變流器三級信號保護電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)電力變換技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種變流器三級信號保護電 路。
【背景技術(shù)】
[0002] 在電力變換、變流驅(qū)動、開關(guān)電源等應(yīng)用中，變流器的應(yīng)用日益廣泛。在變流器的 運行過程中，由于電網(wǎng)原因、負載原因或者變流器自身的原因，導(dǎo)致電流、電壓遠遠超過額 定的運行范圍，在這種情況下，變流器自身要迅速做出反應(yīng)，關(guān)閉變流器，以免造成變流器 功率器件（例如：IGBT、電容等）的損壞。
[0003] 目前的功率器件多采用IPM(智能功率模塊），IPM內(nèi)部集成了 IGBT器件、驅(qū)動電 路、保護電路等，使用起來比較方便。IPM自身保護功能包括：控制電源欠壓保護、過熱保 護、過流保護、上下橋臂故障保護等。
[0004] 但是，IPM自身保護對于模塊內(nèi)部的所有IGTB器件不是一致性動作，而且輸出的 報警信號不具有保持性，容易導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)過流振蕩現(xiàn)象，最終造成IPM的損壞。
[0005] 針對上述問題，目前尚未提出有效的解決方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明實施例提供了一種變流器三級信號保護電路，以解決現(xiàn)有技術(shù)中變流器系 統(tǒng)中易出現(xiàn)過流振蕩致使IPM損壞的技術(shù)問題，該變流器三級信號保護電路，包括：
[0007] 傳感器、硬件過量保護電路、FPGA保護電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動電路和 IPM功率模塊，其中：
[0008] 所述傳感器，用于采集三相電流和直流母線電壓；
[0009] 所述硬件過量保護電路，輸入端與所述傳感器相連，輸出端與所述FPGA保護電路 的輸入管腳相連，用于在所述三相電流超出預(yù)設(shè)值的情況下輸出過流故障信號至所述FPGA 保護電路，在所述直流母線電壓超出預(yù)設(shè)值的情況下輸出過壓故障信號至所述FPGA保護 電路；
[0010] 所述IPM功率模塊，通過光纖與所述PWM驅(qū)動電路相連，用于向所述PWM驅(qū)動電路 輸出上橋臂故障信號和下橋臂故障信號，并接收所述PWM驅(qū)動電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈 沖信號和1路故障脈沖封鎖信號；
[0011] 所述PWM驅(qū)動電路，與所述FPGA保護電路和所述IPM功率模塊相連，用于接收所 述FPGA保護電路輸出的1路故障脈沖封鎖信號和6路PWM觸發(fā)脈沖信號，并將所述1路故 障脈沖封鎖信號和6路PWM觸發(fā)脈沖信號輸出至所述IPM功率模塊，用于接收所述IPM功 率模塊輸出的上橋臂故障信號和下橋臂故障信號，并將所述上橋臂故障信號和下橋臂故障 信號輸出至所述FPGA保護電路；
[0012] 所述FPGA保護電路，分別與所述硬件過量保護電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動 電路相連，用于根據(jù)所述硬件過量保護電路輸出的過流故障信號和過壓故障信號，以及所 述IPM功率模塊輸出的上橋臂故障信號和下橋臂故障信號，生成故障脈沖封鎖信號，首先 封鎖FPGA內(nèi)部脈沖，將通過FPGA的PWM觸發(fā)脈沖信號設(shè)為高阻態(tài)，然后將所述故障脈沖封 鎖信號輸出至所述DSP脈沖封鎖電路的中斷引腳和所述PWM驅(qū)動電路，所述FPGA保護電路 還用于接收所述DSP脈沖封鎖電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信號，并將6路PWM觸發(fā)脈沖 信號輸出至所述PWM驅(qū)動電路；
[0013] 所述DSP脈沖封鎖電路，與所述FPGA保護電路相連，用于在接收到所述故障脈沖 封鎖信號后將輸出至所述FPGA的6路PWM觸發(fā)脈沖信號設(shè)置為高阻態(tài)。
[0014] 在一個實施例中，所述硬件過量保護電路包括：
[0015] 由6個二極管1N4148構(gòu)成的共陰極全橋整流電路，與直流分壓電路相連，用于將 接收到的雙極性信號轉(zhuǎn)換為直流信號，并將所述直流信號輸出至所述直流分壓電路；
