變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，該保護(hù)電路包括：傳感器、硬件過(guò)量保護(hù)電路、FPGA保護(hù)電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路和IPM功率模塊，其中，F(xiàn)PGA保護(hù)電路，用于根據(jù)過(guò)流故障信號(hào)和過(guò)壓故障信號(hào)，以及上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，生成故障脈沖封鎖信號(hào)，封鎖FPGA、DSP和PWM驅(qū)動(dòng)電路三者的變流器脈沖信號(hào)；所述DSP脈沖封鎖電路，用于在接收到所述故障脈沖封鎖信號(hào)后將輸出至所述FPGA的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)設(shè)置為高阻態(tài)。本實(shí)用新型解決了現(xiàn)有技術(shù)中變流器系統(tǒng)中易出現(xiàn)過(guò)流振蕩致使IPM損壞的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到了有效抑制變流器內(nèi)部保護(hù)的過(guò)流振蕩現(xiàn)象的技術(shù)效果。
【專利說(shuō)明】變流器H級(jí)信號(hào)保護(hù)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及電力系統(tǒng)電力變換【技術(shù)領(lǐng)域】，特別設(shè)及一種變流器=級(jí)信號(hào)保護(hù) 電路。

【背景技術(shù)】
[0002] 在電力變換、變流驅(qū)動(dòng)、開(kāi)關(guān)電源等應(yīng)用中，變流器的應(yīng)用日益廣泛。在變流器的 運(yùn)行過(guò)程中，由于電網(wǎng)原因、負(fù)載原因或者變流器自身的原因，導(dǎo)致電流、電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)額 定的運(yùn)行范圍，在該種情況下，變流器自身要迅速做出反應(yīng)，關(guān)閉變流器，W免造成變流器 功率器件（例如JGBT、電容等）的損壞。
[0003] 目前的功率器件多采用IPM(智能功率模塊），IPM內(nèi)部集成了 IGBT器件、驅(qū)動(dòng)電 路、保護(hù)電路等，使用起來(lái)比較方便。IPM自身保護(hù)功能包括；控制電源欠壓保護(hù)、過(guò)熱保 護(hù)、過(guò)流保護(hù)、上下橋臂故障保護(hù)等。
[0004] 但是，IPM自身保護(hù)對(duì)于模塊內(nèi)部的所有IGTB器件不是一致性動(dòng)作，而且輸出的 報(bào)警信號(hào)不具有保持性，容易導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)過(guò)流振蕩現(xiàn)象，最終造成IPM的損壞。
[0005] 針對(duì)上述問(wèn)題，目前尚未提出有效的解決方案。 實(shí)用新型內(nèi)容
[0006] 本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種變流器=級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，W解決現(xiàn)有技術(shù)中變流 器系統(tǒng)中易出現(xiàn)過(guò)流振蕩致使IPM損壞的技術(shù)問(wèn)題，該變流器S級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，包括：
[0007] 傳感器、硬件過(guò)量保護(hù)電路、FPGA保護(hù)電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路和 IPM功率模塊，其中；
[000引所述傳感器，用于采集S相電流和直流母線電壓；
[0009] 所述硬件過(guò)量保護(hù)電路，輸入端與所述傳感器相連，輸出端與所述FPGA保護(hù)電路 的輸入管腳相連，用于在所述S相電流超出預(yù)設(shè)值的情況下輸出過(guò)流故障信號(hào)至所述FPGA 保護(hù)電路，在所述直流母線電壓超出預(yù)設(shè)值的情況下輸出過(guò)壓故障信號(hào)至所述FPGA保護(hù) 電路；
[0010] 所述IPM功率模塊，通過(guò)光纖與所述PWM驅(qū)動(dòng)電路相連，用于向所述PWM驅(qū)動(dòng)電路 輸出上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，并接收所述PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈 沖信號(hào)和1路故障脈沖封鎖信號(hào)；
[00川所述PWM驅(qū)動(dòng)電路，與所述FPGA保護(hù)電路和所述IPM功率模塊相連，用于接收所 述FPGA保護(hù)電路輸出的1路故障脈沖封鎖信號(hào)和6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將所述1路故 障脈沖封鎖信號(hào)和6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至所述IPM功率模塊，用于接收所述IPM功 率模塊輸出的上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，并將所述上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障 信號(hào)輸出至所述FPGA保護(hù)電路；
