专利名称：变流器的电流均衡装置和变流器的制作方法
技术领域：
变流器的电流均衡装置和变流器技术领域[0001]本实用新型电路结构技术，涉及一种变流器的电流均衡装置和变流器。
背景技术：
[0002]变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他特性发生变化的装置，包括整流器、交流逆变器和直流逆变器等。[0003]变流器的主电路通常为由绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，简称IGBT)或者是其他功率开关管组成的电路，除主电路外还包括驱动电路和控制电路，控制电路用于根据其中的控制程序产生控制信号并发送给驱动电路，驱动电路根据控制信号生成对IGBT的驱动信号，以提供给主电路中的各IGBT，通过驱动信号控制各 IGBT的导通或关断实现对电源系统的电压、频率、相数和其他特性的变换。[0004]大功率设备中所使用的变流器，例如，兆瓦级以上的风力发电机组中采用的变流器，其主电路中IGBT需要承受较大的工作电流，目前，为满足大功率设备的使用要求，通常采用将多个同型号的IGBT并联使用的方式，以降低每个IGBT所承受的工作电流。[0005]这种将多个IGBT并联使用的方式，虽然各IGBT的型号相同，但是由于制造工艺的误差，各IGBT的自身参数会存在差异，例如，开启电压、栅极电容、密勒电容等，并且，在将变流器设置在其他系统中时，需将各IGBT的栅极分别通过引线与驱动电路相连，将各IGBT 的射极分别通过电感与电网母线相连，由于各传输线路和各电感自身参数存在差异，造成各IGBT所在的支路的栅极引线电阻、栅极引线电感、射极电感Le等的不同，上述的这些因素会使各IGBT在驱动信号的控制下的导通时间不一致，而先导通的IGBT将承受比较大的电流，后导通的IGBT将承受比较小的电流，因此，可能造成先导通的IGBT因承受的电流大于其额定电流而损坏，因此，影响变流器的工作性能。实用新型内容[0006]本实用新型第一个方面是提供了一种变流器的电流均衡装置，以改善变流器的工作性能。[0007]该变流器的电流均衡装置，包括[0008]用于根据控制电路输出的控制信号生成对各功率开关管的驱动信号的驱动电路、 用于检测变流器中各功率开关管所在桥臂的电流值的各均流环、用于根据所述各电流值获取对应功率开关管的延时时间的均流计算单元、用于根据对应的延时时间控制将驱动电路输出的驱动信号传输至对应功率开关管的驱动信号输入极，以控制各功率开关管同时导通的各延时单元，其中，[0009]所述驱动电路用于与变流器中控制电路的信号输出端相连，且变流器中各功率开关管的驱动信号输入极分别经限流电阻和延时单元与所述驱动电路相连；[0010]所述各均流环分别设置于变流器中各功率开关管所在桥臂上；[0011]所述均流计算单元分别与所述各均流环相连。[0012]如上所述的变流器的电流均衡装置，其中，[0013]所述驱动电路的数量与变流器中功率开关管的数量相同，各驱动电路分别与对应功率开关管的延时单元相连。[0014]如上所述的变流器的电流均衡装置，其中，还包括[0015]均流板，均流板上设置有总插接端子和多个分插接端子，总插接端子与所述各分插接端子之间分别通过传输线路相连，且各传输线路的电阻相等，所述总插接端子用于与变流器中控制电路的信号输出端相连，每个分插接端子分别与一驱动电路相连。[0016]如上所述的变流器的电流均衡装置，其中，[0017]各所述传输线路采用相同材料的导线制作而成，且长度相等。[0018]如上所述的变流器的电流均衡装置，其中，[0019]所述均流环为电流传感器。[0020]本实用新型另一方面还提供了一种变流器，包括主电路，所述主电路包括多个桥臂，每个桥臂上分别设置有功率开关管，还包括本实用新型提供的电流均衡装置和用于根据预设程序生成控制信号，以从其信号输出端输出的控制电路，其中，[0021]所述控制电路的信号输出端与所述电流均衡装置中驱动电路相连；[0022]各所述功率开关管所在桥臂上分别设置有所述电流均衡装置中的均流环。[0023]本实用新型提供的电流均衡装置，通过各均流环检测各功率开关管所在桥臂的电流值，然后均流计算单元根据各电流值获取对应功率开关管的延时时间，延时单元再根据对应的延时时间控制将驱动电路输出的驱动信号传输至各功率开关管的驱动信号输入极， 使各功率开关管的导通时刻相同，最终使流经各功率开关管的电流大小相等，各功率开关管承受的电流大小相同，达到均流的目的，可避免有的功率开关管因承受的电流大于其额定电流而损坏，可改善变流器的工作性能。
