变流器三级信号保护电路的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统电力变换技术领域，特别涉及一种变流器三级信号保护电 路。
【背景技术】
[0002] 在电力变换、变流驱动、开关电源等应用中，变流器的应用日益广泛。在变流器的 运行过程中，由于电网原因、负载原因或者变流器自身的原因，导致电流、电压远远超过额 定的运行范围，在这种情况下，变流器自身要迅速做出反应，关闭变流器，以免造成变流器 功率器件（例如：IGBT、电容等）的损坏。
[0003] 目前的功率器件多采用IPM(智能功率模块），IPM内部集成了 IGBT器件、驱动电 路、保护电路等，使用起来比较方便。IPM自身保护功能包括：控制电源欠压保护、过热保 护、过流保护、上下桥臂故障保护等。
[0004] 但是，IPM自身保护对于模块内部的所有IGTB器件不是一致性动作，而且输出的 报警信号不具有保持性，容易导致系统出现过流振荡现象，最终造成IPM的损坏。
[0005] 针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。
【发明内容】
[0006] 本发明实施例提供了一种变流器三级信号保护电路，以解决现有技术中变流器系 统中易出现过流振荡致使IPM损坏的技术问题，该变流器三级信号保护电路，包括：
[0007] 传感器、硬件过量保护电路、FPGA保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动电路和 IPM功率模块，其中：
[0008] 所述传感器，用于采集三相电流和直流母线电压；
[0009] 所述硬件过量保护电路，输入端与所述传感器相连，输出端与所述FPGA保护电路 的输入管脚相连，用于在所述三相电流超出预设值的情况下输出过流故障信号至所述FPGA 保护电路，在所述直流母线电压超出预设值的情况下输出过压故障信号至所述FPGA保护 电路；
[0010] 所述IPM功率模块，通过光纤与所述PWM驱动电路相连，用于向所述PWM驱动电路 输出上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，并接收所述PWM驱动电路输出的6路PWM触发脉 冲信号和1路故障脉冲封锁信号；
[0011] 所述PWM驱动电路，与所述FPGA保护电路和所述IPM功率模块相连，用于接收所 述FPGA保护电路输出的1路故障脉冲封锁信号和6路PWM触发脉冲信号，并将所述1路故 障脉冲封锁信号和6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块，用于接收所述IPM功 率模块输出的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，并将所述上桥臂故障信号和下桥臂故障 信号输出至所述FPGA保护电路；
[0012] 所述FPGA保护电路，分别与所述硬件过量保护电路、DSP脉冲封锁电路、PWM驱动 电路相连，用于根据所述硬件过量保护电路输出的过流故障信号和过压故障信号，以及所 述IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号，生成故障脉冲封锁信号，首先 封锁FPGA内部脉冲，将通过FPGA的PWM触发脉冲信号设为高阻态，然后将所述故障脉冲封 锁信号输出至所述DSP脉冲封锁电路的中断引脚和所述PWM驱动电路，所述FPGA保护电路 还用于接收所述DSP脉冲封锁电路输出的6路PWM触发脉冲信号，并将6路PWM触发脉冲 信号输出至所述PWM驱动电路；
[0013] 所述DSP脉冲封锁电路，与所述FPGA保护电路相连，用于在接收到所述故障脉冲 封锁信号后将输出至所述FPGA的6路PWM触发脉冲信号设置为高阻态。
[0014] 在一个实施例中，所述硬件过量保护电路包括：
[0015] 由6个二极管1N4148构成的共阴极全桥整流电路，与直流分压电路相连，用于将 接收到的双极性信号转换为直流信号，并将所述直流信号输出至所述直流分压电路；
