一種用於statcom的igbt溫度檢測與保護電路的製作方法

2023-10-07 02:16:54

一種用於statcom的igbt溫度檢測與保護電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路，包括有電橋電路、電壓跟隨放大電路、滯環比較隔離電路和比較隔離電路；所述電橋電路的熱敏電阻Rt內置於IGBT模塊中，且其輸出端與電壓跟隨放大電路的輸入端連接；所述電壓跟隨放大電路的輸出端與滯環比較隔離電路的輸入端和比較隔離電路的輸入端連接；所述滯環比較隔離電路的輸出端和比較隔離電路的輸出端分別與風機控制電路和IGBT模塊的控制器連接。這樣，即可根據IGBT模塊的實時溫度自動控制散熱風機的啟停和進行保護停機，同時可實時監控，不會對控制器造成幹擾；而且結構十分簡單、可靠，測量值精度高，沒有複雜元器件，成本低。
【專利說明】—種用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路

【技術領域】
[0001]本發明屬於IGBT溫度檢測和保護【技術領域】，特別涉及一種用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路。

【背景技術】
[0002]隨著電力電子技術的飛速發展，尤其它在當今工業領域的廣泛應用，電能質量問題日益凸顯，為了改善電能質量問題，具有補償系統無功，提高系統的功率因數，改善電能的質量，減少系統中諧波分量能力的STATCOM (靜止同步補償器Static SynchronousCompensator,簡稱STATC0M，又稱SVG)得到了廣泛應用。
[0003]作為STATCOM主電路的核心，功率開關器件的選擇非常重要。而IGBT (InsulatedGate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型電晶體)在諸如變頻器、開關電源等電力電子技術的能量變換與管理應用中，越來越成為各種主迴路的首選功率開關器件，同樣如何安全可靠地驅動IGBT，將決定了整個系統的性能。
[0004]IGBT是溫度敏感器件，其載流能力和壽命與溫度呈比例關係，而且過溫會使IGBT損壞，所以必須對IGBT溫度進行實時監控，保證其工作在一定溫度範圍內，若IGBT溫度超過設定預警值，必須啟動散熱風機，及時散熱；若IGBT溫度低於設定低溫值，可以停止散熱風機，以節省電能；若IGBT溫度超過設定保護值，必須停機以保證IGBT不受損壞。


