驱动器及变流器

摘要

本发明提供一种驱动器及变流器，包括电路板、高压区及低压区，所述电路板设有高压侧及与所述高压侧相邻设置的低压侧，所述高压区集成在所述电路板的高压侧上，所述低压区集成在所述电路板的低压侧上，所述高压区与所述低压区通信连接。本发明提供的驱动器及变流器，能够提升了驱动器的抗干扰能力，结构简单，可靠性高。

权利要求

1.一种驱动器，其特征在于，所述驱动器包括电路板、高压区及低压区，所述电路板设有高压侧及与所述高压侧相邻设置的低压侧，所述高压区集成在所述电路板的高压侧上，所述低压区集成在所述电路板的低压侧上，所述高压区与所述低压区通信连接；

所述高压区包括高压侧控制器与运行状态监控电路，所述高压侧控制器与所述运行状态监控电路电连接；其中，所述运行状态监控电路，用于监控功率元件及变流器的运行状态，并采集功率元件及变流器的运行状态数据信息，以将采集到的所述运行状态数据信息发送至所述高压侧控制器；

所述高压侧控制器，用于根据运行状态数据信息处理得到控制信号，并将所述控制信号传输至IGBT组件。

2.如权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述高压区的数量为两个，其中两个高压区为第一高压区与第二高压区，所述第一高压区与所述第二高压区的结构相同。

3.如权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述低压区包括传感器采样电路、低压侧控制器及通讯电路，所述低压侧控制器分别与所述传感器采样电路及所述通讯电路电连接。

4.如权利要求3所述的驱动器，其特征在于，所述低压侧控制器包括缓存模块与处理器，所述缓存模块与所述处理器电连接。

5.如权利要求4所述的驱动器，其特征在于，所述传感器采样电路包括控制器单板电压模块与A/D转换器，所述控制器单板电压模块与所述A/D转换器电连接，所述A/D转换器还与所述处理器连接。

6.如权利要求5所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器还包括电流传感器与温度传感器，所述电流传感器和所述温度传感器均与所述A/D转换器电连接。

7.如权利要求4所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器还包括控制器湿度传感器，所述控制器湿度传感器均与所述处理器连接。

8.如权利要求4所述的驱动器，其特征在于，所述通讯电路包括通信模块及IGBT脉冲分配与运行状态处理模块，所述通信模块和所述IGBT脉冲分配与运行状态处理模块均与所述处理器电连接，所述IGBT脉冲分配与运行状态处理模块还与所述高压区通信连接。

9.一种变流器，其特征在于，所述变流器包括如权利要求1至8中任一项所述的驱动器。

10.如权利要求9所述的变流器，其特征在于，所述变流器还包括变流控制器与IGBT组件，所述驱动器集成在所述IGBT组件的内部，所述低压区与所述变流控制器通信连接，所述高压区与所述IGBT组件电连接。

说明书

驱动器及变流器

技术领域

[0001] 本发明涉及一种能源供电技术领域，尤其涉及一种驱动器及变流器。

背景技术

[0002] 目前设计变流器的公司主要有西门子、庞巴迪、三菱等公司，这些公司所设计的产品都是基于分立功率半导体器件进行开发，其中的脉冲控制、半导体器件驱动及功率半导体器件均是单独设计，然后将脉冲控制、半导体器件驱动及功率半导体器件统一安装到变流器中。

[0003] 现有技术中，驱动器往往与相应半导体功率器件分开设计，使得变流器设计结构复杂，抗干扰能力低，并且分立设计及安装方式很难对功率半导体器件的运行状态进行及时的跟踪与记录，影响功率半导体器件的运行可靠性。

[0004] 针对上述问题，本领域技术人员一直在寻求解决办法。

发明内容

[0005] 有鉴于此，本发明提供一种驱动器及变流器，能够提升了驱动器的抗干扰能力，结构简单，可靠性高。

[0006] 本发明提供一种驱动器，包括电路板、高压区及低压区，所述电路板设有高压侧及与所述高压侧相邻设置的低压侧，所述高压区集成在所述电路板的高压侧上，所述低压区集成在所述电路板的低压侧上，所述高压区与所述低压区通信连接。

[0007] 进一步地，所述高压区的数量为两个，其中两个高压区为第一高压区与第二高压区，所述第一高压区与所述第二高压区的结构相同，所述高压区包括高压侧控制器与运行状态监控电路，所述高压侧控制器与所述运行状态监控电路电连接。

