一种高压功率装置的制作方法

本实用新型属于功率单元技术领域，具体涉及一种高压功率装置。

背景技术：

目前，常见的H桥功率单元拓扑设备有高压变频器功率单元、高压无功链式无功补偿功率单元和H桥拓扑三相APF功率单元。其中，高压变频器功率单元的拓扑图如图1所示，高压无功链式无功补偿功率单元的拓扑图如图2所示，H桥拓扑三相APF功率单元的拓扑图如图3所示。如图1-图3所示的H桥功率单元拓扑设备都是基于高压链式结构的，即所有功率单元相互串联以实现高压控制，在整个高压功率装置的工作过程中，当其中任何一个功率单元电路中出现器件损坏或电路故障时，都会影响整个工作电路，比如引起短路或断路，导致整个功率装置无法正常工作。

鉴于此，克服上述现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是：

现有的高压功率装置中所有功率单元相互串联，当其中任何一个功率单元电路中出现器件损坏或电路故障时，都会导致整个功率装置无法正常工作。

本实用新型通过如下技术方案达到上述目的：

本实用新型提供了一种高压功率装置，包括电源模块1、功率单元电路2和驱动电路3，所述电源模块1的电流输出端与所述功率单元电路2的电流输入端连接；其中，所述功率单元电路2设置至少两个且相互串联，每个功率单元电路2的输入线路和输出线路之间串联有单通道继电器21，每个功率单元电路2的输入线路与输出线路上还设置有可实现输入线路和输出线路各自线路通断的双通道继电器22，且各双通道继电器22的设置位置相比较单通道继电器21更靠近对应功率单元电路2的输入端口和输出端口；所述驱动电路3的驱动端分别与所述功率单元电路2的信号输入端、各单通道继电器21的控制端口和各双通道继电器22的控制端口连接。

优选的，每个功率单元电路2的输入线路和/或输出线路上还设置有电压传感器23，所述电压传感器23连接所述驱动电路3，用于检测对应功率单元电路2线路上的电压。

优选的，所述驱动电路3包括控制模块31和驱动模块32，所述控制模块31的信号输入端与所述电压传感器23连接，所述控制模块31的信号输出端与所述驱动模块32的信号输入端连接，所述驱动模块32的驱动端分别与各单通道继电器21的控制端口和各双通道继电器22的控制端口连接。

优选的，所述电源模块1包括交流供电电源11和变压器12，所述交流供电电源11的电流输出端与所述变压器12的电流输入端连接，所述变压器12的电流输出端与所述功率单元电路2的电流输入端连接。

优选的，所述功率单元电路2包括整流电路24、滤波电容25和H桥电路26，所述整流电路24的电流输入端与所述变压器12的电流输出端连接，所述整流电路24的电流输出端与所述滤波电容25的两端连接，所述滤波电容25的两端还分别与所述H桥电路26的正极和负极连接；其中，所述H桥电路26中设有四个三极管27，所述驱动电路3的驱动端与各三极管27的基极连接。

优选的，所述电源模块1还包括直流供电电源13，所述直流供电电源13的电源输出端与所述滤波电容25的两端连接。

优选的，还包括直流电源接入模块5和第一二极管6，所述直流电源接入模块5的电流输入端接入所述功率单元电路2的直流电压侧，所述直流电源接入模块5的电流输出端连接所述第一二极管6的正极，所述第一二极管6的负极接入所述驱动电路3的电源输入端。

优选的，所述直流电源接入模块5设置三个电流输出端，对应设置三个第一二极管6，所述三个第一二极管6的正极分别连接所述直流电源接入模块5的三个电流输出端，用于分别输出5V、15V和-9V的电压给所述驱动电路3。

优选的，还包括交流电源接入模块7和第二二极管8，所述交流电源接入模块7的电流输入端与交流电源的电源输出端连接，所述交流电源接入模块7的电流输出端与所述第二二极管8的正极连接，所述第二二极管8的负极接入所述驱动电路3的电源输入端。

优选的，所述第一二极管6的负极与所述第二二极管8的负极并联接入所述驱动电路3的电源输入端。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型提供的一种高压功率装置中，在每个功率单元H桥电路的输入输出端均分别设置有单通道继电器和双通道继电器，当其中任意一个功率单元电路出现故障时，可通过断开对应双通道继电器，导通对应单通道继电器的方式，在整个电路中跨过损坏的功率单元继续形成通路，从而不会影响其余功率单元的正常工作，保证了整个功率装置的正常工作。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种现有的高压变频器功率单元的拓扑图；

图2为本实用新型提供的一种现有的高压无功链式无功补偿功率单元的拓扑图；

图3为本实用新型提供的一种现有的H桥拓扑三相APF功率单元的拓扑图；

图4为本实用新型实施例提供的一种高压功率装置的组成图；

图5为本实用新型实施例提供的串联三个功率单元的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的串联三个功率单元的拓扑图；