[0016] 所述直流分压电路，分别与所述共阴极全桥整流电路、直流信号输入端、电压比 较器相连，用于对输入的直流信号进行分压，并将分压后的电压信号输出至所述电压比较 器；
[0017] 所述电压比较器，分别与所述直流分压电路和参考电压阈值设定电路相连，用于 根据所述参考电压阈值设定电路输出的电压比较阈值，对分压后的电压信号进行比较，在 分压后的电压阈值超出所述电压比较阈值的范围的情况下，输出过流故障信号或过压故障 信号。
[0018] 在一个实施例中，所述参考电压阈值设定电路包括：电压上限设定电路和电压下 限设定电路。
[0019] 在一个实施例中，所述参考电压阈值设定电路采用的稳压二极管为ZMM10稳压二 极管，采用的电位器为3224W-1-103E电位器。
[0020] 在一个实施例中，所述PWM驱动电路包括：第一光电转换板和第二光电转换板，其 中，所述第一光电转换板与所述第二光电转换板之间通过8根光纤连接。
[0021] 在一个实施例中，所述第一光电转换板包括：PWM脉冲输出信号驱动电路和变流 器本身故障信号处理电路，其中：
[0022] 所述PWM脉冲输出信号驱动电路包括依次串联的第一功率驱动器和第一光纤发 射器，所述第一功率驱动器用于接收所述FPGA保护电路输出的6路PWM触发脉冲信号和1 路故障脉冲封锁信号，并驱动所述第一光纤发射器将6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM 功率模块；
[0023] 所述变流器本身故障信号处理电路包括：封锁信号转换电路、故障脉冲信号接收 电路、和故障信号锁存与报警电路，其中：
[0024] 所述封锁信号转换电路包括依次串联的第二功率驱动器和第二光纤发射器，所述 第二功率驱动器用于将接收到的所述FPGA保护电路输出的1路故障脉冲封锁信号通过所 述第二光纤发射器输出至所述第二光电转换板；
[0025] 所述故障脉冲信号接收电路包括第三光纤接收器和一阶RC滤波器，用于将所述 IPM功率模块输出的上桥臂故障信号和/或下桥臂故障信号转换为电信号，并将转换得到 的电信号输出至所述保护电路和所述故障信号锁存与报警电路；
[0026] 所述故障信号锁存与报警电路的输入信号包括：故障脉冲封锁信号、上桥臂故障 信号、下桥臂故障信号，用于通过六反相施密特触发器74LS14分别将上桥臂故障信号和下 桥臂故障信号取反一次，对故障脉冲封锁信号取反两次，其中，取反两次后的故障脉冲封锁 信号与LED报警灯的阴极相连，取反一次后的上桥臂故障信号和下桥臂故障信号分别输入 到与非门芯片74LS00构成的D锁存器，并将复位信号与所述D锁存器相连，锁存的信号分 别与LED报警灯相连，且所述锁存器中锁存的上桥臂故障信号、下桥臂故障信号、故障脉冲 封锁信号经过与门芯片74LS21相与后，输入至蜂鸣器控制回路。
[0027] 在一个实施例中，所述第二光电转换板包括：PWM脉冲接收信号驱动电路和故障 信号发射电路，其中：
[0028] 所述PWM脉冲接收信号驱动电路，用于接收所述第一光电转换板输出的6路PWM 触发脉冲信号，并将接收到的6路PWM触发脉冲信号输出至所述IPM功率模块；
[0029] 所述故障信号发射电路，用于将从所述故障信号发射电路接收到的上桥臂故障信 号和/或下桥臂故障信号，输出至所述第一光电转换板。
[0030] 在一个实施例中，第一光纤发射器、第二光纤发射器和第三光纤发射器的型号为 HFBR1521，所述第一功率驱动器和第二功率驱动器的型号为SN75451。
[0031] 在一个实施例中，所述IPM功率模块的型号为PM150CLA120。
[0032] 在本发明实施例中，提供了一种变流器三级信号保护电路，通过保护电路中的 FPGA保护电路和DSP脉冲封锁电路，依据过流故障信号、过压故障信号、上桥臂故障信号和 下桥臂故障信号生成故障脉冲封锁信号，实现对电路的三级脉冲封锁，从而解决了现有技 术中变流器系统中易出现过流振荡致使IPM损坏的技术问题，利用三级脉冲封锁来最大程 度应对变流器内部和外部的故障，通过FPGA对故障信号的保持，有效抑制了变