[发明专利]一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流电电路

摘要

一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流电电路，将三相四线制中的任一相和中线引出，得到50hZ单相220V交流电。将输出端的中线通过第四电感L4与650V直流电路中性点(C1和C2连接点)连接，一方面满足不对称负载时相电压偏差要求；另一面有效抑制IPM电路对自身数字控制电路和外部用电设备的电磁干扰。本发明电路一方面可同时输出50hZ单相220V和三相380V大功率交流电(单相4kW，三相12kW)，另一方面输出的电源品质符合国军标要求。可以满足军民领域中单相、三相设备同时存在且无市电条件下的供电需求，并已成功应用于某型号导弹发射车车载发电设备的研制。

主权项

一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流电电路，其特征在于：包括650V直流电路、数字控制电路、信号隔离电路、保护信号隔离电路、IPM电路、LC滤波电路、交流负载；650V直流电路包括第一铝电解电容C1、第二铝电解电容C2；数字控制电路包括美国德州仪器公司生产的数字信号处理器芯片TMS320LF2407A，第一电阻R101、第二电阻R102、第三电阻R103、第四电阻R104、第五电阻R105、第六电阻R106、第一电容C101、第二电容C102、第三电容C103、第四电容C104、第五电容C105、第六电容C106、第七电容C107、第八电容C108、第九电容C109、第十电容C110、第十一电容C111、第十二电容C112、第十三电容C113和第十四电容C114；信号隔离电路包括第七电阻R1、第八电阻R2、第九电阻R3、第十电阻R4、第十一电阻R5、第十二电阻R6、第十三电阻R7、第十四电阻R8、第十五电阻R9、第十六电阻R10、第十七电阻R11、第十八电阻R12、第一高速光电耦合器U1、第二高速光电耦合器U2、第三高速光电耦合器U3、第四高速光电耦合器U4、第五高速光电耦合器U5、第六高速光电耦合器U6、第十五电容C6、第十六电容C7、第十七电容C8、第十八电容C15、第十九电容C16、第二十电容C17、第二十一电容C18、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第一铝电解电容C9、第二铝电解电容C10、第三铝电解电容C11、第四铝电解电容C12、第五铝电解电容C13、第六铝电解电容C14、第七铝电解电容C19、第八铝电解电容C20、第九铝电解电容C21；保护信号隔离电路包括单通道晶体管输出光电耦合器U7、第十九电阻R13、第二十五电容C25、第二十六电容C26、第十铝电解电容C27；IPM电路包括日本三菱公司的智能功率模块PM100CL1A120；LC滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一有机薄膜CBB电容C3、第二有机薄膜CBB电容C4、第三有机薄膜CBB电容C5；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一Vsso引脚一路接地、另一路接第一电容C101的一端、第一电容C101的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一Vddo引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第二Vsso引脚一路接地、另一路接第六电容C106的一端、第六电容C106的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第二Vddo引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第三Vsso引脚一路接地、另一路接第八电容C108的一端、第八电容C108的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第三Vddo引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第四Vsso引脚一路接地、另一路接第九电容C109的一端、第九电容C109的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第四Vddo引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第五Vsso引脚一路接地、另一路接第十一电容C111的一端、第十一电容C111的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第五Vddo引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第六Vsso引脚一路接地、另一路接第十四电容C114的一端、第十四电容C114的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第六Vddo引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一Vss引脚一路接地、另一路接第五电容C105的一端、第五电容C105的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一Vdd引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第二Vss引脚一路接地、另一路接第七电容C107的一端、第七电容C107的