专利名称：一种光伏逆变器的电流转换单元控制板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流转换(DC/AC，直、交流转换)单元控制板，特别是涉及一种光伏逆变器的电流转换(DC/AC)单元控制板。
背景技术：
光伏逆变器是光伏并网发电系统的核心技术之一，但是由于光伏系统本身的分布结构和功率容量不一样，光伏逆变器的拓朴结构也是各不相同的。对于建设在荒漠或者开阔地带的大型光伏电站，一般需要和高压输电网并联，通过输电网输送，降压后再供给用电负载。有的方案中，由于单个电流转换(DC/AC)单元自身功率容量的限制，通常需要多个 DC/AC单元进行串联和并联的组合。由此可见，用于光伏逆变器的DC/AC单元是构成大功率光伏逆变器的基本单元，DC/AC单元的可靠性关乎整个设备的可靠性，对于DC/AC单元的设计，业界基本的设计框架即典型的结构如图1所示。如图1所示，主控电路板通过逆变器单元控制电路板[或称电流转换(DC/AC)单元控制电路板]，在电流转换(DC/AC)单元中，直流母线电压从P和N处输入，直流电给电容 Cl充电，电容上的电压直接由Ql，Q2，Q3和Q4这四个IGBT器件组成的H桥来控制，Ql和 Q4开通(Q3和Q2处于关闭状态)的时候，DC/AC单元的输出端T1，T2之间的电压就等于正的母线电压，当Q3和Q2开通(Ql和Q4处于关闭状态)的时候，DC/AC单元的输出端Τ1，Τ2 之间的电压就等于负的母线电压。实际控制中，DC/AC单元控制电路板(图1中为逆变器单元控制电路板)接收来自光伏逆变器的主控电路板的命令(DC/AC单元控制电路板和主控电路板之间的通讯是利用光纤的数字通讯)实行对Ql，Q2，Q3和Q4的开通与关断控制。如前所述，DC/AC单元对光伏逆变器的可靠性能起着至关重要的作用，所以设计稳定可靠的DC/AC单元成为研发高可靠性光伏逆变器的重要工作。实际应用中，DC/AC单元的可靠性并不尽如人意，通常工作不超过半年时间就需要更换维修，下面列举了 DC/AC单元的两个主要故障A、抗电磁干扰能力有限。光伏逆变器的各个DC/AC单元一直工作在高频、大电流和高电压的环境中，因此，DC/AC单元控制板的电磁工作环境非常恶劣。但是，每时每刻，DC/ AC单元控制板必须保持和主控制板之间的正常通讯(接收对Ql，Q2，Q3和Q4的控制命令以及发送本地DC/AC单元的运行状态等，通讯不正常意味着DC/AC单元故障)。虽然目前所有现有产品是使用光纤作为DC/AC单元控制电路板和主控制电路板之间的物理通讯媒介， 运行在光纤中的信号不受电磁辐射的干扰。但是因为DC/AC单元控制板自身是工作在恶劣的电磁辐射环境中，通讯信号在DC/AC单元控制板上有可能受到强干扰，造成对Ql，Q2，Q3 和Q4的开关不正确，或者造成主控制板错误收取DC/AC单元的信息从而产生误判。B、IGBT器件组成的H桥工作温度太高导致DC/AC单元无法继续工作(特别是在沙漠等外部环境温度较高的工作地方)。由于H桥^!1，Q2，Q3和Q4共四个IGBT器件组成)工作在频繁的导通和截止状态，开通和关闭的时候都会有一定的功率损耗，损耗的功率转化成热量会造成DC/AC单元的温度上升，如果DC/AC单元散热状况不好(整机换风通道出现问题，外部环境温度过高等因素均可能导致这种现象出现)，长时间运行后不可避免地造成工作温度过高从而损坏元器件的现象。IGBT器件的功率损耗与IGBT器件的驱动电压Vgs和IGBT器件的工作温度相关，增加IGBT器件的开通驱动电压Vge能减小IGBT器件开通时候的功率损耗，但开通电压不能无限制增加，当大于一定的值的时候会损坏IGBT器件自身。因此，综合考虑负载和寄生电感电容等因素的时候，一般情况下，目前IGBT器件的开通电压都是固定在一个厂家认为的安全值，但所谓的安全值并非使IGBT器件损耗最小的最佳值。
发明内容
