CN218829653U - 一种可自由设定电压电流功率频率的大功率igbt变流器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，涉及变流器技术领域，包括电源变换控制模块，用于整流和电压调节；变流控制模块，用于通过四组和八组功率管电路进行逆变和电能调节控制；退饱和检测模块，用于退饱和电压采样和比较；延时传输模块，用于延时输出；智能控制模块，用于控制模块工作；逻辑控制模块，用于逻辑运算并控制驱动保护模块的输出驱动信号，输出模块，用于电能处理和输出。本实用新型可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器通过对变流控制模块中四组和八组功率管电路选择，以完成对不同的直流电进行逆变和电能调节控制，并对变流器进行退饱和检测和保护，对电压尖峰进行钳位保护。

Description

一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器

技术领域

本实用新型涉及变流器技术领域，具体是一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器。

背景技术

随着变流器的快速发展，现有的变流器大多采用IGBT(绝缘栅双极型晶体管)作为隔离开关器件，其具有饱和压降低、载流密度大、驱动功率小，开关速度快等优点，其中IGBT驱动器是IGBT变流器的核心技术之一，现有的IGBT驱动器为IGBT提供适当的栅极正偏压和负偏压控制IGBT变流器的工作，仍然采用稳压管电路和电容电路实现对IGBT闭断的保护控制，使得IGBT变流器存在安全隐患，无法准确、自由的控制所需的电压、电流、功率和频率值，且无法保证IGBT之间的均流性，继而增加响应所需的时间。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本实用新型实施例中，提供一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，该可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器包括：电源变换控制模块，变流控制模块，退饱和检测模块，延时传输模块，智能控制模块，逻辑控制模块，驱动保护模块，输出模块；

所述电源变换控制模块，用于将输入的电能转换为直流电并进行DC-DC调节；

所述变流控制模块，与所述电源变换控制模块连接，用于通过四组和八组功率管电路对输入的直流电进行逆变和电能调节控制；

所述退饱和检测模块，与所述变流控制模块连接，用于检测所述变流控制模块的中功率管电路的退饱和值，用于将检测的退饱和值与设定的电压阈值进行比较并输出比较信号；

所述延时传输模块，与所述退饱和检测模块连接，用于将所述比较信号延时传输给所述逻辑控制模块；

所述智能控制模块，用于输出脉冲信号，用于输出控制信号并控制所述变流控制模块中功率管电路的进行四组功率管电路和八组功率管电路的选择；

所述逻辑控制模块，与所述延时传输模块和智能控制模块连接，用于接收所述脉冲信号和延时输出的比较信号并根据逻辑运算控制所述驱动保护模块的工作；

所述驱动保护模块，与所述逻辑控制模块、变流控制模块和智能控制模块连接，用于提高所述脉冲信号的驱动能力并控制所述变流控制模块的工作，用于对所述变流控制模块进行有源钳位保护控制；

所述输出模块，与所述变流控制模块连接，用于接收所述变流控制模块输出的电能并进行电压调节和整流滤波处理。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器通过智能控制模块完成对变流控制模块中四组和八组功率管电路选择，以完成对不同的直流电进行逆变和电能调节控制，同时具备一定的变流器保护能力，为了能够自由设定电压电流功率频率，改变输入的脉冲信号并安全的控制IGBT变流器的工作，对IGBT变流器进行退饱和检测和保护，同时避免变流器工作时的损耗，驱动保护模块还可对IGBT变流器产生的电压尖峰进行钳位处理，进一步为IGBT变流器提供安全的工作环境，提高IGBT变流器的工作效率，降低响应时间。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型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为本实用新型实例提供的一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器的原理方框示意图。

图2为本实用新型实例提供的变流控制模块、电源变换控制模块和输出模块的电路图。

图3为本实用新型实例提供的退饱和检测模块、延时传输模块、逻辑控制模块、驱动保护模块和智能控制模块的连接电路图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

实施例1，请参阅图1，一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器包括：电源变换控制模块1，变流控制模块2，退饱和检测模块3，延时传输模块4，智能控制模块5，逻辑控制模块6，驱动保护模块7，输出模块8；

