一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流电电路的制作方法
【专利摘要】一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流电电路，将三相四线制中的任一相和中线引出，得到50hZ单相220V交流电。将输出端的中线通过第四电感L4与650V直流电路中性点(C1和C2连接点)连接，一方面满足不对称负载时相电压偏差要求；另一面有效抑制IPM电路对自身数字控制电路和外部用电设备的电磁干扰。本发明电路一方面可同时输出50hZ单相220V和三相380V大功率交流电(单相4kW，三相12kW)，另一方面输出的电源品质符合国军标要求。可以满足军民领域中单相、三相设备同时存在且无市电条件下的供电需求，并已成功应用于某型号导弹发射车车载发电设备的研制。
【专利说明】-种基于丨PM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率 交流电电路
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流电电 路，属于三相逆变电路领域。
【背景技术】
[0002] 现阶段广泛应用于军民领域中的应急通信车、防爆指挥车、房车、作战指挥车等特 种车辆的供电系统主要有燃油发电供电系统和取力发电供电系统。其中燃油发电供电系统 由于其噪音大、体积大等原因，在一些小型特种车辆供电系统的选择上，逐渐被取力发电系 统所取代。目前市场上的取力发电系统只能输出单相220V交流电。随着特种车辆的功能 越来越复杂，车上设备种类变多，不仅有单相设备而且存在三相设备。
[0003] 综上所述，为了满足现阶段军、民领域中野外或其它无法使用市电环境下单相设 备和三相设备同时存在场合下的供电需求，如导弹发射车、军用通信指挥车，防恐防暴指挥 车，户外应急通信指挥车等特种车辆车载三相和单相设备的供电需求。需要研发出一种能 同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流供电系统。
【发明内容】
[0004] 本发明的技术解决问题：克服已有技术的不足之处，提出一种基于IPM(集成功率 模块）同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流电电路，解决了某型号导弹发射车 车载三相设备和单相设备的供电需求，实现了一台取力发电设备同时输出50Hz单相220V 和三相380V交流电，同时输出电源品质满足军方提出的技术指标要求。其次又解决了三相 四线制输出端负载不对称条件下相电压偏差超标的问题。再其次解决了 IPM电路工作时对 本身数字控制电路和外界用电设备的电磁干扰问题，满足现阶段军、民领域中野外或其它 无法使用市电环境下单相设备和三相设备同时存在场合下的供电需求。
[0005] 本发明的技术解决方案：一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功 率交流电电路，包括650V直流电路、数字控制电路、信号隔离电路、保护信号隔离电路、IPM 电路、LC滤波电路、受流负载；
[0006] 650V直流电路包括第一铝电解电容C1、第二铝电解电容C2 ;
[0007] 数字控制电路包括美国德州仪器公司生产的数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A，第一电阻R101、第二电阻R102、第三电阻R103、第四电阻R104、第五电阻 R105、第六电阻R106、第一电容C101、第二电容C102、第三电容C103、第四电容C104、第五电 容C105、第六电容C106、第七电容C107、第八电容C108、第九电容C109、第十电容C110、第 i^一电容C111、第十二电容C112、第十三电容C113和第十四电容C114 ;
[0008] 信号隔离电路包括第七电阻R1、第八电阻R2、第九电阻R3、第十电阻R4、第十一电 阻R5、第十二电阻R6、第十三电阻R7、第十四电阻R8、第十五电阻R9、第十六电阻R10、第 十七电阻R11、第十八电阻R12、第一高速光电耦合器U1、第二高速光电耦合器U2、第三高速 光电稱合器U3、第四高速光电稱合器U4、第五高速光电稱合器U5、第六高速光电稱合器U6、 第十五电容C6、第十六电容C7、第十七电容C8、第十八电容C15、第十九电容C16、第二十电 容C17、第二^-一电容C18、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第一铝 电解电容C9、第二铝电解电容CIO、第三铝电解电容C11、第四铝电解电容C12、第五铝电解 电容C13、第六铝电解电容C14、第七铝电解电容C19、第八铝电解电容C20、第九铝电解电容 C21 ；
[0009] 保护信号隔离电路包括单通道晶体管输出光电耦合器U7、第十九电阻R13、第 二十五电容C25、第二十六电容C26、第十铝电解电容C27 ;
[0010] IPM电路包括日本三菱公司的智能功率模块PM100CL1A120 ;
[0011] LC滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一有机薄 膜CBB电容C3、第二有机薄膜CBB电容C4、第三有机薄膜CBB电容C5 ;
[0012] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一 Vsso引脚一路接地、另一路接第一电 容C101的一端、第一电容C101的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片 TMS320LF2407A 的 Vddo 引脚；