本发明的目的是提供一种光伏逆变器的电流转换(DC/AC)单元控制板，克服上述已有技术中容易出现的两个主要故障，一是增强电流转换(DC/AC)单元控制板的抗干扰能力，最大限度地减少电流转换(DC/AC)单元控制板与主控制板通讯时候的电磁干扰影响； 另一个目的是通过对电流转换(DC/AC)单元中的元器件(IGBT器件)的温度监测和元器件 (IGBT器件)的特征曲线来调节元器件(IGBT器件)的开通电压，使元器件(IGBT器件)的开通损耗达到最优。为达到上述的目的，本发明的技术解决方案是提供一种光伏逆变器的电流转换(DC/AC)单元控制板，所述电流转换单元控制板连接于所述光伏逆变器的主控制板与所述光伏逆变器的电流转换单元之间，是收和发的串行通讯结构。由主控制板至电流转换单元定义为收的串行通讯，由电流转换单元至主控制板定义为发的串行通讯所述电流转换单元控制板包括光纤收发器，输入缓冲滤波电路，可编程逻辑器件， 与输入缓冲滤波电路和可编程逻辑器件连接的晶振器件，与可编程逻辑器件连接的并与所述电流转换单元内的元器件地址相对应的地址拨位开关，光电隔离器，数模转换器，温度传感器，模数转换器以及输出缓冲器；所述由光伏逆变器的主控制板至光伏逆变器的电流转换单元定义为收的串行通讯，是由光纤收发器接收主控制板发出的串行通讯信号，经过输入缓冲滤波电路和与其连接的晶振器件滤除干扰信号，增强信号电流后输入可编程逻辑器件，可编程逻辑器件接收并解析该串行通讯信号的串行数据包的内容，根据串行数据包的内容，对于串行数据包内的地址与所述地址拨位开关进行比较后，向地址相对应的电流转换单元内元器件发出相应的控制命令信号或者根据串行数据包的要求发送监控数据信号，该信号通过光电隔离器和数模转换器送达到所述电流转换单元；所述由光伏逆变器的电流转换单元至光伏逆变器的主控制板定义为发的串行通讯，是由温度传感器测得的所述电流转换单元内元器件的温度通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号后输入到可编程逻辑器件内，可编程逻辑器件根据主控制板所发出的串行数据包内容的要求，将所述电流转换单元内元器件的开关状态、电压、电流以及实测的温度通过输出缓冲器和光纤收发器发送给所述主控制板；可编程逻辑器件还根据实测的温度与所述电流转换单元内元器件的温度和元器件电压的关系发出对该元器件调整开通电压的信号，该调整开通电压的信号通过光电隔离器，数模转换器以及所述电流转换单元内元器件的驱动电路来调整该元器件的开通电压。进一步，所述可编程逻辑器件内通讯协议的串行数据包的内容包括帧头，电流转换单元地址，命令数据，数据校验，应答数据和帧结束。又，本发明所述输入缓冲滤波电路包括缓冲器和与其输出端连接的由逻辑器件串联构成的滤波电路。另外，所述电流转换单元内的元器件是IGBT电子元器件。本发明的电流转换单元控制板具有突出的优点。如上述本发明的结构，因为，本发明在所述由主控制板至电流转换单元为收的串行通讯中，由主控制板发出的串行通讯信号通过光纤收发器接收后，首先经过输入缓冲滤波电路和与其连接的晶振器件滤除干扰信号，增强了信号的电流驱动能力，满足了后续电路的电流驱动要求，增强了抗干扰能力，最大限度地减少了本发明的电流转换单元控制板与所述主控制板之间通讯时候的电磁干扰影响。所以，增强了本发明的电流转换单元控制板的工作稳定性和可靠性，以及延长了它的使用寿命。如上述本发明的结构，因为，本发明在所述由主控制板与电流转换单元收的串行通讯中，包括与可编程逻辑器件连接的与所述电流转换单元内的元器件地址相对应的地址拨位开关。经过滤波和增大电流的串行通讯信号进入可编程逻辑器件后，可编程逻辑器件接收并解析该串行通讯信号的串行数据包的内容，根据串行数据包的内容，对于串行数据包内的地址与所述地址拨位开关进行比较，只有当串行数据包中的地址数据一定和“地址拨位开关”中的地址数据一致时，才向与地址拨位开关相对应的电流转换单元内的元器件地址发出控制命令。