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一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置

阅读：234发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明提供了一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置，包括DSP主控板、光纤板、DSP模块控制板，所述DSP模块控制板为多个，所述DSP主控板输出端与所述光纤板输入端通过光纤连接，所述光纤板输出端分别与多个所述DSP模块控制板输入端通过光纤连接；所述DSP主控板是同步信号的发送端；所述光纤板作为转接板，实现1路输入，多路输出；所述DSP模块控制板用于接收同步信号。本发明的有益效果是：本发明适用于兆瓦级大功率设备，能有效抑制模块之间的环流，提高逆变器性能指标，即便各个逆变器之间的距离较远，在强干扰情况下也有很好的可靠性，并易于实现模块个数的扩展。，下面是一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置，其特征在于，包括DSP主控板、光纤板、DSP模块控制板，所述DSP模块控制板为多个，所述DSP主控板输出端与所述光纤板输入端通过光纤连接，所述光纤板输出端分别与多个所述DSP模块控制板输入端通过光纤连接；
所述DSP主控板是同步信号的发送端；所述光纤板作为转接板，实现1路输入，多路输出；所述DSP模块控制板用于接收同步信号。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述DSP主控板用于发出固定占空比的固定频率的方波电信号，频率依据逆变器的PWM载波频率确定，在DSP主控制板上把电信号转换为光信号。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：在所述DSP主控板中，占空比为50％，频率为3KHz。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述DSP主控板包括依次相连的第一DSP芯片(U1)、第一处理模块(U2)、第一光发送驱动器(U3)、第一光发送器(U4)，所述第一DSP芯片(U1)通过芯片编程后发出方波同步信号；所述第一处理模块(U2)用于将所述第一DSP芯片(U1)发出的方波同步信号经过两级施密特触发反相器驱动以及整形，并不改变信号的极性。
5.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述光纤板接收所述DSP主控板发送的光信号，并把其转换为电信号，从一路电信号分为多路电信号，经过驱动电路，再转换为光信号输出。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述光纤板包括光接收电路、光发送通道，所述光发送通道为多个，所述光接收电路输出端分别与多个所述光发送通道相连。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述光接收电路包括第一光接收器(U5)和第二处理模块(U6)，所述第一光接收器(U5)输出端与所述第二处理模块(U6)输入端相连，所述第一光接收器(U5)的信号极性反向，所述第二处理模块(U6)用于一级施密特触发反相器驱动以及整形，所述第二处理模块(U6)和所述第一光接收器(U5)一起构成两次反向，所述第二处理模块(U6)输出信号极性不变；所述光发送通道包括依次相连的第三处理模块(U7)、第二光发送驱动器(U8)、第二光发送器(U9)，所述第二处理模块(U6)输出端与所述第三处理模块(U7)输入端相连；所述第三处理模块(U7)为两级施密特触发反相器驱动以及整形，并不改变信号的极性。
8.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述DSP模块控制板接收到光信号后，转换为电信号，在其同步方波信号的上升沿或者下降沿触发中断，在中断中可以强制对PWM计数器进行清零动作。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于：在所述DSP模块控制板中，通过软件设置计数器，以一定的频率进行循环加1操作，同时在同步信号中断中进行清零操作，当计数器的值大于设定值时，认为一直没有接收到同步中断，对逆变器进行同步信号故障保护。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于：所述DSP模块控制板包括依次相连的第二光接收器(U13)、第三处理模块(U14)，第二DSP芯片(U15)，所述第三处理模块(U14)用于一级施密特触发反相器驱动以及整形，所述第三处理模块(U14)和所述第二光接收器(U13)一起构成两次反向，所述第三处理模块(U14)输出信号极性不变，所述第二DSP芯片(U15)通过芯片编程后接收方波同步信号。

说明书全文

一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置

技术领域

[0001] 本发明涉及逆变器模块之间PWM载波同步的方法及装置，尤其涉及一种适用于轨道交通再生制动能量逆变回馈系统的兆瓦级模块化逆变器光纤PWM载波同步的装置。

背景技术

[0002] 目前地铁刹车时产生的再生制动能量普遍采用逆变回馈的方式把能量回馈到交流中压供电系统，实现其能量的再生利用。该装置总功率达到兆瓦级，受到硬件以及IGBT等技术的限制，地铁再生制动能量吸收装置普遍采用模块化的设计思想，单个模块的功率达到几百千瓦。