图7为本实用新型实施例提供的一种高压功率装置中功率单元电路的拓扑图；

图8为本实用新型实施例提供的一种直流取电为驱动电路供电时的结构示意图；

图9为本实用新型实施例提供的一种交流电源为驱动电路供电时的结构示意图；

图10为本实用新型实施例提供的一种并联电源为驱动电路供电时的结构示意图。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

在本发明各实施例中，符号“/”表示同时具有两种功能的含义，而对于符号“A和/或B”则表明由该符号连接的前后对象之间的组合包括“A”、“B”、“A和B”三种情况。

此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

本实用新型实施例提供了一种高压功率装置，如图4所示，包括电源模块1、功率单元电路2和驱动电路3，所述电源模块1的电流输出端与所述功率单元电路2的电流输入端连接；其中，所述功率单元电路2设置至少两个且相互串联，如图5和图6所示，每个功率单元电路2的输入线路和输出线路之间串联有单通道继电器21，每个功率单元电路2的输入线路与输出线路上还设置有可实现输入线路和输出线路各自线路通断的双通道继电器22，且各双通道继电器22的设置位置相比较单通道继电器21更靠近对应功率单元电路2的输入端口和输出端口；所述驱动电路3的驱动端分别与所述功率单元电路2的信号输入端、各单通道继电器21的控制端口和各双通道继电器22的控制端口连接。

本实用新型实施例提供的高压功率装置中，在每个功率单元H桥电路的输入输出线路上均分别设置有单通道继电器和双通道继电器，当其中任意一个功率单元电路出现故障时，可通过断开对应双通道继电器，导通对应单通道继电器的方式，在整个电路中跨过损坏的功率单元继续形成通路，从而不会影响其余功率单元的正常工作，保证了整个功率装置的正常工作。

其中，每个功率单元电路2的输入线路和/或输出线路上还设置有电压传感器23，所述电压传感器23连接所述驱动电路3，用于检测对应功率单元电路2线路上的电压，如图5和图6所示。所述高压功率装置还包括负载4，所述负载4接入首尾两个功率单元电路2，所述驱动电路3包括控制模块31和驱动模块32，如图4，所述控制模块31的信号输入端与所述电压传感器23连接，所述控制模块31的信号输出端与所述驱动模块32的信号输入端连接，所述驱动模块32的驱动端与所述各单通道继电器21和各双通道继电器22连接，使得所述控制模块31可接收到所述电压传感器23记录的各电压数据，控制模块31通过对电压数据进行分析处理，判断得到发生故障或损坏的功率单元电路2，并发送指令信号给所述驱动模块32，所述驱动模块32接收指令后将对应功率单元电路2上的双通道继电器22断开，并将对应单通道继电器21打开，使整个电路仍保持通路，保证其他功率单元的正常工作。

本实用新型实施例中以设置三个功率单元电路2为例，对所述装置的工作原理进行具体说明。如图5和图6所示，所述三个功率单元电路2按照串联顺序分别记为功率单元电路M、功率单元电路N和功率单元电路Q，所述三个电压传感器23实时检测各对应功率单元电路2中的电压值，并传送给所述驱动电路3中的控制模块31；当每个所述功率单元电路2均正常工作时，电压值数据正常，此时每个双通道继电器22保持导通状态，每个单通道继电器21均保持断开状态，所述三个功率单元电路2与所述负载4形成完整电路通路，整个装置处于正常工作状态；当位于中间位置的功率单元电路N出现损坏或故障时，该电路中的电压值出现异常，所述控制模块31通过数据分析判断出所述功率单元电路N出现损坏或故障，生成相应的信号指令传送给所述驱动模块32，所述驱动模块32将所述功率单元电路N上的双通道继电器22断开，同时将对应单通道继电器21导通，从而跨过损坏的功率单元电路N，由所述功率单元电路M、功率单元电路Q和所述负载4形成完整电路通路，整个功率装置仍可正常工作。类似地，当功率单元电路M或功率单元电路Q出现故障时，工作过程及原理与前述类似，此处不再赘述。

在本实用新型实施例中，可通过交流电源为所述功率单元电路2供电，则所述电源模块1包括交流供电电源11和变压器12，如图4，所述交流供电电源11的电流输出端与所述变压器12的电流输入端连接，所述变压器12的电流输出端与所述功率单元电路2的电流输入端连接，则所述交流供电电源11先将交流电压输入至所述变压器12，由所述变压器12根据实际需要对交流电压进行升压变换或降压变换后，再提供给所述功率单元电路2。

如图7，所述功率单元电路2包括整流电路24、滤波电容25和H桥电路26，所述整流电路24的电流输入端与所述变压器12的电流输出端连接，所述整流电路24的电流输出端与所述滤波电容25的两端连接，所述滤波电容25的两端还分别与所述H桥电路26的正极和负极连接；其中，所述H桥电路26中设有四个三极管27，所述驱动电路3的驱动端与各三极管27的基极连接。则所述变压器12将变换后的交流电压先传至所述整流电路24，由所述整流电路24将交流电压整流成直流电压，再由所述滤波电容25对直流电压进行滤波，最终通过所述H桥电路26逆变成单相交流脉冲电压后输出。