由于串行数据包中的地址数据与可编程逻辑器件中的地址数据一模一样，则地址拨位开关的地址又与电流转换单元内的元器件的地址是相对应的。所以，也就保证了串行数据包所要求送达的电流转换单元内元器件的地址与实际要送达到电流转换单元内元器件的地址是一致的。而不同的地址数据从中被剥离出来。因此，本发明的电流转换单元控制板不仅传送命令准确可靠，而且维护控制板简单方便。如上述本发明的结构，因为，本发明在所述由电流转换单元至主控制板定义为发的串行通讯，是由温度传感器实际测得的所述电流转换单元内元器件(如IGBT器件)的温度通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号后输入到可编程逻辑器件内，可编程逻辑器件一方面根据主控制板所发出的串行数据包内容的要求，将该实测的温度通过输出缓冲器和光纤收发器发送给主控制板；另一方面根据实测的温度与电流转换单元内元器件(如 IGBT器件)的温度与电压的特征曲线关系发出对该元器件调整开通电压的信号。该调整开通电压的信号通过光电隔离器，数模转换器以及电流转换单元内元器件的驱动电路来调整该元器件(IGBT器件)的开通电压，使元器件(IGBT器件)的开通损耗达到最优。
图1是所述光伏逆变器电流转换(DC/AC为直流转交流)单元一典型结构的示意图；图2是本发明电流转换(DC/AC)单元控制板一实施例的结构示意图；图3是图2中输入缓冲滤波电路一实施例的结构示意图；图4是所述电流转换(DC/AC)单元中元器件IGBT的传输特性和温度关系曲线图。
具体实施例方式下面结合附图进一步说明本发明电流转换(DC/AC)单元控制板的结构特征。如图1所示，本发明所述的电流转换(DC/AC)单元控制板(或称DC/AC单元控制电路板，或称逆变器单元控制电路板)连接于所述光伏逆变器的主控制板(或称主控制电路板)与所述光伏逆变器的电流转换单元之间，是收和发的串行通讯结构。由主控制板至电流转换单元定义为收的串行通讯，由电流转换单元至主控制板定义为发的串行通讯。如图2所示，本发明所述电流转换单元控制板包括光纤收发器1，输入缓冲滤波电路2，可编程逻辑器件3，与输入缓冲滤波电路2和可编程逻辑器件3连接的晶振器件4，与可编程逻辑器件3相连接的并与所述电流转换单元内的元器件地址相对应的地址拨位开关5，光电隔离器12，数模转换器11，温度传感器6、7、8、9，模数转换器10以及输出缓冲器 13。如图2所示，所述主控制板至电流转换单元定义为收的串行通讯是由光纤收发器 1接收主控制板发出的串行通讯信号经过输入缓冲滤波电路2滤波和增强电流信号后输入可编程逻辑器件3，可编程逻辑器件3接收并解析该串行通讯信号的串行数据包(或称串行数据帧)的内容，根据串行数据包的内容，对于串行数据包内的地址与所述地址拨位开关5 进行比较后，向相应地址的元器件发出相应的控制命令信号或者根据串行数据包的要求发送监控数据信号，该信号通过光电隔离器12和数模转换器11送达到所述电流转换单元。如图2所示，所述由电流转换单元至主控制板定义为发的串行通讯，是由温度传感器6、7、8、9测得的所述电流转换单元内元器件Ql、Q3、Q4、Q2的温度通过模数转换器10 将模拟信号转换成数字信号后输入到可编程逻辑器件3，可编程逻辑器件3根据主控制板所发出的串行数据包内容的要求，将所述电流转换单元内元器件Ql、Q2、Q3、Q4的开关状态、电压、电流以及实测的温度通过输出缓冲器13和光纤收发器1发送给所述主控制板。如图2所示，可编程逻辑器件3还根据温度传感器6、7、8、9实测的温度与所述电流转换单元内元器件Ql、Q2、Q3、Q4的温度和元器件电压的关系(如图4所示的温度与电压的特征曲线)发出对该元器件Q1、Q2、Q3、Q4调整开通电压的信号，该调整开通电压的信号通过光电隔离器12，数模转换器11以及所述电流转换单元内元器件的驱动电路来调整该元器件Q1、Q2、Q3、Q4的开通电压，以使元器件Ql、Q2、Q3、Q4的开通损耗达到最优。在本实施例中，所述可编程逻辑器件3采用Altera公司提供的CycloneV系列的 5CEA7。内部可烧录专用上述本发明所用的通讯协议程序。所述可编程逻辑器件3内专用通讯协议的串行数据帧(串行数据包)所包括的内容如表1所示。表 权利要求
