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电力电子功率硬件模组—YXPHM-TP310b-I 三电平三相DC-AC变流模块

概要信息:
YXPHM系列采用基于模型设计的理念,脱胎于研旭成熟产品光伏并网逆变器与风机变流器等成熟产品,又结合了研旭多年的模块化组件与开放式平台研发经验,对该拓扑结构与驱动电路、传感器电路、信号处理电路进一步集成,同时提供实际控制器接口、快速原型控制器结构与实际控制器模块,为用户提供性价比更好的模块化产品。
基本信息
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产品描述

一、YXPHM系列功率模块简介

 

南京研旭公司最新研发推出了YXPHM系列工业级电力电子功率模块,YXPHM系列模块是面向高校实验室、科研院所以及成品电力电子制造厂商的系列功率拓扑模块。具备稳定的可靠性和良好的扩展性,种类丰富,囊括了现今主流的电力电子拓扑结构。外壳采用透明的亚克力板材,美观实用,用户可以方便观察内部的硬件结构,简洁的输入输出设计,减去用户对模块中间环节的困扰,让用户更专注的投入到核心研发中。

 

YXPHM系列采用基于模型设计的理念,脱胎于研旭成熟产品光伏并网逆变器与风机变流器等成熟产品,又结合了研旭多年的模块化组件与开放式平台研发经验,对该拓扑结构与驱动电路、传感器电路、信号处理电路进一步集成,同时提供实际控制器接口、快速原型控制器结构与实际控制器模块,为用户提供性价比更好的模块化产品。

 

YXPHM系列产品主要型号参考如图1所示:

 

图1 YXPHM-TP型号说明

 

 

二、YXPHM-TP310b-I 三电平功率模块

 

三电平变换具有一系列优点:输出电压波形为多电平,谐波小,所需的滤波电感量小,有利于降低系统成本和损耗;开关损耗小,效率高;开关动作时的电压变化。

 

三相中点钳位型三电平电路,又称为 NPC 三电平电路,NPC型三电平拓扑结构具有输出容量大、输出电压高、电流谐波含量小等优点,使得三电平结构在高压大功率交流电机变频调速领域得到了广泛的应用。

 

YXPHM-TP310b-I有两种拓扑结构:I型和T型。

 

图2 YXPHM-TP310b-I  I型主电路拓扑示意

 

图3 YXPHM-TP310b-I  T型主电路拓扑示意

 

上图主电路拓扑为三相三电平桥式的两种架构,功率开关器件采用英飞凌公司单桥臂三电平功率模块。表1为其主要参数。

 

 表1  YXPHM-TP310b-I 主要参数表

 

三、YXPHM-TP310b-I功率模块组成

 

图4 YXPHM-TP310b-I功率模块实物图

 

图4为YXPHM-TP310b-I功率模块的实物图,由主控单元(YXBOX1000数字采集控制器)、功率单元、采集调理单元、滤波单元和接口单元等组成

 

3.1 主控单元—BOX1000通用型数字采集控制器

 

  图5 YX-BOX1000通用型数字采集控制器实物图

 

  • DSP:TI公司TMS320F28335,32位浮点型,150MHz主频;
  • AD电流采集:16通道,支持霍尔电流传感器,支持交流、直流电压采集;
  • PWM:12通道,最多可以控制两组三相两电平全桥;
  • QEP :1组;
  • DI:8通道,DO:4通道;
  • RS485:1通道,支持MODBUS通信协议;
  • CAN:1通道
  • LAN:1路100M网口,用于调试输入输出信息;

 

3.2 采集调理单元

  • 电流采集:8通道,支持电流霍尔电流传感器电压或者电流输入,经过调理电路进入ADC单元;
  • 电压采集:6通道,采用差分电路形式采集,交流、直流电压均可进行调理采集;
  • 温度采集: NTC5K/10K热敏电阻,主要监测散热器或功率模块基板温度。

 

3.3 功率单元

  • IGBT模块:选用英飞凌公司单桥臂三电平功率模块F3L75R07W2E3_B11(I型三电平)/ F3L100R12W2H3_B11(T型三电平),可以根据功率等级进行选择更大电流相同封装的模块,母线电压最高不超过900VDC;
  • 滤波电路:可以根据用户需求定制,默认为LCL滤波电路;
  • 母线电容:采用串并式组合,8只450V680uF电解电容2串4并,2只600V110uF薄膜电容串联;
  • 电流采集采用LEM公司闭环霍尔电流传感器LAH25-NP/LAH50-NP,根据功率等级选择相应传感器,分别采集直流输入电流和模块三相交流端输出电流。
  • 散热器:300*200*50mm(W*L*H),可根据需要选配2只8025风机加强散热;

 

3.4 滤波单元

 

  • 采用LCL结构,主电感2.2mH,辅助电感100uH,滤波电容每相4.7uF×2

 

3.5 接口单元

 

  • YXPHM-TP310b-I共有3类接口,分别为辅助24V供电端子,直流侧端子,交流测端子;
  • 辅助24V端子用于为模块内部控制器电路供电;
  • 直流侧端子为直流母线端子正负极;
  • 交流侧端子为交流母线端子A、B、C。

 

四、PRCP系统—PHM模块+RCP控制器

 

当前,YXSPACE系列快速原型控制器备受大家关注,由于其支持模型下载功能,非常快捷、方便的验证控制算法。因此为了提高功率模块的使用场合,特将功率模块的模拟采集部分以及数字控制部分通过DB25接口外扩出来,直接与RCP控制器对接,便于RCP直接控制。

 

 图5 YXPHM-TP310b-I与SP2000控制器实物图

 

图6 YXPHM-TP310b-I与SP6000仿真机实物图

 

五、常见控制策略

 

(1)传统的三电平空间矢量调制策略

(2)三电平空间矢量分解控制算法

(3)三电平混合式中点电位平衡控制策略

 

六、YXPHM-TP310b-I功率模块开放性

 

  • 研旭研发的YXPHM系列产品最大的特点就是开放性,目的是全面支撑用户二次开发。所能提供的资料为:
  • 所有硬件图纸,包含原理图和PCB图(PDF格式);
  • 内部布线图;
  • DSP运行源代码,包含但不限于程序主框架、硬件驱动功能、硬件配置功能、通讯功能、保护功能、编码器功能、采样功能、滤波函数、SVPWM算法等。;
  • 设备操作说明书;
  • 硬件开发设计说明;
  • 软件开发设计说明(需选配软件资源开放)。

 

用户获取以上资料后,可以从硬件、软件两个方面进行深度研究,硬件方面可以了解这类变流器的设计思路,以及一些特定成熟的电路。软件方面不仅可以从编程技巧等基础方面获取经验,而且更可以从探究、验证自己的控制算法等理论方面获得成果。

 

 

 

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电力电子功率硬件模组 — YXPHM-DCC10b-II直流系列