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CN102185510B - 一种安全保护式电源系统 - Google Patents

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CN102185510B CN 201110117100 CN201110117100A CN102185510B CN 102185510 B CN102185510 B CN 102185510B CN 201110117100 CN201110117100 CN 201110117100 CN 201110117100 A CN201110117100 A CN 201110117100A CN 102185510 B CN102185510 B CN 102185510B
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Abstract

本发明公开了一种安全保护式电源系统，其特点主要在于由直流变交流再变成直流后电压送到变频器内，根据变频器的变频功能给电动机提供交流电源驱动电动机工作。安全保护式电源系统主要由直流电源、断路器、开关元件、升压变压器、单相整流模块、变频器、控制电源、CPU板、IGBT驱动板、反馈模块组成。本发明主要应用为将直流电源经断路器后通过四个开关元件形成高频的交流电源提供给升压变压器、再经过升压变压器升压后经单相整流变成直流电源供给变频器，然后根据变频器的特性控制电动机工作。该发明适用性强、易维护、具有无火花可靠性高的优点。可广泛运用于各种在没有交流电源的场所或有交流电源却处于停电状态下而现场又不允许电机停下来的地方。

Description

一种安全保护式电源系统
技术领域
本发明属于电力变换领域，具体涉及一种安全保护式电源系统及电能变换方法。
背景技术
传统的应急电源种类很多：大多数应急电源都是将48VDC以下的直流电压逆变为220V交流电，功率只有几百瓦，主要是用来照明用，在工业上无法使用。另外，也有许多生产应急电源的厂家采用逆变将220VDC的或380VDC的直流电逆变为三相220AC的电压，然后利用变压器升压到380VAC给电动机提供电源，但这种逆变方式，电路复杂，体积大，无法做到调频，电机启动时电流非常大，启动同样功率的电动机这种设备的功率比电机功率大到6-7倍，生产上不易实现，故市场上非常少，不实用。
基于目前这种情况，急需开发一种能稳定工作，节能，性能比较优越，便于维护的这种能在无交流电源的场所能驱动电动机工作的设备。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，经过技术人员多次设计和研究，本发明提出一种安全保护式电源系统及电能变换方法，其可以在无交流电或停电的场所使用直流电源通过逆变能提供一个稳定的三相380V的交流电源给电动机，驱使电动机工作。
依据本发明技术方案的第一方面，提供一种安全保护式电源系统，其包括直流电源1、断路器2、IGBT开关元件3、升压变压器4、单相整流5、变频器6、电动机7、控制电源8、CPU板9、IGBT驱动板10、反馈模块HI/HV11；直流电源1经断路器2给控制电源8和IGBT开关元件3提供输入电源，断路器2起到短路保护作用，控制电源8输出电压给CPU板9和IGBT驱动板10提供工作电压，CPU板9输出的信号送入IGBT驱动板10上，IGBT驱动板10输出的信号驱动IGBT导通，升压变压器4的输入和输出端分别接到IGBT的输出端和单相整流5的输入端，变频器6的输入和输出端分别接单相整流5的输出端和电动机7的输入端，反馈模块HI/HV11分别接单相整流5的输出端和CPU板9的反馈端子上；反馈模块HI/HV11给变频器6提供一个稳定的工作电源。
其中，CPU板1包括控制模块、调理模块，其中调理模块接收电压反馈的信号后送入光电隔离模块，然后进行滤波，并进行调整，此后送入控制模块，控制模块输出两路控制信号，其中一路控制信号SG2去IGBT驱动板10中的驱动板核心模块IC5,另一控制信号SG1去IGBT驱动板10中的驱动板核心模块IC7。
优选地，光电隔离模块IC10的输入端与电阻R26连接后将电压反馈信号接入，光电隔离模块IC10实现了强电输出部分与弱电控制部分的隔离，光电隔离模块IC10的输出端一端与基准电压U0相连，光电隔离模块IC10的另一端与电阻R25、电容C14、电阻R24、电阻R23、电容C13组成滤波电路与调理模块IC11的反向输入端相连。
优选地，调理模块IC11的同向输入端接一个可调电位器W1作为门槛电压的调整值，调理模块IC11的输出端与反向输入端接一个电容C12构成比例积分电路，同时调理模块IC11的输出端经过一个电阻R22与控制模块IC9的管脚2相连。
优选地，控制模块IC9为CPU板的核心器件，电流反馈信号I直接送至控制模块IC9的1脚，控制模块IC9的5脚与7脚之间接电阻R28，电阻R28是用来调整两路信号轮流导通的死区时间，同时控制模块IC9的5脚经电容C10接地，控制模块IC9的6脚经电阻R27接地；控制信号SG1、SG2的频率由电容C10和电阻R27的值决定；控制模块IC9的15脚接电源V5，控制模块IC9的12脚接地，控制模块IC9的15脚与控制模块IC9的13脚之间接电阻R31用来限制输出电流的强度，控制模块IC9的9脚与控制模块IC9的1脚之间经电容C11连接构成补偿网络；控制模块IC9的8脚经电解电容C15接地，实现软启动的功能；控制模块IC9的10脚接收来自IGBT驱动板的故障信号，用来及时关断控制信号SG1、SG2,保护IGBT模块；而且电阻R29、电容C09并联后一端接控制模块IC9的10脚，电阻R29、电容C09并联后另一端接地；电阻R30与发光二极管D09串联后一端接控制模块IC9的10脚，另一端接地；控制模块IC9的11脚和控制模块IC9的14脚分别以交替的导通的形式给IGBT驱动电路提供信号。
