[实用新型]可方便组合的功率单元模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种电路集成化模块，属于电力电子技术领域。

背景技术

传统电力电子产品的大致研发过程为：首先，进行理论分析；其次，利用仿真工具进行原理验证和参数设计工作；然后，进行样机设计工作；最后，在上述工作基础上完成产品化过程。但是，就电力电子产品设计开发过程的样机设计阶段而言，目前的状况是，先完成主电路、驱动电路以及控制电路硬件设计及调试；然后编制控制软件；最后，进行软硬件调试，完成初步样机。由于电路的设计、制作、安装亦需要花费大量的时间和精力，而且硬件电路一旦设计出来，如调试中出现问题很难改动，甚至需要重新研制，因此整个周期比较长。而且设计相似的产品时，都必须重复类似的设计过程，这些问题严重制约了电力电子技术应用领域的拓展。

因此，需提出一种通用简便的设计方法，提高电力电子产品的研发效率。

发明内容

技术问题：针对上述电力电子装置开发效率低、重复劳动过多等问题，本实用新型旨在设计一种集成化的可方便组合的功率单元模块，由多个电力电子功率单元模块组成的电路可以用于大多数电力电子应用场合，各个电力电子功率单元模块均通过通讯接口连接至上层控制平台，并由上层控制平台统一控制。

技术方案：本实用新型的可方便组合的功率单元模块包括功率器件单元、驱动及保护电路、检测及调理电路、控制电路、通讯接口、缓冲电路、散热器；其中，通讯接口内部的输入端和输出端分别接控制电路，驱动及保护电路的输入端和输出端分别接控制电路；功率器件单元为由两个功率器件串联构成的单桥臂电路，功率器件均带有与之并联的快恢复二极管，相串联的两个功率器件的两端分别为直流正端和直流负端，分别接驱动及保护电路、缓冲电路和检测及调理电路，相串联的两个功率器件的中端为交流端；检测及调理电路的输出端接控制电路。

通讯接口是指与统一控制平台的接口；控制电路是把检测到的故障信号及主电路的电流、电压信号处理后经通讯接口送给上层控制平台处理，从而减少上层控制平台的工作量。

驱动及保护电路有小功率电力电子器件的驱动和保护电路和大功率电力电子器件的驱动和保护电路两种。小功率电力电子器件的驱动和保护电路由低端驱动芯片及分立元件构成的保护电路两部分组成，以降低生产成本。低端驱动芯片是指不经外部放大电路只能驱动小功率IGBT或MOSFET的驱动芯片，是指不具有完整保护功能或不具有任何保护功能的驱动芯片；大功率电力电子器件的驱动和保护电路对隔离和抗干扰的要求比较高，采用集成的带完整保护功能的，可以直接驱动大功率IGBT的驱动芯片；

针对IGBT，驱动及保护电路中的保护是指针对单个IGBT的栅极过压保护、集电极与发射极间的过压保护、驱动电源欠压保护；

检测及调理电路包括温度检测，电压、电流检测及AD转换电路。温度检测采用数字输出温度传感器，无需A/D转换直接连至控制电路，温度传感器安装在靠近功率器件IGBT或MOSFET的散热板上，检测的温度近似认为是功率器件的温度；电压、电流检测分别采用线性霍尔元件，分别检测主电路的电压和电流，输出信号经A/D转换后送至控制电路；

控制电路可以由单片机或CPLD构成，有三部分电路与之连接：第一部分是与通讯接口的连接，通讯接口向控制电路发出一路PWM驱动信号或复位信号，控制电路向通讯接口送回的是传感器(主电路电压、电流和功率器件的温度)的值和错误编码(过温、过压、过流、欠压)；第二部分是与驱动及保护电路的连接，由于上下管的驱动信号是互补的，故通讯接口送入控制电路的一路PWM驱动信号经处理后可形成带死区的两路PWM脉冲信号，然后送到驱动与保护模块来驱动一个单桥臂，从驱动及保护电路返回的故障信号经控制电路编码后得到对应于不同故障的错误编码(过压、驱动电源欠压)送至通讯接口；第三部分是与检测及调理电路的连接，由检测及调理电路向控制电路发送主电路的电压、电流和功率器件的温度信号，与控制电路内部已设定的数值比较后对功率器件做出直流过压保护、过流保护、过温保护，并通过不同的编码将传感器的测量值和故障编码送出；

通讯接口电路采用光纤通信，其作用是实现上层控制平台与电力电子功率单元模块之间的通讯，包括PWM驱动信号或复位信号的发出和故障编码、传感器值的返回；缓冲电路主要用于抑制功率器件单元内部的过电压和du/dt或者过电流和di/dt，同时减小功率器件的开关损耗。缓冲电路可采用C缓冲电路、RC缓冲电路、RCVD缓冲电路等形式。

散热器相当于一个基座，功率器件单元安装在散热器上，其它电路以印制电路板的形式固定于功率器件单元之上，从而形成一个集成的模块。