：

在确定IGBT管(T1)正常的条件下，将IGBT管(T1)关断，再由对应的驱动单元驱动使IGBT管(T4)导通，此时第一电压检测元件V1检测电压值和IGBT管(T4)正常导通其他IGBT管及开关均关断状态下的理论电压值c相同，且为0；即IGBT管(T4)完好；否则IGBT管(T4)故障，停止检测。

4)IGBT管(T3)自检：

开关(K1)闭合，开关(K2)断开，IGBT管(T1，T2，T3，T4)关断，第一电压检测元件V1检测电压值和功率模块正常且功率模块及开关(K2)均关断状态下的理论电压值相同，且为d＝s1*Vdc，s1∈(1/2，1)，第二电压检测元件V2检测电压值和理论电压值相同，为1/2Vdc；在以上条件下对应的驱动单元驱动使IGBT管(T3)导通，达到电压平衡，此时第一电压检测元件V1检测电压值和开关(K1)闭合、IGBT管(T3)正常导通其他IGBT管及开关(K2)均关断状态下的理论电压值e相同，且为VNO+V2，此时第一电压检测元件V1、第二电压检测元件V2的理论电压值均大于1/2Vdc，若条件均一致，即IGBT管(T3)和IGBT管(T2)的反并联二极管完好；否则IGBT管(T3)或IGBT管(T2)的反并联二极管故障，停止检测。

5)IGBT管(T2)自检：

开关(K2)闭合，开关(K1)断开，IGBT管(T1，T2，T3，T4)关断，第一电压检测元件V1检测电压值和功率模块正常且功率模块及开关(K1)均关断状态下的理论电压值相同，且为f＝s2*Vdc，s2∈(0，1/2)，第二电压检测元件V2检测电压值和理论电压值相同，为1/2Vdc；在以上条件下对应的驱动单元驱动使IGBT管(T2)导通，达到电压平衡，此时第一电压检测元件V1检测电压值和开关(K2)闭合、IGBT管(T2)正常导通其他IGBT管及开关(K1)均关断状态下的理论电压值g相同，且为V2-VNO，此时第一电压检测元件V1、第二电压检测元件V2的检测值均小于1/2Vdc，若条件均一致，即IGBT管(T2)和IGBT管(T3)的反并联二极管完好；否则IGBT管(T2)或IGBT管(T3)的反并联二极管故障，停止检测。

由以上可知，IGBT管(T1)、IGBT管(T4)的检测顺序可以替换，在检测其中一个IGBT管完好前，需先关断各IGBT管、各开关，然后对电压检测元件V1进行检测，如果IGBT管正常，然后关闭当前的IGBT管，继续导通另外一个IGBT管进行检测。IGBT管(T1)、IGBT管(T4)、IGBT管(T3)自检、IGBT管(T2)自检的顺序2-5可以任意替换。

其中，S1、S2均为电压系数。S1、S2会根据R1、R2的阻值变化而变化，分压支路的阻抗不同，对应并联的功率元件上分担的电压也不同。

具体的，分别获取各功率元件及分压支路正常导通时不同测试状态下第一电压检测元件V1、第二电压检测元件V2的各理论值，包括如下步骤：

断开各功率元件和分压支路，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值a＝1/2Vdc，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第一功率元件T1导通，其他功率元件和各分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值b＝Vdc，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第四功率元件T4导通，其他功率元件和各分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值c＝0，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

控制第一分压支路与第一功率元件T1并联，其他分压支路及各功率元件均关断，匹配第一分压支路的阻抗，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值d＝＝s1*Vdc，s1∈(1/2，1)，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

在上一步骤的条件下，控制第三功率元件T3导通，其他功率元件和分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值e，由于e将从d逐渐降低，同时第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，这个理论电压值将从1/2Vdc逐渐升高，直至V1＝VNO+V2，达到电压平衡，此时第一电压检测元件、第二电压检测元件的理论电压值均大于1/2Vdc；

控制第二分压支路与第四功率元件T4并联，其他分压支路及各功率元件均关断，匹配第二分压支路的阻抗，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值f＝＝s2*Vdc，s2∈(0，1/2)，第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，为1/2Vdc；

在上一步骤的条件下，控制第二功率元件T1导通，其他功率元件和分压支路均关断，此时第一电压检测元件V1的检测值为当前测试状态下的理论电压值g，由于g将从f逐渐升高，同时第二电压检测元件V2的检测值为当前测试状态下的理论电压值，这个理论电压值将从1/2Vdc逐渐降低，直至V1＝V2-VNO，达到电压平衡，此时第一电压检测元件、第二电压检测元件的理论电压值均小于1/2Vdc。

任意一个功率元件发生故障，均停止检测。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种T型三电平逆变器功率模块检测电路，其特征在于：包括第一支撑电容、第二支撑电容、第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件，所述第四功率元件的第一端部与第一功率元件的第二端部连接，所述第一支撑电容与第二支撑电容串接后，所述第一支撑电容的第一端部与第一功率元件的第一端部连接，所述第二支撑电容的第二端部与第四功率元件的第二端部连接，所述第三功率元件的第一端部与第二功率元件的第一端部连接，所述第三功率元件的第二端部与第一支撑电容、第二支撑电容之间的连接线的N点连接，所述第二功率元件的第二端部与第一功率元件、第四功率元件之间连接线的O点连接，所述第一支撑电容、第二支撑电容串接后并联在直流电源的两侧；

所述O点与直流电源的母线正极之间设有第一分压支路，所述O点与直流电源的母线负极之间设有第二分压支路，所述第一分压支路、第二分压支路中任意一个两端设有第一电压检测元件，所述N点与直流电源的母线负极或母线正极之间设有第二电压检测元件。

2.如权利要求1所述的T型三电平逆变器功率模块检测电路，其特征在于：所述第一分压支路包括串接的第一匹配电阻和第一开关，所述第一匹配电阻与第一功率元件的第一端部连接，所述第一开关与O点连接，所述第二分压支路包括串接的第二匹配电阻和第二开关，所述第二匹配电阻与O点连接，所述第二开关与第四功率元件的第二端部连接。

3.如权利要求1所述的T型三电平逆变器功率模块检测电路，其特征在于：所述第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件均为一个IGBT管反并联一个二极管。

4.如权利要求1或3所述的T型三电平逆变器功率模块检测电路，其特征在于：所述第一功率元件、第二功率元件、第三功率元件及第四功率元件的第三端部均连接驱动单元。

5.如权利要求2所述的T型三电平逆变器功率模块检测电路，其特征在于：所述第一开关、第二开关分别与控制器连接。

6.如权利要求3所述的T型三电平逆变器功率模块检测电路，其特征在于：所述IGBT管可替换为MOSFET。

7.如权利要求2所述的T型三电平逆变器功率模块检测电路，其特征在于：所述第一开关、第二开关为电子开关或机械开关。

8.如权利要求7所述的T型三电平逆变器功率模块检测电路，其特征在于：所述电子开关为IGBT管或MOSFET或三极管，所述机械开关为继电器或可控接触器。

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