除上述交流电源外，还可直接通过直流电源为所述功率单元电路2供电，则所述电源模块1还包括直流供电电源13，如图8所示，所述直流供电电源13的电源输出端与所述滤波电容25的两端连接。则所述直流供电电源13提供直流电压后，先由所述滤波电容25对直流电压进行滤波，再通过所述H桥电路26逆变成单相交流脉冲电压后输出。

在一个高压功率装置中，还需要为所述驱动电路3供电使其正常工作，通常可通过在所述功率单元电路2的直流电压侧取电的方法为所述驱动电路3供电，则所述高压功率装置还包括直流电源接入模块5和第一二极管6，如图8。所述直流电源接入模块5的电流输入端接入所述功率单元电路2的直流电压侧，所述直流电源接入模块5的电流输出端连接所述第一二极管6的正极，所述第一二极管6的负极接入所述驱动电路3的电源输入端。在本实施例中，所述驱动电路3需要三路电源，分别为5V、15V和-9V，其中，5V电源为所述驱动电路3正常工作所需的整体电压，比如驱动所述双通道继电器22和单通道继电器21的通断所需的工作电压，15V和-9V电源分别为驱动所述功率单元电路2中的三极管所需的电压。则为了实现三路电源的输出，所述直流电源接入模块5设置三个电流输出端，对应设置三个第一二极管6(图8仅为示意图)，所述三个第一二极管6的正极分别连接所述直流电源接入模块5的三个电流输出端，用于分别输出5V、15V和-9V的电压给所述驱动电路3，所述驱动电路3对应设置有三个电源输入端，分别用于接入5V、15V和-9V的电源电压。则通过直流取电为所述驱动电路3供电的具体过程为：所述直流电源接入模块5设置两个电流输入端，分别接入所述功率单元电路2的直流电压取电端(A和B)，实现直流电压取电，所述直流电源接入模块5对直流电压依次进行脉冲斩波、波形变换、脉冲电压整流、整流电压采样，并根据采样结果调整脉冲开关的频率，确保直流输出电压的结果的稳定和可靠，得到所需的5V、15V和-9V三路电源，分别从三个电流输出端传输给对应三个第一二极管6，再由所述三个第一二极管6供电给所述驱动电路3。所述驱动电路3获取电源后，可驱动和控制所述三极管27的开关，进行各三极管27的故障检测和保护，同时根据指令驱动所述双通道继电器22和单通道继电器21的通断，保证电路的正常通路。

除上述通过在所述功率单元电路2的直流电压侧取电的方法外，还可以增加设置交流电源，通过交流电源为所述驱动电路3供电，则所述高压功率装置还包括交流电源接入模块7和第二二极管8，如图9。所述交流电源接入模块7的电流输入端与交流电源的电源输出端连接，所述交流电源接入模块7的电流输出端与所述第二二极管8的正极连接，所述第二二极管8的负极接入所述驱动电路3的电源输入端。同样地，为了实现三路电源的输出，所述交流电源接入模块7设置三个电流输出端，对应设置三个第二二极管8(图9仅为示意图)，所述三个第二二极管8的正极分别连接所述交流电源接入模块7的三个电流输出端，用于分别输出5V、15V和-9V的电压给所述驱动电路3。通常在所述交流电源之后、所述交流电源接入模块7之前还设置有降压变压器9。则通过交流电源为所述驱动电路3供电的具体过程为：外部频率为50Hz电压为220V的交流电源经过所述降压变压器9降压变换，得到24V的交流电压，该交流电压经过电源供电线路输入到所述交流电源接入模块7，依次经过整流、滤波获得高品质的直流电压，再经过开关管斩波后得到脉冲电压波形，再经过高频脉冲变压器进行波形变换，再经整流、采样、反馈后转换为开关信号，闭环调节脉冲开关波形，并得到所需的高质量的5V、15V和-9V三路电源，分别从三个电流输出端传输给对应三个第二二极管8，再由所述三个第二二极管8供电给所述驱动电路3。

结合本发明实施例，还存在一种优选的实现方案，将所述第一二极管6的负极与所述第二二极管8的负极并联接入所述驱动电路3的电源输入端，如图10，即通过上面所述的直流取电和交流电源同时为所述驱动电路3供电，使得其中任何一路电源损坏或发生故障时，都仍可为所述驱动电路3正常供电，提高供电的可靠性。具体实现方式为：将每两个传输相同电压值的第一二极管6和第二二极管8的负极并联，分别接入所述驱动电路3的三个电源输入端，即传输5V电压的第一二极管6和第二二极管8的负极并联，传输15V电压的第一二极管6和第二二极管8的负极并联，传输-9V电压的第一二极管6和第二二极管8的负极并联，形成三组并联电路，分别接入所述驱动电路3的三个电源输入端，为所述驱动电路3提供了三路高质量、高可靠性的电源。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。