[001引所述FPGA保護(hù)電路，分別與所述硬件過(guò)量保護(hù)電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動(dòng) 電路相連，用于根據(jù)所述硬件過(guò)量保護(hù)電路輸出的過(guò)流故障信號(hào)和過(guò)壓故障信號(hào)，W及所 述IPM功率模塊輸出的上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，生成故障脈沖封鎖信號(hào)，首先 封鎖FPGA內(nèi)部脈沖，將通過(guò)FPGA的PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)設(shè)為高阻態(tài)，然后將所述故障脈沖封 鎖信號(hào)輸出至所述DSP脈沖封鎖電路的中斷引腳和所述PWM驅(qū)動(dòng)電路，所述FPGA保護(hù)電路 還用于接收所述DSP脈沖封鎖電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將6路PWM觸發(fā)脈沖 信號(hào)輸出至所述PWM驅(qū)動(dòng)電路；
[0013] 所述DSP脈沖封鎖電路，與所述FPGA保護(hù)電路相連，用于在接收到所述故障脈沖 封鎖信號(hào)后將輸出至所述FPGA的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)設(shè)置為高阻態(tài)。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述硬件過(guò)量保護(hù)電路包括：
[001引 由6個(gè)二極管1M148構(gòu)成的共陰極全橋整流電路，與直流分壓電路相連，用于將 接收到的雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，并將所述直流信號(hào)輸出至所述直流分壓電路；
[0016] 所述直流分壓電路，分別與所述共陰極全橋整流電路、直流信號(hào)輸入端、電壓比 較器相連，用于對(duì)輸入的直流信號(hào)進(jìn)行分壓，并將分壓后的電壓信號(hào)輸出至所述電壓比較 器；
[0017] 所述電壓比較器，分別與所述直流分壓電路和參考電壓闊值設(shè)定電路相連，用于 根據(jù)所述參考電壓闊值設(shè)定電路輸出的電壓比較闊值，對(duì)分壓后的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，在 分壓后的電壓闊值超出所述電壓比較闊值的范圍的情況下，輸出過(guò)流故障信號(hào)或過(guò)壓故障 信號(hào)。
[001引在一個(gè)實(shí)施例中，所述參考電壓闊值設(shè)定電路包括；電壓上限設(shè)定電路和電壓下 限設(shè)定電路。
[0019] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述參考電壓闊值設(shè)定電路采用的穩(wěn)壓二極管為ZMM10穩(wěn)壓二 極管，采用的電位器為3224W-1-103E電位器。
[0020] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述PWM驅(qū)動(dòng)電路包括；第一光電轉(zhuǎn)換板和第二光電轉(zhuǎn)換板，其 中，所述第一光電轉(zhuǎn)換板與所述第二光電轉(zhuǎn)換板之間通過(guò)8根光纖連接。
[0021] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一光電轉(zhuǎn)換板包括；PWM脈沖輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和變流 器本身故障信號(hào)處理電路，其中：
[0022] 所述PWM脈沖輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路包括依次串聯(lián)的第一功率驅(qū)動(dòng)器和第一光纖發(fā) 射器，所述第一功率驅(qū)動(dòng)器用于接收所述FPGA保護(hù)電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)和1 路故障脈沖封鎖信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)所述第一光纖發(fā)射器將6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至所述IPM 功率模塊；
[0023] 所述變流器本身故障信號(hào)處理電路包括；封鎖信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、故障脈沖信號(hào)接收 電路、和故障信號(hào)鎖存與報(bào)警電路，其中：
[0024] 所述封鎖信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括依次串聯(lián)的第二功率驅(qū)動(dòng)器和第二光纖發(fā)射器，所述 第二功率驅(qū)動(dòng)器用于將接收到的所述FPGA保護(hù)電路輸出的1路故障脈沖封鎖信號(hào)通過(guò)所 述第二光纖發(fā)射器輸出至所述第二光電轉(zhuǎn)換板.
[0025] 所述故障脈沖信號(hào)接收電路包括第S光纖接收器和一階RC濾波器，用于將所述 IPM功率模塊輸出的上橋臂故障信號(hào)和/或下橋臂故障信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換得到 的電信號(hào)輸出至所述保護(hù)電路和所述故障信號(hào)鎖存與報(bào)警電路；
[0026] 所述故障信號(hào)鎖存與報(bào)警電路的輸入信號(hào)包括；故障脈沖封鎖信號(hào)、上橋臂故障 信號(hào)、下橋臂故障信號(hào)，用于通過(guò)六反相施密特觸發(fā)器74LS14分別將上橋臂故障信號(hào)和下 橋臂故障信號(hào)取反一次，對(duì)故障脈沖封鎖信號(hào)取反兩次，其中，取反兩次后的故障脈沖封鎖 信號(hào)與L邸報(bào)警燈的陰極相連，取反一次后的上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)分別輸入 到與非口巧片74LS00構(gòu)成的D鎖存器，并將復(fù)位信號(hào)與所述D鎖存器相連，鎖存的信號(hào)分 別與L邸報(bào)警燈相連，且所述鎖存器中鎖存的上橋臂故障信號(hào)、下橋臂故障信號(hào)、故障脈沖 封鎖信號(hào)經(jīng)過(guò)與口巧片74LS21相與后，輸入至蜂鳴器控制回路。
