本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域。更具體地講，涉及一種電力電子功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)及其取能電源。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中，對于大功率電力電子模塊，如靜止無功發(fā)生器(staticvargenerator，svg)、風(fēng)電變流器、模塊化多電平變換器(modularmultilevelconverter，mmc)等，其功率模塊的主要包括由絕緣柵雙極晶體管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)組成的半橋、兩相全橋或三相全橋，并配有母線支撐電容。功率模塊的控制系統(tǒng)包括：開關(guān)電源、電壓采樣板、驅(qū)動裝置及主控制器。開關(guān)電源從功率模塊的母線上取電，將高壓電轉(zhuǎn)換成低壓電給驅(qū)動裝置供電，驅(qū)動裝置負(fù)責(zé)接收主控制器的命令，給功率模塊發(fā)送控制命令，同時將模塊信息上傳給主控制器。電壓采樣板對母線電壓進(jìn)行采樣，并將采樣信號傳送給驅(qū)動控制板。

目前電壓采樣板從母線引入配線用于電壓采樣，直接將電壓采樣結(jié)果輸出給驅(qū)動裝置，采集精度不高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種包括電壓采樣功能的電力電子功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)及其取能電源，以提高采樣精度。

本發(fā)明提供一種電力電子功率模塊的取能電源，所述取能電源包括開關(guān)電源和母線電壓采樣裝置，其中，所述開關(guān)電源，用于從母線獲取第一電壓信號，將獲取的第一電壓信號轉(zhuǎn)換為第二電壓信號，并且將所述第二電壓信號輸出給所述電力電子功率模塊的驅(qū)動裝置和所述母線電壓采樣裝置，所述第一電壓信號的值大于第二電壓信號的值；所述母線電壓采樣裝置，用于采集所述母線的電壓信號，將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換為方波信號，并將所述方波信號傳輸給所述驅(qū)動裝置，所述方波信號用于所述驅(qū)動裝置確定所述母線的電壓值。

可選地，所述母線電壓采樣裝置包括壓頻轉(zhuǎn)換電路。

可選地，所述母線電壓采樣裝置還包括光電轉(zhuǎn)換器，所述光電轉(zhuǎn)換器將所述壓頻轉(zhuǎn)換器輸出的所述方波信號由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并將所述光信號輸出到所述驅(qū)動裝置。

可選地，所述開關(guān)電源和所述母線電壓采樣裝置集成設(shè)置在同一塊電路板上。

可選地，還包括外部輸入端，所述外部輸入端與所述母線連接，所述開關(guān)電源以及所述母線電壓采樣裝置通過所述外部輸入端與所述母線連接。

可選地，所述第二電壓信號包括第三電壓信號和第四電壓信號，所述第三電壓信號用于為所述驅(qū)動裝置供電，所述第四電壓信號用于為所述母線電壓采樣裝置供電，所述第三電壓信號的值大于所述第四電壓信號的值。

可選地，所述開關(guān)電源包括dc/dc轉(zhuǎn)換器，并且所述開關(guān)電源從母線獲取的第一電壓信號是直流電；或者，所述開關(guān)電源包括ac/dc轉(zhuǎn)換器，并且所述開關(guān)電源從母線獲取的第一電壓信號是交流電。

本發(fā)明的另一方面提供一種電力電子功率模塊的驅(qū)動裝置，所述驅(qū)動裝置與上述的取能電源連接，所述驅(qū)動裝置包括：電源單元，用于接收所述取能電源中開關(guān)電源輸出的所述第二電壓信號；信號輸入單元，用于接收所述取能電源中母線電壓采樣裝置輸出的方波信號；處理單元，用于根據(jù)所述信號輸入單元接收的方波信號的頻率計算所述母線的電壓值。

本發(fā)明的另一方面提供一種電力電子功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)，該驅(qū)動控制系統(tǒng)包括如上所述的取能電源以及如上所述的驅(qū)動裝置，所述取能電源與所述驅(qū)動裝置連接。

