[發明專利]一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊

無效

• 申請號: 201010106956.1
• 申請日: 2010-02-05
• 公開（公告）號: CN101777827A
• 公開（公告）日: 2010-07-14
• 發明（設計）人: 沈金榮;李書旗
• 申請（專利權）人: 河海大學常州校區
• 主分類號: H02M1/42
• 分類號: H02M1/42
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明屬于輸配電及電力電子技術領域，特別涉及用于無功補償等場合的低功耗的專用混合智能功率模塊。

背景技術

目前，在靜態無功補償場合電力電容器的投切開關常用的有普通接觸器、帶預投電阻的專用接觸器、純可控硅的過零型固態繼電器、復合開關等幾種方式。動態無功補償絕大多數采用可控硅控制投切電容器的補償方式。接觸器投切方式因其涌流大、壽命短、噪音大等缺點正在逐步被淘汰；純可控硅投切的過零型固態繼電器方式具有響應快、無涌流、無噪音等優點，但存在價格高、自身功耗大等問題，使用時需要加裝很大體積的散熱器；復合開關雖然能大幅度降低功耗、有效抑制涌流，但體積偏大、可靠性不高。

隨著電力電子技術的發展，將功率芯片和控制電路、驅動電路、保護電路封裝在絕緣塑封體內的智能功率模塊，即IPM(Intelligent?Power?Module)得到快速發展，主要是向小型化、專用化、高性能的方向發展。智能功率模塊采用的功率電子器件一般為晶體管，以適應易控制、快速開關的要求，但該模塊同樣存在功耗較大的缺陷，工作時需要外加較大的散熱器。

發明內容

本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，同時，根據靜態無功補償投切電容等應用場合的諧波大、瞬間涌流大、開關動作不頻繁的特點：提出了一種可靠性高、功耗低和壽命長的基于可控硅的專用混合智能功率模塊。

本發明采用的技術方案是：外殼內設電路板，電路板上的可控硅分別通過其隔離驅動電路、保護電路和觸點電壓監測電路連接單片機，單片機分別外接觸點電壓監測電路，故障及運行指示電路、外接投切信號監測電路；外殼的外側面上固定兩個主接線柱且一側設有投切信號輸入接口，投切信號輸入接口連接投切信號監測電路；磁保持繼電器通過繼電器驅動電路連接單片機，可控硅中反并聯的單向可控的陰陽極與磁保持繼電器的兩個觸點并聯后與分別與兩個主接線柱相連接，構成模塊的兩個開關主觸點。

保護電路為電阻R1和電容C0組成的RC緩沖保護電路；觸點電壓監測電路由電阻R2、R3、二極管D1和光電耦合器IC3組成；繼電器驅動電路由三極管Q1、電阻R4、電阻R5和三極管Q2組成；隔離驅動電路由脈沖變壓器T1、電阻R7和R8構成。

本發明的有益效果是：

1、本發明借鑒IPM的集成技術以提高模塊可靠性，將優化的控制電路、驅動電路、保護電路、可控硅管芯和大功率磁保持繼電器封裝成一個整體，模塊化的設計提高了可靠性，克服了現有技術中復合開關以及傳統智能功率模塊的各自缺點，結合了兩者優點。

2、本發明可使容性或感性負載過零點通斷，使用時具有開關瞬間無涌流、導通期抗電沖擊能力大的優點，機械和電子混合觸點協調工作，觸點功耗低，無需加裝散熱器，體積較小，延長了使用壽命。

附圖說明

以下結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明的電路結構圖；

圖2是圖1的主電路及其驅動、監測電路圖；

圖中：1.單片機；2.保護監測電路；3.觸點電壓監測電路；4.故障及運行指示電路；5.投切信號監測電路；6.繼電器驅動電路；7.磁保持繼電器；8.保護電路；9.隔離驅動電路；10.可控硅；11.投切信號輸入接口；12.主接線柱；13.外殼。

具體實施方式

圖1所示，主觸點的兩個主接線柱12固定安裝在外殼13的外側面上，在外殼13的一側設有投切信號輸入接口11。在外殼13內固定一電路板，該電路板上焊接有Atmega8L單片機1、保護監測電路2、觸點電壓監測電路3、投切信號監測電路5、保護電路8、故障及運行指示電路4、繼電器驅動電路6和隔離驅動電路9。

投切信號輸入接口11將其輸入信號通過導線與投切信號監測電路5連接，投切信號監測電路5、故障及運行指示電路4、觸點電壓監測電路3、保護監測電路2分別與單片機1的相關引腳連接。保護監測電路2包括欠壓監測電路、掉電監測電路和過熱監測電路。單片機1監測各路狀態，其中，故障及運行指示電路4由電路板焊接發光二極管通過引腳置于電路板頂部，使用時可直接觀察到。可控硅10分別通過其隔離驅動電路9、保護電路8和觸點電壓監測電路3連接單片機1，隔離驅動電路9信號通過導線分別與可控硅10的兩個門極和陰極連接，保護電路8與可控硅10的兩個主電極相連。磁保持繼電器7通過繼電器驅動電路6連接單片機1，繼電器驅動電路6信號通過導線與磁保持繼電器7的線圈的外側兩個引腳連接。