[0027] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二光電轉(zhuǎn)換板包括；PWM脈沖接收信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和故障 信號(hào)發(fā)射電路，其中：
[002引所述PWM脈沖接收信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，用于接收所述第一光電轉(zhuǎn)換板輸出的6路PWM 觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將接收到的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至所述IPM功率模塊；
[0029] 所述故障信號(hào)發(fā)射電路，用于將從所述故障信號(hào)發(fā)射電路接收到的上橋臂故障信 號(hào)和/或下橋臂故障信號(hào)，輸出至所述第一光電轉(zhuǎn)換板。
[0030] 在一個(gè)實(shí)施例中，第一光纖發(fā)射器、第二光纖發(fā)射器和第=光纖發(fā)射器的型號(hào)為 HFBR1521，所述第一功率驅(qū)動(dòng)器和第二功率驅(qū)動(dòng)器的型號(hào)為SN75451。
[0031] 在一個(gè)實(shí)施例中，所述IPM功率模塊的型號(hào)為PM150CLA120。
[0032] 在本實(shí)用新型實(shí)施例中，提供了一種變流器=級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，通過(guò)保護(hù)電路中 的FPGA保護(hù)電路和DSP脈沖封鎖電路，依據(jù)過(guò)流故障信號(hào)、過(guò)壓故障信號(hào)、上橋臂故障信號(hào) 和下橋臂故障信號(hào)生成故障脈沖封鎖信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的=級(jí)脈沖封鎖，從而解決了現(xiàn)有 技術(shù)中變流器系統(tǒng)中易出現(xiàn)過(guò)流振蕩致使IPM損壞的技術(shù)問(wèn)題，利用S級(jí)脈沖封鎖來(lái)最大 程度應(yīng)對(duì)變流器內(nèi)部和外部的故障，通過(guò)FPGA對(duì)故障信號(hào)的保持，有效抑制了變流器內(nèi)部 保護(hù)的過(guò)流振蕩現(xiàn)象。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0033] 此處所說(shuō)明的附圖用來(lái)提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分， 并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的限定。在附圖中：
[0034] 圖1是實(shí)用新型實(shí)施例的變流器S級(jí)信號(hào)保護(hù)電路的示意圖；
[0035] 圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的硬件過(guò)量保護(hù)電路圖；
[0036] 圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例的參考電壓闊值設(shè)定電路圖1 ;
[0037] 圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例的參考電壓闊值設(shè)定電路圖2 ;
[003引圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的PWM輸出脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0039] 圖6是本實(shí)用新型實(shí)施例的PWM接收脈沖信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路圖；
[0040] 圖7是本實(shí)用新型實(shí)施例的PWM信號(hào)鎖存與聲光報(bào)警電路圖；
[004U 圖8是本實(shí)用新型實(shí)施例的FPGA內(nèi)部邏輯圖；
[0042] 圖9是本實(shí)用新型實(shí)施例的變流器軟件保護(hù)流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043] 為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合實(shí)施方式和附 圖，對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。在此，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施方式及其說(shuō)明用于解 釋本實(shí)用新型，但并不作為對(duì)本實(shí)用新型的限定。
[0044] 在本實(shí)用新型實(shí)施例中，提供了一種變流器=級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，如圖1所示，包 括；傳感器、硬件過(guò)量保護(hù)電路、FPGA保護(hù)電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路和IPM功 率模塊，其中：
[0045] 傳感器，用于采集S相電流和直流母線電壓；
[0046] 硬件過(guò)量保護(hù)電路，輸入端與所述傳感器相連，輸出端與所述FPGA保護(hù)電路的輸 入管腳相連，用于在所述S相電流超出預(yù)設(shè)值的情況下輸出過(guò)流故障信號(hào)至所述FPGA保 護(hù)電路，在所述直流母線電壓超出預(yù)設(shè)值的情況下輸出過(guò)壓故障信號(hào)至所述FPGA保護(hù)電 路；
[0047] IPM功率模塊，通過(guò)光纖與所述PWM驅(qū)動(dòng)電路相連，用于向所述PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出 上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，并接收所述PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信 號(hào)和1路故障脈沖封鎖信號(hào)；