【發明內容】

[0005]但是，目前現有IGBT模塊的檢測方式有:1、使用溫度開關貼在散熱器旁邊，通過檢測散熱器的溫度加上一個定值而得到IGBT的溫度，這種方法不能準確測量IGBT結溫，而且溫度開關一般採用進口，價格昂貴。2、在散熱器上裝熱敏電阻，通過分壓完後通過AD晶片，得到IGBT的溫度，實時檢測，這種方法一方面與方法I 一樣測量不準確，實時採集IGBT溫度給控制器帶來負擔。3、利用IGBT模塊內置的熱敏電阻，經過系列處理，完後利用AD晶片實時採樣，得到IGBT的溫度，這種方法跟方法2 —樣，會給控制器帶來運算負擔，但是控制器得到實時溫度的具體數值意義不大。
[0006]而且STATCOM的散熱風機大多一直運行，而很多時候，STATCOM並沒有滿負荷輸出，像光伏發電廠，早晚負荷相對較輕，此時風機一直運行會造成電能損耗。
[0007]為解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種可實時檢測IGBT模塊的溫度從而自動控制散熱風機的啟停、保護停機，可實時監控，能減輕控制器運算負擔，不會對控制器造成幹擾，且結構簡單、可靠，靈敏度高，成本低的用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路。
[0008]為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案:
一種用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路，包括有電橋電路、電壓跟隨放大電路、滯環比較隔離電路和比較隔離電路；所述電橋電路的熱敏電阻Rt內置於IGBT模塊中，且其輸出端與電壓跟隨放大電路的輸入端連接；所述電壓跟隨放大電路的輸出端與滯環比較隔離電路的輸入端和比較隔離電路的輸入端連接；所述滯環比較隔離電路的輸出端和比較隔離電路的輸出端分別與風機控制電路和IGBT模塊的控制器連接。
[0009]進一步地，所述電壓跟隨放大電路主要由第一放大器、第二放大器、第三放大器、電阻R4和電阻R5組成；所述第一放大器和第二放大器的非反向輸入端與電橋電路連接，反向輸入端與各自的輸出端連接，而且第一放大器的輸出端串聯電阻R4後與第三放大器的反向輸入端連接，第二放大器的輸出端與第三放大器的非反向輸入端連接；所述電阻R5並聯在第三放大器上，兩端分別與第三放大器的反向輸入端和輸出端連接；所述第三放大器的輸出端與滯環比較隔離電路和比較隔離電路連接。
[0010]進一步地，所述滯環比較隔離電路主要由第四放大器、第一光電耦合器和電阻R6?R9組成；所述第四放大器的反向輸入端串聯電阻R6後與第三放大器的輸出端連接，非反向輸入端串聯電阻R7後接地，且其輸出端串聯電阻R9後與第一光電耦合器的正極連接；所述電阻R8並聯第四放大器和電阻R9上，一端連接在電阻R7與第四放大器的非反向輸入端之間，另一端連接在電阻R9與第一光電稱合器的正極之間；所述第一光電稱合器的負極接地，發射極連接電源負極，集電極與風機控制電路連接。
[0011]進一步地，所述開關電源模塊由二極體、第一電感線圈KA和第二電感線圈KM組成；所述二極體的兩端分別與第一光電耦合器的集電極和輸入電源正極連接，所述第一電感線圈KA並聯在二極體上，以控制第二電感線圈KM的電源輸入開關，所述第二電感線圈KM控制風機的電源輸入開關。
[0012]進一步地，所述比較隔離電路主要由第五放大器、第二光電耦合器和電阻RlO?R13組成；所述第五放大器的反向輸入端串聯電阻RlO後與第三放大器(23)的輸出端連接，非反向輸入端串聯電阻Rll後接地，且其輸出端與第二光電耦合器的正極連接；所述電阻R8並聯第五放大器上，一端連接在電阻Rll與第五放大器的非反向輸入端之間，另一端連接在第五放大器的輸出端與第二光電稱合器的正極之間；所述第二光電稱合器的負極和發射極接地，集電極串聯有電阻Rl3與輸入電源正極連接，並與IGBT模塊的控制器通信連接。
[0013]進一步地，所述電橋電路主要由熱敏電阻Rt和電阻Rl?R3組成；所述熱敏電阻Rt和電阻R3串聯連接，所述電阻Rl和電阻R2串聯連接，串聯連接的熱敏電阻Rt和電阻R3與串聯連接的電阻Rl和電阻R2並聯連接，且兩端分別輸入電源正極連接和接地；所述第一放大器和第二放大器的非反向輸入端分別連接在熱敏電阻Rt和電阻R3之間、電阻Rl和電阻R2之間。
[0014]本發明的有益效果是:
本發明通過上述技術方案，即可根據IGBT模塊的實時溫度自動控制散熱風機的啟停和進行保護停機，也就是說可在低負荷的時候關閉風機，起到節能作用，又可在重負荷時啟動風機，還可在到達最高保護結溫的時候，停機，保護IGBT模塊，同時可實時監控，光耦隔離驅動，不會對控制器造成幹擾，能減輕控制器運算負擔；而且結構十分簡單、可靠，靈敏度高，沒有複雜元器件，成本低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發明所述一種用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路實施例的電路結構原理示意圖。