[0013] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第二Vsso引脚一路接地、另一路接第六电 容C106的一端、第六电容C106的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片 TMS320LF2407A 的 Vddo 引脚；
[0014] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第三Vsso引脚一路接地、另一路接第八电 容C108的一端、第八电容C108的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片 TMS320LF2407A 的 Vddo 引脚；
[0015] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第四Vsso引脚一路接地、另一路接第九电 容C109的一端、第九电容C109的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片 TMS320LF2407A 的 Vddo 引脚；
[0016] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第五Vsso引脚一路接地、另一路接第i^一 电容cm的一端、第i^一电容cm的另一端一路连接电源vcc、另一路连接数字信号处理 器芯片TMS320LF2407A的Vddo引脚；
[0017] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第六Vsso引脚一路接地、另一路接第十四 电容C114的一端、第第十四电容C114的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处 理器芯片TMS320LF2407A的Vddo引脚；
[0018] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一 Vss引脚一路接地、另一路接第五电 容C105的一端、第五电容C105的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片 TMS320LF2407A 的 Vdd 引脚；
[0019] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第二Vss引脚一路接地、另一路接第七电 容C107的一端、第七电容C107的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片 TMS320LF2407A 的 Vdd 引脚；
[0020] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第三Vss引脚一路接地、另一路接第十电 容C110的一端、第十电容C110的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片 TMS320LF2407A 的 Vdd 引脚；
[0021] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第四Vss引脚一路接地、另一路接第十三 电容C113的一端、第十三电容C113的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理 器芯片TMS320LF2407A的Vdd引脚；
[0022] 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的
【权利要求】
1. 一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率交流电电路，其特征在 于：包括650V直流电路、数字控制电路、信号隔离电路、保护信号隔离电路、IPM电路、LC滤 波电路、交流负载； 650V直流电路包括第一铝电解电容C1、第二铝电解电容C2 ; 数字控制电路包括美国德州仪器公司生产的数字信号处理器芯片TMS320LF2407A， 第一电阻R101、第二电阻R102、第三电阻R103、第四电阻R104、第五电阻R105、第六电阻 R106、第一电容C101、第二电容C102、第三电容C103、第四电容C104、第五电容C105、第六电 容C106、第七电容C107、第八电容C108、第九电容C109、第十电容C110、第^-一电容C111、 第十二电容C112、第十三电容C113和第十四电容C114 ; 信号隔离电路包括第七电阻RU第八电阻R2、第九电阻R3、第十电阻R4、第i^一电阻R5、第十二电阻R6、第十三电阻R7、第十四电阻R8、第十五电阻R9、第十六电阻R10、第十七 电阻R11、第十八电阻R12、第一高速光电耦合器U1、第二高速光电耦合器U2、第三高速光电 奉禹合器U3、第四高速光电稱合器U4、第五高速光电稱合器U5、第六高速光电稱合器U6、第 十五电容C6、第十六电容C7、第十七电容C8、第十八电容C15、第十九电容C16、第二十电容 C17、第二^-一电容C18、第二十二电容C22、第二十三电容C23、第二十四电容C24、第一铝电 解电容C9、第二铝电解电容C10、第三铝电解电容C11、第四铝电解电容C12、第五铝电解电 容C13、第六铝电解电容C14、第七铝电解电容C19、第八铝电解电容C20、第九铝电解电容 C21 ； 保护信号隔离电路包括单通道晶体管输出光电耦合器U7、第十九电阻R13、第二十五 