一种通用电力电子动模实验机柜制造技术

本发明专利技术公开了一种通用电力电子动模实验机柜，包含至少一台机箱单元，所述机箱单元包括功率板卡、霍尔板卡、供电板卡与信号板卡；所述功率板卡向信号板卡反馈功率板卡状态信号，接收来自信号板卡的功率板卡控制信号；霍尔板卡测量主电路电压电流信号，进行调理和保护逻辑判断，向信号板卡反馈采样调理信号和故障信号；供电板卡将机箱单元外部的交流市电转换为直流电源，上传到信号板卡；同时供电板卡接收来自信号板卡的继电器控制信号，完成对继电器的投切控制；信号板卡与外部控制器连接。本发明专利技术提供分立供电和集中供电两种功率板卡供电方式，提供光信号和电信号两种控制方式，增强电力电子实验平台的通用性、复用度、可靠性和灵活度。灵活度。灵活度。

【技术实现步骤摘要】
一种通用电力电子动模实验机柜


[0001]本专利技术属于电力电子实验领域，涉及一种通用电力电子动模实验机柜。

技术介绍

[0002]电力电子领域开展研究通常需要设计和搭建实验平台，一套完整的实验平台设计包括功率电路、驱动、控制、保护、采样、散热、机械结构等诸多方面，设计流程复杂，设计周期长，设计工作量大。而当前的电力电子实验平台大多针对某一特定拓扑设计而成，具有唯一性，无法复用到其他拓扑的电力电子实验平台中，造成如下缺陷。首先，设计不确定因素多，任何环节的问题都可能导致设计反复，延长设计周期，阻断实验进程；其次，不同的拓扑需要设计不同的实验平台，增加了重复工作量，资源浪费严重；再次，实验平台的部分传感器和控制芯片价格昂贵，重复设计会增加成本。
[0003]针对现有实验平台的缺陷，电力电子组件单元(PEBB)是一种具有前景的解决方案。PEBB是一种构成电力电子平台的基本板卡，本身并没有完整的电力电子变换功能，但通过板卡的组合，加之以控制信号，便可构成完整的电力电子变换系统。目前已有一些基于此技术开发的电力电子实验平台，但在通用性方面仍存在一些不足，具体体现在：首先，功率通用性不高，部分现有实验平台只适用于小功率场合(数百瓦)；其次，平台软件通用性不高，不能根据不同控制器实现光电信号的任意选取；再次，硬件通用性不高，不能根据需要灵活更换功率板卡等。因此通用性电力电子实验平台的设计仍有较大提升空间。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中电力电子实验平台通用性不足等问题，本专利技术提出了一种通用电力电子动模实验机柜，该实验机柜能够满足不同电压等级和功率等级需求，可实现光或电控制信号的任意选择和供电方式分立供电或集中供电的任意选择，使电力电子实验机柜具有较高的通用性、灵活性和可靠性。
[0005]本专利技术采用如下的技术方案：
[0006]一种通用电力电子动模实验机柜，包含至少一台机箱单元，所述机箱单元包括功率板卡、霍尔板卡、供电板卡与信号板卡；
[0007]所述功率板卡向信号板卡反馈功率板卡状态信号，接收来自信号板卡的功率板卡控制信号；霍尔板卡测量主电路电压电流信号，进行调理和保护逻辑判断，向信号板卡反馈采样调理信号和故障信号；供电板卡将机箱单元外部的交流市电转换为直流电源，上传到信号板卡，为整个机箱单元集中供电；同时供电板卡接收来自信号板卡的继电器控制信号，完成对继电器的投切控制；信号板卡与外部控制器连接，用于机箱状态信号的上传和机箱控制信号的接收。
[0008]作为本专利技术的进一步改进，所述功率板卡包括桥式电路、驱动电路、分立供电电路、信号处理电路；
[0009]所述桥式电路包括电力半导体开关管与直流母线电容组；两个电力半导体开关管
串联组成桥式电路单元，公共连接点引出为第一接线端子；上管非公共连接端为直流母线正极，引出为第二接线端子；下管非公共连接端为直流母线负极，引出为第三接线端子；直流母线正极与负极分别与直流母线电容组的正极与负极相连；