本發(fā)明的另一方面提供一種變流器功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)，所述驅(qū)動控制系統(tǒng)包括如上所述的取能電源以及如上所述的驅(qū)動裝置，所述取能電源與所述變流器功率模塊的直流母線及所述驅(qū)動裝置連接，所述驅(qū)動裝置與所述變流器功率模塊連接。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的電力電子功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)及其取能電源可減少電路板占用的空間，以及節(jié)省母線到母線電壓采樣板的配線，并且將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換為方波信號，溫漂小，采樣精度較高，性價比高。

將在接下來的描述中部分闡述本發(fā)明另外的方面和/或優(yōu)點，還有一部分通過描述將是清楚的，或者可以經(jīng)過本發(fā)明的實施而得知。

附圖說明

通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，其中：

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的電力電子功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的取能電源的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例。

圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的電力電子功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。根據(jù)本發(fā)明的實施例的電力電子功率模塊可以是各種大功率電力電子器件(例如svg、變流器、mmc等)的功率模塊。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的電力電子功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)可包括取能電源20和驅(qū)動裝置30。取能電源20與所述驅(qū)動裝置連接30連接。驅(qū)動裝置30與電力電子功率模塊(即igbt模塊10)連接。在上述電力電子功率模塊是變流器功率模塊的情況下，變流器功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)包括取能電源10和驅(qū)動裝置30，取能電源20與變流器功率模塊的直流母線及驅(qū)動裝置30連接，驅(qū)動裝置30與變流器功率模塊(即igbt模塊10)連接。

具體說來，取能電源20包括開關(guān)電源21和母線電壓采樣裝置22。

開關(guān)電源21用于從igbt模塊10后端的母線獲取第一電壓信號，將獲取的第一電壓信號轉(zhuǎn)換為第二電壓信號，并且將第二電壓信號輸出給驅(qū)動裝置30和母線電壓采樣裝置22，以給驅(qū)動裝置30和母線電壓采樣裝置22提供電源。

具體說來，開關(guān)電源21的輸入端與母線連接從而從母線獲取第一電壓信號。開關(guān)電源21的多個輸出端分別與驅(qū)動裝置30的電源輸入端以及母線電壓采樣裝置22的電源輸入端連接，從而向驅(qū)動裝置30和母線電壓采樣裝置22供電。

此外，由于驅(qū)動裝置30和母線電壓采樣裝置22的供電電壓可能不同，因此，所述第二電壓信號包括第三電壓信號和第四電壓信號，所述第三電壓信號用于為所述驅(qū)動裝置供電，所述第四電壓信號用于為所述母線電壓采樣裝置供電，所述第三電壓信號的值大于所述第四電壓信號的值。也就是說，在驅(qū)動裝置30和母線電壓采樣裝置22的供電電壓不同的情況下，開關(guān)電源21將獲取的第一電壓信號轉(zhuǎn)換為電壓不同的第三電壓信號和第四電壓信號，以向供電電壓不同的驅(qū)動裝置30和母線電壓采樣裝置22供電。

母線電壓采樣裝置22采集母線的電壓信號，將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換為方波信號，并將方波信號傳輸給驅(qū)動裝置30，所述方波信號用于驅(qū)動裝置30確定母線的電壓值，從而驅(qū)動裝置30可根據(jù)母線的電壓值驅(qū)動igbt模塊10。由于方波信號的頻率與母線的電壓值成正比，驅(qū)動裝置30可通過測量方波信號的頻率，來確定母線的電壓值。

具體說來，由于開關(guān)電源21的輸入端與母線進(jìn)行了連接，因此，母線電壓采樣裝置22的輸入端可通過與母線連接的開關(guān)電源21的輸入端連接來采集母線的電壓信號。此外，取能電源20還可設(shè)置連接到母線的外部輸入端，開關(guān)電源21以及母線電壓采樣裝置22可通過外部輸入端來與母線連接。也就是說，開關(guān)電源21的輸入端以及母線電壓采樣裝置22的輸入端與取能電源20的外部輸入端。這樣，母線電壓采樣裝置22可通過與開關(guān)電源21的輸入端或取能電源20的外部輸入端連接來獲取母線的電壓信號，省去了母線到母線電壓采樣裝置22的配線，簡化了系統(tǒng)配線。