[0003] 模块化逆变器并网运行时，模块之间的环流是必须考虑的问题，需要有可靠的PWM载波同步机制使得各个模块步调一致，提高逆变器并网指标。

[0004] 由于装置功率大，对外发出的干扰很强，设备体积也较大，甚至要采用拼柜的方式组合地铁再生制动能量吸收装置各个功能部分，导致主控制板以及模块控制板之间的同步信号传输路径很长，路径极易受到干扰，常规的电信号同步方式已经不适合兆瓦级大功率的场合。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置，包括DSP主控板、光纤板、DSP模块控制板，所述DSP模块控制板为多个，所述DSP主控板输出端与所述光纤板输入端通过光纤连接，所述光纤板输出端分别与多个所述DSP模块控制板输入端通过光纤连接；所述DSP主控板是同步信号的发送端；所述光纤板作为转接板，实现1路输入，多路输出；所述DSP模块控制板用于接收同步信号。

[0006] 作为本发明的进一步改进，所述DSP主控板用于发出固定占空比的固定频率的方波电信号，频率依据逆变器的PWM载波频率确定，在DSP主控制板上把电信号转换为光信号。

[0007] 作为本发明的进一步改进，在所述DSP主控板中，占空比为50％，频率为3KHz。

[0008] 作为本发明的进一步改进，所述DSP主控板包括依次相连的第一DSP芯片、第一处理模块、第一光发送驱动器、第一光发送器，所述第一DSP芯片通过芯片编程后发出方波同步信号；所述第一处理模块用于将所述第一DSP芯片发出的方波同步信号经过两级施密特触发反相器驱动以及整形，并不改变信号的极性。

[0009] 作为本发明的进一步改进，所述光纤板接收所述DSP主控板发送的光信号，并把其转换为电信号，从一路电信号分为多路电信号，经过驱动电路，再转换为光信号输出。

[0010] 作为本发明的进一步改进，所述光纤板包括光接收电路、光发送通道，所述光发送通道为多个，所述光接收电路输出端分别与多个所述光发送通道相连。

[0011] 作为本发明的进一步改进，所述光接收电路包括第一光接收器和第二处理模块，所述第一光接收器输出端与所述第二处理模块输入端相连，所述第一光接收器的信号极性反向，所述第二处理模块用于一级施密特触发反相器驱动以及整形，所述第二处理模块和所述第一光接收器一起构成两次反向，所述第二处理模块输出信号极性不变；所述光发送通道包括依次相连的第三处理模块、第二光发送驱动器、第二光发送器，所述第二处理模块输出端与所述第三处理模块输入端相连；所述第三处理模块为两级施密特触发反相器驱动以及整形，并不改变信号的极性。

[0012] 作为本发明的进一步改进，所述DSP模块控制板接收到光信号后，转换为电信号，在其同步方波信号的上升沿或者下降沿触发中断，在中断中可以强制对PWM计数器进行清零动作。

[0013] 作为本发明的进一步改进，在所述DSP模块控制板中，通过软件设置计数器，以一定的频率进行循环加1操作，同时在同步信号中断中进行清零操作，当计数器的值大于设定值时，认为一直没有接收到同步中断，对逆变器进行同步信号故障保护。

[0014] 作为本发明的进一步改进，所述DSP模块控制板包括依次相连的第二光接收器、第三处理模块，第二DSP芯片，所述第三处理模块用于一级施密特触发反相器驱动以及整形，所述第三处理模块和所述第二光接收器一起构成两次反向，所述第三处理模块输出信号极性不变，所述第二DSP芯片通过芯片编程后接收方波同步信号。

[0015] 本发明的有益效果是：本发明适用于兆瓦级大功率设备，能有效抑制模块之间的环流，提高逆变器性能指标，即便各个逆变器之间的距离较远，在强干扰情况下也有很好的可靠性，并易于实现模块个数的扩展。附图说明

[0016] 图1是本发明的电路结构示意图；

[0017] 图2是本发明的DSP主控板电路示意图；

[0018] 图3是本发明的光纤板电路示意图(输入1路，输出最大16路)；

[0019] 图4是本发明的DSP模块控制板电路示意图。

具体实施方式

[0020] 本发明公开了一种模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置，针对背景技术中常规的电信号同步方式已经不适合兆瓦级大功率的场合，光纤传输具有抗干扰能力强的优点，特别适合于大功率的场合。

[0021] 采用DSP芯片作为控制核心，具有智能化程度高，其芯片有合理的片内外设，控制方式扩展性强，同步机制以及保护机制易于实现等优点。

[0022] 如图1所示，本发明硬件架构分三级，分别是DSP主控板、光纤板、DSP模块控制板，中间通过光纤连接。DSP主控板是同步信号的发送端；光纤板作为转接板，实现1路输入，多路输出；DSP模块控制板接收同步信号。

