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Rl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Dl和光電耦合器IC3組成；繼電器驅動電路由三極管Ql、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Tl、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。
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；IO.可控硅；ll.投切信號輸入接口 ；12.主接線柱；13.外殼。
具體實施例方式
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。 如圖2，主電路主要有可控硅10和磁保持繼電器7構成，可控硅10和磁保持繼電 器7并聯的兩電極分別通過電刷線與兩個主接線柱12相連接，具體是由圖1中的繼電器驅 動電路6、磁保持繼電器7、可控硅10、隔離驅動電路9、保護電路8、觸點電壓監測電路3和 主接線柱12連接構成。 可控硅10中反并聯的單向可控硅SCR的陰陽極分別與磁保持繼電器7的兩個觸 點Sl相連，并通過電刷線延伸到主接線柱12的L端和N端，使機械觸點和電力電子器件并 聯的兩種混合觸點構成整個模塊的兩個開關主觸點。電阻Rl和電容CO組成保護可控硅lO 的RC緩沖保護電路8。由電阻R2、R3、二極管Dl和光電耦合器IC3構成觸點電壓監測電路 3，觸點電壓監測電路3由其CPU-7端連接到單片機1進行監測，當開關主觸點的觸電電壓L 端高于N端時，CPU-7為低電平，當觸電電壓L端低于N端時，CPU-7為高電平，因此，CPU-7 電平轉換瞬間即為觸點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 成繼電器驅動電路6，電阻R4的CPU-1端和電阻R5的CPU-2端連接單片機1的輸入引腳。
由脈沖變壓器Tl、電阻R7和R8構成可控硅SCR的隔離驅動電路9。
本發明的驅動信號在電路板上通過導線分別與可控硅10的門極、磁保持繼電器7 的線圈連接，反并聯的單向可控硅的陰陽極分別與磁保持繼電器7的兩個觸點相連，將上 述的電路板安裝于外殼13中，內部以有機硅灌封膠填充，表面以環氧樹脂硬化保護，外殼 13外只有兩個主接線柱12和投切信號輸入接口 11，使用時只要將主接線柱12接入電流回 路，投切信號輸入接口 11與投切信號監測電路5的輸出端相連即可實現無涌流投切。
權利要求
一種基于可控硅的專用混合智能功率模塊，外殼(13)內設電路板，電路板上的可控硅(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)，其特征是單片機(1)分別外接觸點電壓監測電路(3)，故障及運行指示電路(4)、外接投切信號監測電路(5)；外殼(13)的外側面上固定兩個主接線柱(12)且一側設有投切信號輸入接口(11)，投切信號輸入接口(11)連接投切信號監測電路(5)；磁保持繼電器(7)通過繼電器驅動電路(6)連接單片機(1)，可控硅(10)中反并聯的單向可控的陰陽極與磁保持繼電器(7)的兩個觸點并聯后與分別與兩個主接線柱(12)相連接，構成模塊的兩個開關主觸點。
2. 根據權利要求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 電路(8)為電阻(Rl)和電容(CO)組成的RC緩沖保護電路；觸點電壓監測電路(3)由電阻 (R2、R3)、二極管(Dl)和光電耦合器(IC3)組成；繼電器驅動電路(6)由三極管(Ql)、電阻 (R4)、電阻(R5)和三極管(Q2)組成；隔離驅動電路(9)由脈沖變壓器(Tl)、電阻(R7)和 (R8)構成。
3. 根據權利要求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 電壓監測電路(3)由其CPU-7端連接到單片機(l)，所述模塊的兩個開關主觸點的觸電電壓 L端高于N端時，CPU-7為低電平，觸電電壓L端低于N端時，CPU-7為高電平。
全文摘要
本發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，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。本發明將控制電路、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，使容性或感性負載過零點通斷，具有開關瞬間無涌流、導通期抗電沖擊能力大的優點。
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 優先權日2010年2月5日
發明者李書旗, 沈金榮 申請人:河海大學常州校區