[0010]所述驱动电路包含单/双路PWM选择电路和驱动芯片电路；单/双路PWM选择电路接收来自信号处理电路的PWM信号，选择传输形式并对PWM信号进行处理后传输至驱动芯片电路；驱动芯片电路的故障信号反馈至信号处理电路中，信号处理电路向驱动芯片电路发送闭锁信号，控制驱动信号闭锁；
[0011]所述分立供电电路包括宽输入隔离电源和保险丝；保险丝一端与直流母线正极相连，另一端与宽输入隔离电源的输入正极相连；宽输入隔离电源的输入负极与直流母线负极相连；宽输入隔离电源的输出上传至信号板卡，通过功能选择开关选择功率板卡的供电方式为集中供电或分立供电；
[0012]所述信号处理电路包括采样调理电路、功率板卡保护电路、数字控制电路；采样调理电路的各采样信号一路经过运放电路对幅值与偏置进行调理后，传输至信号板卡，一路传输至数字控制电路，一路传输至功率板卡保护电路；功率板卡保护电路生成电压电流故障信号；电压电流故障信号和驱动电路上传的故障信号在功率板卡保护电路中被监测，捕捉与锁存；锁存的故障信号一路上传至信号板卡，一路传输至数字控制电路；
[0013]数字控制电路包括模数转换电路、控制芯片电路和光纤电路；模数转换电路、控制芯片电路、光纤电路依次连接并与外部控制器通信；控制芯片还接收信号板卡传送的电控制信号，根据信号板卡的选择信号采用光信号控制或电信号控制；数字控制电路向驱动电路传送闭锁信号，向功率板卡故障保护电路传送复位信号。
[0014]作为本专利技术的进一步改进，所述直流母线正极与负极之间并联若干个桥式电路单元，若干个桥式电路单元均共用一套散热系统；每个桥式电路单元中，根据电流等级采取单管连接或多管并联。
[0015]作为本专利技术的进一步改进，所述直流母线电容组内部采用多个电容串并联，电容组为可拆卸结构；
[0016]每个半桥电路单元中，直流母线之间并联多个去耦电容；每个电力半导体开关管之间并联RC吸收电路。
[0017]作为本专利技术的进一步改进，所述霍尔板卡包括霍尔传感器、运放调理电路、绝对值电路和比较电路；霍尔传感器采集电压电流信号，输入到运放调理电路，对信号幅值和偏置进行调理；调理信号一路传送至信号板卡，一路传送至绝对值电路；绝对值电路对调理信号进行绝对值运算后输入比较电路，和可调保护阈值比较后生成故障信号，传送至信号板卡。
[0018]作为本专利技术的进一步改进，所述霍尔传感器包括电压霍尔传感器、电流霍尔传感器和采样电阻；霍尔传感器接入主电路中，将强电电压电流信号转换为隔离弱电电流信号，通过在输出端并联采样电阻，将电流信号转换为电压信号，输入后级运放调理电路中；
[0019]运放调理电路包括运算放大器、反馈电阻和调零电阻，输入端连接霍尔传感器的输出采样电阻两端，通过运算放大器对采样信号的幅值好零偏进行调理，输入到信号板卡中；
[0020]绝对值电路包括两级运算放大器和电阻二极管网络，前级的模拟信号输出端连接到第一级运算放大器和电阻二极管构成的网络的输入端，通过运放和电阻二极管网络构成
的电平选择反相器，仅对电平为负的信号进行反相，电平为正的信号则在二极管的作用下不进行反相运算；之后第一级运算放大器的输出接入到第二级运算放大器的输入，该级运算放大器和其反馈电阻构成跟随器，第二级运算放大器的输出连接到比较电路；
[0021]比较电路包括多路比较器、运放和与门逻辑；比较器输入端连接到绝对值电路的输出；各比较器输出连接到与门逻辑合成一路故障保护信号，作为霍尔板卡的故障信号输入到信号板卡中。
[0022]作为本专利技术的进一步改进，所述供电板卡包含集中供电电路和继电器电路；集中供电电路从机箱单元外部的交流市电取电，通过交流
‑
直流隔离变换电路变换为隔离的直流电源，再经过直流