[0024]图I为本实用新型实施例所提供的变流器的电流均衡装置的结构示意图；[0025]图2为本实用新型另一实施例所提供的变流器的电流均衡装置的结构示意图。
具体实施方式
[0026]变流器是使电源系统的电压、频率、相数和其他特性发生变化的装置，包括整流器、交流逆变器和直流逆变器等。[0027]变流器通常包括控制电路、主电路和驱动电路，主电路包括多个桥臂，每个桥臂上分别设置有功率开关管，各功率开关管形成并联关系。[0028]变流器中的功率开关管可以为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor,简称IGBT)、门极可关断晶闸管(Gate Turn-Off Thyristor,简称GT0)或者其他类型的功率开关管。[0029]本实用新型实施例提供的电流均衡装置可应用于变流器中，该电流均衡装置可控制变流器中各功率开关管导通时刻，从而可使流经各功率开关管的电流相等。[0030]图I为本实用新型实施例所提供的变流器的电流均衡装置的结构示意图，如图I 所示，该变流器的电流均衡装置包括驱动电路10、多个延时单元11、多个限流电阻Rg、均流计算单元12和多个均流环13。[0031]驱动电路10，用于与变流器中控制电路50的信号输出端相连，且变流器中各功率开关管G的驱动信号输入极分别经限流电阻Rg和延时单元11与所述驱动电路10相连；[0032]变流器中各功率开关管G所在桥臂上分别设置有均流环，各均流环13分别用于检测各功率开关管所在桥臂的电流值；[0033]均流计算单元12，分别与各均流环13相连，用于根据所述各电流值获取对应功率开关管G的延时时间；[0034]其中，所述驱动电路10用于根据控制电路50输出的控制信号生成对各功率开关管G的驱动信号；[0035]所述各延时单元11用于根据所述对应的延时时间控制将驱动电路10输出的驱动信号传输至对应功率开关管G的驱动信号输入极，以控制各功率开关管G同时导通。[0036]变流器的控制电路可根据预设程序生成控制信号，驱动电路用于与控制电路的信号输出端相连，以根据控制信号生成对各功率开关管的驱动信号，控制电路输出的控制信号通常为一定频率、一定宽度和一定相位的脉冲信号，驱动电路的作用是将该脉冲信号放大转换成功率开关管需要的驱动信号，该驱动信号用于输出至功率开关管的驱动信号输入极，以控制功率开关的导通。[0037]限流电阻的作用是限制流入功率开关管的驱动信号输入极的电流，以防止因电流过大而损坏功率开关管。[0038]各均流环分别用于检测各功率开关管所在桥臂的电流值，该电流值也就是当功率开关管导通时，流过功率开关管的电流大小。[0039]均流环可以为电流传感器、电流表或其他电流检测电路等。[0040]均流计算单元可为可编程处理器、计算机或具有计算处理数据能力的处理器，其中设置有预先编制的程序，可根据功率开关管所在桥臂的电流值获取对应功率开关管的延时时间，并提供给各延时单元。[0041]延时单元具体的可以包括计时器和控制开关，计时器可在接收到均流计算单元发送的延时时间后开始计时，在到达延时时间后发送闭合控制信号，以控制其中的控制开关闭合，因此，接通驱动电路与功率开关管的驱动信号输入极之间的信号传输路径，使驱动信号传输至功率开关管的驱动信号输入极，控制功率开关管导通。当然延时单元也可以为一延时开关或其他具有延时功能的电路，不限于本实施例所述。[0042]下面举例说明[0043]假设变流器包括三个桥臂，分别记为第一桥臂、第二桥臂和第三桥臂，每个桥臂上分别设置有一个功率开关管，分别记为第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管。[0044]第一功率开关管驱动信号输入极分别经第一限流电阻、第一延时单元与驱动电路相连，第二功率开关管驱动信号输入极分别经第二限流电阻、第二延时单元与驱动电路相连，第三功率开关管驱动信号输入极分别经第三限流电阻、第三延时单元与驱动电路相连。[0045]某时刻第一桥臂上的电流值为I. 