CN218243097U - 旁路电路控制单元、功率单元和高压变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力电子技术领域，公开了一种旁路电路控制单元、功率单元和高压变频器。旁路电路控制单元包括相互连接的单元控制子单元和旁路控制子单元；单元控制子单元与第一功率单元连接，旁路控制子单元与连接在第一功率单元上的旁路电路连接；单元控制子单元用于在检测到第一功率单元故障时，控制其停止工作并向旁路控制子单元发送旁路触发信号；旁路控制子单元用于在接收到旁路触发信号时控制旁路电路工作；还用于对单元控制子单元进行检测，并在检测到其失效时控制旁路电路工作；还用于对旁路电路进行检测并在检测到其异常时，发出旁路电路异常提示信息。能够以较低的成本实现提升功率单元的旁路电路的可靠性，进而提高整体电路的稳定性。

Description

旁路电路控制单元、功率单元和高压变频器

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种旁路电路控制单元、功率单元和高压变频器。

背景技术

高压变频器多使用级联式，每一相是由若干功率单元串联构成的。高压变频器中功率单元数量众多，而其中任意功率单元出现故障都会使得高压变频器无法正常运行。这就导致高压变频器的稳定性不足，难以满足生产生活的正常使用需求。为了提高级联式高压变频器的可靠性，一般采用功率单元旁路装置，用以在一个或多个功率单元故障时旁路装置将故障的功率单元旁路，使得其他功率单元可以正常运行。

一种常见的功率单元旁路装置的实现方式是集中式旁路控制方式，其存在对电路实现要求高、成本高的显著问题。然而，对于传统的分布式旁路控制方式，其虽然能够较好控制成本，但存在控制效果不佳、依然难以满足电路的可靠性需求的问题。

实用新型内容

本实用新型实施方式的目的在于提供一种旁路电路控制单元、功率单元和高压变频器，用以以较低的成本实现提升功率单元的旁路电路的可靠性，进而提高整体电路的稳定性。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式提供了一种旁路电路控制单元，包括：相互连接的单元控制子单元和旁路控制子单元；所述单元控制子单元与第一功率单元连接，所述旁路控制子单元与连接在所述第一功率单元上的旁路电路连接；所述单元控制子单元用于在检测到所述第一功率单元故障时，控制所述第一功率单元停止工作，并向所述旁路控制子单元发送旁路触发信号；所述旁路控制子单元用于在接收到所述旁路触发信号时，控制所述旁路电路工作；所述旁路控制子单元还用于对所述单元控制子单元进行检测，并在检测到所述单元控制子单元失效时，控制所述旁路电路工作；所述旁路控制子单元还用于对所述旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式还提供了一种功率单元，包括：第一功率单元、旁路电路；其中，所述第一功率单元用于将输入所述第一功率单元的交流电信号转化为可变压变频的交流电信号并输出；所述旁路电路用于在所述第一功率单元故障时将所述第一功率单元旁路；以及上述的旁路电路控制单元。

为了实现上述目的，本实用新型的实施方式还提供了一种高压变频器，包括若干个上述的功率单元，且各上述功率单元依次串联连接。

在本实用新型中，旁路电路控制单元包括：相互连接的单元控制子单元和旁路控制子单元；所述单元控制子单元与第一功率单元连接，所述旁路控制子单元与连接在所述第一功率单元上的旁路电路连接；所述单元控制子单元用于在检测到所述第一功率单元故障时，控制所述第一功率单元停止工作，并向所述旁路控制子单元发送旁路触发信号，供旁路控制子单元根据所述旁路触发信号控制所述旁路电路工作；所述旁路控制子单元用于在检测到所述单元控制子单元失效时，控制所述旁路电路工作。单元控制子单元能够在第一功率单元异常时控制旁路电路工作，即将第一功率单元切换至旁路运行，使得整体电路在第一功率单元故障的情况下能够正常运行。同时，旁路控制子单元能够在检测到单元控制子单元失效时，能够直接控制旁路电路工作。能够避免单元控制子单元失效而导致无法在第一功率单元故障时将其切换至旁路运行、进而导致影响整体电路的正常运行，因而能够提升功率单元的可靠性并进而提高整体电路的稳定性。此外，本实用新型提供的旁路电路控制单元易于实现，并不会对电路实现提出新的要求，因而无需提高成本即可实现功率单元的旁路控制。此外，旁路控制子单元还能够对旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。能够用于提示相关技术人员对旁路电路进行检修，以实现尽快恢复电路的正常运行。