另外地，IGBT驱动板包括4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8，4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4以及故障信号输出模块KZ；其中核心控制模块IC5、IC6串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG2后、经过核心控制模块IC5、IC6信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；核心控制模块IC7、IC8串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG1后、经过核心控制模块IC7、IC8信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动。
优选地，在工作过程中如果出现故障后，4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8就发出故障信号给4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4，故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4将故障信号处理后送到故障信号输出模块KZ，最后故障信号输出模块KZ的输出端接入CPU板内控制模块IC9的故障信号输入端。
优选地，故障反馈光电隔离模块IC1的输入端与电阻R17相连后接入核心控制模块IC5的4脚，故障反馈光电隔离模块IC1另一个输入端又与核心控制模块IC5的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC1的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC2、IC3、IC4的输出端并联；故障反馈光电隔离模块IC2的输入端与电阻R20相连后接入核心控制模块IC6的4脚，故障反馈光电隔离模块IC2另一个输入端又与核心控制模块IC6的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC2的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC3、IC4的输出端并联;故障反馈光电隔离模块IC3的输入端与电阻R18相连后接入核心控制模块IC7的4脚，故障反馈光电隔离模块IC3另一个输入端又与核心控制模块IC7的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC3的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC2、IC4的输出端并联;故障反馈光电隔离模块IC4的输入端与电阻R19相连后接入核心控制模块IC7的4脚，故障反馈光电隔离模块IC4另一个输入端又与核心控制模块IC7的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC4的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC2、IC3的输出端并联。
更进一步地，IGBT驱动板包括4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8；来自CPU板的控制信号SG1接到核心控制模块IC7的14脚，核心控制模块IC7的13脚接核心控制模块IC8的14脚，核心控制模块IC8的13脚接地，这样核心控制模块IC7、IC8的输入端相串联；同时核心控制模块IC7输出信号给IGBT驱动板IGBT2，核心控制模块IC8输出信号给IGBT驱动板IGBT3；稳压二极管DZ09的阴极与核心控制模块IC7的1脚相连，稳压二极管DZ09的阳极与核心控制模块IC7的6脚连接；电阻R06、二极管D05、二极管D06串联后分别与核心控制模块IC7的1脚和IGBT驱动板IGBT2的集电极C2相连；核心控制模块IC7的5脚与IGBT驱动板IGBT2的栅极G2之间接一个栅极电阻R02，栅极G2与发射极E2之间接一保护电阻R14和两个稳压二极管DZ11、DZ12;核心控制模块IC7的4脚和电源V3连接，核心控制模块IC7的6脚和电源N3连接，稳压二极管DZ10和电阻R10串联后稳压二极管DZ10的阴极与核心控制模块IC7的4脚连接，电阻R10的另一端与核心控制模块IC7的6脚连接；电解电容C05与稳压二极管DZ10并联、电解电容C06与电阻R10并联；稳压二极管DZ10的阳极与发射极E2连接，核心控制模块IC7的4脚经一个电阻R18与故障反馈光电隔离模块IC3的输入端相连，核心控制模块IC7的8脚与故障反馈光电隔离模块IC3的另一个输入端相连；稳压二极管DZ13的阴极与核心控制模块IC8的1脚相连，稳压二极管DZ13的阳极与核心控制模块IC8的6脚连接；电阻R07、二极管D07、二极管D08串联后分别与核心控制模块IC8的1脚和IGBT驱动板IGBT3的集电极C3相连；核心控制模块IC8的5脚与IGBT驱动板IGBT3的栅极G3之间接一个栅极电阻R03，栅极G3与发射极E3之间接一保护电阻R15和两个稳压二极管DZ15、DZ16;核心控制模块IC8的4脚和电源V4连接，核心控制模块IC8的6脚和电源N4连接；稳压二极管DZ14和电阻R11串联后稳压二极管DZ14的阴极与核心控制模块IC8的4脚连接，电阻R11的另一端与核心控制模块IC8的6脚连接；电解电容C07与稳压二极管DZ14并联、电解电容C08与电阻R11并联，稳压二极管DZ14的阳极与发射极E3连接，核心控制模块IC8的4脚经一个电阻R19与故障反馈光电隔离模块IC4的输入端相连，核心控制模块IC8的8脚与故障反馈光电隔离模块IC4的另一个输入端相连。
依据本发明技术方案的第二方面，在无交流电源的场所中使用上述安全保护式电源系统驱动电动机。
该发明提出的技术方案适用性强，易维护，具有无火花可靠性高的优点。可广泛运用于各种在没有交流电源的场所或有交流电源却处于停电状态下而现场又不允许电机停下来的地方。
附图说明
图1为依据本发明的安全保护式电源系统的逻辑控制图；
图2为依据本发明的安全保护式电源系统的电路示意图；
图3为依据本发明的电源系统中的CPU板及其外围元件连接示意图；
图4为依据本发明的电源系统中的IGBT驱动电路的示意图；
图5为依据本发明的电源系统中的控制电源接线示意图。
具体实施方式