2A、第二桥臂上的电流值为1A、第三桥臂上的电流值为O. 8A，均流计算单元将该三个电流值进行比较，经过比较可知第一桥臂上的电流值最大，第二桥臂上的电流值次之，第三桥臂上的电流值最小，说明第一桥臂上的第一功率开关管接收到驱动信号后最先导通，第二桥臂上的第二功率开关管接收到驱动信号后相对较迟导通，第三桥臂上的第三功率开关管接收到驱动信号后最后导通。[0046]均流计算单元通过上述比较后计算出对应各功率开关的延时时间，可以根据一基准时间，分别对第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管的导通时刻进行延时， 假设第一功率开关管导通时刻与基准时间相比快O. 3秒，第二功率开关管导通时刻与基准时间相比快O. 2秒，第二功率开关管导通时刻与基准时间相比快O. I秒，则第一功率开关管的延时时间为O. 3秒，第二功率开关管的延时时间为O. 2秒，将第三功率开关管的延时时间为O. I秒。[0047]均流计算单元获取上述各延时时间后，将各延时时间提供给对应的延时单元，将第一功率开关管的延时时间O. 3秒提供给第一延时单元，将第二功率开关管的延时时间 O. 2提供给第二延时单元，将第三功率开关管的延时时间O. I提供给第三延时单元。[0048]则第一延时单元控制将驱动电路输出的驱动信号延时O. 3秒后输出值第一功率开关管的驱动信号输入极，第二延时单元控制将驱动电路输出的驱动信号延时O. 2秒后输出值第二功率开关管的驱动信号输入极，第三延时单元控制将驱动电路输出的驱动信号延时O. 3秒后输出值第三功率开关管的驱动信号输入极，经过上述延时后，使第一功率开关管、第二功率开关管和第三功率开关管的导通时刻相同，因此，也就可使流经各功率开关管的电流大小相等。[0049]由上述技术方案可知，本实用新型实施例提供的电流均衡装置，通过各均流环检测各功率开关管所在桥臂的电流值，然后均流计算单元根据各电流值获取对应功率开关管的延时时间，延时单元再根据对应的延时时间控制将驱动电路输出的驱动信号传输至各功率开关管的驱动信号输入极，使各功率开关管的导通时刻相同，最终使流经各功率开关管的电流大小相等，各功率开关管承受的电流大小相同，达到均流的目的，可避免有的功率开关管因承受的电流大于其额定电流而损坏，可改善变流器的工作性能。[0050]图2为本实用新型另一实施例所提供的变流器的电流均衡装置的结构示意图，在上述实施例的基础上，进一步的，如图2所示，该电流均衡装置中，所述驱动电路10的数量与变流器中功率开关管G的数量相同，各驱动电路10分别与对应功率开关管G的延时单元 11相连。[0051]本实施例中，驱动电路与变流器中功率开关管对应设置，采用独立驱动方式，一个驱动电路给对应的一个功率开关管提供驱动信号，各功率开关管之间互不影响，可进一步提高变流器工作的稳定性。[0052]并且，如图2所示，该电流均衡装置中还包括均流板14。[0053]均流板14上设置有总插接端子141和多个分插接端子142，总插接端子与所述各分插接端子之间分别通过传输线路相连，且各传输线路的电阻相等，所述总插接端子141 用于与变流器中控制电路50的信号输出端相连，每个分插接端子142分别与一驱动电路10 相连。[0054]本实施例中，均流板作为控制电路与各驱动电路之间的连接媒介，可将均流板上的总插接端子与变流器中控制电路的信号输出端相连，以引入控制电路输出的控制信号， 然后沿各传输线路传送至各分插接端子，在经分插接端子输出至各驱动电路。[0055]均流板可为以印刷电路板，在电路板上布设有多个金属化孔，将其中一个金属化孔作为总插接端子，其他的金属化孔作为分插接端子，然后在各分插接端子与总插接端子之间布设金属导线作为各传输线路，即可形成上述的均流板。当然，均流板也可以为为其他的结构，不限于本实施例所述。[0056]本实施例的技术方案，通过设置均流板，可方便各驱动电路与控制电路的连接，避免在控制电路中设置多个信号输出端，简化控制电路的结构。[0057]基于上述实施例，进一步的优选方案是，上述均流板中的各所述传输线路采用相同材料的导线制作而成，且长度相等。