[0048] PWM驅(qū)動(dòng)電路，與所述FPGA保護(hù)電路和所述IPM功率模塊相連，用于接收所述 FPGA保護(hù)電路輸出的1路故障脈沖封鎖信號(hào)和6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將所述1路故障 脈沖封鎖信號(hào)和6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至所述IPM功率模塊，用于接收所述IPM功率 模塊輸出的上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，并將所述上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信 號(hào)輸出至所述FPGA保護(hù)電路；
[0049] FPGA保護(hù)電路，分別與所述硬件過(guò)量保護(hù)電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路 相連，用于根據(jù)所述硬件過(guò)量保護(hù)電路輸出的過(guò)流故障信號(hào)和過(guò)壓故障信號(hào)，W及所述IPM 功率模塊輸出的上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，生成故障脈沖封鎖信號(hào)，并將所述故 障脈沖封鎖信號(hào)輸出至所述DSP脈沖封鎖電路的中斷引腳和所述PWM驅(qū)動(dòng)電路，所述FPGA 保護(hù)電路還用于接收所述DSP脈沖封鎖電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將6路PWM 觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至所述PWM驅(qū)動(dòng)電路；
[0050] DSP脈沖封鎖電路，與所述FPGA保護(hù)電路相連，用于在接收到所述故障脈沖封鎖 信號(hào)后將輸出至所述FPGA的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)設(shè)置為高阻態(tài)。
[0051] 下面結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)圖1所示的變流器=級(jí)信號(hào)保護(hù)電路進(jìn)行具體說(shuō)明， 然而值得注意的是，該具體實(shí)施例僅是為了更好地說(shuō)明本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新 型的不當(dāng)限定。
[0052] 具體的，在本例中，提供了一種軟硬件相結(jié)合、與IPM的信號(hào)相匹配的變流器保護(hù) 電路，該保護(hù)電路除了能應(yīng)對(duì)突發(fā)的、快速的過(guò)電流、過(guò)電壓保護(hù)，還將IPM本身的短路、過(guò) 溫、欠壓保護(hù)考慮在內(nèi)，并通過(guò)光纖傳輸，設(shè)計(jì)了變流器過(guò)電壓、過(guò)流故障報(bào)警保護(hù)電路W 及S級(jí)脈沖封鎖電路。由于FPGA強(qiáng)大的邏輯資源，在FPGA內(nèi)構(gòu)建故障信號(hào)邏輯判斷處理 電路，從DSP、FPGA、PWM驅(qū)動(dòng)、IPM四個(gè)方面封鎖脈沖，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)電流、過(guò)電壓、IPM故障等情 況時(shí)，該保護(hù)電路可W迅速反應(yīng)，關(guān)閉變流器并報(bào)警，全面有效地保護(hù)變流器自身及外部設(shè) 備。
[0化3] 根據(jù)不同故障信號(hào)的處理方式的不同主要分為五部分；硬件過(guò)量保護(hù)電路、IPM 功率模塊、PWM驅(qū)動(dòng)電路、FPGA保護(hù)電路、DSP脈沖封鎖，下面對(duì)該5個(gè)部分就行具體說(shuō)明： [0化4] 1)硬件過(guò)量保護(hù)電路
[0化5] 被保護(hù)的=相電流和直流母線電壓經(jīng)過(guò)霍爾傳感器采集后，進(jìn)入硬件過(guò)量保護(hù)電 路，霍爾電壓傳感器可W采用LV25-P，電流傳感器可W采用LA100-P。
[0化6] 如圖2所示，該硬件過(guò)量保護(hù)電路包括；
[0057] 參考電壓闊值設(shè)定電路，用于為過(guò)量保護(hù)邏輯電路提供參考電壓；
[005引過(guò)量保護(hù)邏輯電路，包括；不控整流電路、直流分壓電路、濾波電路和電壓比較電 路，其中，不控整流電路由6個(gè)二極管1M148值1至D6)構(gòu)成共陰極全橋整流電路；
[0059] 當(dāng)輸入雙極性信號(hào)時(shí)，先通過(guò)不控整流電路轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，輸入輸出的關(guān)系為： Ud= 2. 34*U 1，經(jīng)整流后的直流信號(hào)經(jīng)過(guò)2個(gè)金屬膜電阻（R7和R8)分壓后，再通過(guò)電壓比 較器LM311與設(shè)定的參考電壓闊值進(jìn)行比較，最后輸出故障信號(hào)。
[0060] 當(dāng)輸入單極性信號(hào)時(shí)；將輸入信號(hào)直接接入直流分壓電路，通過(guò)電壓比較器與參 考電壓進(jìn)行比較，輸出故障信號(hào)。
[0061] 參考電壓闊值設(shè)定電路，如圖3和4所示分別由+15V電壓和-15V電壓供電，并采 用穩(wěn)壓二極管ZMM10分別將闊值設(shè)置范圍分別維持在0V?+10V和一10V?0V之間，同時(shí) 為了保證被保護(hù)信號(hào)判斷的正確性，采用高精度、耐高壓的精密電位器3224W-1-103E調(diào)節(jié) 保護(hù)闊值參考電平的大小。
[0062] 經(jīng)過(guò)硬件過(guò)量保護(hù)電路處理后的產(chǎn)生的過(guò)流OVA1和過(guò)壓故障信號(hào)OVA2,直接與 FPGA分配好的管腳相連。
