[发明专利]高压变频器功率单元驱动脉冲传输及通信系统

说明书

技术领域

本发明涉及变频器技术，特别指一种级联式高压变频器和中间包加热变频电源功率单元驱动脉冲传输及通信系统，是电子技术在变频器中的应用。

背景技术

目前高压变频器根据直流电路中滤波方式的不同主要分为电压源型和电流源型两种，电流源型变频器存在功率因数低、输入输出波形不好等缺点其应用受到很大限制。而电压源型高压变频器主要有三电平型和功率单元串联多电平型。

三电平型变频器采用钳位电路，解决了两只功率器件的串联的问题，并使相电压输出具有三个电平。三电平变频器遇到的最大难题是电压问题，其最大输出电压达不到6KV，所以往往需要采用变通的方法，要么改变电机的电压，要么在输出侧加升压变压器。这一弱点限制了它的应用。

功率单元串联多电平型采用多个低压的功率单元串联实现高压，输入侧的降压变压器采用移相方式，可有效消除对电网的谐波污染，输出侧采用多电平正弦脉宽调制PWM技术，可适用于任何电压的普通电机，另外，在某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机时造成的损失。系统采用模块化设计，可迅速替换故障模块。由此可见，单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。因此，通用型高压变频器目前是单元串联多电平型变频器占多数，约7成以上。

对于级联式多电平高压变频器和级联式中间包加热变频电源，功率单元是重要组成部分。在对功率单元的控制系统中，比较常用的是主控器通过光纤通讯下发控制信号给功率单元，功率单元按照主控器指令产生驱动脉冲，在PWM控制系统中，对通信速率的要求是微秒级，需要采用很高的通讯速率。 

现有的级联式多电平高压变频器中的功率单元，一般是功率单元自主产生绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动脉冲，主控器通过异步通信对功率单元进行控制，主控器将下发信号（脉宽、相位、旁路控制、复位等）编码后下发，功率单元接收主控器通讯命令，将控制信号翻译为绝缘栅双极型晶体管IGBT桥臂四个绝缘栅双极型晶体管IGBT的开关控制信号，并进行互锁和封锁脉冲保护判断。产生脉冲的高速性决定了每个功率单元都要有高速串行通信和计算的能力，能快速接收通信命令并做出相应处理，计算出相应脉冲并产生出来，器件选择必须采用高速器件。因为每个功率单元通信和计算的时间不能完全同步，所以其产生的脉冲会和理论有偏差。并且由于通信采用串行方式，根本上不能克服传输延时和传输速度较慢的缺点。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种结构简单的用于级联式多电平高压变频器和级联式中间包加热变频电源的功率单元驱动脉冲传输及通信系统。

 本发明高压变频器功率单元驱动脉冲传输及通信系统，包括三条连接主控器和功率单元之间的光纤，其中两条光纤连接传输主控器产生的绝缘栅双极型晶体管IGBT脉冲驱动信号，再由光纤将脉冲驱动信号接至光电转换电路后变成电信号，再接至互锁电路产生四路驱动脉冲给绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动模块；另一条是功率单元接至主控器的通信光纤，功率单元单片机把功率单元状态信息通过电光转换电路经光纤连接主控器。

本发明采用上述方案后，功率单元不用自主产生脉冲，驱动脉冲由主控器直接产生后传输给各个功率单元，功率单元只对驱动脉冲进行简单的互锁处理，无信号处理延迟，在功率单元侧不需要复杂的通信命令解码，通信电路和芯片无需特殊设计，低速的普通单片机就能满足工作需要。两路驱动脉冲信号只需要简单的门电路互锁后就可以输出给绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动模块，电路简单可靠，技术可行性好，成本低。由于整个电路未采用复杂电路和复杂器件，显著提高了电路的可靠性，特别是在高电压大电流工作环境下。

附图说明

    图1是本发明系统方框图。

    图2是本发明功率单元整流逆变电路图。

    图3是本发明互锁电路示意图。

具体实施方式

由图1至3可知，本发明由高压变频器功率单元驱动脉冲传输及通信系统，其特征在于包括三条连接主控器和功率单元之间的光纤，其中两条光纤1连接传输主控器产生的绝缘栅双极型晶体管IGBT脉冲驱动信号2，再由光纤将脉冲驱动信号接至光电转换电路3后变成电信号，再接至互锁电路4产生四路驱动脉冲给绝缘栅双极型晶体管IGBT驱动模块；另一条是功率单元接至主控器的通信光纤5，功率单元单片机7把功率单元状态信息6通过电光转换电路8经光纤连接主控器。