[0058]各传输线路作为控制电路输出的控制信号传输至各驱动电路的传输路径，其本身具有阻性，采用本实施例的方案，可使各传输线路的等效电阻相等，保证控制信号传输至各驱动电路的一致性，使驱动电路接收到的控制信号相同，为各驱动电路根据控制信号生成相同的驱动信号提供了基础，而各驱动信号为控制各功率开关管导通的信号，因而，可提高对各功率开关管的控制精度。[0059]本实用新型实施例还提供了一种变流器，包括主电路，所述主电路包括多个桥臂， 每个桥臂上分别设置有功率开关管，还包括本实用新型实施例提供的电流均衡装置和控制电路，其中，[0060]所述控制电路与所述电流均衡装置中驱动电路相连，用于根据预设程序生成控制信号，以从其信号输出端输出。[0061]各所述功率开关管所在桥臂上分别设置有所述电流均衡装置中的均流环。[0062]该变流器中，控制电路可根据预设程序生成控制信号，以从其信号输出端输出，提供给电流均衡装置中的驱动电路，驱动电路可根据控制信号生成对各功率开关管的驱动信号，各功率开关管所在桥臂上分别设置有电流均衡装置中的均流环，以通过均流环检测各功率开关管所在桥臂的电流值。[0063]本实用新型实施例提供的变流器，通过采用本实用新型实施例提供的电流均衡装置，使各功率开关管的导通时刻相同，最终使流经各功率开关管的电流大小相等，各功率开关管承受的电流大小相同，达到均流的目的，可避免有的功率开关管因承受的电流大于其额定电流而损坏，可改善变流器的工作性能。[0064]最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
权利要求1.一种变流器的电流均衡装置，其特征在于，包括 用于根据控制电路输出的控制信号生成对各功率开关管的驱动信号的驱动电路、用于检测变流器中各功率开关管所在桥臂的电流值的各均流环、用于根据所述各电流值获取对应功率开关管的延时时间的均流计算单元、用于根据对应的延时时间控制将驱动电路输出的驱动信号传输至对应功率开关管的驱动信号输入极，以控制各功率开关管同时导通的各延时单元，其中， 所述驱动电路用于与变流器中控制电路的信号输出端相连，且变流器中各功率开关管的驱动信号输入极分别经限流电阻和延时单元与所述驱动电路相连； 所述各均流环分别设置于变流器中各功率开关管所在桥臂上； 所述均流计算单元分别与所述各均流环相连。
2.根据权利要求I所述的变流器的电流均衡装置，其特征在于 所述驱动电路的数量与变流器中功率开关管的数量相同，各驱动电路分别与对应功率开关管的延时单元相连。
3.根据权利要求2所述的变流器的电流均衡装置，其特征在于，还包括 均流板，均流板上设置有总插接端子和多个分插接端子，总插接端子与所述各分插接端子之间分别通过传输线路相连，且各传输线路的电阻相等，所述总插接端子用于与变流器中控制电路的信号输出端相连，每个分插接端子分别与一驱动电路相连。
4.根据权利要求3所述的变流器的电流均衡装置，其特征在于 各所述传输线路采用相同材料的导线制作而成，且长度相等。
5.根据权利要求1-4任一所述的变流器的电流均衡装置，其特征在于 所述均流环为电流传感器。
6.一种变流器，包括主电路，所述主电路包括多个桥臂，每个桥臂上分别设置有功率开关管，其特征在于，还包括权利要求1-5任一所述的电流均衡装置和用于根据预设程序生成控制信号，以从其信号输出端输出的控制电路，其中， 所述控制电路的信号输出端与所述电流均衡装置中驱动电路相连； 各所述功率开关管所在桥臂上分别设置有所述电流均衡装置中的均流环。
专利摘要本实用新型提供一种变流器的电流均衡装置和变流器，该电流均衡装置驱动电路、多个延时单元、多个限流电阻、均流计算单元和多个均流环，其中，驱动电路用于与变流器中控制电路的信号输出端相连，且变流器中各功率开关管的驱动信号输入极分别经限流电阻和延时单元与驱动电路相连；各均流环分别设置于变流器中各功率开关管所在桥臂上，均流计算单元分别与各均流环相连。该电流均衡装置可使变流器中各功率开关管的导通时刻相同，最终使流经各功率开关管的电流大小相等，各功率开关管承受的电流大小相同，达到均流的目的，可避免有的功率开关管因承受的电流大于其额定电流而损坏，可改善变流器的工作性能。
文档编号H02M1/088GK202818079SQ201220366089
公开日2013年3月20日 申请日期2012年7月26日 优先权日2012年7月26日
发明者张少杰, 刘志, 李 杰, 陈宇, 徐超 申请人:华锐风电科技集团(上海)有限公司