[0063] 2) IPM功率模塊
[0064] 在本例中，IPM功率模塊的型號(hào)選擇為PM150化A120,輸入為6路PWM觸發(fā)脈沖信 號(hào)和1路故障脈沖封鎖信號(hào)，輸出分別為上橋臂故障信號(hào)OVA3和下橋臂故障信號(hào)0VA4,脈 沖信號(hào)和故障信號(hào)分別經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路和光纖發(fā)射器將故障信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖信號(hào)進(jìn)行傳輸。 [00化]然而值得注意的是，在本例中僅是PM150化A120型號(hào)的IPM功率模塊為例進(jìn)行說(shuō) 明，還可W采用其它型號(hào)的IPM功率模塊，本申請(qǐng)對(duì)此不作限定。
[0066] 3) PWM驅(qū)動(dòng)電路
[0067] 如圖1所示，PWM驅(qū)動(dòng)電路主要分為兩個(gè)；一個(gè)是光電轉(zhuǎn)換板A，另一個(gè)是光電轉(zhuǎn)換 板B，二者之間通過(guò)8根光纖連接。
[0068] 其中，光電轉(zhuǎn)換板A又由兩部分構(gòu)成：PWM脈沖輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和變流器本身故 障信號(hào)處理電路，其中：
[0069] 3-l)PWM脈沖輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，如圖5所示由功率驅(qū)動(dòng)器SN75451和光纖發(fā)射 器HFBR1521依次串聯(lián)構(gòu)成，從FPGA的管腳輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)和1路脈沖封鎖 信號(hào)/XS皿TA-起經(jīng)過(guò)輸入到功率驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)光纖發(fā)射器發(fā)送PWM信號(hào)，輸出信號(hào)通過(guò)光 纖與IPM功率模塊相連。
[0070] 3-2)變流器本身故障信號(hào)處理電路包括=部分；故障脈沖信號(hào)接收電路、封鎖信 號(hào)轉(zhuǎn)換電路、故障信號(hào)鎖存與報(bào)警電路，其中：
[0071] 3-2-1)封鎖信號(hào)轉(zhuǎn)換電路，結(jié)構(gòu)與PWM脈沖輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路相同，但功率驅(qū)動(dòng) 器的兩路輸入信號(hào)均為/XS皿TA，且低電平有效，并通過(guò)光纖輸出到光電轉(zhuǎn)換板B。
[0072] 3-2-2)故障脈沖信號(hào)接收電路，如圖5所示，由光纖接收器HFBR2521和一階RC濾 波器構(gòu)成，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的故障信號(hào)，同時(shí)輸入到FPGA和故障鎖存與報(bào) 警電路。
[0073] 3-2-3)故障信號(hào)鎖存與報(bào)警電路，如圖7所示，輸入信號(hào)為封鎖信號(hào)/XS皿TA和變 流器上、下橋臂故障信號(hào)OVA3、0VA4,通過(guò)六反相施密特觸發(fā)器74LS14分別將OVA3、0VA4 取反一次，對(duì)/XS皿TA信號(hào)取反兩次，封鎖信號(hào)/XS皿TA與L邸報(bào)警燈值1)的陰極相連，故 障信號(hào)0VA3、0VA4分別輸入到與非口巧片74LS00構(gòu)成的D鎖存器，并將復(fù)位信號(hào)K1與鎖 存器相連，鎖存的信號(hào)分別與L邸報(bào)警燈值2)相連；鎖存的故障信號(hào)和脈沖封鎖信號(hào)經(jīng)過(guò) 與口巧片74LS21相與后，輸入到蜂鳴器（SP1)控制回路，S個(gè)信號(hào)均為低電平有效。
[0074] 進(jìn)一步的，光電轉(zhuǎn)換板B與光電轉(zhuǎn)換板A相對(duì)應(yīng)，也是由兩部分構(gòu)成；PWM脈沖接 收信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和故障信號(hào)發(fā)射電路，其中：
[0075] PWM脈沖接收信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路有六路，每路均與光電轉(zhuǎn)換板A的故障脈沖信號(hào)接收 電路相同，輸入為光電轉(zhuǎn)換板A輸出的六路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)，輸出與IPM率模塊相連；故 障信號(hào)發(fā)射電路，與光電轉(zhuǎn)換板A的PWM脈沖發(fā)射電路相同，輸出為故障信號(hào)通過(guò)光纖連接 到光電轉(zhuǎn)換板A。
[0076] 4) FPGA的保護(hù)邏輯（即FPGA保護(hù)電路）
[0077] FPGA的保護(hù)邏輯由與口構(gòu)成，將變流器本身故障OVA3、0VA4和交流過(guò)流信號(hào) OVA1 (即過(guò)流故障信號(hào)）、直流母線電壓過(guò)壓信號(hào)OVA2(即過(guò)壓故障信號(hào)）相與，并產(chǎn)生故 障封鎖信號(hào)/XS皿TA(即故障脈沖封鎖信號(hào)），該故障脈沖封鎖信號(hào)在FPGA內(nèi)部將PWM信 號(hào)封鎖，向下傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換板A將PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)通過(guò)硬件封鎖，向上傳輸?shù)紻SP的/ PDPINTA 引腳。
[007引 5) DSP的脈沖封鎖（即DSP脈沖封鎖電路）
[0079] DSP的脈沖封鎖可W是通過(guò)設(shè)置事件管理器EVA的功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷/PDPINTA， 在中斷內(nèi)將PWM1?6的脈沖強(qiáng)制置為高阻狀態(tài)，即封鎖DSP的PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)。