具体地，所述电源变换控制模块1，用于将输入的电能转换为直流电并进行DC-DC调节；

变流控制模块2，与所述电源变换控制模块1连接，用于通过四组和八组功率管电路对输入的直流电进行逆变和电能调节控制；

退饱和检测模块3，与所述变流控制模块2连接，用于检测所述变流控制模块2的中功率管电路的退饱和值，用于将检测的退饱和值与设定的电压阈值进行比较并输出比较信号；

延时传输模块4，与所述退饱和检测模块3连接，用于将所述比较信号延时传输给所述逻辑控制模块6；

智能控制模块5，用于输出脉冲信号，用于输出控制信号并控制所述变流控制模块2中功率管电路的串并联连接；

逻辑控制模块6，与所述延时传输模块4和智能控制模块5连接，用于接收所述脉冲信号和延时输出的比较信号并根据逻辑运算控制所述驱动保护模块7的工作；

驱动保护模块7，与所述逻辑控制模块6、变流控制模块2和智能控制模块5连接，用于提高所述脉冲信号的驱动能力并控制所述变流控制模块2的工作，用于对所述变流控制模块2进行有源钳位保护控制；

输出模块8，与所述变流控制模块2连接，用于接收所述变流控制模块2输出的电能并进行电压调节和整流滤波处理。

在具体实施例中，上述电源变换控制模块1可采用整流桥进行整流处理，还可采用，但并不限于boost电路、buck电路等电压调节电路进行DC-DC调节，在此不做赘述；上述变流控制模块2可采用IGBT管组成的逆变电路，其中单相逆变电路由四组IGBT组成，在此不做赘述；上述退饱和检测模块3可采用电阻分压电路和阈值比较电路，由电阻分压电路对退饱和时功率管的集电极电压进行采样，阈值比较电路对采样的信号进行比较，以便判断功率管是否处于退饱和状态；上述延时传输模块4可采用电容延时电路延时输出信号；上述智能控制模块5可采用，但并不限于DSP、单片机等微控制电路实现对信号的接收处理和对模块的控制；上述逻辑控制模块6可采用逻辑电路进行逻辑运算；上述驱动保护模块7可采用IGBT驱动电路和有源钳位保护电路，由IGBT驱动电路驱动上述变流控制模块2的工作，由有源钳位保护电路对电压尖峰进行钳位处理；上述输出模块8可采用第六电容C6C6、第一电感L1、第一变压器W1组成的LLC谐振电路进行电能处理，还可采用第五电容C5、整流滤波器和输出端口进行整流滤波和输出控制。

实施例2，在实施例1的基础上，请参阅图2和图3，所述变流控制模块2包括第十一电阻R11、第二电感L2、第三电感L3、第九电阻R9、第十电阻R10、第一模拟开关U2、第六电容C6、第七电容C7、第一功率管Q1、第八电容C8、第九电容C9、第二功率管Q2；所述智能控制模块5包括第一控制器U1；

具体地，所述第十一电阻R11的一端连接所述驱动保护模块7，第十一电阻R11的另一端连接第三电容C3的一端并通过第二电感L2和第九电阻R9连接第一模拟开关U2的第三端，第一模拟开关U2的第四端连接第六电容C6的一端、第七电容C7的一端和第一功率管Q1的栅极，第三电感L3的另一端通过第十电阻R10连接第一模拟开关U2的第八端，第一模拟开关U2的第九端连接第八电容C8的一端、第九电容C9的一端和第二功率管Q2的栅极，第二功率管Q2的集电极、第八电容C8的另一端、第六电容C6的另一端和第一功率管Q1的集电极连接所述电源变换控制模块1，第七电容C7的另一端、第一功率管Q1的发射极、第九电容C9的另一端均连接第二功率管Q2的发射极，第一控制器U1的第一IO端和第二IO端连接第一模拟开关U2的第五端和第六端。