1.一种光伏逆变器的电流转换单元控制板，所述电流转换单元控制板连接于所述光伏逆变器的主控制板与所述光伏逆变器的电流转换单元之间，是收和发的串行通讯结构，由所述光伏逆变器的主控制板至所述光伏逆变器的电流转换单元定义为收的串行通讯，由所述光伏逆变器的电流转换单元至所述光伏逆变器的主控制板定义为发的串行通讯；其特征在于所述电流转换单元控制板包括光纤收发器，输入缓冲滤波电路，可编程逻辑器件，与输入缓冲滤波电路和可编程逻辑器件连接的晶振器件，与可编程逻辑器件连接的并与所述电流转换单元内的元器件地址相对应的地址拨位开关，光电隔离器，数模转换器，温度传感器，模数转换器以及输出缓冲器；所述由光伏逆变器的主控制板至光伏逆变器的电流转换单元定义为收的串行通讯，是由光纤收发器接收主控制板发出的串行通讯信号，经过输入缓冲滤波电路和与其连接的晶振器件滤除干扰信号，增强信号电流后输入可编程逻辑器件，可编程逻辑器件接收并解析该串行通讯信号的串行数据包的内容，根据串行数据包的内容，对于串行数据包内的地址与所述地址拨位开关进行比较后，发出相应的控制命令信号或者根据串行数据包的要求发送监控数据信号，该信号通过光电隔离器和数模转换器送达到所述光伏逆变器的电流转换单元；所述由光伏逆变器的电流转换单元至光伏逆变器的主控制板定义为发的串行通讯，是由温度传感器测得的所述电流转换单元内元器件的温度通过模数转换器将模拟信号转换成数字信号后输入到可编程逻辑器件内，可编程逻辑器件根据主控制板所发出的串行数据包内容的要求，将所述电流转换单元内元器件的开关状态、电压、电流以及实测的温度通过输出缓冲器和光纤收发器发送给所述光伏逆变器的主控制板；可编程逻辑器件还根据实测的温度与所述电流转换单元内元器件的温度和元器件电压的关系发出对该元器件调整开通电压的信号，该调整开通电压的信号通过光电隔离器， 数模转换器以及所述电流转换单元内元器件的驱动电路来调整该元器件的开通电压。
2.根据权利要求1所述的光伏逆变器的电流转换单元控制板，其特征在于，所述可编程逻辑器件内通讯协议的串行数据包的内容包括帧头，电流转换单元地址，命令数据，数据校验，应答数据和帧结束。
3.根据权利要求1所述的光伏逆变器的电流转换单元控制板，其特征在于，所述输入缓冲滤波电路包括缓冲器和与其输出端连接的由逻辑器件串联构成的滤波电路。
4.根据权利要求1所述的光伏逆变器的电流转换单元控制板，其特征在于，所述电流转换单元内的元器件是IGBT电子元器件。
全文摘要
一种光伏逆变器的电流转换单元控制板，所述电流转换单元控制板连接于所述光伏逆变器的主控制板与所述光伏逆变器的电流转换单元之间，是收和发的串行通讯结构。由主控制板至电流转换单元定义为收的串行通讯，由电流转换单元至主控制板定义为发的串行通讯。输入的串行通讯信号首先经过输入缓冲滤波电路滤除干扰信号，增强信号的电流驱动能力，增强抗干扰能力，最大限度地减少了通讯时候的电磁干扰影响。因为包括与可编程逻辑器件连接的并与电流转换单元内的元器件地址相对应的地址拨位开关，保证了传送命令准确可靠。通过温度传感器测得电流转换单元内元器件的温度和传输特征曲线调整元器件的开通电压，以使元器件的开通损耗达到最优。
文档编号H02M7/537GK102570888SQ20111041803
公开日2012年7月11日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者徐龙涛 申请人:上海嘉翔自动化科技有限公司