【具體實施方式】
[0016]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0017]如圖1中所示:
本發明實施例所述的一種用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路，包括有電橋電路1、電壓跟隨放大電路2、滯環比較隔離電路3和比較隔離電路4 ;所述電橋電路I的熱敏電阻Rt內置於IGBT模塊中，且其輸出端與電壓跟隨放大電路2的輸入端連接；所述電壓跟隨放大電路2的輸出端與滯環比較隔離電路3的輸入端和比較隔離電路4的輸入端連接；所述滯環比較隔離電路3的輸出端和比較隔離電路4的輸出端分別與風機控制電路5和IGBT模塊的控制器連接。具體結構可以為:
所述電橋電路I主要由熱敏電阻Rt和電阻Rl?R3組成；所述電壓跟隨放大電路2主要由第一放大器21、第二放大器22、第三放大器23、電阻R4和電阻R5組成；所述滯環比較隔離電路3主要由第四放大器31、第一光電耦合器32、開關電源模塊33和電阻R6?R9組成；所述比較隔離電路4主要由第五放大器41、第二光電耦合器42和電阻RlO?R13組成。其中，所述熱敏電阻Rt是負溫度係數熱敏電阻，其和電阻R3串聯連接；所述電阻Rl和電阻R2串聯連接，串聯連接的熱敏電阻Rt和電阻R3與串聯連接的電阻Rl和電阻R2並聯連接，且兩端分別輸入電源正極連接和接地；所述第一放大器21和第二放大器22的非反向輸入端分別連接在熱敏電阻Rt和電阻R3之間、電阻Rl和電阻R2之間。所述第一放大器21和第二放大器22的反向輸入端與各自的輸出端連接，而且第一放大器21的輸出端串聯電阻R4後與第三放大器23的反向輸入端連接,第二放大器22的輸出端與第三放大器23的非反向輸入端連接；所述電阻R5並聯在第三放大器23上，兩端分別與第三放大器23的反向輸入端和輸出端連接；所述第三放大器23的輸出端與滯環比較隔離電路3和比較隔離電路4連接。所述第四放大器31的反向輸入端串聯電阻R6後與第三放大器23的輸出端連接，非反向輸入端串聯電阻R7後接地，且其輸出端串聯電阻R9後與第一光電耦合器32的正極連接；所述電阻R8並聯第四放大器31和電阻R9上，一端連接在電阻R7與第四放大器31的非反向輸入端之間，另一端連接在電阻R9與第一光電稱合器32的正極之間；所述第一光電耦合器32的負極接地，發射極連接電源負極，集電極與風機控制電路5連接。所述第五放大器41的反向輸入端串聯電阻RlO後與第三放大器23的輸出端連接，非反向輸入端串聯電阻RlI後接地，且其輸出端與第二光電耦合器42的正極連接；所述電阻R8並聯第五放大器41上,一端連接在電阻Rll與第五放大器41的非反向輸入端之間，另一端連接在第五放大器41的輸出端與第二光電稱合器42的正極之間；所述第二光電稱合器42的負極和發射極接地，集電極串聯有電阻R13與輸入電源正極連接，並與IGBT模塊的控制器通信連接。
[0018]本發明所述IGBT溫度檢測與保護電路工作時，首先通過電橋電路I檢測熱敏電阻Rt的阻值，從而間接得到IGBT模塊的實時溫度(由於熱敏電阻Rt的阻值隨IGBT模塊溫度的變化而改變，電橋電路I輸出電流也隨之發生變化);然後電壓跟隨放大電路2 (具有提高帶負載能力作用)對電橋電路I輸出的電流進行隔離、放大後輸出至滯環比較隔離電路3和比較隔離電路4 ;最後滯環比較隔離電路3根據輸入的放大電流輸出高電平或低電平，以控制風機啟停，同時比較隔離電路4根據輸入的放大電流與設定閥值進行比較、輸出高電平或低電平給IGBT模塊的控制器，IGBT模塊的控制器根據輸入的高電平或低電平對IGBT模塊做過溫保護處理。
[0019]這樣，通過本發明所述IGBT溫度檢測與保護電路即可根據IGBT模塊的實時溫度自動控制散熱風機的啟停和進行保護停機，也就是說可在低負荷的時候關閉風機，起到節能作用，又可在重負荷時啟動風機，還可在到達最高保護結溫的時候，停機，保護IGBT模塊，同時可實時監控，光耦隔離驅動，不會對控制器造成幹擾，能減輕控制器運算負擔；而且結構十分簡單、可靠，靈敏度高，沒有複雜元器件，成本低。
