專利名稱：一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸配電及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用于無功補(bǔ)償?shù)葓龊系牡凸?br> 的專用混合智能功率模塊。
背景技術(shù)：
目前，在靜態(tài)無功補(bǔ)償場合電力電容器的投切開關(guān)常用的有普通接觸器、帶預(yù)投 電阻的專用接觸器、純可控硅的過零型固態(tài)繼電器、復(fù)合開關(guān)等幾種方式。動(dòng)態(tài)無功補(bǔ)償絕 大多數(shù)采用可控硅控制投切電容器的補(bǔ)償方式。接觸器投切方式因其涌流大、壽命短、噪音 大等缺點(diǎn)正在逐步被淘汰；純可控硅投切的過零型固態(tài)繼電器方式具有響應(yīng)快、無涌流、無 噪音等優(yōu)點(diǎn)，但存在價(jià)格高、自身功耗大等問題，使用時(shí)需要加裝很大體積的散熱器；復(fù)合 開關(guān)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(shù)的發(fā)展，將功率芯片和控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路封裝在絕 緣塑封體內(nèi)的智能功率模塊，即IPM(Intelligent Power Module)得到快速發(fā)展，主要是向 小型化、專用化、高性能的方向發(fā)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(yīng)易控制、快速開關(guān)的要求，但該模塊同樣存在功耗較大的缺陷，工作時(shí)需要外加較大的 散熱器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，同時(shí)，根據(jù)靜態(tài)無功補(bǔ)償投切電容 等應(yīng)用場合的諧波大、瞬間涌流大、開關(guān)動(dòng)作不頻繁的特點(diǎn)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(fā)明采用的技術(shù)方案是外殼內(nèi)設(shè)電路板，電路板上的可控硅分別通過其隔離 驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路連接單片機(jī)，單片機(jī)分別外接觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路， 故障及運(yùn)行指示電路、外接投切信號監(jiān)測電路；外殼的外側(cè)面上固定兩個(gè)主接線柱且一側(cè) 設(shè)有投切信號輸入接口 ，投切信號輸入接口連接投切信號監(jiān)測電路；磁保持繼電器通過繼 電器驅(qū)動(dòng)電路連接單片機(jī)，可控硅中反并聯(lián)的單向可控的陰陽極與磁保持繼電器的兩個(gè)觸 點(diǎn)并聯(lián)后與分別與兩個(gè)主接線柱相連接，構(gòu)成模塊的兩個(gè)開關(guān)主觸點(diǎn)。 保護(hù)電路為電阻Rl和電容C0組成的RC緩沖保護(hù)電路；觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路由電阻 R2、R3、二極管Dl和光電耦合器IC3組成；繼電器驅(qū)動(dòng)電路由三極管Ql、電阻R4、電阻R5和 三極管Q2組成；隔離驅(qū)動(dòng)電路由脈沖變壓器Tl、電阻R7和R8構(gòu)成。
本發(fā)明的有益效果是 1、本發(fā)明借鑒IPM的集成技術(shù)以提高模塊可靠性，將優(yōu)化的控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、 保護(hù)電路、可控硅管芯和大功率磁保持繼電器封裝成一個(gè)整體，模塊化的設(shè)計(jì)提高了可靠 性，克服了現(xiàn)有技術(shù)中復(fù)合開關(guān)以及傳統(tǒng)智能功率模塊的各自缺點(diǎn)，結(jié)合了兩者優(yōu)點(diǎn)。
2、本發(fā)明可使容性或感性負(fù)載過零點(diǎn)通斷，使用時(shí)具有開關(guān)瞬間無涌流、導(dǎo)通期 抗電沖擊能力大的優(yōu)點(diǎn)，機(jī)械和電子混合觸點(diǎn)協(xié)調(diào)工作，觸點(diǎn)功耗低，無需加裝散熱器，體積較小，延長了使用壽命。