电容C25、第二十六电容C26、第十铝电解电容C27 ; IPM电路包括日本三菱公司的智能功率模块PM100CL1A120 ; LC滤波电路包括第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、第四电感L4、第一有机薄膜CBB电容C3、第二有机薄膜CBB电容C4、第三有机薄膜CBB电容C5 ; 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一Vsso引脚一路接地、另一路接第一电容ClOl的一端、第一电容ClOl的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A的第一Vddo引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第二Vsso引脚一路接地、另一路接第六电容C106的一端、第六电容C106的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A的第二Vddo引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第三Vsso引脚一路接地、另一路接第八电容C108的一端、第八电容C108的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A的第三Vddo引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第四Vsso引脚一路接地、另一路接第九电容C109的一端、第九电容C109的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A的第四Vddo引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第五Vsso引脚一路接地、另一路接第i^一电容cm的一端、第十一电容cm的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片TMS320LF2407A的第五Vddo引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第六Vsso引脚一路接地、另一路接第十四电容 C114的一端、第十四电容C114的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片TMS320LF2407A的第六Vddo引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一Vss引脚一路接地、另一路接第五电容C105的一端、第五电容C105的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A的第一Vdd引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第二Vss引脚一路接地、另一路接第七电容C107的一端、第七电容C107的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A的第二Vdd引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第三Vss引脚一路接地、另一路接第十电容CllO的一端、第十电容CllO的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A的第三Vdd引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第四Vss引脚一路接地、另一路接第十三电容C113的一端、第十三电容C113的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片TMS320LF2407A的第四Vdd引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的
引脚通过第二电阻R102连接电源 VCC； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第125号引脚的第七Vsso引脚和
引 脚接地； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的ENA_144引脚通过第六电阻R106连接电源VCC，数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的
引脚通过第五电阻R105连接 电源VCC，数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的READY引脚通过第四电阻R104连接电源VCC，数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的