母線電壓采樣裝置22通過信號輸出端將方波信號傳輸至驅(qū)動裝置30，從而驅(qū)動裝置30根據(jù)方波信號確定母線的電壓值。

由于開關(guān)電源21和母線電壓采樣裝置22被設(shè)置在取能電源20中，開關(guān)電源21和母線電壓采樣裝置22可被集成在同一塊電路板上，與現(xiàn)有技術(shù)中母線電壓采樣裝置22需要單獨占用一塊電路板相比，減少了電路板占用的空間，并且母線電壓采樣裝置22可通過與開關(guān)電源21的輸入端或取能電源20的外部輸入端連接來獲取母線的電壓信號，省去了母線到母線電壓采樣裝置22的配線，簡化了系統(tǒng)配線。

此外，母線電壓采樣裝置22將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換為方波信號，而方波信號是數(shù)字量，相比于現(xiàn)有技術(shù)中的將電壓信號轉(zhuǎn)換為模擬信號采樣方式(例如，霍爾采樣、線性光耦采樣和電源輔助繞組采樣)，溫漂小，采集精度高，性價比高，并且可采用光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。并且由于向驅(qū)動裝置30發(fā)送的方波信號是數(shù)字量，可以節(jié)省驅(qū)動裝置30中的一路模擬量轉(zhuǎn)數(shù)字量的通道。

母線電壓采樣裝置22可通過各種方式來將電壓信號轉(zhuǎn)換為方波信號。優(yōu)選地，為了提高采樣精度以及降低采用成本，母線電壓采樣裝置22可通過壓頻轉(zhuǎn)換的方式來將電壓信號轉(zhuǎn)換為方波信號。相應(yīng)地，母線電壓采樣裝置22可包括壓頻轉(zhuǎn)換電路。壓頻轉(zhuǎn)換電路可包括輸出方波信號的壓頻轉(zhuǎn)換器以及采樣電阻。

采樣電阻包括串聯(lián)連接的第一采樣電阻器和第二采樣電阻器，采樣電阻的兩端分別連接到母線的正負(fù)極，壓頻轉(zhuǎn)換器的信號輸入端連接到第一采樣電阻器和第二采樣電阻器之間的節(jié)點。這樣，壓頻轉(zhuǎn)換器采集的電壓是第二采樣電阻器兩端的電壓，第一采樣電阻可對母線的高電壓進(jìn)行分壓，也就是說降低了壓頻轉(zhuǎn)換器的輸入端接收的電壓信號的電壓，可保證器件的安全。相應(yīng)地，驅(qū)動裝置30在確定母線的電壓值時還需要考慮第二采樣電阻對的母線的高壓的分壓情況，具體的計算方法可參照下述的等式(1)。

此外，壓頻轉(zhuǎn)換器的其他端口還需要連接一些外圍器件，其具體的連接關(guān)系與壓頻轉(zhuǎn)換器的型號有關(guān)，下文中將以ad654芯片為例進(jìn)行說明。

在驅(qū)動裝置30與母線電壓采樣裝置22之間的距離較遠(yuǎn)的情況下，為了實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，母線電壓采樣裝置22還可包括光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將壓頻轉(zhuǎn)換電路輸出的方波信號由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并通過光纖將轉(zhuǎn)換得到的光信號輸出到驅(qū)動裝置30。

以下將參照圖2來描述母線電壓采樣裝置22的具體結(jié)構(gòu)。

圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的取能電源的結(jié)構(gòu)框圖。壓頻轉(zhuǎn)換器可以是各種可將電壓信號轉(zhuǎn)換為頻率信號(即方波信號)的芯片，圖2中以ad654芯片為例來描述壓頻轉(zhuǎn)換器與其他器件之間的連接關(guān)系。

