[發明專利]基于碳化硅MOSFET模塊的大功率高功率密度變流器及結構

在審

• 申請號: 202010439352.2
• 申請日: 2020-05-22
• 公開（公告）號: CN111555652A
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 原熙博;李炎;張永磊;張雷;徐一埔;葉飛;李哲;李耀華;王子建
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: H02M7/5387
• 分類號: H02M7/5387;H02M7/493;H02M1/092;H02M1/32;H02M7/00;H05K7/20
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 李悅聲

1.一種基于碳化硅MOSFET模塊的大功率高功率密度的變流器，其特征在于：它包括五臺三相DC/AC變流器(2)、直流匯流母排(4)和交流匯流母排(5)；五臺三相DC/AC變流器(2)順序編號，五臺三相DC/AC變流器(2)的直流側通過兩根直流匯流母排(4)與直流電源或電池(1)連接；五臺三相DC/AC變流器(2)的交流側通過三根交流匯流母排(5)與三相電網或三相負載(3)連接；

所述三相DC/AC變流器包括三個半橋碳化硅MOSFET功率模塊(6)組成的三相兩電平半橋電路和控制器(12)，每個半橋碳化硅MOSFET功率模塊(6)都連接有一個功率模塊驅動板(7)并受其驅動，三個功率模塊驅動板(7)分別通過光纖與控制器(12)相連接，控制器(12)生成驅動信號，最終作用于半橋碳化硅MOSFET功率模塊(6)控制其開通關斷；

三個半橋碳化硅MOSFET功率模塊通過正P極和負N極并聯，三個半橋碳化硅MOSFET功率模塊還并聯有直流側支撐電容部分(8)和直流輸出端子(13)，直流側支撐電容部分(8)的正P極和負N極與直流輸出端子(13)的正P、負N極連接，交流輸出端子(14)上的u_a、u_b、u_c相分別通過A、B、C三相的濾波電感與三個半橋碳化硅MOSFET功率模塊的的交流輸出端口分別連接；A、B、C三相的濾波電感與三個半橋碳化硅MOSFET功率模塊的的交流輸出端口之間的線路上分別設有三個交流電流傳感器(10)，三個交流電流傳感器(10)通過交流電流采樣線與控制器(12)連接，交流電流傳感器(10)通過線纜將弱電信號傳輸給控制器(12)，交流輸出端子(14)上的u_a、u_b、u_c相與A、B、C三相的濾波電感之間的線路上分別通過三根交流電壓采樣線連接至電壓采樣板(11)，直流輸出端子(13)的正P極和負N極上設有兩根直流電壓采樣線與電壓采樣板(11)相連接，電壓采樣板(11)與控制器(12)連接，電壓采樣板(11)通過線纜采集直流側電壓、交流側電壓信號，并將弱電信號傳輸給控制器(12)。

2.根據權利要求1所述的基于碳化硅MOSFET模塊的大功率高功率密度的變流器，其特征在于：所述五臺三相DC/AC變流器(2)按順序編號，編號為1號三相DC/AC變流器和3號三相DC/AC變流器上設有控制器(12)，兩個控制器(12)共同組成了基于碳化硅MOSFET的大功率高功率密度變流器的控制系統；在1號三相DC/AC變流器中的控制器(12)為主控制器，在3號變流器中的控制器(12)為從控制器。主、從控制器的硬件結構一致，僅僅是功能不一致；主控制器：負責整個系統的控制計算，信號傳輸及同步，同時負責直流電壓、交流電壓采樣以及編號為1、2號變流器的電流采樣、脈沖信號發送、錯誤信號檢測；從控制器：負責編號為3、4、5號三相DC/AC變流器的電流采樣、脈沖信號發送、錯誤信號檢測。

3.根據權利要求1所述的基于碳化硅MOSFET模塊的大功率高功率密度的變流器，其特征在于：所述控制器(12)包括DSP芯片、FPGA芯片和采樣芯片，其中DSP芯片、FPGA芯片和采樣芯片三個芯片之間通過16路數據總線以及16路的數據地址總線形成三者數據相互連接的線路關系用于數據及信號的傳輸，采樣芯片與12路采樣通道相連接用于采集電壓電流信號，FPGA芯片還通過線路分別與24路光纖輸出端口、12路光纖輸入端口連接，用于向變流器中的功率模塊驅動板(7)發送脈沖信號，同時接收功率模塊驅動板(7)的錯誤信號，并且還肩負著主從控制器間通信的任務，FPGA芯片還與6路I/O端口相連接，用于接收運行控制按鈕的觸發信號。

4.根據權利要求3所述的基于碳化硅MOSFET模塊的大功率高功率密度的變流器，其特征在于：所述所述DSP芯片型號為TI F28335，FPGA芯片型號為XILINX SPARTAN3系列，采樣芯片型號為AD7656。