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直流变换电路变换为电平的直流电源；转换后的直流电源上传至信号板卡，通过信号板卡分发至整个机箱单元；信号板卡用于向继电器电路传输继电器控制信号，控制继电器完成动作，实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种通用电力电子动模实验机柜，其特征在于，包含至少一台机箱单元，所述机箱单元包括功率板卡(1)、霍尔板卡(2)、供电板卡(3)与信号板卡(4)；所述功率板卡(1)向信号板卡(4)反馈功率板卡状态信号，接收来自信号板卡(4)的功率板卡控制信号；霍尔板卡(2)测量主电路电压电流信号，进行调理和保护逻辑判断，向信号板卡(4)反馈采样调理信号和故障信号；供电板卡(3)将机箱单元外部的交流市电转换为直流电源，上传到信号板卡(4)，为整个机箱单元集中供电；同时供电板卡(3)接收来自信号板卡(4)的继电器控制信号，完成对继电器的投切控制；信号板卡(4)与外部控制器连接，用于机箱状态信号的上传和机箱控制信号的接收。2.根据权利要求1所述的一种通用电力电子动模实验机柜，其特征在于，所述功率板卡(1)包括桥式电路(11)、驱动电路(12)、分立供电电路(13)、信号处理电路(14)；所述桥式电路(11)包括电力半导体开关管与直流母线电容组；两个电力半导体开关管串联组成桥式电路单元，公共连接点引出为第一接线端子；上管非公共连接端为直流母线正极，引出为第二接线端子；下管非公共连接端为直流母线负极，引出为第三接线端子；直流母线正极与负极分别与直流母线电容组的正极与负极相连；所述驱动电路(12)包含单/双路PWM选择电路和驱动芯片电路；单/双路PWM选择电路接收来自信号处理电路(14)的PWM信号，选择传输形式并对PWM信号进行处理后传输至驱动芯片电路；驱动芯片电路的故障信号反馈至信号处理电路(14)中，信号处理电路(14)向驱动芯片电路发送闭锁信号，控制驱动信号闭锁；所述分立供电电路(13)包括宽输入隔离电源和保险丝；保险丝一端与直流母线正极相连，另一端与宽输入隔离电源的输入正极相连；宽输入隔离电源的输入负极与直流母线负极相连；宽输入隔离电源的输出上传至信号板卡(4)，通过功能选择开关选择功率板卡(1)的供电方式为集中供电或分立供电；所述信号处理电路(14)包括采样调理电路、功率板卡保护电路、数字控制电路；采样调理电路的各采样信号一路经过运放电路对幅值与偏置进行调理后，传输至信号板卡(4)，一路传输至数字控制电路，一路传输至功率板卡保护电路；功率板卡保护电路生成电压电流故障信号；电压电流故障信号和驱动电路(12)上传的故障信号在功率板卡保护电路中被监测，捕捉与锁存；锁存的故障信号一路上传至信号板卡(4)，一路传输至数字控制电路；数字控制电路(143)包括模数转换电路、控制芯片电路和光纤电路；模数转换电路、控制芯片电路、光纤电路依次连接并与外部控制器通信；控制芯片还接收信号板卡(4)传送的电控制信号，根据信号板卡(4)的选择信号采用光信号控制或电信号控制；数字控制电路向驱动电路传送闭锁信号，向功率板卡故障保护电路传送复位信号。3.根据权利要求2所述的一种通用电力电子动模实验机柜，其特征在于，所述直流母线正极与负极之间并联若干个桥式电路单元，若干个桥式电路单元均共用一套散热系统；每个桥式电路单元中，根据电流等级采取单管连接或多管并联。4.根据权利要求2所述的一种通用电力电子动模实验机柜，其特征在于，所述直流母线电容组内部采用多个电容串并联，电容组为可拆卸结构；每个半桥电路单元中，直流母线之间并联多个去耦电容；每个电力半导体开关管之间并联RC吸收电路。
5.根据权利要求1所述的一种通用电力电子动模实验机柜，其特征在于，所述霍尔板卡(2)包括霍尔传感器(21)、运放调理电路(22)、绝对值电路(23)和比较电路(24)；霍尔传感器(21)采集电压电流信号，输入到运放调理电路(22)，对信号幅值和偏置进行调理；调理信号一路传送至信...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜思行，郭宁，陈海宇，党恒凯，刘进军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：