以下结合附图来详细说明本发明的安全保护式电源系统，下面仅仅作为示例来说明，本领域技术人员清楚地知晓，只要符合本发明思想的方法及系统均落入本发明之中；另外地，不应当将本发明的保护范围仅仅限制至安全保护式电源系统具体结构或部件的具体参数。
现有技术中的电机启动时电流非常大，启动同样功率的电动机这种设备的功率比电机功率大到6-7倍，使用本发明所述的安全保护式电源系统的技术方案，解决了现有技术中电路复杂、体积大、无法做到调频等技术难题，克服了现有生产上电动机启动不易实现等技术缺陷问题；在生产实践中在电动机运行平稳、可靠取得了相当不错的技术效果。
本发明的核心思想是，由直流变交流再变成直流后电压送到变频器内，根据变频器的变频功能给电动机提供交流电源驱动电动机工作。本发明应用的场所为，在没有交流电源的场所或有交流电源却处于停电状态下而现场又不允许电机停下来的地方给电机提供电源动力驱动。
本发明的发明思想在于：直流电源1经断路器2给控制电源8和IGBT开关元件3提供输入电源，断路器2起到短路保护作用，控制电源8输出电压接到CPU板9和IGBT驱动板10作为两者的工作电压，CPU板9得到工作电压后自身输出两路信号SG1、SG2送入IGBT驱动板10上，IGBT驱动板10接收到这两路信号后经过处理将SG2信号送入驱动板中的驱动板核心控制模块IC5、IC6串联后的电路中输出两路驱动信号驱动两个IGBT导通；SG1信号送入驱动板中的驱动板核心控制模块IC7、IC8串联后的电路中输出两路驱动信号驱动另外两个IGBT导通；这样就产生了交变的电压信号。升压变压器4接收到这个交变的电压信号后送到变压器的输入端初级线圈上然后经过变压器升压在次级线圈上产生一个很高的交变电压，此交变电压接到单相整流5的输入端，通过单相整流后送入变频器6的输入端，同时在整流后的电路中加入电压电流反馈模块HI/HV11将检测到的电压和电流值反馈到CPU板的反馈端子上进行脉宽调制促使输出电压稳定和电流在工作的允许范围之内。变频器6得到这个稳定的工作电压后根据负载电动机7的工作特性进行对电动机的操作控制。
在下面结合附图，具体地阐述应用本发明思想的安全保护式电源系统。
图1是一种安全保护式电源系统，其包括直流电源1、断路器2、IGBT开关元件3、升压变压器4、单相整流5、变频器6、电动机7、控制电源8、CPU板9、IGBT驱动板10、反馈模块HI/HV11。
直流电源1经断路器2给控制电源8和IGBT开关元件3提供输入电源，断路器2起到短路保护作用，控制电源8输出电压接到CPU板9和IGBT驱动板10作为两者的工作电压，CPU板9输出的信号送入IGBT驱动板10上，IGBT驱动板10输出的信号驱动IGBT导通，升压变压器4的输入和输出端分别接到IGBT的输出端和单相整流5的输入端，变频器6的输入和输出端分别接单相整流5的输出端和电动机7的输入端，反馈模块HI/HV11分别接单相整流5的输出端和CPU板9的反馈端子上；反馈模块HI/HV11给变频器6提供一个稳定的工作电源。
图2为安全保护式电源系统的电路示意图；IGBT开关元件3采用四个IGBT模块作为开关元件，由直流电源经断路器QF1，正极连接到开关元件IGBT1～4的IGBT1、IGBT2的集电极C1、C2和吸收电容C21一端，直流电源的负极接在IGBT3、IGBT4的发射极E3、E4和吸收电容C21另一端上，IGBT1的发射极E1、IGBT3的集电极C3和隔直电容C22相连；升压变压器BT的初级的一端与隔直电容C22一端相连；另一端与IGBT2的E发射极2、IGBT4的发射极E4连接；升压变压器BT的次级的分别接在由4个快恢复二极管V1～V4组成的单相整流上，单相整流输出的正极与变频器BP的输入端相连，单相整流输出的负极也与变频器BP的另一个输入端相连，最后变频器BP的输出端与7电动机相连。反馈模块HI/HV的输入、输出端分别接在单相整流的输出端和CPU板上电流I、电压V的端子上。
图3为图1中的CPU板的外围元件连接图；CPU板包括控制模块、调理模块，其中调理模块接收电压反馈的信号后送入光电隔离模块，然后进行滤波，并进行调整，此后送入控制模块，控制模块输出两路控制信号，其中一路控制信号SG2去IGBT驱动板10中的驱动板核心模块IC5,另一控制信号SG1去IGBT驱动板10中的驱动板核心模块IC7。
光电隔离模块IC10的输入端与电阻R26连接后将电压反馈信号接入，光电隔离模块IC10实现了强电输出部分与弱电控制部分的隔离，光电隔离模块IC10的输出端一端与基准电压U0相连，光电隔离模块IC10的另一端与电阻R25、电容C14、电阻R24、电阻R23、电容C13组成滤波电路与调理模块IC11的反向输入端相连。
调理模块IC11的同向输入端接一个可调电位器W1作为门槛电压的调整值，调理模块IC11的输出端与反向输入端接一个电容C12构成比例积分电路，同时调理模块IC11的输出端经过一个电阻R22与控制模块IC9的管脚2相连。
控制模块IC9为CPU的核心器件，电流反馈信号I直接与控制模块IC9的1脚相连，控制模块IC9的5脚与7脚之间接电阻R28，电阻R28是用来调整两路信号轮流导通的死区时间，同时控制模块IC9的5脚经电容C10接地，控制模块IC9的6脚经电阻R27接地；控制信号SG1、SG2的频率由电容C10和电阻R27的值决定；控制模块IC9的15脚接电源V5，控制模块IC9的12脚接地，控制模块IC9的15脚与控制模块IC9的13脚之间接电阻R31用来限制输出电流的强度，控制模块IC9的9脚与控制模块IC9的1脚之间经电容C11连接构成补偿网络；控制模块IC9的8脚经电解电容C15接地，实现软启动的功能；控制模块IC9的10脚接收来自IGBT驱动板的故障信号，用来及时关断控制信号SG1、SG2,保护IGBT模块；而且电阻R29、电容C09并联后一端接控制模块IC9的10脚，电阻R29、电容C09并联后另一端接地；电阻R30与发光二极管D09串联后一端接控制模块IC9的10脚，另一端接地；控制模块IC9的11脚和控制模块IC9的14脚分别以交替的导通的形式给IGBT驱动电路提供信号。