如圖2所示，開關(guān)電源21將從母線獲取的第一電壓信號轉(zhuǎn)換為電壓(例如24v、15v、5v)不同的第二電壓信號，并且將通過轉(zhuǎn)換得到的多種第二電壓信號分別提供給其他器件供電，例如，將24v的低壓直流電提供給驅(qū)動裝置30供電，將15v的低壓直流電提供給壓頻轉(zhuǎn)換器(ad654芯片)221的電源輸入端8，將5v的低壓直流電提供給光電轉(zhuǎn)換器222供電。

第一采樣電阻器r1的一端與母線的正極連接，另一端與第二電阻器r2的一端連接，第二電阻器r2的另一端與母線的負(fù)極連接，ad654芯片221的信號輸入端4與第一采樣電阻器r1和第二電阻器r2之間的節(jié)點連接。節(jié)點與地之間連接有濾波電容器c1。第一采樣電阻器r1可以是兆歐級的電阻器，第二電阻器r2可以是千歐級的電阻器。

ad654芯片221的邏輯地端2以及接地端5均與母線的負(fù)極連接。

ad654芯片221的定時電阻引腳端3與定時電阻器r4的一端連接，定時電阻器r4的另一端與母線的負(fù)極連接。定時電阻器r4可以是千歐級的電阻器。

ad654芯片221的兩個定時電容引腳端6和7之間連接定時電容器c2。定時電容器c2可以是納法級的電容器。

ad654芯片221的信號輸出端1與上拉電阻器r3的一端以及光電轉(zhuǎn)換器222的信號輸入端連接，上拉電阻器r3的另一端與開關(guān)電源21的輸出5v的低壓直流電的端口連接。光電轉(zhuǎn)換器222將ad654芯片221輸出的方波信號由電信號轉(zhuǎn)換為光信號，并將轉(zhuǎn)換得到的光信號發(fā)送到驅(qū)動裝置30。上拉電阻器r3是一千歐左右的電阻器。

驅(qū)動裝置30根據(jù)接收到的光信號確定方波信號的頻率，并根據(jù)頻率來確定母線的電壓值。

驅(qū)動裝置30可通過以下等式(1)來根據(jù)方波信號的頻率f確定母線的電壓值u。

可以理解，根據(jù)本發(fā)明的實施例的母線電壓采樣裝置的具體結(jié)構(gòu)不限于圖2中所示的具體結(jié)構(gòu)，例如，壓頻轉(zhuǎn)換器還可以是其他型號的芯片，壓頻轉(zhuǎn)換器的各端口以及與其他器件的連接關(guān)系還可以是其他的形式。此外，確定母線的電壓值的方法不限于等式(1)的方式，還可以通過其他方式來確定母線的電壓值。

此外，根據(jù)本發(fā)明的實施例的取能電源可以采集直流電壓，也可以采集交流電壓。也就是說，上述母線的第一電壓信號可以是直流電，開關(guān)電源21從母線獲取直流電。在這種情況下，開關(guān)電源21可包括dc/dc轉(zhuǎn)換器，以將較高電壓的直流電轉(zhuǎn)換為較低電壓的直流電。上述母線的第一電壓信號還可以是交流電，開關(guān)電源21從母線獲取交流電。在這種情況下，開關(guān)電源21可包括ac/dc轉(zhuǎn)換器，以將較高電壓的交流電轉(zhuǎn)換為較低電壓的直流電。

本發(fā)明的實施例還提供一種電力電子功率模塊的驅(qū)動裝置。該驅(qū)動裝置與上述的取能電源連接。所述驅(qū)動裝置包括電源單元、信號輸入單元和處理單元。電源單元用于接收取能電源中開關(guān)電源輸出的第二電壓信號。信號輸入單元用于接收取能電源中母線電壓采樣裝置輸出的方波信號。處理單元用于根據(jù)信號輸入單元接收的方波信號的頻率計算母線的電壓值。

根據(jù)本發(fā)明的實施例的電力電子功率模塊的驅(qū)動控制系統(tǒng)及其取能電源可減少電路板占用的空間，以及節(jié)省母線到母線電壓采樣板的配線，并且將采集的電壓信號轉(zhuǎn)換為方波信號，溫漂小，采樣精度較高，性價比高。

盡管已經(jīng)參照其示例性實施例具體顯示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的各種改變。