用于复杂拓扑电子变换装置的IGBT短路故障定位电路制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于复杂拓扑电子变换装置的IGBT短路故障定位电路，包括CPU电路、接口电路及IGBT驱动电路；CPU电路与接口电路相连，CPU电路产生并行的PWM开关信号传送给接口电路；接口电路与IGBT驱动电路相连，接口电路将并行的PWM信号转换为光信号，传输给IGBT驱动电路；IGBT驱动电路将短路故障光信号传送给接口电路，接口电路将短路故障光信号处理后发送给CPU电路。本发明专利技术无需将多个IGBT驱动电路发出的短路故障信号并行接入CPU，减少了系统的电气连线或光纤连接数量，降低成本和系统的复杂度，也使电力电子变换装置在复杂的电磁环境下，可靠性得到有效提高。可靠性得到有效提高。可靠性得到有效提高。

【技术实现步骤摘要】
用于复杂拓扑电子变换装置的IGBT短路故障定位电路


[0001]本专利技术属于矿用电气设备
，尤其涉及一种用于复杂拓扑电子变换装置的IGBT短路故障定位电路。

技术介绍

[0002]IGBT作为功率器件广泛应用于各种拓扑结构的电力电子变换装置中。随着IGBT器件驱动和保护技术、新能源等产业的发展，给电力电子变换装置的性能提出了更高的要求，使其拓扑结构趋于复杂化。对于串联型和并联型拓扑，电压等级及电平数增加、整机容量的提高使IGBT器件数量成倍增加，当IGBT出现短路故障时，能够判断发生短路故障的具体IGBT器件，对故障分析具有重要意义。
[0003]现有技术针对简单拓扑的传统IGBT短路故障定位方法，每个IGBT器件的故障信号直接由CPU并行采集，IGBT器件数量增多时，占用CPU的IO资源也随之增多，而采用多个器件分组合并定位的方法只能将故障定位到某个单元或回路，无法区分具体器件，给故障的准确定位、原因分析带来困难。
[0004]现有技术针对稍复杂的拓扑结构，比如多电平器件串联型拓扑，短路情况发生时必须定位到具体器件，否则会造成串联的正常器件损坏。这种拓扑一般在IGBT驱动电路和CPU之间增加处理器、FPGA等器件进行故障判断，也能实现短路故障的准确定位，但成本高。
[0005]现有简单拓扑的短路故障定位技术应用在复杂拓扑中，硬件连接复杂、信号并行造成IO资源浪费，电磁环境复杂时，容易受到干扰，存在可靠性隐患。而在CPU和IGBT驱动电路之间增加处理器、FPGA等器件，成本高。
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技术实现思路