图4为IGBT驱动电路的示意图：IGBT驱动板包括4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8，4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4以及故障信号输出模块KZ；其中核心控制模块IC5、IC6串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG2后、经过核心控制模块IC5、IC6信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；核心控制模块IC7、IC8串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG1后、经过核心控制模块IC7、IC8信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；
在工作过程中如果出现故障后，4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8就发出故障信号给4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4，故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4将故障信号处理送到故障信号输出模块KZ，最后故障信号输出模块的输出端接入CPU板内控制模块IC9的故障信号输入端。
故障反馈光电隔离模块IC1的输入端与电阻R17相连后接入核心控制模块IC5的4脚，故障反馈光电隔离模块IC1另一个输入端又与核心控制模块IC5的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC1的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC2、IC3、IC4的输出端并联；故障反馈光电隔离模块IC2的输入端与电阻R20相连后接入核心控制模块IC6的4脚，故障反馈光电隔离模块IC2另一个输入端又与核心控制模块IC6的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC2的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC3、IC4的输出端并联;故障反馈光电隔离模块IC3的输入端与电阻R18相连后接入核心控制模块IC7的4脚，故障反馈光电隔离模块IC3另一个输入端又与核心控制模块IC7的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC3的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC2、IC4的输出端并联;故障反馈光电隔离模块IC4的输入端与电阻R19相连后接入核心控制模块IC7的4脚，故障反馈光电隔离模块IC4另一个输入端又与核心控制模块IC7的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC4的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC2、IC3的输出端并联。
使用晶闸管作为故障信号输出模块KZ，晶闸管的阳极经电阻R21连接后与门极同时接到故障反馈光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4的两个输出端上，阴极与CPU板控制模块IC9的10脚连接，阳极接基准电压U0。
核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8中，来自CPU板的控制信号SG1接到核心控制模块IC7的14脚，核心控制模块IC7的13脚接核心控制模块IC8的14脚，核心控制模块IC8的13脚接地，这样核心控制模块IC7、IC8的输入端相串联；同时核心控制模块IC7输出信号给IGBT驱动板IGBT2，核心控制模块IC8输出信号给IGBT驱动板IGBT3；稳压二极管DZ09的阴极与核心控制模块IC7的1脚相连，稳压二极管DZ09的阳极与核心控制模块IC7的6脚连接；电阻R06、二极管D05、二极管D06串联后分别与核心控制模块IC7的1脚和IGBT驱动板IGBT2的集电极C2相连；核心控制模块IC7的5脚与IGBT驱动板IGBT2的栅极G2之间接一个栅极电阻R02，栅极G2与发射极E2之间接一保护电阻R14和两个稳压二极管DZ11、DZ12;核心控制模块IC7的4脚和电源V3连接，核心控制模块IC7的6脚和电源N3连接，稳压二极管DZ10和电阻R10串联后稳压二极管DZ10的阴极与核心控制模块IC7的4脚连接，电阻R10的另一端与核心控制模块IC7的6脚连接；电解电容C05与稳压二极管DZ10并联、电解电容C06与电阻R10并联；稳压二极管DZ10的阳极与发射极E2连接，核心控制模块IC7的4脚经一个电阻R18与故障反馈光电隔离模块IC3的输入端相连，核心控制模块IC7的8脚与故障反馈光电隔离模块IC3的另一个输入端相连；稳压二极管DZ13的阴极与核心控制模块IC8的1脚相连，稳压二极管DZ13的阳极与核心控制模块IC8的6脚连接；电阻R07、二极管D07、二极管D08串联后分别与核心控制模块IC8的1脚和IGBT驱动板IGBT3的集电极C3相连；核心控制模块IC8的5脚与IGBT驱动板IGBT3的栅极G3之间接一个栅极电阻R03，栅极G3与发射极E3之间接一保护电阻R15和两个稳压二极管DZ15、DZ16;核心控制模块IC8的4脚和电源V4连接，核心控制模块IC8的6脚和电源N4连接；稳压二极管DZ14和电阻R11串联后稳压二极管DZ14的阴极与核心控制模块IC8的4脚连接，电阻R11的另一端与核心控制模块IC8的6脚连接；电解电容C07与稳压二极管DZ14并联、电解电容C08与电阻R11并联，稳压二极管DZ14的阳极与发射极E3连接，核心控制模块IC8的4脚经一个电阻R19与故障反馈光电隔离模块IC4的输入端相连，核心控制模块IC8的8脚与故障反馈光电隔离模块IC4的另一个输入端相连。