另外，旁路控制子单元包括：单元控制检测模块，旁路电路控制模块、旁路电路驱动模块和旁路电路检测模块；所述单元控制检测模块用于对所述单元控制子单元进行检测，并在所述检测的结果为失效时，向所述旁路电路控制模块发送单元控制失效提示信息；所述旁路电路控制模块用于在接收到所述单元控制失效提示信息时，向所述旁路电路驱动模块发送用于控制所述旁路电路工作的控制信号；所述旁路电路驱动模块用于对接收到的所述控制信号进行处理，并将所述处理后的控制信号发送给所述旁路电路；所述旁路电路检测模块用于对所述旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。能够使得旁路控制子单元通过多个不同模块实现不同功能。

另外，旁路控制子单元将所述旁路电路异常提示信息发送至所述单元控制子单元，所述单元控制子单元在接收到所述旁路电路异常提示信息时，将表征所述旁路电路异常的信息反馈至所述单元控制子单元所在的高压变频器的主控系统，或控制所述第一功率单元停止工作。在旁路电路异常时，将表征所述旁路电路异常的信息反馈至所述单元控制子单元所在的高压变频器的主控系统，能够使得技术人员及时获知旁路电路异常。在旁路电路异常时将第一功率单元暂停能够避免第一功率单元暂停工作不及时，而可能发生第一功率单元在故障下工作使得整体电路受损等情况。

另外，旁路电路控制单元还包括：电源子单元；所述电源子单元包括：单元电源子单元和旁路电源子单元；其中，所述单元电源子单元用于为所述单元控制子单元供电；所述旁路电源子单元用于为所述旁路电路控制模块和所述旁路电路驱动模块旁路控制子单元供电，或用于为旁路电路控制模块、所述旁路电路驱动模块和所述单元控制子单元供电。能够提高旁路电路控制单元的可靠性。

另外，以下各子单元中的任一或其任意组合位于同一印刷电路板：所述单元控制子单元、所述旁路控制子单元、所述单元电源子单元和所述旁路电源子单元。提高了旁路电路控制单元中各子单元实际部署的灵活性。

附图说明

一个或多个实施方式通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施方式的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是根据本实用新型一实施方式中的旁路电路控制单元的结构示意图；

图2是根据本实用新型一实施方式中的旁路控制子单元的结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的各实施方式进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本实用新型各实施方式中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请所要求保护的技术方案。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，本文中使用的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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。

传统的功率单元旁路控制方式一般可以分为两种。一种是集中控制方式，一般采用一个旁路控制板控制所有功率单元的旁路接触器。这种集中式的控制方式要求旁路接触器触电与线圈之间需要很高的绝缘耐压，造成旁路装置成本增加，因而集中控制方式并非是一种理想的功率单元旁路装置的实现方式。另一种是分布式旁路控制，一般将旁路控制通过功率单元独立完成，可以有效降低旁路成本。然而，这种控制方式旁路功能依赖于功率单元控制旁路装置生效。在功率单元发生严重故障时，功率单元难以控制其所对应的旁路装置，这就会造成旁路功能的缺失。因而这种控制方式控制效果不佳、依然难以满足电路的可靠性需求的问题。

本实用新型的一实施方式涉及一种旁路电路控制单元。在本实施方式中，旁路电路控制单元包括：相互连接的单元控制子单元和旁路控制子单元；所述单元控制子单元与第一功率单元连接，所述旁路控制子单元与连接在所述第一功率单元上的旁路电路连接；所述单元控制子单元用于在检测到所述第一功率单元故障时，控制所述第一功率单元停止工作，并向所述旁路控制子单元发送旁路触发信号；所述旁路控制子单元用于在接收到所述旁路触发信号时，控制所述旁路电路工作；所述旁路控制子单元还用于对所述单元控制子单元进行检测，并在检测到所述单元控制子单元失效时，控制所述旁路电路工作；所述旁路控制子单元还用于对所述旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。