以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)圖； 圖2是圖1的主電路及其驅(qū)動(dòng)、監(jiān)測電路圖； 圖中1.單片機(jī)；2.保護(hù)監(jiān)測電路；3.觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路；4.故障及運(yùn)行指示電 路；5.投切信號監(jiān)測電路；6.繼電器驅(qū)動(dòng)電路；7.磁保持繼電器；8.保護(hù)電路；9.隔離驅(qū) 動(dòng)電路；IO.可控硅；ll.投切信號輸入接口 ；12.主接線柱；13.外殼。
具體實(shí)施例方式
圖1所示，主觸點(diǎn)的兩個(gè)主接線柱12固定安裝在外殼13的外側(cè)面上，在外殼13的 一側(cè)設(shè)有投切信號輸入接口 11。在外殼13內(nèi)固定一電路板，該電路板上焊接有Atmega8L 單片機(jī)1、保護(hù)監(jiān)測電路2、觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路3、投切信號監(jiān)測電路5、保護(hù)電路8、故障及運(yùn) 行指示電路4、繼電器驅(qū)動(dòng)電路6和隔離驅(qū)動(dòng)電路9。 投切信號輸入接口 11將其輸入信號通過導(dǎo)線與投切信號監(jiān)測電路5連接，投切信 號監(jiān)測電路5、故障及運(yùn)行指示電路4、觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路3、保護(hù)監(jiān)測電路2分別與單片機(jī) 1的相關(guān)引腳連接。保護(hù)監(jiān)測電路2包括欠壓監(jiān)測電路、掉電監(jiān)測電路和過熱監(jiān)測電路。單 片機(jī)1監(jiān)測各路狀態(tài)，其中，故障及運(yùn)行指示電路4由電路板焊接發(fā)光二極管通過引腳置于 電路板頂部，使用時(shí)可直接觀察到。可控硅10分別通過其隔離驅(qū)動(dòng)電路9、保護(hù)電路8和觸 點(diǎn)電壓監(jiān)測電路3連接單片機(jī)1，隔離驅(qū)動(dòng)電路9信號通過導(dǎo)線分別與可控硅10的兩個(gè)門 極和陰極連接，保護(hù)電路8與可控硅10的兩個(gè)主電極相連。磁保持繼電器7通過繼電器驅(qū) 動(dòng)電路6連接單片機(jī)1，繼電器驅(qū)動(dòng)電路6信號通過導(dǎo)線與磁保持繼電器7的線圈的外側(cè)兩 個(gè)引腳連接。 如圖2，主電路主要有可控硅10和磁保持繼電器7構(gòu)成，可控硅10和磁保持繼電 器7并聯(lián)的兩電極分別通過電刷線與兩個(gè)主接線柱12相連接，具體是由圖1中的繼電器驅(qū) 動(dòng)電路6、磁保持繼電器7、可控硅10、隔離驅(qū)動(dòng)電路9、保護(hù)電路8、觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路3和 主接線柱12連接構(gòu)成。 可控硅10中反并聯(lián)的單向可控硅SCR的陰陽極分別與磁保持繼電器7的兩個(gè)觸 點(diǎn)Sl相連，并通過電刷線延伸到主接線柱12的L端和N端，使機(jī)械觸點(diǎn)和電力電子器件并 聯(lián)的兩種混合觸點(diǎn)構(gòu)成整個(gè)模塊的兩個(gè)開關(guān)主觸點(diǎn)。電阻Rl和電容CO組成保護(hù)可控硅lO 的RC緩沖保護(hù)電路8。由電阻R2、R3、二極管Dl和光電耦合器IC3構(gòu)成觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路 3，觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路3由其CPU-7端連接到單片機(jī)1進(jìn)行監(jiān)測，當(dāng)開關(guān)主觸點(diǎn)的觸電電壓L 端高于N端時(shí)，CPU-7為低電平，當(dāng)觸電電壓L端低于N端時(shí)，CPU-7為高電平，因此，CPU-7 電平轉(zhuǎn)換瞬間即為觸點(diǎn)L端和N端的電壓過零。 由電阻R6、二級管D2和電容Cl組成電源，為磁保持繼電器7的線圈RELAY提供電 源，保證磁保持繼電器7工作時(shí)不影響電源。由三極管Ql、電阻R4和三極管Q2、電阻R5組 成繼電器驅(qū)動(dòng)電路6，電阻R4的CPU-1端和電阻R5的CPU-2端連接單片機(jī)1的輸入引腳。
由脈沖變壓器Tl、電阻R7和R8構(gòu)成可控硅SCR的隔離驅(qū)動(dòng)電路9。