[0006]基于上述问题，本专利技术提供的IGBT短路故障定位电路，使CPU使用较少的IO资源即可实现电力电子变换装置在IGBT器件发生短路故障时，响应短路故障、停机，并准确判断发生短路故障的具体IGBT器件。本专利技术采用的器件为成本较低的逻辑门电路器件，不采用额外的处理器和FPGA等复杂、昂贵的器件。同时，采用本专利技术的电路和方法，无需将多个IGBT驱动电路发出的短路故障信号并行接入CPU，减少了系统的电气连线或光纤连接数量，降低成本和系统的复杂度，也使电力电子变换装置在复杂的电磁环境下，可靠性得到有效提高。
[0007]本专利技术是通过如下技术方案实现的：
[0008]一种用于复杂拓扑电子变换装置的IGBT短路故障定位电路，包括CPU电路、接口电路及IGBT驱动电路；
[0009]所述CPU电路与接口电路相连，CPU电路产生并行的PWM开关信号，传送给接口电路；
[0010]所述接口电路与IGBT驱动电路相连，接口电路用于将并行的PWM信号转换为光信号，传输给IGBT驱动电路，用于实现IGBT的开关控制；
[0011]所述IGBT驱动电路用于将短路故障光信号传送给接口电路，接口电路将短路故障
光信号处理后发送给CPU电路。
[0012]其中，所述接口电路采用74HC32器件；与其相对应地，所述接口电路采用并行数据锁存器件74HC165。
[0013]在本专利技术一较佳实施例中，所述IGBT驱动电路具有多路。
[0014]PWM开关信号传输：CPU电路产生并行的PWM开关信号，传送给接口电路，接口电路将并行的PWM信号转换为光信号，分别传输给每个IGBT器件的驱动电路，用于实现IGBT的开关控制。
[0015]IGBT驱动电路的短路保护行为：当IGBT器件正常开通或关断时，故障输出信号为高电平，使发光器件发光，传输给接口电路的光信号为恒亮；当短路情况发生时，光信号熄灭，维持阻断时间Tb后，再次点亮，在Tb时间内，IGBT驱动电路不响应PWM开关信号。
[0016]短路故障信号的转换和传输：接口电路接收每一个IGBT驱动电路的故障信号，通过光电转换后取反、74HC32器件的合并逻辑处理，将合并后的故障信号发送给CPU电路，以使任意一个IGBT驱动电路发生短路事件时，能够实现故障显示、停机。其中74HC32器件为四路二输入或门，每路二输入中有一或二输入为高电平，则该路输出为高电平，否则输出为低电平。
[0017]接口电路的故障锁存：接口电路有并行数据锁存电路(并行数据锁存器件74HC165)，CPU电路停机的同时发出锁存命令，使接口电路在Tb时间内，将并行故障信号锁存在并行数据锁存器件74HC165的寄存器中。
[0018]短路器件的识别即故障点定位：停机后故障并行信号被锁存在接口电路上并行数据锁存器件74HC165的寄存器中，CPU电路通过发出移位时钟CLK，将接口电路数据锁存寄存器中的数据串行移出并读取，CPU电路得到数据后，解析发生短路情况的IGBT器件，实现串行方式获取多个IGBT器件的拓扑中的某一个器件短路信息，从而能够准确定位发生短路故障的IGBT器件。
[0019]本专利技术的有益效果是：
[0020](1)本专利技术通过并行数据锁存器件74HC165将并行的短路故障信号锁存，以串行的方式提供给CPU，其效果是，在电力电子变换装置拓扑结构复杂时，保证了短路故障准确定位的同时，无需在接口电路和CPU电路之间采用并行故障信号传输，无需增加额外的处理器或FPGA器件，降低了成本；
[0021](2)本专利技术通过逻辑器件74HC32将多路IGBT故障信号进行逻辑合并处理，任意一个器件发生短路故障时，CPU电路仅判断一路信号的电平变化即可产生停机动作并显示故障，其效果是，在变换器拓扑结构复杂时，大大降低CPU电路和IGBT驱动电路之间光纤数量，节省CPU的IO开支，降低整体成本，并提高了可靠性；
[0022](3)本专利技术采用的电路，在IGBT器件数量增加时，可直接扩展74HC32和74HC165器件数量，实现功能扩展，将新增的IGBT短路信号接入扩展的74HC32和74HC165器件并行输入口，将74HC165器件的串行数据输入和输出端口串联即可，将其效果是对拓扑结构的复杂度适应性强，方便扩展。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的用于复杂拓扑电子变换装置的IGBT短路故障定位电路的电路原理
图；
[0024]图2为本专利技术的CPU电路的结构示意图；
[0025]图3为本专利技术的接口电路的结构示意图；
[0026]图4为本专利技术的IGBT驱动电路的结构示意图。
具体实施方式
[0027]下面结合附图对本专利技术的较佳实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本专利技术的保护范围做出更为清楚明确的界定。
[0028]如图1所示的一种用于复杂拓扑电子变换装置的IGBT短路故障定位电路，包括CPU电路、接口电路及IGBT驱动电路，其中IGBT驱动电路具有n个(IGBT驱动电路1～n)。
[0029]CPU电路发出并行的PWM开关信号给接口电路，接口电路经光电转换，将PWM开关信号转为光信号传输到n个IGBT驱动电路。IGBT驱动电路输出光信号给接口板，用于指示是否存在短路故障，常态无故障时发光，短路时光信号熄灭Tb时间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于复杂拓扑电子变换装置的IGBT短路故障定位电路，其特征在于：包括CPU电路、接口电路及IGBT驱动电路；所述CPU电路与接口电路相连，CPU电路产生并行的PWM开关信号，传送给接口电路；所述接口电路与IGBT驱动电路相连，接口电路用于将并行的PWM信号转换为光信号，传输给IGBT驱动电路，用于实现IGBT的开关控制；所述IGBT驱动电路用于将短路故障光信号传送给接口电路，接口电路将短路故障光信号处...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋德智，荣相，史晗，王海王，杨帆，王越，史小军，穆艳祥，陈雯雅，濮琪玲，
申请(专利权)人：中煤科工集团常州研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：