下面对本实施例中的旁路电路控制单元的实现细节进行具体的说明，以下内容仅为方便理解本方案的实现细节，并非实施本方案的必须。旁路电路控制单元的结构示意图可以如图1所示。

可以理解地，本实施方式提供的旁路电路控制单元实际上也可以认为是一种分布式旁路控制。传统的分布式旁路控制在功率单元控制板失效时难以向旁路控制板发出指令，因而难以使功率单元切换至旁路运行。而本实施方式提供的旁路电路控制单元在单元控制子单元失效时，旁路控制子单元能够及时检测到这一情况，并自动将功率单元切换至旁路运行，因而能够保证功率单元的可靠性。

值得一提的是，图1中示出的是第一功率单元的一种具体结构。在图1中示出的第一功率单元中，RST为功率单元的三相电源输入，其中R、T两端分别串入熔断器。输入第一功率单元的交流电信号经过三相整流桥后到达直流母线。其中，直流母线具体由串联电容和均压电阻组成。经过直流母线后电信号到达绝缘栅双极型晶体管(Insulated GateBipolar Transistor，简称“IGBT”)，IGBT请参见图1中示出的Q1-Q4。第一功率单元的输出端接入旁路电路。本领域的技术人员能够理解，第一功率单元输入以及输出的交流电信号指的均为功率电压。由于第一功率单元的结构并非本申请的重点，因此在本实施方式中不再赘述。

在一个更为具体的实施例中，旁路控制子单元还可以包括：单元控制检测模块，旁路电路控制模块、旁路电路驱动模块和旁路电路检测模块；所述单元控制检测模块用于对所述单元控制子单元进行检测，并在所述检测的结果为失效时，向所述旁路电路控制模块发送单元控制失效提示信息；所述旁路电路控制模块用于在接收到所述单元控制失效提示信息时，向所述旁路电路驱动模块发送用于控制所述旁路电路工作的控制信号；所述旁路电路驱动模块用于对接收到的所述控制信号进行处理，并将所述处理后的控制信号发送给所述旁路电路；所述旁路电路检测模块用于对所述旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。

本例中涉及的旁路控制子单元的结构示意图可以如图2所示。在本例中，旁路控制子单元包括多个不同模块用于实现不同功能。其中值得一提的是，旁路电路控制模块的功能可以理解为接收其余模块的检测结果并进行逻辑处理，并根据逻辑处理后的结果生成用于控制旁路电路的控制信号。而旁路电路驱动模块的功能可以理解为将旁路电路控制模块生成的控制信号放大为能够实现控制功能的信号。此外值得一提的是，旁路电路控制模块可以具体为一微控制单元(Microcontroller Unit，简称“MCU”)，此外也可以通过硬件电路予以实现。

为了进一步提高功率单元的旁路电路运行的可靠性，本例中涉及的旁路控制子单元还包括旁路电路检测模块，用于对旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。旁路电路检测模块能够对旁路电路进行检测，以实现及时获知旁路电路的状态是否正常。在检测到异常时，能够发出旁路电路异常提示信息用以提示相关技术人员对旁路电路进行检修，以实现尽快恢复电路的正常运行。

值得说明的是，除了用于提示技术人员对旁路电路进行检修之外，旁路电路异常提示信息还可以被发送至所述单元控制子单元，用于使单元控制子单元在接收到所述旁路电路异常提示信息时，将表征所述旁路电路异常的信息反馈至所述单元控制子单元所在的高压变频器的主控系统，或控制所述第一功率单元停止工作。在旁路电路异常时，将表征所述旁路电路异常的信息反馈至所述单元控制子单元所在的高压变频器的主控系统，能够使得技术人员及时获知旁路电路异常。在旁路电路异常时将第一功率单元暂停能够避免第一功率单元暂停工作不及时，而可能发生第一功率单元在故障下工作使得整体电路受损等情况。