本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)信號在電路板上通過導(dǎo)線分別與可控硅10的門極、磁保持繼電器7 的線圈連接，反并聯(lián)的單向可控硅的陰陽極分別與磁保持繼電器7的兩個(gè)觸點(diǎn)相連，將上 述的電路板安裝于外殼13中，內(nèi)部以有機(jī)硅灌封膠填充，表面以環(huán)氧樹脂硬化保護(hù)，外殼 13外只有兩個(gè)主接線柱12和投切信號輸入接口 11，使用時(shí)只要將主接線柱12接入電流回 路，投切信號輸入接口 11與投切信號監(jiān)測電路5的輸出端相連即可實(shí)現(xiàn)無涌流投切。
權(quán)利要求
一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊，外殼(13)內(nèi)設(shè)電路板，電路板上的可控硅(10)分別通過其隔離驅(qū)動(dòng)電路(9)、保護(hù)電路(8)和觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路(3)連接單片機(jī)(1)，其特征是單片機(jī)(1)分別外接觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路(3)，故障及運(yùn)行指示電路(4)、外接投切信號監(jiān)測電路(5)；外殼(13)的外側(cè)面上固定兩個(gè)主接線柱(12)且一側(cè)設(shè)有投切信號輸入接口(11)，投切信號輸入接口(11)連接投切信號監(jiān)測電路(5)；磁保持繼電器(7)通過繼電器驅(qū)動(dòng)電路(6)連接單片機(jī)(1)，可控硅(10)中反并聯(lián)的單向可控的陰陽極與磁保持繼電器(7)的兩個(gè)觸點(diǎn)并聯(lián)后與分別與兩個(gè)主接線柱(12)相連接，構(gòu)成模塊的兩個(gè)開關(guān)主觸點(diǎn)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊，其特征是保護(hù) 電路(8)為電阻(Rl)和電容(CO)組成的RC緩沖保護(hù)電路；觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路(3)由電阻 (R2、R3)、二極管(Dl)和光電耦合器(IC3)組成；繼電器驅(qū)動(dòng)電路(6)由三極管(Ql)、電阻 (R4)、電阻(R5)和三極管(Q2)組成；隔離驅(qū)動(dòng)電路(9)由脈沖變壓器(Tl)、電阻(R7)和 (R8)構(gòu)成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊，其特征是觸點(diǎn) 電壓監(jiān)測電路(3)由其CPU-7端連接到單片機(jī)(l)，所述模塊的兩個(gè)開關(guān)主觸點(diǎn)的觸電電壓 L端高于N端時(shí)，CPU-7為低電平，觸電電壓L端低于N端時(shí)，CPU-7為高電平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊，外殼內(nèi)設(shè)電路板，電路板上的可控硅分別通過其隔離驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路和觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路連接單片機(jī)，單片機(jī)分別外接觸點(diǎn)電壓監(jiān)測電路，故障及運(yùn)行指示電路、外接投切信號監(jiān)測電路；外殼的外側(cè)面上固定兩個(gè)主接線柱且一側(cè)設(shè)有投切信號輸入接口，磁保持繼電器通過繼電器驅(qū)動(dòng)電路連接單片機(jī)，可控硅中反并聯(lián)的單向可控的陰陽極與磁保持繼電器的兩個(gè)觸點(diǎn)并聯(lián)后與分別與兩個(gè)主接線柱相連接，構(gòu)成模塊的兩個(gè)開關(guān)主觸點(diǎn)。本發(fā)明將控制電路、驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、可控硅管芯和大功率磁保持繼電器封裝成一個(gè)整體，使容性或感性負(fù)載過零點(diǎn)通斷，具有開關(guān)瞬間無涌流、導(dǎo)通期抗電沖擊能力大的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02M1/42GK101777827SQ20101010695
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月5日
發(fā)明者李書旗, 沈金榮 申請人:河海大學(xué)常州校區(qū)