在具体实施例中，上述第一模拟开关U2可选用CD4066芯片，由第一控制器U1控制，可控制第一功率管Q1和第二功率管Q2的切换控制，还可控制第一功率管Q1和第二功率管Q2的并联工作；上述第一功率管Q1和第二功率管Q2均可选用IGBT；上述第一控制器U1可选用TMS320LF2406芯片，利用定时中断计算出电流给定值、功率给定值、电压给定值和功率给定值分别与输出模块8输出的电能采样值之间的差值，以便第一控制器U1调节输出的脉冲信号的占空比，实现对变流控制模块2的控制。

需注意的是，上述十一电阻、第二电感L2、第三电感L3、第九电阻R9、第十电阻R10、第一模拟开关U2、第六电容C6、第七电容C7、第一功率管Q1、第八电容C8、第九电容C9、第二功率管Q2组成的电路为视为第四功率管单元(图中未画出)。

进一步地，所述变流控制模块2还包括第一功率管单元、第二功率管单元、第三功率管单元；

具体地，所述第一功率管单元、第二功率管单元和第三功率管单元，均用于控制电能的导通和闭断；

该第一功率管单元的电路连接结构、第二功率管单元的电路连接结构和第三功率管单元的电路连接结构均与所述第十一电阻R11、第二电感L2、第三电感L3、第九电阻R9、第十电阻R10、第一模拟开关U2、第六电容C6、第七电容C7、第一功率管Q1、第八电容C8、第九电容C9、第二功率管Q2组成的电路连接结构相同，且第一功率管单元、第二功率管单元和第三功率管单元共同组成逆变电路。

在具体实施例中，上述第一功率管单元、第二功率管单元、第三功率管单元和第四功率管单元共同组成逆变电路，为较为常规的IGBT逆变电路，在此不做赘述。

进一步地，所述退饱和检测模块3包括第四电阻R4、第五电阻R5、第三电阻R3、第三电容C3、第四电容C4、第一比较器A1、电压阈值；

具体地，所述第四电阻R4的一端通过第五电阻R5连接所述第一功率管Q1的集电极和第四电容C4的一端，第四电容C4的另一端通过第三电容C3连接第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端和第一比较器A1的同相端，第一比较器A1的反相端连接电压阈值，第一比较器A1的输出端连接所述延时传输模块4，第三电阻R3的另一端连接地端。

在具体实施例中，上述第一比较器A1可选用LM393比较器；上述电压阈值为过压阈值，用于判断第一功率管Q1和第二功率管Q2的集电极电压。

进一步地，所述延时传输模块4包括第二电阻R2、第二电容C2、第一开关管VT1、第一电阻R1；

具体地，所述第二电阻R2的一端和第一开关管VT1的集电极连接所述第一比较器A1的输出端，第二电阻R2的另一端连接第一开关管VT1的基极并通过第二电容C2连接地端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第一开关管VT1的集电极和所述逻辑控制模块6。

在具体实施例中，上述第一开关管VT1可选用PNP型三极管；第二电容C2可选用储能电容，用于延时控制。

进一步地，所述逻辑控制模块6包括第一逻辑芯片U3、第二开关管VT2、第十二电阻R12、第一电源VCC1；

具体地，所述第一逻辑芯片U3的第一端连接所述第一开关管VT1的集电极，第一逻辑芯片U3的第二端连接所述第一控制器U1的第一脉冲端，第一逻辑芯片U3的第三端连接第二开关管VT2的基极，第二开关管VT2的发射极接地，第二开关管VT2的集电极通过第十二电阻R12连接所述驱动保护模块7和第一电源VCC1。

在具体实施例中，上述第一逻辑芯片U3可选用与逻辑，具体型号不做限定；上述第二开关管VT2可选用NPN型三极管，用于控制第一电源VCC1的输入和输出。

进一步地，所述驱动保护模块7包括第一二极管D1、第一稳压管VD1、第七电阻R7、第八电阻R8、驱动器、第六电阻R6、第十三电阻R13；

具体地，所述驱动器的第一端连接第六电阻R6的一端并通过第十三电阻R13连接所述第一控制器U1的第一脉冲端，驱动器的第二端连接所述第一电源VCC1，驱动器的第三端通过第八电阻R8连接所述第十一电阻R11的第一端和第七电阻R7的一端，第七电阻R7的另一端连接第六电阻R6的另一端和第一二极管D1的阴极、第一二极管D1的阳极连接第一稳压管VD1的阳极，第一稳压管VD1的阴极连接所述第一功率管Q1的集电极。