同样在图4中，来自CPU板的信号SG2接到核心控制模块IC5的14脚，核心控制模块IC5的13脚接集成块IC6的14脚，核心控制模块IC6的13脚接地，这样两个核心控制模块IC5、IC6的输入端相串联，同时核心控制模块IC5输出信号给IGBT驱动板IGBT1，核心控制模块IC6输出信号给IGBT驱动板IGBT4；稳压二极管DZ01的阳极与核心控制模块IC5的1脚相连，稳压二极管DZ01的阴极与核心控制模块IC5的6脚连接；电阻R05、二极管D01、二极管D02串联后分别与核心控制模块IC5的1脚和IGBT驱动板IGBT1的集电极C1相连；核心控制模块IC5的5脚与IGBT驱动板IGBT1的栅极G1之间接一个栅极电阻R01，栅极G1与发射极E1之间接一保护电阻R13和两个稳压二极管DZ03、DZ04;核心控制模块IC5的4脚和电源V1连接，核心控制模块IC5的6脚和电源N1连接；稳压二极管DZ02和电阻R09串联后稳压二极管DZ02的阳极与核心控制模块IC5的4脚连接，电阻R09的另一端与核心控制模块IC5的6脚连接；电解电容C01与稳压二极管DZ02并联、电解电容C02与电阻R09并联，稳压二极管DZ02的阴极与发射极E1连接；核心控制模块IC5的4脚经一个电阻R17与故障反馈光电隔离模块IC1的输入端相连，核心控制模块IC5的8脚与故障反馈光电隔离模块IC1的另一个输入端相连。稳压二极管DZ05的阳极与核心控制模块IC6的1脚相连，稳压二极管DZ05的阴极与核心控制模块IC6的6脚连接；电阻R08、二极管D03、二极管D04串联后分别与核心控制模块IC6的1脚和IGBT驱动板IGBT4的集电极C4相连；核心控制模块IC6的5脚与IGBT驱动板IGBT4的栅极G4之间接一个栅极电阻R04，栅极G4与发射极E4之间接一保护电阻R16和两个稳压二极管DZ07、DZ08;核心控制模块IC6的4脚和电源V2连接，核心控制模块IC6的6脚和电源N2连接；稳压二极管DZ06和电阻R12串联后稳压二极管DZ06的阳极与核心控制模块IC6的4脚连接，电阻R12的另一端与核心控制模块IC6的6脚连接；电解电容C03与稳压二极管DZ06并联、电解电容C04与电阻R12并联，稳压二极管DZ06的阴极与发射极E4连接，核心控制模块IC6的4脚经一个电阻R20与故障反馈光电隔离模块IC2的输入端相连，核心控制模块IC6的8脚与故障反馈光电隔离模块IC2的另一个输入端相连。
图5为图1中的控制电源接线示意图。直流电源经过断路器接到5个独立的开关电源DY1、DY2、DY3、DY4、DY5的输入端；经过开关电源降压处理输出稳定的低压电压；开关电源DY1的输出端V1接到核心控制模块IC5的4脚、开关电源DY1的输出端N1接到核心控制模块IC5的6脚；开关电源DY2的输出端V2接到核心控制模块IC6的4脚、开关电源DY2的输出端N2接到核心控制模块IC6的6脚；开关电源DY3的输出端V3接到核心控制模块IC7的4脚、开关电源DY3的输出端N3接到核心控制模块IC7的6脚;开关电源DY4的输出端V4接到核心控制模块IC8的4脚、开关电源DY4的输出端N4接到核心控制模块IC8的6脚；开关电源DY5的输出端V5接到CPU板的控制模块IC9的15脚、开关电源DY5的输出端GND接到CPU板的控制模块IC9的12脚。
在本发明中，直流电源采用密封免维护的铅酸蓄电池组串联而成，每节蓄电池的电压是12VDC，容量按照功率等级依次可选，例如：40AH、65AH、80AH、100AH、120AH、150AH、200AH等等。采用此蓄电池的特点是：性能稳定，免维护，循环寿命长，可靠性高，不需要像常规蓄电池一样里面加酸。
另外地，四个IGBT1～4采用全桥逆变使整个输出功率变大。其特点是：采用新型的大功率电力电子器件IGBT，保证了变频电源具有频率使用范围宽，输出功率大，工作频率高，开关速度快，热稳定性好的特点。
更具体地，驱动IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4导通的CPU板的电路主要由SG3525集成块以及外围电路相互连接而成;而驱动IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4的驱动板主要由M57959AL及外围电路相互连接而成;反馈电路由电流电压传感器HI/HV和集成块LM324组成。而四个驱动板和CPU板的控制电源KZDY单独由5路开关电源独立提供。
在本发明中使用的高频变压器BT铁芯采用铁基纳米晶材料，其特点是：体积小、输出功率大。输入电压范围100-500VAC、输出电压范围300-2000VAC,频率范围1000HZ-30000HZ。例如：这种材料的物理特性是：饱和磁感应强度大（为1.25特斯拉）、剩余磁感应强度小(＜0.2特斯拉)、导磁率高（＞20000特斯拉）等等。可根据功率大小将高频变压器BT并联使用使输出满足大功率的要求。
为了防止高频变压器BT磁偏现象而导致发热或烧毁，在高频变压器BT初级线圈中串入了隔直电容C22，进而有效地防止了上述现象。
高频变压器BT输出产生的高频交流电压通过由4个快恢复二极管V1～V4组成的单相整流桥整流为直流。快恢复二极管V1～V4的优点是：开关特性好、频率高、反响恢复时间短、正向电流大、体积小、安装简便等等。快恢复二极管V1～V4容量大小的选择也是根据负载功率的大小将其并联来增容实现。
整流而成的直流电源直接接入变频器BP输入端，然后根据变频器BP的特性可方便的实现电动机的各种控制，而变频器的选择及使用目前非常普遍功率等级范围也比较广。
使用本发明的电源设备的主要优点在于：
1、采用新型绝缘栅双极型晶体管IGBT作为电路的开关元件，引出线少，结构简单，安装和维修方便等优点。
2、利用吸收电容C21能有效地吸收由于电路接线电感而产生的高压带来的危害。
3、采用隔直电容C22能有效地防止变压器磁芯偏离平衡点造成饱和，损坏开关元件的现象。
4、采用高频，能减少变压器的体积。
5、利用变频器原理能有效地抑制电动机启动时电流为额定电流大几倍电流而带来的冲击。
6、利用电流内反馈和电压外反馈双闭环技术和脉宽调制PWM技术，输出稳定。
在本发明的具体电路中的保护功能有：1、短路保护，2、过流保护，3、控制电压欠压保护。
如上述，已经清楚详细地描述了本发明提出的安全保护式电源系统，但是本领域普通的技术人员可以理解，在不背离所附权利要求定义的本发明的精神和范围的情况下，可以在形式和细节中做出多种修改。因此，所有参考本发明技术方案所做出的各种各样的修改，均应当归入本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种安全保护式电源系统，其包括直流电源（1）、断路器（2）、IGBT开关元件（3）、升压变压器（4）、单相整流（5）、变频器（6）、电动机（7）、控制电源（8）、CPU板（9）、IGBT驱动板（10）、反馈模块HI/HV（11）；