[0008] 进一步地，所述低压区包括传感器采样电路、低压侧控制器及通讯电路，所述低压侧控制器分别与所述传感器采样电路及所述通讯电路电连接。

[0009] 进一步地，所述低压侧控制器包括缓存模块与处理器，所述缓存模块与所述处理器电连接。

[0010] 进一步地，所述传感器采样电路包括控制器单板电压模块与A/D转换器，所述控制器单板电压模块与所述A/D转换器电连接，所述A/D转换器还与所述处理器连接。

[0011] 进一步地，所述驱动器还包括电流传感器与温度传感器，所述电流传感器和所述温度传感器均与所述A/D转换器电连接。

[0012] 进一步地，所述驱动器还包括控制器湿度传感器，所述控制器湿度传感器均与所述处理器连接。

[0013] 进一步地，所述通讯电路包括通信模块及IGBT脉冲分配与运行状态处理模块，所述通信模块和所述IGBT脉冲分配与运行状态处理模块均与所述处理器电连接，所述IGBT脉冲分配与运行状态处理模块还与所述高压区通信连接。

[0014] 本发明还提供一种变流器，所述变流器包括如上述的驱动器。

[0015] 进一步地，所述变流器还包括变流控制器与IGBT组件，所述驱动器集成在所述IGBT组件的内部，所述低压区与所述变流控制器通信连接，所述高压区与所述IGBT组件电连接。

[0016] 由此可见，本发明实施例提供的驱动器及变流器，通过将驱动器的高压区与低压区集成在电路板上，提升了驱动器的抗干扰能力，结构简单，可靠性高。

[0017] 为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

[0018] 图1与图2为本发明第一实施例提供的驱动器的结构框图。

[0019] 图3为图2中低压区的电路拓扑结构示意图。

[0020] 图4为图2中的高压区与低压区之间电路连接结构示意图。

[0021] 图5为本发明第二实施例提供的变流器的电路拓扑结构示意图。

具体实施方式

[0022] 为更进一步阐述本发明为实现预期目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

[0023] 图1与图2为本发明第一实施例提供的驱动器100的结构框图。本实施提供的驱动器100用于驱动变流器中，并集成在变流器的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)组件内，并与IGBT的形状及大小一致，实现与IGBT完全贴合，如图1至图2所示，本实施例提供的驱动器100至少包括电路板10、高压区20及低压区30。具体地，在本实施例中，电路板10设有高压侧12及与高压侧12相邻设置的低压侧14，具体地，电路板10的高压侧12与低压侧14位于电路板10的同一端面上。具体地，在一实施方式中，高压区20集成在电路板10的高压侧12上，低压区30集成在电路板10的低压侧14上，高压区20与低压区30通信连接。

[0024] 具体地，在一实施方式中，高压区20的数量可以但不限于为两个，例如在其他实施方式中，高压区20的数量与该驱动器100集成在相应的IGBT组件内的IGBT的数量一致，例如IGBT组件内包括三个IGBT时，则驱动器100上的高压区20的数量为三个。具体地，在本实施例中，两个高压区20为第一高压区22与第二高压区24，第一高压区22与第二高压区24的结构相同。具体地，高压区20包括高压侧控制器222,242与运行状态监控电路224,244，高压侧控制器222,242与运行状态监控电路224,244电连接。具体地，在一实施方式中，高压侧控制器222,242可以但不限于为SMD现场可编程门阵列，以用于逻辑处理。例如高压侧控制器222,242的型号为10M25DAF484I7G等Max10系列可编程逻辑芯片，但并不限于此。

[0025] 具体地，在本实施例中，第一高压区22包括高压侧控制器222与运行状态监控电路224。第二高压区24包括高压侧控制器242与运行状态监控电路244。具体地，在一实施方式中，运行状态监控电路224,244用于监控功率元件及变流器的运行状态，并采集功率元件及变流器的运行状态数据信息，以将采集到的运行状态数据信息发送至高压侧控制器222,
242。高压侧控制器222,242用于根据运行状态数据信息处理得到控制信号，并将控制信号传输至IGBT组件，以实现功率元件的精细控制和运行状态的全程跟踪记录，为变流器的故障处理及功率元件的健康管理提供有效地数据支持，进而实现变流器的智能化管控。

