[发明专利]一种基于微控制器的智能功率板

说明书

技术领域

本发明涉及一种功率控制装置，尤其涉及一种基于微控制器的智能功率回路和功率板

背景技术

在目前的伺服驱动器、变频器等逆变应用系统中，大多采用功率回路和控制回路分离的结构。

控制回路需要采集功率回路中的相关状态信息，并作出相应的控制，在目前大部分的应用系统中，状态信息和控制信息分别通过单独的信号线在功率回路和控制回路之间进行传输，随着系统智能化水平的提高，需要的状态信息和控制信息会越来越多，功率回路和控制回路之间连接的信号线数目就会随之增多。而连接功率回路和控制回路之间的信号线需要进行强电和弱电隔离，在信号线数增多的情况下，使用的隔离器件个数也按比例的增加，在增加印制板面积的同时，系统成本也随之大幅度地增加，不利于系统结构的规划和PCB板上的布局布线。

同时随着系统布线的复杂程度增加，信号线路径的变长，模拟信号在传输过程中受干扰的可能性变大，影响数据精度，不利于系统的反馈控制，在模拟通路上引入信号调理电路可以有效的拟制干扰，但是会带来成本上的大幅提高；数字信号也会因为干扰出现误动作，引起系统出错，严重的会造成系统故障。这点在大功率的系统中，会因为设计需要使结构分散，使得上述现象变的更加明显。

在目前的应用系统中还缺少有效的温度控制，或者仅仅采用了简单的温度控制方式，会使得效率过低，或者使得局部温度波动过大，无法使功率回路局部温度稳定在一个合理的状态。

而额外的功率板状态智能控制需要占用控制回路MCU的处理时间，影响控制回路MCU的算法处理时间。

以上问题可以通过在功率回路中内置一颗MCU来解决。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于微控制器的智能功率板，该智能功率板包括功率回路，其特征在于：所述智能功率板进一步包括微控制器，所述微控制器与所述功率回路相连，所述微控制器包括ADC模块、IO模块和通信接口模块；所述ADC模块接收功率回路中的电压采样值；所述IO模块连接继电器模块和温度控制模块，所述通信接口模块通过通信总线与控制回路进行连接，所述通信总线上设置有隔离器件，并且所述通信总线采用的信号连接线的数量为2至6根。

在上述技术方案中，所述ADC模块还与功率回路中的PTC模块和NTC模块相连接。

在上述技术方案中，所述通信总线采用2～6线制的通信方式，优选采用SCI、SPI、I²C通信方式之一。

在上述技术方案中，所述通信总线采用串行通信协议，优选采用Modbus通信协议。

在上述技术方案中，所述微控制器与控制回路依据主从关系进行通信，所述微控制器作为从设备，被动接收下行数据帧，并按解析后的内容进行相应的操作。

在上述技术方案中，所述微控制器循环通过通信接口接收控制回路的下行数据，参考微控制器收集的功率回路的状态量，对功率回路中控制节点进行直接快速的控制，所述控制节点包括继电器和刹车开关。

在上述技术方案中，所述微控制器可以在不需要控制回路的干预下实现对功率回路的智能控制，所述智能控制包括：功率回路硬件资源的自检、三相电的缺相检测、功率回路主要供电电源的电压检测及电压跌落的预测、输出转矩不足的预测。

在上述技术方案中，在功率回路中，微控制器执行下述任务中的一项或多项：

依据下行数据帧的内容，参考内部直流母线电压的采样结果，控制直流母线通路上继电器的通断，在系统出错或者故障时断开直流母线的连接，保护系统的安全；

在出现严重问题需要紧急刹车的情况下，直接关断逆变桥调制信号，以保护逆变桥模块及其他重要部件；

读取缺相检测模块的检测信号量，依此判断是否有缺相发生，并依据结果和设定条件进行相应的处理；

发送相应的控制信号，并将反馈信号读回，对功率回路的硬件资源进行相应的检测，所述检测内容包括：各信号通路的隔离器件是否正常，继电器开关动作是否正常，辅助的散热设施是否正常，刹车部分功能是否正常，刹车电阻是否安装及通过母线电压下降速度判断其参数是否合理，各主要供电电源的电压值是否正常。

在上述技术方案中，NTC电压、PTC电压、逆变桥驱动供电电压、电流传感器供电电压和直流母线电压等模拟信号经过硬件滤波等处理后连接到微控制器的AD采样输入端，通过微控制器就近将模拟信号转换为数据信号，并将采样后的数字信号进行滤波等预处理，将处理之后的结果保存在MCU内部的数据缓冲区中。