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第二Vdd引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第三Vss引脚一路接地、另一路接第十电容C110的一端、第十电容C110的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第三Vdd引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第四Vss引脚一路接地、另一路接第十三电容C113的一端、第十三电容C113的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第四Vdd引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的引脚通过第二电阻R102连接电源VCC；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第125号引脚的第七Vsso引脚和引脚接地；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的ENA_144引脚通过第六电阻R106连接电源VCC，数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的引脚通过第五电阻R105连接电源VCC，数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的READY引脚通过第四电阻R104连接电源VCC，数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的引脚通过第三电阻R103连接电源VCC；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的PLLF2引脚一路连接第二电容C102的一端，另一路连接第一电阻R101的一端，第二电容C102的另一端连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的PLLF引脚，第一电阻R101的另一端通过第三电容C103连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的PLLF引脚；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的PLLVcca引脚一路连接电源VCC，另一路通过第四电容C104接地；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的Vccp连接5V电源；数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一VSSA引脚一路接地、另一路接第十二电容C112的一端、第十二电容C112的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的VCCA引脚；第一高速光电耦合器U1的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM1接口，第一高速光电耦合器U1的CATH接口通过第十三电阻R7接地，第一高速光电耦合器U1的VCC接口第一路连接第七电阻R1的一端，第二路连接第十八电容C15的一端，第三路连接第四铝电解电容C12的正极性端，第四路连接第一铝电解电容C9的正极性端，第五路连接第十五电容C6的一端，第七电阻R1的另一端一路连接第一高速光电耦合器U1的VO引脚，第十八电容C15的另一端、第四铝电解电容C12的负极性端、第一铝电解电容C9的负极性端、第十五电容C6的另一端连接第一15V电源的负极VUPC，第四铝电解电容C12的正极性端还连接第一15V电源的正极VUP1，第一高速光电耦合器U1的GND连接第一15V电源的负极VUPC；第二高速光电耦合器U2的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM3接口，第二高速光电耦合器U2的CATH接口通过第十四电阻R8接地，第二高速光电耦合器U2的VCC接口第一路连接第八电阻R2的一端，第二路连接第十九电容C16的一端，第三路连接第五铝电解电容C13的正极性端，第四路连接第二铝电解电容C10的正极性端，第五路连接第十六电容C7的一端，第八电阻R2的另一端一路连接第二高速光电耦合器U2的VO引脚，第十九电容C16的另一端、第五铝电解电容C13的负极性端、第二铝电解电容C10的负极性端、第十六电容C7的另一端连接第二15V电源的负极VVPC，第五铝电解电容C13的正极性端还连接第二15V电源的正极VVP1，第二高速光电耦合器U2的GND端连接第二15V电源的负极VVPC；第三高速光电耦合器U3的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM5接口，第三高速光电耦合器U3的CATH接口通过第十五电阻R9接地，第三高速光电耦合器U3的VCC接口第一路连接第九电阻R3的一端，第二路连接第二十电容C17的一端，第三路连接第六铝电解电容C14的正极性端，第四路连接第三铝电解电容C11的正极性端，第五路连接第十七电容C8的一端，第九电阻R3的另一端一路连接第三高速光电耦合器U3的VO引脚，第二十电容C17的另一端、第六铝电解电容C14的负极性端、第三铝电解电容C11的负极性端、第十七电容C8的另一端连接第三15V电源的负极VWPC，第六铝电解电容C14的正极性端还连接第三15V电源的正极VWP1，第三高速光电耦合器U3的GND端连接