[0026] 具体地，在一实施方式中，第一高压区22的高压侧控制器222与母排42连接，并经由线缆与IGBT组件中的一IGBT连接。第二高压区24的高压侧控制器242与母排42连接，并经由线缆与IGBT组件中的另一IGBT连接。

[0027] 具体地，在一实施方式中，低压区30包括传感器采样电路32、低压侧控制器34及通讯电路36。具体地，低压侧控制器34分别与传感器采样电路32及通讯电路36电连接。

[0028] 请一并参考图3，图3为图2中低压区30的电路拓扑结构示意图。如图1至图3所示，在一实施方式中，低压侧控制器34包括缓存模块341与处理器343，缓存模块341与处理器343电连接。具体地，在本实施例中，缓存模块341用于实现大规模数据高速缓存，以使得驱动器100能够高速上传数据信息，及处理相应的数据信息。处理器343用于将采集到的电压、电流、温度及湿度等模拟量数据信息进行处理得到相应的控制信号，以对IGBT组件的脉冲处理，并实现联驱动功能，进而实现对IGBT组件的多层次保护的功能。具体地，在一实施方式中，处理器343可以但不限于为SMD现场可编程门阵列，以用于逻辑处理。例如处理器343的型号为10M25DAF484I7G等Max10系列可编程逻辑芯片，但并不限于此。

[0029] 具体地，在一实施方式中，传感器采样电路32包括控制器单板电压模块321与A/D转换器323，控制器单板电压模块321与A/D转换器323电连接，A/D转换器323还与处理器343连接。具体地，在本实施例中，传感器采样电路32用于对各传感器采集到的模拟量数据信息进行处理后传输至处理器343中，并对控制器单板电压模块321采集到的电压信号传输至处理中。具体地，A/D转换器323用于对模拟量数据信息进行数据转换得到数据量数据信息，并将数据量数据信息传输至处理器343中。具体地，在一实施方式中，A/D转换器323的型号可以但不限于为AD7606BSTZ，以用于实时处理电流与温度信息等等，但并不限于此。

[0030] 具体地，在一实施方式中，驱动器100还包括电流传感器51与温度传感器53，电流传感器51和温度传感器53均与A/D转换器323电连接。具体地，在本实施例中，电流传感器51用于采集功率元件及变流器的运行状态时的电流信号，并将电流信号传输至A/D转换器323中，进行数据转换。温度传感器53用于采集功率元件及变流器的运行状态时的温度信息，并将温度信息传输至A/D转换器323中，以进行数据转换。具体地，在一实施方式中，温度传感器的型号可以但不限于为HDC1808，例如在其他实施例中，温度传感器还可以设置为其他的型号。

[0031] 具体地，在一实施方式中，电路板10的低压侧14的下端上开设有一缺口142，并在缺口142的靠近高压侧12的端部上设有传感器接口44。具体地，在本实施例中，温度传感器53设置在缺口142中，并经由传感器接口44与A/D转换器323电连接。

[0032] 具体地，在一实施方式中，驱动器100还包括控制器湿度传感器55，控制器湿度传感器55均与处理器343连接。具体地，在本实施例中，控制器湿度传感器55用于采集控制器(低压侧控制器34或高压侧控制器222,242)的湿度信息，并将湿度信息传输至处理器343中。

[0033] 具体地，在一实施方式中，通讯电路36包括通信模块361及IGBT脉冲分配与运行状态处理模块363。通信模块361和IGBT脉冲分配与运行状态处理模块363均与处理器343电连接，IGBT脉冲分配与运行状态处理模块363还与高压区20通信连接。具体地，在本实施例中，通信模块361用于实现对外部控制器的高速通信，例如与变流控制器60通过光纤连接，以实现驱动器100与变流控制器60的光纤通信，实现高速通信。IGBT脉冲分配与运行状态处理模块363用于实现内部高压区20与低压区30之间的高速通信，例如低压区30通过光纤与高压区20连接，以实现高压区20与低压区30之间的光纤通信，实现高速通信。具体地，在一实施方式中，变流控制器60可以但不限于为SMD现场可编程门阵列，以用于逻辑处理。例如变流控制器60的型号为10M25DAF484I7G等Max10系列可编程逻辑芯片，但并不限于此。

[0034] 具体地，在一实施方式中，电路板10在低压侧14的一端部向外延伸形成一凸块144，凸块144上远离低压侧14的端部上设有插座46与接口，具体地，插座46用于向低压区30进行供电，并能够高压区20与低压区30的控制器连接，以实现对高压区20与低压区30的控制器的外部通信。具体地，在本实施例中，通信模块361设置在插座46内，插座46上的两根光纤与变流控制器60连接，以实现驱动器100与变流控制器60之间的高速通信。