引脚通过第三电阻R103连接电源 VCC； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的PLLF2引脚一路连接第二电容C102的一 端，另一路连接第一电阻RlOl的一端，第二电容C102的另一端连接数字信号处理器芯片 TMS320LF2407A的PLLF引脚，第一电阻RlOl的另一端通过第三电容C103连接数字信号处 理器芯片TMS320LF2407A的PLLF引脚； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的PLLVcca引脚一路连接电源VCC，另一路通过第 四电容C104接地； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的Vccp连接5V电源； 数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的第一VSSA引脚一路接地、另一路接第十二电容C112的一端、第十二电容C112的另一端一路连接电源VCC、另一路连接数字信号处理器芯 片TMS320LF2407A的VCCA引脚； 第一高速光电耦合器Ul的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWMl接 口，第一高速光电耦合器Ul的CATH接口通过第十三电阻R7接地，第一高速光电耦合器Ul 的VCC接口第一路连接第七电阻Rl的一端，第二路连接第十八电容C15的一端，第三路连 接第四铝电解电容C12的正极性端，第四路连接第一铝电解电容C9的正极性端，第五路连 接第十五电容C6的一端，第七电阻Rl的另一端一路连接第一高速光电稱合器Ul的VO引 脚，第十八电容C15的另一端、第四铝电解电容C12的负极性端、第一铝电解电容C9的负极 性端、第十五电容C6的另一端连接第一 15V电源的负极VUPC，第四铝电解电容C12的正极 性端还连接第一 15V电源的正极VUPl，第一高速光电耦合器Ul的GND连接第一 15V电源的 负极VUPC; 第二高速光电耦合器U2的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM3接 口，第二高速光电耦合器U2的CATH接口通过第十四电阻R8接地，第二高速光电耦合器U2 的VCC接口第一路连接第八电阻R2的一端，第二路连接第十九电容C16的一端，第三路连 接第五铝电解电容C13的正极性端，第四路连接第二铝电解电容ClO的正极性端，第五路连 接第十六电容C7的一端，第八电阻R2的另一端一路连接第二高速光电耦合器U2的VO引 脚，第十九电容C16的另一端、第五铝电解电容C13的负极性端、第二铝电解电容ClO的负 极性端、第十六电容C7的另一端连接第二15V电源的负极VVPC，第五铝电解电容C13的正 极性端还连接第二15V电源的正极VVPl，第二高速光电耦合器U2的GND端连接第二15V电 源的负极VVPC; 第三高速光电耦合器U3的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM5接 口，第三高速光电耦合器U3的CATH接口通过第十五电阻R9接地，第三高速光电耦合器U3 的VCC接口第一路连接第九电阻R3的一端，第二路连接第二十电容C17的一端，第三路连 接第六铝电解电容C14的正极性端，第四路连接第三铝电解电容Cll的正极性端，第五路连 接第十七电容C8的一端，第九电阻R3的另一端一路连接第三高速光电耦合器U3的VO引 脚，第二十电容C17的另一端、第六铝电解电容C14的负极性端、第三铝电解电容Cll的负 极性端、第十七电容C8的另一端连接第三15V电源的负极VWPC，第六铝电解电容C14的正 极性端还连接第三15V电源的正极VWPl，第三高速光电耦合器U3的GND端连接第三15V电 源的负极VWPC; 第四高速光电耦合器U4的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM2接口， 第四高速光电耦合器U4的CATH接口通过第十六电阻RlO接地，第四高速光电耦合器U4的 VCC接口第一路连接第十电阻R4的一端，第二路连接第二十二电容C22的一端，第三路连接 第七铝电解电容C19的正极性端，第四路连接第二十一电容C18的一端，第十电阻R4的另 一端一路连接第四高速光电耦合器U4的VO引脚，第二十二电容C22的另一端、第七铝电解 电容C19的负极性端、第二i^一电容C18的另一端连接第四15V电源的负极VNC，第七铝电 解电容C19的正极性端还连接第四15V电源的正极VNl，第四高速光电耦合器U4的GND端 连接第四15V电源的负极VNC; 第五高速光电耦合器U5的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM4接口， 第五高速光电耦合器U5的CATH接口通过第十七电阻Rl1接地，第五高速光电耦合器U5的 VCC接口第一路连接第i^一电阻R5的一端，第二路连接第二十三电容C23的一端，第三路连 接第八铝电解电容C20的正极性端，第十一电阻R5的另一端一路连接第五高速光电耦合器 U5的VO引脚，第二十三电容C23的另一端、第八铝电解电容C20的负极性端连接第四15V 电源的负极VNC，第八铝电解电容C20的正极性端还连接第四15V电源的正极VN1，第五高 速光电耦合器U5的GND端连接第四15V电源的负极VNC; 第六高速光电耦合器U6的ANODE端连接信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWM6接口， 第六高速光电耦合器U6的CATH接口通过第十八电阻R12接地，第六高速光电耦合器U6的 VCC接口第一路连接第十二电阻R6的一端，第二路连接第二十四电容C24的一端，第三路连 接第九铝电解电容C21的正极性端，第十二电阻R6的另一端一路连接第六高速光电耦合器 U6的VO引脚，第二十四电容C24的另一端、第九铝电解电容C21的负极性端连接第四15V 电源的负极VNC，第九铝电解电容C21的正极性端还连接第四15V电源的正极VN1，第六高 速光电耦合器U6的GND端连接第四15V电源的负极VNC; 单通道晶体管输出光电耦合器U7的ANODE接口连接第四15V电源的正极VN1，单通道 晶体管输出光电耦合器U7的CATH接口连接智能功率模块PM100CL1A120的第19接口，单 