[0080] 由上述分析可W看出；如圖1所示的變流器S級(jí)保護(hù)電路中進(jìn)入FPGA進(jìn)行處理的 故障信號(hào)主要有兩部分：硬件電路檢測(cè)直流電壓、交流電流超出正常的工作電壓范圍后發(fā) 出的2路報(bào)警信號(hào)，IPM功率模塊產(chǎn)生的2路上、下橋臂故障信號(hào)，共4路故障信號(hào)。
[0081] 該變流器S級(jí)保護(hù)電路中由FPGA產(chǎn)生的變流器PWM故障脈沖封鎖信號(hào)起作用的 地方有S部分；DSP、FPGA、和PWM驅(qū)動(dòng)板，其中，DSP和FPGA構(gòu)成兩級(jí)軟件保護(hù)，PWM驅(qū)動(dòng)板 構(gòu)成硬件保護(hù)。
[0082] 通過(guò)上述變流器=級(jí)保護(hù)電路能夠滿足從軟件和硬件方面滿足對(duì)變流器的保護(hù)， 利用S級(jí)脈沖封鎖來(lái)最大程度應(yīng)對(duì)變流器內(nèi)部和外部的故障，通過(guò)FPGA對(duì)故障信號(hào)的保 持，有效抑制了變流器內(nèi)部保護(hù)的過(guò)流振蕩現(xiàn)象。
[0083] 在本例中從變流器外部故障和本身故障兩個(gè)方面考慮故障信號(hào)的產(chǎn)生和處理，外 部故障信號(hào)通過(guò)硬件過(guò)量保護(hù)電路產(chǎn)生，變流器本身故障通過(guò)IPM直接輸入上、下橋臂故 障，外部故障通過(guò)電信號(hào)傳送，為了隔離一次系統(tǒng)對(duì)二次控制系統(tǒng)的電磁干擾，變流器本身 的故障通過(guò)光纖傳輸?shù)紽PGA，將故障指示信號(hào)引向FPGA后，利用FPGA豐富的邏輯資源，構(gòu) 成保護(hù)邏輯，并生成保護(hù)動(dòng)作信號(hào)，分別封鎖DSP、FPGA、PWM驅(qū)動(dòng)板的脈沖輸出信號(hào)，達(dá)到 多重保護(hù)的目的。
[0084] 下面結(jié)合一個(gè)具體的實(shí)施例對(duì)上述變流器=級(jí)保護(hù)電路進(jìn)行說(shuō)明，然而值得注意 的是，該具體實(shí)施例僅是為了更好地說(shuō)明本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。
[0085] 如圖1所示，=相電流和直流母線電壓通過(guò)電流傳感器輸入到硬件過(guò)量保護(hù)電 路，并產(chǎn)生過(guò)流和過(guò)壓故障信號(hào)OVA1、OVA2,變流器IPM產(chǎn)生上、下橋臂故障信號(hào)OVA3、 0VA4,光電轉(zhuǎn)換板A和B之間通過(guò)光纖傳遞故障信號(hào)。在沒(méi)有故障時(shí)，6路PWM觸發(fā)脈沖信 號(hào)由DSP產(chǎn)生，W FPGA為媒介傳遞到光電轉(zhuǎn)換板A和B，最后輸出到IPM的六個(gè)橋臂，在產(chǎn) 生變流器過(guò)流、過(guò)壓W及內(nèi)部的橋臂故障時(shí)，通過(guò)DSP、FPGA、光電轉(zhuǎn)換板A的PWM均被封鎖。 在圖1中，I油C表示=相交流電流、Udc表示直流母線電壓、0VA1表示過(guò)電壓故障信號(hào)、0VA2 表示過(guò)電流故障信號(hào)、0VA3表示上橋臂故障信號(hào)、0VA4表示下橋臂故障信號(hào)、/XS皿TA表示 脈沖封鎖信號(hào)、/PDPINTA表示功率驅(qū)動(dòng)中斷信號(hào)。
[0086] 硬件過(guò)量保護(hù)電路如圖2所示，采用二極管1M148構(gòu)成不控整流電路，并與電壓 比較電路相結(jié)合的方法，通過(guò)輸入通道的切換實(shí)現(xiàn)兼容交流和直流信號(hào)過(guò)量檢測(cè)的功能。 即交流信號(hào)可W從J1的3、4、5引腳進(jìn)入，先通過(guò)=相不控整流將交流信號(hào)變?yōu)橹绷?，再?jīng) 過(guò)電阻分壓，經(jīng)電壓比較器LM311與設(shè)定的參考電壓值進(jìn)行比較，最后輸出過(guò)量電壓信號(hào) 到J2的引腳5，如果輸入為直流信號(hào)，則從J1的1、7引腳輸入，越過(guò)整流電路直接進(jìn)入電壓 比較環(huán)節(jié)，輸出過(guò)量信號(hào)，具體的可W采用穩(wěn)壓二極管ZMM10將闊值設(shè)置范圍維持在0V? +10V和一10V?0V之間，同時(shí)為了保證被保護(hù)信號(hào)判斷的正確性，如圖3和4所示采用高 精度、耐高壓的精密電位器3224W-1-103E調(diào)節(jié)保護(hù)闊值電平的大小，當(dāng)被保護(hù)信號(hào)電平超 過(guò)設(shè)定的闊值電平時(shí)，比較器輸出低電平，當(dāng)被保護(hù)信號(hào)電平下降到低于闊值電平后，撤銷 過(guò)量信號(hào)。在圖2至4中，R1?R14表示普通電阻，R15、R16表示可調(diào)電阻，D1?D6表示 二極管，D7、D8表不穩(wěn)壓二極管，C1?C4表不陶瓷電容，U1、U2表不過(guò)量保護(hù)模塊，J1? J3表示^;：腳插排，TP1?TP4表示測(cè)試點(diǎn)，+REF表示正參考電平，-REF表示負(fù)參考電平。
[0087] PWM脈沖驅(qū)動(dòng)電路如圖5和6所示，分別為發(fā)射和接收電路，當(dāng)PWM為高電平時(shí)，光 纖發(fā)射器亮，發(fā)送光信號(hào)，當(dāng)/XS皿TA為低電平時(shí)，無(wú)論P(yáng)WM為高電平還是低電平，光纖頭均 不亮，即脈沖信號(hào)被封鎖。光信號(hào)接收電路與發(fā)射電路相似，通過(guò)光纖接收器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換 為光信號(hào)，并將PWM脈沖信號(hào)輸送到IPM的六個(gè)橋臂的電平相兼容的15V電平。在圖5和6 中，U1表示光纖接收器，R1表示普通電阻，U1A表示功率驅(qū)動(dòng)器，XPWM1?6表示脈沖信號(hào)， C1?C21表示陶瓷電容。