[0035] 请一并参考图4，图4为图2中的高压区20与低压区30之间电路连接结构示意图。图4中仅示出了高压区20中的第一高压区22或第二高压区24与低压区30之间开关电源的拓扑电路连接示意，以下实施例中以高压区20中的第一高压区22与低压区30的开关电源的拓扑电路连接关系为例进行说明，但并不限于此，例如，还可以以高压区20中的第二高压区24与低压区30之间的开关电源的拓扑电路连接关系进行说明。具体地，第一高压区22的第一电感(图未标示)的第一端连接至输出端26，以为第一高区的高压侧控制器222及运行状态监控电路224进行供电。第一高压区22的第一电感的第二端与一开关元件(图未标示)的第一端电连接。开关元件的控制端与卖出发生器连接，以接收脉冲控制信号，控制第一电感进行工作或关闭。开关元件的第二端接地。具体地，低压区30的第二电感(图未标示)的第一端与低压区30的第三电感(图未标示)的第一端连接，第三电感的第二端与输出端38连接，以向低压区30提供稳定电源，具体地，低压区30的输出端38还有插座46相连。第三传感器的第二端还与低压区30的第一电容(图未标示)的第一端连接，第一电容的第二端接地，第二电感的第二端接地。具体地，在本实施例中，第一高压区22的第一电感与低压区30的第二电感共同构成变压器(图未标示)。具体地，在一实施方式中，开关元件可以为三级管或场效应管等等。

[0036] 具体地，在一实施方式中，低压区30的IGBT脉冲分配与运行状态处理模块363分别与低压区30的光纤接收端41及光纤发送端43连接，低压区30的光纤接收端41与第一高压区22的光纤发送端45通过光纤连接，低压区30的光纤发送端43与第一高压区22的光纤接收端
47通过光纤连接，进而实现低压区30与第一高压区22的光纤通信，以使得脉冲和数据正向从低压侧14到高压侧12，以及反向从高压侧12到低压侧14，实现驱动器100的内部的高速通信。具体地，在一实施方式中，光纤接收端41,47可以但不限于为DC-50M光纤接收器，例如光纤接收端41,47可以为型号为AFBR-2529Z的光纤接收器。光纤发送端43,45可以但不限于为DC-50M光纤发射器，例如光纤发送端43,45可以为型号为AFBR-1629Z的光纤发射器。

[0037] 请一并参考图5，图5为本发明第二实施例提供的变流器200的电路拓扑结构示意图。如图5所示，本实施例提供的变流器200，至少包括驱动器100。具体地，驱动器100的具体结构的描述请参考图1至图4对应的实施例的描述，在此不再赘述。

[0038] 具体地，在本实施例中，变流器200还包括变流控制器60与IGBT组件70，驱动器100集成在IGBT组件70的内部，低压区30与变流控制器60通信连接，高压区20与IGBT组件电连接。

[0039] 具体地，在本实施例中，变流控制器60通过光纤与驱动器100的低压区30连接，实现驱动器100与变流控制器60之间的高速通信。驱动器100的第一高压区22与IGBT组件70中的绝缘栅双极型晶体管IGBT1的控制端连接，驱动器100的第二高压区24与IGBT组件中的绝缘栅双极型晶体管IGBT2的控制端连接。IGBT组件中的绝缘栅双极型晶体管IGBT1源极与绝缘栅双极型晶体管IGBT2的漏极连接。具体地，本实施例提供的变流器，通过将驱动器100集成在功率半导体器件IGBT组件70的内部，且驱动器100具有脉冲逻辑处理、功率元件驱动与保护、运行状态采集存储的功能，从而能够将传统IGBT组件70提升为智能化器件，能够实现功率半导体器件的精细控制和运行状态的全程跟踪记录。

[0040] 本发明实施例提供的驱动器100及变流器，通过将驱动器的高压区与低压区集成在电路板上，提升了驱动器的抗干扰能力，结构简单，可靠性高。且通过在高压区中设置运行状态监控电路，以能够使得驱动器对功率元件及变流器的运行状态的监控，为故障处理及功率元件的健康管理提供数据支持。

[0041] 以上，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离发明技术方案内容，依据发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。