通道晶体管输出光电耦合器U7的EMITTEER接口接地，单通道晶体管输出光电耦合器U7的 COLLECTOR-路连接数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的FOl引脚，另一路连接第十九电 阻R13的一端，第十九电阻R13的另一端的第一路连接电源VCC，第二路连接第二十五电容 C25的一端，第三路连接第二十六电容C26 -端，第四路连接第十铝电解电容C27的正极性 端，第二十五电容C25的另一端、第二十六电容C26的另一端和第十错电解电容C27的负极 性端同时接地； 智能功率模块PM100CL1A120的第2号接口和第4号接口均连接第一 15V电源的正极VUP1，智能功率模块PM100CL1A120的第3号接口连接第一高速光电耦合器Ul的VO端，智 能功率模块PM100CL1A120的第1号接口连接第一 15V电源的负极VUPC; 智能功率模块PM100CL1A120的第6号接口和第8号接口均连接第二15V电源的正极WP1，智能功率模块PM100CL1A120的第7号接口连接第二高速光电耦合器U2的VO端，智 能功率模块PM100CL1A120的第5号接口连接第二15V电源的负极VVPC; 智能功率模块PM100CL1A120的第10号接口和第12号接口均连接第三15V电源的正 极VWPl，智能功率模块PM100CL1A120的第11号接口连接第三高速光电耦合器U3的VO端， 智能功率模块PM100CL1A120的第9号接口连接第三15V电源的负极VWPC; 智能功率模块PM100CL1A120的第16号接口连接第四高速光电耦合器U4的VO端；智 能功率模块PM100CL1A120的第17号接口连接第五高速光电耦合器U5的VO端；智能功率 模块PM100CL1A120的第18号接口连接第六高速光电耦合器U6的VO端； 智能功率模块PM100CL1A120的第14号接口连接第四15V电源的正极VN1，智能功率模 块PM100CL1A120的第13号接口连接第四15V电源的负极VNC; 智能功率模块PM100CL1A120的输入口P-路连接650V直流电源正极，另一路连接第 一铝电解电容Cl的正极性端，第一铝电解电容Cl的负极性端一路连接第四电感L4的一 端，另一路连接第二铝电解电容C2的正极性端，第二铝电解电容C2的负极性端一方面连接 650V直流电源负极，另一方面连接智能功率模块PM100CL1A120的输入口N，第四电感L4的 另一端第一路连接第一有机薄膜CBB电容C3的一端，第二路连接第二有机薄膜CBB电容C4 的一端，第三路连接第三有机薄膜CBB电容C5的一端，第四路连接电路三相四线制输出端 的中线D; 第一有机薄膜CBB电容C3的另一端一路通过第一电感Ll连接智能功率模块PM100CL1A120的输出口U，另一路连接电路三相四线制输出端的A相；第二有机薄膜CBB电 容C4的另一端一路通过第二电感L2连接智能功率模块PM100CL1A120的输出口V，另一路 连接电路三相四线制输出端的B相；第三有机薄膜CBB电容C5的另一端一路通过第三电 感L3连接智能功率模块PM100CL1A120的输出口W，另一路连接电路三相四线制输出端的C 相； 交流负载的四个输入端口分别连接电路三相四线制输出端的A相、电路三相四线制输 出端的B相、电路三相四线制输出端的C相、电路三相四线制输出端的中线D。
2. 根据权利要求1所述的一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率 交流电电路，其特征在于：所述电源VCC的电压为3V?3. 5V。
3. 根据权利要求1所述的一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率 交流电电路，其特征在于：所述第一电感Ll的值和第一有机薄膜CBB电容C3的值的乘积为 定值。
4. 根据权利要求1所述的一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率 交流电电路，其特征在于：所述第二电感L2的值和第二有机薄膜CBB电容C4的值的乘积为 定值。
5. 根据权利要求1所述的一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率 交流电电路，其特征在于：所述第三电感L3的值和第三有机薄膜CBB电容C5的值的乘积为 定值。
6. 根据权利要求1所述的一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率 交流电电路，其特征在于：所述第四电感L4的值为400iiH?600iiH。
7. 根据权利要求1所述的一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功率 交流电电路，其特征在于：所述数字信号处理器芯片TMS320LF2407A的PWMl接口、PWM2接 口、PWM3接口、PWM4接口、PWM5接口、PWM6接口输出的双极性正弦脉宽调制信号的频率为 6KHz?6. 5KHz。
8. 根据权利要求1所述的一种基于IPM同时输出50Hz单相220V和三相380V大功 率交流电电路，其特征在于：所述第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3的值为700iiH? 900iiH。
【文档编号】H02M7/48GK104242708SQ201410490359
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】袁旭超, 王晓瑜, 常亚辉, 李新宇 申请人:北京航天控制仪器研究所