直流电源（1）经断路器（2）给控制电源（8）和IGBT开关元件（3）提供输入电源，断路器（2）起到短路保护作用，控制电源（8）输出电压给CPU板（9）和IGBT驱动板（10）提供工作电压，CPU板（9）输出的信号送入IGBT驱动板（10）上，IGBT驱动板（10）输出的信号驱动IGBT导通，升压变压器（4）的输入和输出端分别接到IGBT的输出端和单相整流（5）的输入端，变频器（6）的输入和输出端分别接单相整流（5）的输出端和电动机（7）的输入端，反馈模块HI/HV（11）分别接单相整流（5）的输出端和CPU板（9）的反馈端子上；反馈模块HI/HV（11）给变频器（6）提供一个稳定的工作电源；
其中，CPU板（9）包括控制模块、调理模块，其中调理模块接收电压反馈的信号后送入光电隔离模块，然后进行滤波，并进行调整，此后送入控制模块，控制模块输出两路控制信号，其中一路控制信号SG2去IGBT驱动板（10）中的驱动板核心模块IC5,另一控制信号SG1去IGBT驱动板（10）中的驱动板核心模块IC7；
光电隔离模块IC10的输入端与电阻R26连接后将电压反馈信号接入，光电隔离模块IC10实现了强电输出部分与弱电控制部分的隔离，光电隔离模块IC10的输出端一端与基准电压U0相连，光电隔离模块IC10的另一端与电阻R25、电容C14、电阻R24、电阻R23、电容C13组成滤波电路与调理模块IC11的反向输入端相连；
IGBT驱动板包括4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8，4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4以及故障信号输出模块KZ；其中核心控制模块IC5、IC6串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG2后、经过核心控制模块IC5、IC6信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；核心控制模块IC7、IC8串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG1后、经过核心控制模块IC7、IC8信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；
在工作过程中如果出现故障后，4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8就发出故障信号给4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4，故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4将故障信号处理后送到故障信号输出模块KZ，最后故障信号输出模块KZ的输出端接入CPU板内控制模块IC9的故障信号输入端；
来自CPU板的控制信号SG1接到核心控制模块IC7的14脚，核心控制模块IC7的13脚接核心控制模块IC8的14脚，核心控制模块IC8的13脚接地，这样核心控制模块IC7、IC8的输入端相串联；同时核心控制模块IC7输出信号给IGBT驱动板IGBT2，核心控制模块IC8输出信号给IGBT驱动板IGBT3；稳压二极管DZ09的阴极与核心控制模块IC7的1脚相连，稳压二极管DZ09的阳极与核心控制模块IC7的6脚连接；电阻R06、二极管D05、二极管D06串联后分别与核心控制模块IC7的1脚和IGBT驱动板IGBT2的集电极C2相连；核心控制模块IC7的5脚与IGBT驱动板IGBT2的栅极G2之间接一个栅极电阻R02，栅极G2与发射极E2之间接一保护电阻R14和两个稳压二极管DZ11、DZ12;核心控制模块IC7的4脚和电源V3连接，核心控制模块IC7的6脚和电源N3连接，稳压二极管DZ10和电阻R10串联后稳压二极管DZ10的阴极与核心控制模块IC7的4脚连接，电阻R10的另一端与核心控制模块IC7的6脚连接；电解电容C05与稳压二极管DZ10并联、电解电容C06与电阻R10并联；稳压二极管DZ10的阳极与发射极E2连接，核心控制模块IC7的4脚经一个电阻R18与故障反馈光电隔离模块IC3的输入端相连，核心控制模块IC7的8脚与故障反馈光电隔离模块IC3的另一个输入端相连；稳压二极管DZ13的阴极与核心控制模块IC8的1脚相连，稳压二极管DZ13的阳极与核心控制模块IC8的6脚连接；电阻R07、二极管D07、二极管D08串联后分别与核心控制模块IC8的1脚和IGBT驱动板IGBT3的集电极C3相连；核心控制模块IC8的5脚与IGBT驱动板IGBT3的栅极G3之间接一个栅极电阻R03，栅极G3与发射极E3之间接一保护电阻R15和两个稳压二极管DZ15、DZ16;核心控制模块IC8的4脚和电源V4连接，核心控制模块IC8的6脚和电源N4连接；稳压二极管DZ14和电阻R11串联后稳压二极管DZ14的阴极与核心控制模块IC8的4脚连接，电阻R11的另一端与核心控制模块IC8的6脚连接；电解电容C07与稳压二极管DZ14并联、电解电容C08与电阻R11并联，稳压二极管DZ14的阳极与发射极E3连接，核心控制模块IC8的4脚经一个电阻R19与故障反馈光电隔离模块IC4的输入端相连，核心控制模块IC8的8脚与故障反馈光电隔离模块IC4的另一个输入端相连。
2.一种安全保护式电源系统，其包括直流电源（1）、断路器（2）、IGBT开关元件（3）、升压变压器（4）、单相整流（5）、变频器（6）、电动机（7）、控制电源（8）、CPU板（9）、IGBT驱动板（10）、反馈模块HI/HV（11）；
直流电源（1）经断路器（2）给控制电源（8）和IGBT开关元件（3）提供输入电源，断路器（2）起到短路保护作用，控制电源（8）输出电压给CPU板（9）和IGBT驱动板（10）提供工作电压，CPU板（9）输出的信号送入IGBT驱动板（10）上，IGBT驱动板（10）输出的信号驱动IGBT导通，升压变压器（4）的输入和输出端分别接到IGBT的输出端和单相整流（5）的输入端，变频器（6）的输入和输出端分别接单相整流（5）的输出端和电动机（7）的输入端，反馈模块HI/HV（11）分别接单相整流（5）的输出端和CPU板（9）的反馈端子上；反馈模块HI/HV（11）给变频器（6）提供一个稳定的工作电源；