[0020]以上所述是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路，其特徵在於:包括有電橋電路(I)、電壓跟隨放大電路(2)、滯環比較隔離電路(3)和比較隔離電路(4);所述電橋電路(I)的熱敏電阻Rt內置於IGBT模塊中，且其輸出端與電壓跟隨放大電路(2)的輸入端連接；所述電壓跟隨放大電路(2)的輸出端與滯環比較隔離電路(3)的輸入端和比較隔離電路(4)的輸入端連接；所述滯環比較隔離電路(3)的輸出端和比較隔離電路(4)的輸出端分別與風機控制電路(5)和IGBT模塊的控制器連接。
2.根據權利要求1所述的用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路，其特徵在於:所述電壓跟隨放大電路(2)主要由第一放大器(21)、第二放大器(22)、第三放大器(23)、電阻R4和電阻R5組成；所述第一放大器(21)和第二放大器(22)的非反向輸入端與電橋電路(I)連接，反向輸入端與各自的輸出端連接，而且第一放大器(21)的輸出端串聯電阻R4後與第三放大器(23)的反向輸入端連接,第二放大器(22)的輸出端與第三放大器(23)的非反向輸入端連接；所述電阻R5並聯在第三放大器(23)上，兩端分別與第三放大器(23)的反向輸入端和輸出端連接；所述第三放大器(23)的輸出端與滯環比較隔離電路(3)和比較隔離電路(4)連接。
3.根據權利要求1或2所述的用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路，其特徵在於:所述滯環比較隔離電路(3)主要由第四放大器(31)、第一光電耦合器(32)和電阻R6?R9組成；所述第四放大器(31)的反向輸入端串聯電阻R6後與第三放大器(23)的輸出端連接，非反向輸入端串聯電阻R7後接地，且其輸出端串聯電阻R9後與第一光電耦合器(32)的正極連接；所述電阻R8並聯第四放大器(31)和電阻R9上，一端連接在電阻R7與第四放大器(31)的非反向輸入端之間，另一端連接在電阻R9與第一光電耦合器(32)的正極之間；所述第一光電耦合器(32)的負極接地，發射極連接電源負極，集電極與風機控制電路(5)連接。
4.根據權利要求3所述的用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路，其特徵在於:所述比較隔離電路(4)主要由第五放大器(41)、第二光電耦合器(42)和電阻RlO?R13組成；所述第五放大器(41)的反向輸入端串聯電阻RlO後與第三放大器(23)的輸出端連接，非反向輸入端串聯電阻Rll後接地，且其輸出端與第二光電耦合器(42)的正極連接；所述電阻R8並聯第五放大器(41)上，一端連接在電阻Rll與第五放大器(41)的非反向輸入端之間，另一端連接在第五放大器(41)的輸出端與第二光電耦合器(42)的正極之間；所述第二光電耦合器(42)的負極和發射極接地，集電極串聯有電阻R13與輸入電源正極連接，並與IGBT模塊的控制器通信連接。
5.根據權利要求4所述的用於STATCOM的IGBT溫度檢測與保護電路，其特徵在於:所述電橋電路(I)主要由熱敏電阻Rt和電阻Rl?R3組成；所述熱敏電阻Rt和電阻R3串聯連接，所述電阻Rl和電阻R2串聯連接，串聯連接的熱敏電阻Rt和電阻R3與串聯連接的電阻Rl和電阻R2並聯連接，且兩端分別輸入電源正極連接和接地；所述第一放大器(21)和第二放大器(22)的非反向輸入端分別連接在熱敏電阻Rt和電阻R3之間、電阻Rl和電阻R2之間。
【文檔編號】G01K7/22GK104362598SQ201410656235
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】向增, 陳俊嶺, 李忠懷, 韋延清, 陳蕾 申請人:珠海萬力達電氣自動化有限公司