[0023] DSP主控板发出固定占空比的固定频率的方波信号(典型的，可以设置占空比为50％)，频率依据逆变器的PWM载波频率确定(如3KHz频率)，采用DSP芯片的PWM引脚作为输出引脚，通过DSP芯片内部强大的PWM片内资源，极易配置持续的方波信号输出，且其输出不会受到DSP其他程序的打断，也不会占用其他程序的执行时间。

[0024] 如图2所示，所述DSP主控板包括依次相连的第一DSP芯片U1、第一处理模块U2、第一光发送驱动器U3、第一光发送器U4，所述第一DSP芯片U1通过芯片编程后发出方波同步信号；所述第一处理模块U2用于将所述第一DSP芯片U1发出的方波同步信号经过两级施密特触发反相器驱动以及整形，并不改变信号的极性。

[0025] 所述光纤板接收所述DSP主控板发送的光信号，并把其转换为电信号，从一路电信号分为多路(16路)电信号，经过驱动电路，再转换为光信号输出。

[0026] 如图3所示，所述光纤板包括光接收电路、光发送通道，所述光发送通道为多个，所述光接收电路输出端分别与多个所述光发送通道相连。

[0027] 所述光接收电路包括第一光接收器U5和第二处理模块U6，所述第一光接收器U5输出端与所述第二处理模块U6输入端相连，所述第一光接收器U5的信号极性反向，所述第二处理模块U6用于一级施密特触发反相器驱动以及整形，所述第二处理模块U6和所述第一光接收器U5一起构成两次反向，所述第二处理模块U6输出信号极性不变；所述光发送通道包括依次相连的第三处理模块U7、第二光发送驱动器U8、第二光发送器U9，所述第二处理模块U6输出端与所述第三处理模块U7输入端相连；所述第三处理模块U7为两级施密特触发反相器驱动以及整形，并不改变信号的极性。

[0028] 在图3中，U10与第三处理模块U7相同，U11与第二光发送驱动器U8相同，U12与第二光发送器U9相同，第二处理模块U6输出端与U10输入端相连。其他光发送通道类似，接在第二处理模块U6的输出端。

[0029] 所述DSP模块控制板接收到光信号后，转换为电信号，在其同步方波信号的上升沿或者下降沿触发中断，在中断中可以强制对PWM计数器进行清零动作，达到各个模块的PWM载波同步。

[0030] 在所述DSP模块控制板中，通过软件设置计数器，以一定的频率进行循环加1操作，同时在同步信号中断中进行清零操作，当计数器的值大于设定值时，认为一直没有接收到同步中断，采取适当的机制对逆变器进行同步信号故障保护。

[0031] 如图4所示，所述DSP模块控制板包括依次相连的第二光接收器U13、第三处理模块U14，第二DSP芯片U15，所述第三处理模块U14用于一级施密特触发反相器驱动以及整形，所述第三处理模块U14和所述第二光接收器U13一起构成两次反向，所述第三处理模块U14输出信号极性不变，所述第二DSP芯片U15通过芯片编程后接收方波同步信号。

[0032] 本发明的模块化大功率逆变器光纤载波同步的装置，以便适用于地铁再生制动能量模块化逆变回馈装置。硬件结构分三级，分别是DSP(数字信号处理器芯片)主控板、光纤板、DSP模块控制板；软件包括主控制板的发波机制、模块控制板的接收机制以及检测保护机制。具体设计方法是由主控制板软件发出占空比为50％的固定频率的方波电信号，在DSP主控制板上把电信号转换为光信号并提供传输光纤接头；通过光纤连接到光纤板，光纤板提供最大16路光纤输出；光纤板通过光纤连接到各个大功率逆变器模块，DSP模块控制板把光信号转换成电信号，连接到DSP芯片的外部中断入口点，可以采取触发信号的上升沿中断或者下降沿中断，在中断执行体里对模块的PWM计数器进行清零操作，达到各个模块的PWM载波同步，同时模块控制板没有接收到同步信号中断则会进行逆变器保护。采用所述模块化大功率逆变器光纤载波同步方法，其优点是特别适用于兆瓦级大功率设备，能有效抑制模块之间的环流，提高逆变器性能指标，即便各个逆变器之间的距离较远，在强干扰情况下也有很好的可靠性，并易于实现模块个数的扩展。

[0033] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

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