其中，CPU板（9）包括控制模块、调理模块，其中调理模块接收电压反馈的信号后送入光电隔离模块，然后进行滤波，并进行调整，此后送入控制模块，控制模块输出两路控制信号，其中一路控制信号SG2去IGBT驱动板（10）中的驱动板核心模块IC5,另一控制信号SG1去IGBT驱动板（10）中的驱动板核心模块IC7；
调理模块IC11的同向输入端接一个可调电位器W1作为门槛电压的调整值，调理模块IC11的输出端与反向输入端接一个电容C12构成比例积分电路，同时调理模块IC11的输出端经过一个电阻R22与控制模块IC9的管脚2相连；
IGBT驱动板包括4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8，4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4以及故障信号输出模块KZ；其中核心控制模块IC5、IC6串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG2后、经过核心控制模块IC5、IC6信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；核心控制模块IC7、IC8串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG1后、经过核心控制模块IC7、IC8信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；
在工作过程中如果出现故障后，4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8就发出故障信号给4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4，故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4将故障信号处理后送到故障信号输出模块KZ，最后故障信号输出模块KZ的输出端接入CPU板内控制模块IC9的故障信号输入端；
来自CPU板的控制信号SG1接到核心控制模块IC7的14脚，核心控制模块IC7的13脚接核心控制模块IC8的14脚，核心控制模块IC8的13脚接地，这样核心控制模块IC7、IC8的输入端相串联；同时核心控制模块IC7输出信号给IGBT驱动板IGBT2，核心控制模块IC8输出信号给IGBT驱动板IGBT3；稳压二极管DZ09的阴极与核心控制模块IC7的1脚相连，稳压二极管DZ09的阳极与核心控制模块IC7的6脚连接；电阻R06、二极管D05、二极管D06串联后分别与核心控制模块IC7的1脚和IGBT驱动板IGBT2的集电极C2相连；核心控制模块IC7的5脚与IGBT驱动板IGBT2的栅极G2之间接一个栅极电阻R02，栅极G2与发射极E2之间接一保护电阻R14和两个稳压二极管DZ11、DZ12;核心控制模块IC7的4脚和电源V3连接，核心控制模块IC7的6脚和电源N3连接，稳压二极管DZ10和电阻R10串联后稳压二极管DZ10的阴极与核心控制模块IC7的4脚连接，电阻R10的另一端与核心控制模块IC7的6脚连接；电解电容C05与稳压二极管DZ10并联、电解电容C06与电阻R10并联；稳压二极管DZ10的阳极与发射极E2连接，核心控制模块IC7的4脚经一个电阻R18与故障反馈光电隔离模块IC3的输入端相连，核心控制模块IC7的8脚与故障反馈光电隔离模块IC3的另一个输入端相连；稳压二极管DZ13的阴极与核心控制模块IC8的1脚相连，稳压二极管DZ13的阳极与核心控制模块IC8的6脚连接；电阻R07、二极管D07、二极管D08串联后分别与核心控制模块IC8的1脚和IGBT驱动板IGBT3的集电极C3相连；核心控制模块IC8的5脚与IGBT驱动板IGBT3的栅极G3之间接一个栅极电阻R03，栅极G3与发射极E3之间接一保护电阻R15和两个稳压二极管DZ15、DZ16;核心控制模块IC8的4脚和电源V4连接，核心控制模块IC8的6脚和电源N4连接；稳压二极管DZ14和电阻R11串联后稳压二极管DZ14的阴极与核心控制模块IC8的4脚连接，电阻R11的另一端与核心控制模块IC8的6脚连接；电解电容C07与稳压二极管DZ14并联、电解电容C08与电阻R11并联，稳压二极管DZ14的阳极与发射极E3连接，核心控制模块IC8的4脚经一个电阻R19与故障反馈光电隔离模块IC4的输入端相连，核心控制模块IC8的8脚与故障反馈光电隔离模块IC4的另一个输入端相连。
3.一种安全保护式电源系统，其包括直流电源（1）、断路器（2）、IGBT开关元件（3）、升压变压器（4）、单相整流（5）、变频器（6）、电动机（7）、控制电源（8）、CPU板（9）、IGBT驱动板（10）、反馈模块HI/HV（11）；
直流电源（1）经断路器（2）给控制电源（8）和IGBT开关元件（3）提供输入电源，断路器（2）起到短路保护作用，控制电源（8）输出电压给CPU板（9）和IGBT驱动板（10）提供工作电压，CPU板（9）输出的信号送入IGBT驱动板（10）上，IGBT驱动板（10）输出的信号驱动IGBT导通，升压变压器（4）的输入和输出端分别接到IGBT的输出端和单相整流（5）的输入端，变频器（6）的输入和输出端分别接单相整流（5）的输出端和电动机（7）的输入端，反馈模块HI/HV（11）分别接单相整流（5）的输出端和CPU板（9）的反馈端子上；反馈模块HI/HV（11）给变频器（6）提供一个稳定的工作电源；
其中，CPU板（9）包括控制模块、调理模块，其中调理模块接收电压反馈的信号后送入光电隔离模块，然后进行滤波，并进行调整，此后送入控制模块，控制模块输出两路控制信号，其中一路控制信号SG2去IGBT驱动板（10）中的驱动板核心模块IC5,另一控制信号SG1去IGBT驱动板（10）中的驱动板核心模块IC7；