第三15V电源的负极VWPC；第四高速光电耦合器U4的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM2接口，第四高速光电耦合器U4的CATH接口通过第十六电阻R10接地，第四高速光电耦合器U4的VCC接口第一路连接第十电阻R4的一端，第二路连接第二十二电容C22的一端，第三路连接第七铝电解电容C19的正极性端，第四路连接第二十一电容C18的一端，第十电阻R4的另一端一路连接第四高速光电耦合器U4的VO引脚，第二十二电容C22的另一端、第七铝电解电容C19的负极性端、第二十一电容C18的另一端连接第四15V电源的负极VNC，第七铝电解电容C19的正极性端还连接第四15V电源的正极VN1，第四高速光电耦合器U4的GND端连接第四15V电源的负极VNC；第五高速光电耦合器U5的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM4接口，第五高速光电耦合器U5的CATH接口通过第十七电阻R11接地，第五高速光电耦合器U5的VCC接口第一路连接第十一电阻R5的一端，第二路连接第二十三电容C23的一端，第三路连接第八铝电解电容C20的正极性端，第十一电阻R5的另一端一路连接第五高速光电耦合器U5的VO引脚，第二十三电容C23的另一端、第八铝电解电容C20的负极性端连接第四15V电源的负极VNC，第八铝电解电容C20的正极性端还连接第四15V电源的正极VN1，第五高速光电耦合器U5的GND端连接第四15V电源的负极VNC；第六高速光电耦合器U6的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM6接口，第六高速光电耦合器U6的CATH接口通过第十八电阻R12接地，第六高速光电耦合器U6的VCC接口第一路连接第十二电阻R6的一端，第二路连接第二十四电容C24的一端，第三路连接第九铝电解电容C21的正极性端，第十二电阻R6的另一端一路连接第六高速光电耦合器U6的VO引脚，第二十四电容C24的另一端、第九铝电解电容C21的负极性端连接第四15V电源的负极VNC，第九铝电解电容C21的正极性端还连接第四15V电源的正极VN1，第六高速光电耦合器U6的GND端连接第四15V电源的负极VNC；单通道晶体管输出光电耦合器U7的ANODE接口连接第四15V电源的正极VN1，单通道晶体管输出光电耦合器U7的CATH接口连接智能功率模块PM100CL1A120的第19接口,单通道晶体管输出光电耦合器U7的EMITTER接口接地，单通道晶体管输出光电耦合器U7的COLLECTOR一路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的FO1引脚，另一路连接第十九电阻R13的一端，第十九电阻R13的另一端的第一路连接电源VCC，第二路连接第二十五电容C25的一端，第三路连接第二十六电容C26一端，第四路连接第十铝电解电容C27的正极性端，第二十五电容C25的另一端、第二十六电容C26的另一端和第十铝电解电容C27的负极性端同时接地；智能功率模块PM100CL1A120的第2号接口和第4号接口均连接第一15V电源的正极VUP1，智能功率模块PM100CL1A120的第3号接口连接第一高速光电耦合器U1的VO端，智能功率模块PM100CL1A120的第1号接口连接第一15V电源的负极VUPC；智能功率模块PM100CL1A120的第6号接口和第8号接口均连接第二15V电源的正极VVP1，智能功率模块PM100CL1A120的第7号接口连接第二高速光电耦合器U2的VO端，智能功率模块PM100CL1A120的第5号接口连接第二15V电源的负极VVPC；智能功率模块PM100CL1A120的第10号接口和第12号接口均连接第三15V电源的正极VWP1，智能功率模块PM100CL1A120的第11号接口连接第三高速光电耦合器U3的VO端，智能功率模块PM100CL1A120的第9号接口连接第三15V电源的负极VWPC；智能功率模块PM100CL1A120的第16号接口连接第四高速光电耦合器U4的VO端；智能功率模块PM100CL1A120的第17号接口连接第五高速光电耦合器U5的VO端；智能功率模块PM100CL1A120的第18号接口连接第六高速光电耦合器U6的VO端；智能功率模块PM100CL1A120的第14号接口连接第四15V电源的正极VN1，智能功率模块PM100CL1A120的第13号接口连接第四15V电源的负极VNC；智能功率模块PM100CL1A120的输入口P一路连接650V直流电源正极，另一路连接第一铝电解电容C1的正极性端，第一铝电解电容C1的负极性端一路连接第四电感L4的一端，另一路连接第二铝电解电容C2的正极性端，第二铝电解电容C2的负极性端一方面连接650V直流电源负极，另一方面连接智能功率模块PM100CL1A120的输入口N，第四电感L4的另一端第一路连接第一有机薄膜CBB电容C3的一端，第二路连接第二有机薄膜CBB电容C4的一端，第三路连接第三有机薄膜CBB电容C5的一端，第四路连接电路三相四线制输出端的中线D；第一有机薄膜CBB电容C3的另一端一路通过第一电感L1连接智能功率模块PM100CL1A120的输出口U，另一路连接电路三相四线制输出端的A相；第二有机薄膜CBB电容C4的另一端一路通过第二电感L2连接智能功率模块PM100CL1A120的输出口V，另一路连接电路三相四线制输出端的B相；第三有机薄膜CBB电容C5的另一端一路通过第三电感L3连接智能功率模块PM100CL1A120的输出口W，另一路连接电路三相四线制输出端的C相；交流负载的四个输入端口分别连接电路三相四线制输出端的A相、电路三相四线制输出端的B相、电路三相四线制输出端的C相、电路三相四线制输出端的中线D。