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電力電子功率硬件模組—YXPHM-TP210b-I交流系列
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電力電子功率硬件模組—YXPHM-TP210b-I交流系列

YXPHM系列采用基于模型設計的理念,脫胎于研旭成熟產品光伏并網逆變器與風機變流器等成熟產品,又結合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發經驗,對該拓撲結構與驅動電路、傳感器電路、信號處理電路進一步集成,同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結構與實際控制器模塊,為用戶提供性價比更好的模塊化產品。
產品編號
產品描述

一、YXPHM系列簡介

 

YXPHM系列采用基于模型設計的理念,脫胎于研旭成熟產品光伏并網逆變器與風機變流器等成熟產品,又結合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發經驗,對該拓撲結構與驅動電路、傳感器電路、信號處理電路進一步集成,同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結構與實際控制器模塊,為用戶提供性價比更好的模塊化產品。

 

YXPHM系列產品主要型號參考如圖1所示:

 

圖1 YXPHM-TP型號說明

 

三相橋式全控型變流器在新能源變流器、電機控制、電能質量控制等應用中都非常廣泛,其主要由IGBT、二極管、IGBT驅動電路、CPU信號處理單元、繼電器、熔斷器、傳感器、散熱器、電容等組成,目前市面上已經具有三相橋式結構集成在一起的IGBT模塊,有IGBT驅動保護電路模塊,但很少提供從CPU控制器、傳感器都包含在一起的開放式結構的功率硬件模組,用戶在實際應用中,依然不得不投入很大的精力,選購與評估相關的傳感器與設計相關硬件電路,在小批量應用中,硬件成本居高不下。

 

二、YXPHM-TP210b-I功率硬件

 

圖2為YXPHM-TP210b-I的主電路拓撲示意圖:

 

圖2 YXPHM-TP210b-I主電路拓撲示意

 

上圖顯示主電路拓撲為三相兩電平橋式架構,功率開關器件采用智能功率模塊IPM。表1為其主要參數。

 

表1  YXPHM-TP210b-I主要參數表

 

圖3為YXPHM-TP210b-I的內部功能框圖:主控CPU采用目前流行的DSP,型號為TI公司的TMS320F28335,其32位浮點處理能力,非常適用于變流器控制場合。通過傳感器分別采集三相交流電流、三相交流電壓、直流側電壓、電流以及溫度等信息送給DSP,然后DSP經過特定的算法,輸出PWM調制波控制開關器件,從而可以實現直流變交流或者交流變直流能量雙向流動。除此之外,信號處理電路還預留的外部控制器接口,方便對接RCP控制器,如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。

 

 

圖3 YXPHM-TP210b-I型變流器內部功能框圖

 

圖4為實物圖片,采用亞格力材料封裝。尺寸為:428*312*240mm(長寬高),可以平放在桌子上面,故稱作桌面型功率模塊。

 

圖4  YXPHM-TP210b-I實物圖

 

功率模塊硬件板卡方面主要由主控單元、采集調理單元、、功率單元(包含功率模塊、散熱、變壓器、濾波等)、接口單元和人機界面等組成。

 

三、YXPHM-TP210b-I組成

 

3.1 主控單元

  • DSP:TI公司TMS320F28335,32位浮點型,150MHz主頻。
  • 電流采集:8通道,支持霍爾電流傳感器;
  • 電壓采集:8通道,支持交流、直流電壓采集;
  • PWM:12通道,最多可以控制兩組三相兩電平全橋;
  • RS485:2通道,支持MODBUS通信協議;
  • LAN:1路100M網口,用于調試輸入輸出信息;
  • 過流保護電路:1組;
  • 過壓保護電路:1組;
  • 繼電器:3個,用于控制功率級別接觸器等;
  • 外擴模擬接口:1個,用于與RCP控制器連接;
  • 外擴數字接口:1個,用于與RCP控制器連接;
  • LCD:1個7寸工業觸摸屏,用于查看運行信息;

 

3.2 采集調理單元

  • 電流采集:8通道,用電流霍爾傳感器,其輸出為電流型,經過調理電路增大或者跟隨進入ADC單元;
  • 電壓采集:6通道,采用差分電路形式采集,交流、直流電壓均可進行調理采集;
  • 溫度采集:使用IGBT模塊內部封裝的NTC-5K電阻,時刻監測功率模塊內部的工作溫度。

 

3.3 功率單元

  • IGBT模塊:英飛凌公司FS100R12KT4G,電流等級分別為100A,直流側電壓等級為1200V;
  • 濾波電路:可以根據用戶需求定制,默認為LCL濾波電路;
  • 母線電容:采用串并式組合,默認為680uF/450V;
  • 散熱器:采用高導熱鋁材料;

 

3.4 接口單元

 

圖4 模塊接口單元實物示意圖

 

YXPHM-TP210b-I共有3類接口,分別為輔助220V供電端子,直流側端子,交流測端子。

輔助220V端子用于為模塊內部控制器電路供電;

直流側端子為直流母線端子正負極;

交流側端子為交流母線端子A、B、C。

 

3.5 人機界面

 

 

 

圖5 DAB人機界面示意圖

 

YXPHM-TP210b模塊具備7寸觸控液晶屏,人機界面與變流模塊通訊交互,可觀測變流器實時數據,并設定功率、電壓值等。

 

四、PRCP系統—PHM模塊+RCP控制器

 

當前,YXSPACE系列快速原型控制器備受大家關注,由于其支持模型下載功能,非??旖?、方便的驗證控制算法。因此為了提高功率模塊的使用場合,特將功率模塊的模擬采集部分以及數字控制部分通過DB25接口外擴出來,直接與RCP控制器對接,便于RCP直接控制。

 

圖6 YXPHM-TP210b與SP2000控制器實物圖

 

圖7 YXPHM-TP210b與SP6000仿真機實物圖

 

五、常見控制策略

 

(1)SPWM控制

 

(2)空間矢量SVPWM控制

 

六、YXPHM-TP210b功率模塊開放性

 

研旭研發的YXPHM系列產品最大的特點就是開放性,目的是全面支撐用戶二次開發。所能提供的資料為:

  • 所有硬件圖紙,包含原理圖和PCB圖(PDF格式);
  • 內部布線圖;
  • DSP運行源代碼,包含但不限于程序主框架、硬件驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、編碼器功能、采樣功能、濾波函數、控制算法等(選配);
  • 設備操作說明書;
  • 硬件開發設計說明;
  • 軟件開發設計說明(需選配軟件資源開放);

用戶獲取以上資料后,可以從硬件、軟件兩個方面進行深度研究,硬件方面可以了解這類變流器的設計思路,以及一些特定成熟的電路。軟件方面不僅可以從編程技巧等基礎方面獲取經驗,而且更可以從探究、驗證自己的控制算法等理論方面獲得成果。

 

 

關鍵詞:
功率硬件模組
YXPHM系列
研旭電氣

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