控制模块IC9为CPU板的核心器件，电流反馈信号I直接送至控制模块IC9的1脚，控制模块IC9的5脚与7脚之间接电阻R28，电阻R28是用来调整两路信号轮流导通的死区时间，同时控制模块IC9的5脚经电容C10接地，控制模块IC9的6脚经电阻R27接地；控制信号SG1、SG2的频率由电容C10和电阻R27的值决定；控制模块IC9的15脚接电源V5，控制模块IC9的12脚接地，控制模块IC9的15脚与控制模块IC9的13脚之间接电阻R31用来限制输出电流的强度，控制模块IC9的9脚与控制模块IC9的1脚之间经电容C11连接构成补偿网络；控制模块IC9的8脚经电解电容C15接地，实现软启动的功能；控制模块IC9的10脚接收来自IGBT驱动板的故障信号，用来及时关断控制信号SG1、SG2,保护IGBT模块；而且电阻R29、电容C09并联后一端接控制模块IC9的10脚，电阻R29、电容C09并联后另一端接地；电阻R30与发光二极管D09串联后一端接控制模块IC9的10脚，另一端接地；控制模块IC9的11脚和控制模块IC9的14脚分别以交替的导通的形式给IGBT驱动电路提供信号；
IGBT驱动板包括4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8，4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4以及故障信号输出模块KZ；其中核心控制模块IC5、IC6串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG2后、经过核心控制模块IC5、IC6信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；核心控制模块IC7、IC8串联后用于接收到CPU板发出的控制信号SG1后、经过核心控制模块IC7、IC8信号处理后发出2路驱动信号分别给2个IGBT驱动；
在工作过程中如果出现故障后，4个核心控制模块IC5、IC6、IC7、IC8就发出故障信号给4个故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4，故障反馈的光电隔离模块IC1、IC2、IC3、IC4将故障信号处理后送到故障信号输出模块KZ，最后故障信号输出模块KZ的输出端接入CPU板内控制模块IC9的故障信号输入端；
来自CPU板的控制信号SG1接到核心控制模块IC7的14脚，核心控制模块IC7的13脚接核心控制模块IC8的14脚，核心控制模块IC8的13脚接地，这样核心控制模块IC7、IC8的输入端相串联；同时核心控制模块IC7输出信号给IGBT驱动板IGBT2，核心控制模块IC8输出信号给IGBT驱动板IGBT3；稳压二极管DZ09的阴极与核心控制模块IC7的1脚相连，稳压二极管DZ09的阳极与核心控制模块IC7的6脚连接；电阻R06、二极管D05、二极管D06串联后分别与核心控制模块IC7的1脚和IGBT驱动板IGBT2的集电极C2相连；核心控制模块IC7的5脚与IGBT驱动板IGBT2的栅极G2之间接一个栅极电阻R02，栅极G2与发射极E2之间接一保护电阻R14和两个稳压二极管DZ11、DZ12;核心控制模块IC7的4脚和电源V3连接，核心控制模块IC7的6脚和电源N3连接，稳压二极管DZ10和电阻R10串联后稳压二极管DZ10的阴极与核心控制模块IC7的4脚连接，电阻R10的另一端与核心控制模块IC7的6脚连接；电解电容C05与稳压二极管DZ10并联、电解电容C06与电阻R10并联；稳压二极管DZ10的阳极与发射极E2连接，核心控制模块IC7的4脚经一个电阻R18与故障反馈光电隔离模块IC3的输入端相连，核心控制模块IC7的8脚与故障反馈光电隔离模块IC3的另一个输入端相连；稳压二极管DZ13的阴极与核心控制模块IC8的1脚相连，稳压二极管DZ13的阳极与核心控制模块IC8的6脚连接；电阻R07、二极管D07、二极管D08串联后分别与核心控制模块IC8的1脚和IGBT驱动板IGBT3的集电极C3相连；核心控制模块IC8的5脚与IGBT驱动板IGBT3的栅极G3之间接一个栅极电阻R03，栅极G3与发射极E3之间接一保护电阻R15和两个稳压二极管DZ15、DZ16;核心控制模块IC8的4脚和电源V4连接，核心控制模块IC8的6脚和电源N4连接；稳压二极管DZ14和电阻R11串联后稳压二极管DZ14的阴极与核心控制模块IC8的4脚连接，电阻R11的另一端与核心控制模块IC8的6脚连接；电解电容C07与稳压二极管DZ14并联、电解电容C08与电阻R11并联，稳压二极管DZ14的阳极与发射极E3连接，核心控制模块IC8的4脚经一个电阻R19与故障反馈光电隔离模块IC4的输入端相连，核心控制模块IC8的8脚与故障反馈光电隔离模块IC4的另一个输入端相连。
4.根据权利要求1-3中之任一所述的安全保护式电源系统，其中故障反馈光电隔离模块IC1的输入端与电阻R17相连后接入核心控制模块IC5的4脚，故障反馈光电隔离模块IC1另一个输入端又与核心控制模块IC5的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC1的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC2、IC3、IC4的输出端并联;
故障反馈光电隔离模块IC2的输入端与电阻R20相连后接入核心控制模块IC6的4脚，故障反馈光电隔离模块IC2另一个输入端又与核心控制模块IC6的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC2的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC3、IC4的输出端并联;故障反馈光电隔离模块IC3的输入端与电阻R18相连后接入核心控制模块IC7的4脚，故障反馈光电隔离模块IC3另一个输入端又与核心控制模块IC7的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC3的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC2、IC4的输出端并联;故障反馈光电隔离模块IC4的输入端与电阻R19相连后接入核心控制模块IC7的4脚，故障反馈光电隔离模块IC4另一个输入端又与核心控制模块IC7的8脚相连，然后故障反馈光电隔离模块IC4的输出端分别与故障反馈光电隔离模块IC1、IC2、IC3的输出端并联。
5.在无交流电源的场所使用权利要求1～3中之任一所述的安全保护式电源系统驱动电动机。
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