在具体实施例中，上述驱动器可选用IGBT驱动器，具体型号不做限定；上述第一二极管D1、第一稳压管VD1、第七电阻R7和第六电阻R6组成有源钳位电路，实现对第一功率管Q1和第二功率管Q2的过压保护。

需注意的是，上述退饱和检测模块3，延时传输模块4，智能控制模块5，逻辑控制模块6，驱动保护模块7均用于控制第一功率管Q1和第二功率管Q2的工作状态，上述的第一功率管单元、第二功率管单元、第三功率管单元也可通过退饱和检测模块3，延时传输模块4，智能控制模块5，逻辑控制模块6，驱动保护模块7进行驱动和保护控制，在此不做赘述。

本实用新型一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，由第一功率管单元、第二功率管单元、第三功率管单元和第四功率管单元(未画出)组成的变流控制模块2进行逆变控制，由于功率管的驱动控制相同，在此介绍其中一组功率管的驱动和保护控制，由第一功率管Q1和第二功率管Q2进行并联组成第四功率管单元(未画出)，由第一模拟开关U2控制第一功率管Q1的工作、第二功率管Q2的工作或者第一功率管Q1和第二功率管Q2的并联工作，同时由第四电阻R4、第五电阻R5、第三电阻R3对第一功率管Q1和第二功率管Q2的集电极电压进行采样，并由第一比较器A1进行阈值比较，当退饱和时的电压超过电压阈值时，第一比较器A1输出高电平，并且由第二电容C2和第一开关管VT1延时传输给第一逻辑芯片U3，此时第一控制器U1的第一脉冲端输出脉冲信号给第一逻辑芯片U3和驱动器，使得第一逻辑芯片U3的第三端输出高电平控制第二开关管VT2导通，使得驱动器停止工作，停止对第一功率管Q1和第二功率管Q2的驱动，当处于第一功率管Q1和第二功率管Q2处于饱和工作时，第一比较器A1不工作，此时由第一二极管D1、第一稳压管VD1、第七电阻R7和第六电阻R6对第一功率管Q1和第二功率管Q2闭断时的电压尖峰进行钳位，实现对第一功率管Q1和第二功率管Q2的保护，以便由第一控制器U1自由设定所需的电压、电流、功率和频率值，并输出相应的脉冲信号控制第一功率管Q1和第二功率管Q2的工作，其中第一功率管单元、第二功率管单元和第三功率管单元的工作原理与第一功率管Q1和第二功率管Q2相同，实现该大功率IGBT变流器的安全逆变工作。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，其特征在于，

该可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器包括：电源变换控制模块，变流控制模块，退饱和检测模块，延时传输模块，智能控制模块，逻辑控制模块，驱动保护模块，输出模块；

所述电源变换控制模块，用于将输入的电能转换为直流电并进行DC-DC调节；

所述变流控制模块，与所述电源变换控制模块连接，用于通过四组和八组功率管电路对输入的直流电进行逆变和电能调节控制；

所述退饱和检测模块，与所述变流控制模块连接，用于检测所述变流控制模块的中功率管电路的退饱和值，用于将检测的退饱和值与设定的电压阈值进行比较并输出比较信号；

所述延时传输模块，与所述退饱和检测模块连接，用于将所述比较信号延时传输给所述逻辑控制模块；

所述智能控制模块，用于输出脉冲信号，用于输出控制信号并控制所述变流控制模块中功率管电路的串并联连接；

所述逻辑控制模块，与所述延时传输模块和智能控制模块连接，用于接收所述脉冲信号和延时输出的比较信号并根据逻辑运算控制所述驱动保护模块的工作；

所述驱动保护模块，与所述逻辑控制模块、变流控制模块和智能控制模块连接，用于提高所述脉冲信号的驱动能力并控制所述变流控制模块的工作，用于对所述变流控制模块进行有源钳位保护控制；