[00能]變流器內(nèi)部故障時(shí)，IPM將發(fā)出上、下橋臂故障信號(hào)OVA3、0VA4,將該信號(hào)輸入到 光電信號(hào)轉(zhuǎn)換板B，并通過(guò)光纖發(fā)射器發(fā)送到光電信號(hào)轉(zhuǎn)接板A，發(fā)送和接收電路均如PWM 的發(fā)送和接收電路，在此不再寶述。為了避免光纖折斷等情況下，接收不到故障信號(hào)，需要 對(duì)IPM輸出的故障信號(hào)取反，即可接入六反施密特觸發(fā)器，使得IPM故障信號(hào)為低電平時(shí)， 發(fā)射光纖頭發(fā)光，即正常運(yùn)行時(shí)為常亮；并通過(guò)光纖發(fā)射器將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。經(jīng)過(guò)光 纖傳輸?shù)焦怆娹D(zhuǎn)換板A后，如圖7所示，通過(guò)光纖接收器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過(guò)故障信號(hào)鎖 存與報(bào)警電路，將故障信號(hào)鎖存和報(bào)警，在圖7中U1表示六反相器，U2.表示四2輸入與非 口，U3表示雙四輸入與口，R1?7表示普通電阻，D1、D2.表示紅色LED燈，C1表示陶瓷電 容，Q1. PNP表示S極管，SP1表示蜂鳴器。
[0089] 具體的，故障鎖存狀態(tài)方程為：
[0090]

【權(quán)利要求】
1. 一種變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，包括：傳感器、硬件過(guò)量保護(hù)電路、 FPGA保護(hù)電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動(dòng)電路和IPM功率模塊，其中： 所述傳感器，用于采集三相電流和直流母線電壓； 所述硬件過(guò)量保護(hù)電路，輸入端與所述傳感器相連，輸出端與所述FPGA保護(hù)電路的輸 入管腳相連，用于在所述三相電流超出預(yù)設(shè)值的情況下輸出過(guò)流故障信號(hào)至所述FPGA保 護(hù)電路，在所述直流母線電壓超出預(yù)設(shè)值的情況下輸出過(guò)壓故障信號(hào)至所述FPGA保護(hù)電 路； 所述IPM功率模塊，通過(guò)光纖與所述PWM驅(qū)動(dòng)電路相連，用于向所述PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出 上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，并接收所述PWM驅(qū)動(dòng)電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信 號(hào)和1路故障脈沖封鎖信號(hào)； 所述PWM驅(qū)動(dòng)電路，與所述FPGA保護(hù)電路和所述IPM功率模塊相連，用于接收所述 FPGA保護(hù)電路輸出的1路故障脈沖封鎖信號(hào)和6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將所述1路故障 脈沖封鎖信號(hào)和6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至所述IPM功率模塊，用于接收所述IPM功率 模塊輸出的上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，并將所述上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信 號(hào)輸出至所述FPGA保護(hù)電路； 所述FPGA保護(hù)電路，分別與所述硬件過(guò)量保護(hù)電路、DSP脈沖封鎖電路、PWM驅(qū)動(dòng)電 路相連，用于根據(jù)所述硬件過(guò)量保護(hù)電路輸出的過(guò)流故障信號(hào)和過(guò)壓故障信號(hào)，以及所述 IPM功率模塊輸出的上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)，生成故障脈沖封鎖信號(hào)，首先封鎖 FPGA內(nèi)部脈沖，將通過(guò)FPGA的PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)設(shè)為高阻態(tài)，然后將所述故障脈沖封鎖信 號(hào)輸出至所述DSP脈沖封鎖電路的中斷引腳和所述PWM驅(qū)動(dòng)電路，所述FPGA保護(hù)電路還用 于接收所述DSP脈沖封鎖電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)，并將6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào) 輸出至所述PWM驅(qū)動(dòng)電路； 所述DSP脈沖封鎖電路，與所述FPGA保護(hù)電路相連，用于在接收到所述故障脈沖封鎖 信號(hào)后將輸出至所述FPGA的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)設(shè)置為高阻態(tài)。
2. 如權(quán)利要求1所述的變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，所述硬件過(guò)量保護(hù)電 路包括： 由6個(gè)二極管1N4148構(gòu)成的共陰極全橋整流電路，與直流分壓電路相連，用于將接收 到的雙極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)，并將所述直流信號(hào)輸出至所述直流分壓電路； 所述直流分壓電路，分別與所述共陰極全橋整流電路、直流信號(hào)輸入端、電壓比較器相 連，用于對(duì)輸入的直流信號(hào)進(jìn)行分壓，并將分壓后的電壓信號(hào)輸出至所述電壓比較器； 所述電壓比較器，分別與所述直流分壓電路和參考電壓閾值設(shè)定電路相連，用于根據(jù) 所述參考電壓閾值設(shè)定電路輸出的電壓比較閾值，對(duì)分壓后的電壓信號(hào)進(jìn)行比較，在分壓 后的電壓閾值超出所述電壓比較閾值的范圍的情況下，輸出過(guò)流故障信號(hào)或過(guò)壓故障信 號(hào)。