可以理解地，本实施方式涉及的旁路电路控制单元实际还可以包括电源子单元，用于为旁路电路控制单元供电。为了提高电源的可靠性，电源子单元还可以具体包括：单元电源子单元和旁路电源子单元；其中，所述单元电源子单元用于为所述单元控制子单元供电；所述旁路电源子单元用于为所述旁路电路控制模块和所述旁路电路驱动模块旁路控制子单元供电，或用于为旁路电路控制模块、所述旁路电路驱动模块和所述单元控制子单元供电。此外值得一提的是，为了进一步提高电源的可靠性，可以以整流母线P、N端为单元电源子单元供电、以三相电源输入中的R、S端为旁路电源子单元供电。

值得一提的是，对于本实施方式提供的旁路电路控制单元。在实际实施时，可以将以下子单元中的任一或其任意组合设计在同一印刷电路板：单元控制子单元、旁路控制子单元、单元电源子单元和旁路电源子单元。可以理解，各子单元可以位于同一印刷电路板，或各子单元均位于不同电路印刷板，或对各子单元进行任意组合并部署在电路印刷板上。能够提高旁路电路控制单元中各子单元实际部署的灵活性。

本实施方式中涉及的旁路电路控制单元能够通过其所包括的单元控制子单元实现对第一功率单元的控制，同时能够通过其所包括的旁路控制子单元实现对旁路电路的控制。基于这个意义，本实施方式中涉及的旁路电路控制单元同样也可以称为单元控制单元。可以理解的是，该单元的名称并不对其能够实现的功能进行任何限制。

在本实施方式中，单元控制子单元能够在第一功率单元异常时控制旁路电路工作，即将第一功率单元切换至旁路运行，使得整体电路在第一功率单元故障的情况下能够正常运行。同时，旁路控制子单元能够在检测到单元控制子单元失效时，能够直接控制旁路电路工作。能够避免单元控制子单元失效而导致无法在第一功率单元故障时将其切换至旁路运行、进而导致影响整体电路的正常运行，因而能够提升功率单元的可靠性并进而提高整体电路的稳定性。此外，本实用新型提供的旁路电路控制单元易于实现，并不会对电路实现提出新的要求，因而无需提高成本即可实现功率单元的旁路控制。此外，旁路控制子单元还能够对旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。能够用于提示相关技术人员对旁路电路进行检修，以实现尽快恢复电路的正常运行。

本实用新型的另一实施方式涉及一种功率单元，包括：第一功率单元、旁路电路；其中，所述第一功率单元用于将输入所述第一功率单元的交流电信号转化为可变压变频的交流电信号并输出；所述旁路电路用于在所述第一功率单元故障时将所述第一功率单元旁路；所述功率单元还包括前述实施方式中所述的旁路电路控制单元。

本实施方式提供的功率单元中，旁路电路控制单元中的单元控制子单元能够在第一功率单元异常时控制旁路电路工作，即将第一功率单元切换至旁路运行，使得整体电路在第一功率单元故障的情况下能够正常运行。同时，旁路控制子单元能够在检测到单元控制子单元失效时，能够直接控制旁路电路工作。能够避免单元控制子单元失效而导致无法在第一功率单元故障时将其切换至旁路运行、进而导致影响整体电路的正常运行，因而能够提升功率单元的可靠性并进而提高整体电路的稳定性。此外，本实用新型提供的旁路电路控制单元易于实现，并不会对电路实现提出新的要求，因而无需提高成本即可实现功率单元的旁路控制。此外，旁路控制子单元还能够对旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。能够用于提示相关技术人员对旁路电路进行检修，以实现尽快恢复电路的正常运行。

值得一提的是，本实用新型上述实施方式中所涉及到的各模块或是单元均为逻辑模块，在实际应用中，一个逻辑单元可以是一个物理单元，也可以是一个物理单元的一部分，还可以以多个物理单元的组合实现。此外，为了突出本实用新型的创新部分，本实施方式中并没有将与解决本实用新型所提出的技术问题关系不太密切的单元引入，但这并不表明本实施方式中不存在其它的单元。