[0016] 所述直流分壓電路，分別與所述共陰極全橋整流電路、直流信號輸入端、電壓比 較器相連，用于對輸入的直流信號進行分壓，并將分壓后的電壓信號輸出至所述電壓比較 器；
[0017] 所述電壓比較器，分別與所述直流分壓電路和參考電壓閾值設(shè)定電路相連，用于 根據(jù)所述參考電壓閾值設(shè)定電路輸出的電壓比較閾值，對分壓后的電壓信號進行比較，在 分壓后的電壓閾值超出所述電壓比較閾值的范圍的情況下，輸出過流故障信號或過壓故障 信號。
[0018] 在一個實施例中，所述參考電壓閾值設(shè)定電路包括：電壓上限設(shè)定電路和電壓下 限設(shè)定電路。
[0019] 在一個實施例中，所述參考電壓閾值設(shè)定電路采用的穩(wěn)壓二極管為ZMM10穩(wěn)壓二 極管，采用的電位器為3224W-1-103E電位器。
[0020] 在一個實施例中，所述PWM驅(qū)動電路包括：第一光電轉(zhuǎn)換板和第二光電轉(zhuǎn)換板，其 中，所述第一光電轉(zhuǎn)換板與所述第二光電轉(zhuǎn)換板之間通過8根光纖連接。
[0021] 在一個實施例中，所述第一光電轉(zhuǎn)換板包括：PWM脈沖輸出信號驅(qū)動電路和變流 器本身故障信號處理電路，其中：
[0022] 所述PWM脈沖輸出信號驅(qū)動電路包括依次串聯(lián)的第一功率驅(qū)動器和第一光纖發(fā) 射器，所述第一功率驅(qū)動器用于接收所述FPGA保護電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信號和1 路故障脈沖封鎖信號，并驅(qū)動所述第一光纖發(fā)射器將6路PWM觸發(fā)脈沖信號輸出至所述IPM 功率模塊；
[0023] 所述變流器本身故障信號處理電路包括：封鎖信號轉(zhuǎn)換電路、故障脈沖信號接收 電路、和故障信號鎖存與報警電路，其中：
[0024] 所述封鎖信號轉(zhuǎn)換電路包括依次串聯(lián)的第二功率驅(qū)動器和第二光纖發(fā)射器，所述 第二功率驅(qū)動器用于將接收到的所述FPGA保護電路輸出的1路故障脈沖封鎖信號通過所 述第二光纖發(fā)射器輸出至所述第二光電轉(zhuǎn)換板；
[0025] 所述故障脈沖信號接收電路包括第三光纖接收器和一階RC濾波器，用于將所述 IPM功率模塊輸出的上橋臂故障信號和/或下橋臂故障信號轉(zhuǎn)換為電信號，并將轉(zhuǎn)換得到 的電信號輸出至所述保護電路和所述故障信號鎖存與報警電路；
[0026] 所述故障信號鎖存與報警電路的輸入信號包括：故障脈沖封鎖信號、上橋臂故障 信號、下橋臂故障信號，用于通過六反相施密特觸發(fā)器74LS14分別將上橋臂故障信號和下 橋臂故障信號取反一次，對故障脈沖封鎖信號取反兩次，其中，取反兩次后的故障脈沖封鎖 信號與LED報警燈的陰極相連，取反一次后的上橋臂故障信號和下橋臂故障信號分別輸入 到與非門芯片74LS00構(gòu)成的D鎖存器，并將復(fù)位信號與所述D鎖存器相連，鎖存的信號分 別與LED報警燈相連，且所述鎖存器中鎖存的上橋臂故障信號、下橋臂故障信號、故障脈沖 封鎖信號經(jīng)過與門芯片74LS21相與后，輸入至蜂鳴器控制回路。
[0027] 在一個實施例中，所述第二光電轉(zhuǎn)換板包括：PWM脈沖接收信號驅(qū)動電路和故障 信號發(fā)射電路，其中：
[0028] 所述PWM脈沖接收信號驅(qū)動電路，用于接收所述第一光電轉(zhuǎn)換板輸出的6路PWM 觸發(fā)脈沖信號，并將接收到的6路PWM觸發(fā)脈沖信號輸出至所述IPM功率模塊；
[0029] 所述故障信號發(fā)射電路，用于將從所述故障信號發(fā)射電路接收到的上橋臂故障信 號和/或下橋臂故障信號，輸出至所述第一光電轉(zhuǎn)換板。
[0030] 在一個實施例中，第一光纖發(fā)射器、第二光纖發(fā)射器和第三光纖發(fā)射器的型號為 HFBR1521，所述第一功率驅(qū)動器和第二功率驅(qū)動器的型號為SN75451。
[0031] 在一個實施例中，所述IPM功率模塊的型號為PM150CLA120。
[0032] 在本發(fā)明實施例中，提供了一種變流器三級信號保護電路，通過保護電路中的 FPGA保護電路和DSP脈沖封鎖電路，依據(jù)過流故障信號、過壓故障信號、上橋臂故障信號和 下橋臂故障信號生成故障脈沖封鎖信號，實現(xiàn)對電路的三級脈沖封鎖，從而解決了現(xiàn)有技 術(shù)中變流器系統(tǒng)中易出現(xiàn)過流振蕩致使IPM損壞的技術(shù)問題，利用三級脈沖封鎖來最大程 度應(yīng)對變流器內(nèi)部和外部的故障，通過FPGA對故障信號的保持，有效抑制了變