3. 如權(quán)利要求2所述的變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，所述參考電壓閾值設(shè) 定電路包括：電壓上限設(shè)定電路和電壓下限設(shè)定電路。
4. 如權(quán)利要求2所述的變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，所述參考電壓閾值設(shè) 定電路采用的穩(wěn)壓二極管為ZMM10穩(wěn)壓二極管，采用的電位器為3224W-1-103E電位器。
5. 如權(quán)利要求1所述的變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，所述PWM驅(qū)動(dòng)電路包 括：第一光電轉(zhuǎn)換板和第二光電轉(zhuǎn)換板，其中，所述第一光電轉(zhuǎn)換板與所述第二光電轉(zhuǎn)換板 之間通過(guò)8根光纖連接。
6. 如權(quán)利要求5所述的變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，所述第一光電轉(zhuǎn)換板 包括：PWM脈沖輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和變流器本身故障信號(hào)處理電路，其中： 所述PWM脈沖輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路包括依次串聯(lián)的第一功率驅(qū)動(dòng)器和第一光纖發(fā)射器， 所述第一功率驅(qū)動(dòng)器用于接收所述FPGA保護(hù)電路輸出的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)和1路故 障脈沖封鎖信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)所述第一光纖發(fā)射器將6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至所述IPM功 率模塊； 所述變流器本身故障信號(hào)處理電路包括：封鎖信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、故障脈沖信號(hào)接收電路、 和故障信號(hào)鎖存與報(bào)警電路，其中： 所述封鎖信號(hào)轉(zhuǎn)換電路包括依次串聯(lián)的第二功率驅(qū)動(dòng)器和第二光纖發(fā)射器，所述第二 功率驅(qū)動(dòng)器用于將接收到的所述FPGA保護(hù)電路輸出的1路故障脈沖封鎖信號(hào)通過(guò)所述第 二光纖發(fā)射器輸出至所述第二光電轉(zhuǎn)換板； 所述故障脈沖信號(hào)接收電路包括第三光纖接收器和一階RC濾波器，用于將所述IPM功 率模塊輸出的上橋臂故障信號(hào)和/或下橋臂故障信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并將轉(zhuǎn)換得到的電信 號(hào)輸出至所述保護(hù)電路和所述故障信號(hào)鎖存與報(bào)警電路； 所述故障信號(hào)鎖存與報(bào)警電路的輸入信號(hào)包括：故障脈沖封鎖信號(hào)、上橋臂故障信號(hào)、 下橋臂故障信號(hào)，用于通過(guò)六反相施密特觸發(fā)器74LS14分別將上橋臂故障信號(hào)和下橋臂 故障信號(hào)取反一次，對(duì)故障脈沖封鎖信號(hào)取反兩次，其中，取反兩次后的故障脈沖封鎖信號(hào) 與LED報(bào)警燈的陰極相連，取反一次后的上橋臂故障信號(hào)和下橋臂故障信號(hào)分別輸入到與 非門(mén)芯片74LS00構(gòu)成的D鎖存器，并將復(fù)位信號(hào)與所述D鎖存器相連，鎖存的信號(hào)分別與 LED報(bào)警燈相連，且所述鎖存器中鎖存的上橋臂故障信號(hào)、下橋臂故障信號(hào)、故障脈沖封鎖 信號(hào)經(jīng)過(guò)與門(mén)芯片74LS21相與后，輸入至蜂鳴器控制回路。
7. 如權(quán)利要求6所述的變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，所述第二光電轉(zhuǎn)換板 包括：PWM脈沖接收信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路和故障信號(hào)發(fā)射電路，其中： 所述PWM脈沖接收信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路，用于接收所述第一光電轉(zhuǎn)換板輸出的6路PWM觸發(fā) 脈沖信號(hào)，并將接收到的6路PWM觸發(fā)脈沖信號(hào)輸出至所述IPM功率模塊； 所述故障信號(hào)發(fā)射電路，用于將從所述故障信號(hào)發(fā)射電路接收到的上橋臂故障信號(hào)和 /或下橋臂故障信號(hào)，輸出至所述第一光電轉(zhuǎn)換板。
8. 如權(quán)利要求7所述的變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，第一光纖發(fā)射器、第二 光纖發(fā)射器和第三光纖發(fā)射器的型號(hào)為HFBR1521，所述第一功率驅(qū)動(dòng)器和第二功率驅(qū)動(dòng)器 的型號(hào)為SN75451。
9. 如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的變流器三級(jí)信號(hào)保護(hù)電路，其特征在于，所述IPM 功率模塊的型號(hào)為PM150CLA120。
【文檔編號(hào)】H02H7/12GK204205569SQ201420750285
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)日期:2014年12月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月3日
【發(fā)明者】劉輝, 劉其輝, 吳林林, 葛立坤, 王皓靖, 孫亮亮 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司, 華北電力大學(xué)