所述输出模块，与所述变流控制模块连接，用于接收所述变流控制模块输出的电能并进行电压调节和整流滤波处理。

2.根据权利要求1所述的一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，其特征在于，所述变流控制模块包括第十一电阻、第二电感、第三电感、第九电阻、第十电阻、第一模拟开关、第六电容、第七电容、第一功率管、第八电容、第九电容、第二功率管；所述智能控制模块包括第一控制器；

所述第十一电阻的一端连接所述驱动保护模块，第十一电阻的另一端连接第三电容的一端并通过第二电感和第九电阻连接第一模拟开关的第三端，第一模拟开关的第四端连接第六电容的一端、第七电容的一端和第一功率管的栅极，第三电感的另一端通过第十电阻连接第一模拟开关的第八端，第一模拟开关的第九端连接第八电容的一端、第九电容的一端和第二功率管的栅极，第二功率管的集电极、第八电容的另一端、第六电容的另一端和第一功率管的集电极连接所述电源变换控制模块，第七电容的另一端、第一功率管的发射极、第九电容的另一端均连接第二功率管的发射极，第一控制器的第一IO端和第二IO端连接第一模拟开关的第五端和第六端。

3.根据权利要求2所述的一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，其特征在于，所述变流控制模块还包括第一功率管单元、第二功率管单元、第三功率管单元；

所述第一功率管单元、第二功率管单元和第三功率管单元，均用于控制电能的导通和闭断；

所述第一功率管单元的电路连接结构、第二功率管单元的电路连接结构和第三功率管单元的电路连接结构均与所述第十一电阻、第二电感、第三电感、第九电阻、第十电阻、第一模拟开关、第六电容、第七电容、第一功率管、第八电容、第九电容、第二功率管组成的电路连接结构相同，且第一功率管单元、第二功率管单元和第三功率管单元共同组成逆变电路。

4.根据权利要求3所述的一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，其特征在于，所述退饱和检测模块包括第四电阻、第五电阻、第三电阻、第三电容、第四电容、第一比较器、电压阈值；

所述第四电阻的一端通过第五电阻连接所述第一功率管的集电极和第四电容的一端，第四电容的另一端通过第三电容连接第三电阻的一端、第四电阻的一端和第一比较器的同相端，第一比较器的反相端连接电压阈值，第一比较器的输出端连接所述延时传输模块，第三电阻的另一端连接地端。

5.根据权利要求4所述的一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，其特征在于，所述延时传输模块包括第二电阻、第二电容、第一开关管、第一电阻；

所述第二电阻的一端和第一开关管的集电极连接所述第一比较器的输出端，第二电阻的另一端连接第一开关管的基极并通过第二电容连接地端和第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接第一开关管的集电极和所述逻辑控制模块。

6.根据权利要求5所述的一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，其特征在于，所述逻辑控制模块包括第一逻辑芯片、第二开关管、第十二电阻、第一电源；

所述第一逻辑芯片的第一端连接所述第一开关管的集电极，第一逻辑芯片的第二端连接所述第一控制器的第一脉冲端，第一逻辑芯片的第三端连接第二开关管的基极，第二开关管的发射极接地，第二开关管的集电极通过第十二电阻连接所述驱动保护模块和第一电源。

7.根据权利要求6所述的一种可自由设定电压电流功率频率的大功率IGBT变流器，其特征在于，所述驱动保护模块包括第一二极管、第一稳压管、第七电阻、第八电阻、驱动器、第六电阻、第十三电阻；

所述驱动器的第一端连接第六电阻的一端并通过第十三电阻连接所述第一控制器的第一脉冲端，驱动器的第二端连接所述第一电源，驱动器的第三端通过第八电阻连接所述第十一电阻的第一端和第七电阻的一端，第七电阻的另一端连接第六电阻的另一端和第一二极管的阴极、第一二极管的阳极连接第一稳压管的阳极，第一稳压管的阴极连接所述第一功率管的集电极。

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