本实用新型的实施例还提供一种高压变频器，其特征在于，包括若干个如前述实施方式中所述的功率单元，且各所述功率单元依次串联连接。本实施方式提供的高压变频器中，功率单元中的旁路电路控制单元中的单元控制子单元能够在第一功率单元异常时控制旁路电路工作，即将第一功率单元切换至旁路运行，使得高压变频器在第一功率单元故障的情况下能够正常运行。同时，旁路控制子单元能够在检测到单元控制子单元失效时，能够直接控制旁路电路工作。能够避免单元控制子单元失效而导致无法在第一功率单元故障时将其切换至旁路运行、进而导致影响整体电路的正常运行，因而能够提升功率单元的可靠性并进而提高高压变频器的稳定性。此外，本实用新型提供的旁路电路控制单元易于实现，并不会对高压变频器的电路实现提出新的要求，因而无需提高成本即可实现功率单元的旁路控制。此外，旁路控制子单元还能够对旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。能够用于提示相关技术人员对旁路电路进行检修，以实现尽快恢复电路的正常运行。

上述实施例是提供给本领域普通技术人员来实现和使用本实用新型的，本领域普通技术人员可以在不脱离本申请的实用新型思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本实用新型的保护范围并不被上述实施例所限，而应该符合权利要求书所提到的创新性特征的最大范围。

Claims (7)

1.一种旁路电路控制单元，其特征在于，包括：相互连接的单元控制子单元和旁路控制子单元；所述单元控制子单元与第一功率单元连接，所述旁路控制子单元与连接在所述第一功率单元上的旁路电路连接；

所述单元控制子单元用于在检测到所述第一功率单元故障时，控制所述第一功率单元停止工作，并向所述旁路控制子单元发送旁路触发信号；所述旁路控制子单元用于在接收到所述旁路触发信号时，控制所述旁路电路工作；

所述旁路控制子单元还用于对所述单元控制子单元进行检测，并在检测到所述单元控制子单元失效时，控制所述旁路电路工作；所述旁路控制子单元还用于对所述旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。

2.根据权利要求1所述的旁路电路控制单元，其特征在于，所述旁路控制子单元包括：单元控制检测模块，旁路电路控制模块、旁路电路驱动模块和旁路电路检测模块；

所述单元控制检测模块用于对所述单元控制子单元进行检测，并在所述检测的结果为失效时，向所述旁路电路控制模块发送单元控制失效提示信息；

所述旁路电路控制模块用于在接收到所述单元控制失效提示信息时，向所述旁路电路驱动模块发送用于控制所述旁路电路工作的控制信号；

所述旁路电路驱动模块用于对接收到的所述控制信号进行处理，并将所述处理后的控制信号发送给所述旁路电路；

所述旁路电路检测模块用于对所述旁路电路进行检测并在检测到所述旁路电路异常时，发出旁路电路异常提示信息。

3.根据权利要求2所述的旁路电路控制单元，其特征在于，所述旁路控制子单元还用于将所述旁路电路异常提示信息发送至所述单元控制子单元，所述单元控制子单元在接收到所述旁路电路异常提示信息时，将表征所述旁路电路异常的信息反馈至所述单元控制子单元所在的高压变频器的主控系统，或控制所述第一功率单元停止工作。

4.根据权利要求2或3所述的旁路电路控制单元，其特征在于，还包括：电源子单元；

所述电源子单元包括：单元电源子单元和旁路电源子单元；其中，所述单元电源子单元用于为所述单元控制子单元供电；所述旁路电源子单元用于为所述旁路电路控制模块和所述旁路电路驱动模块供电，或用于为旁路电路控制模块、所述旁路电路驱动模块和所述单元控制子单元供电。

5.根据权利要求4所述的旁路电路控制单元，其特征在于，以下各子单元中的任一或其任意组合位于同一印刷电路板：所述单元控制子单元、所述旁路控制子单元、所述单元电源子单元和所述旁路电源子单元。

6.一种功率单元，包括：第一功率单元、旁路电路；其中，所述第一功率单元用于将输入所述第一功率单元的交流电信号转化为可变压变频的交流电信号并输出；所述旁路电路用于在所述第一功率单元故障时将所述第一功率单元旁路；

其特征在于，所述功率单元还包括如权利要求1至权利要求5中任一项所述的旁路电路控制单元。

7.一种高压变频器，其特征在于，包括若干个如权利要求6所述的功率单元，且各所述功率单元依次串联连接。

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