换流组件中半导体开关部件故障定位装置及换流组件的制作方法

本实用新型涉及换流组件故障检测技术领域，尤其涉及一种换流组件中半导体开关部件故障定位装置及换流组件。

背景技术：

半导体开关部件具有高电压、大电流、易于驱动、工作频率广等特性而被广泛使用在变频设备中。随着半导体开关部件电压、电流、频率等级的不断提升，半导体开关部件在使用过程中，往往会因及极短时间的过流、过压造成损坏。影响变频设备的正常使用。在半导体开关部件串联电路中，一个半导体开关部件损坏，会增加其他半导体开关部件所承受的电压，进而增加其他半导体开关部件损坏的几率；情况严重时，会破坏整个半导体开关部件串联电路的控制系统，从而造成更大的系统损失和安全事故。因此，需要及时的对变频设备中半导体开关部件进行检测，对故障半导体开关部件进行定位，以及时对故障半导体开关部件进行修理或者替换。

目前，解决上述问题的方法主要通过检测电路检测半导体开关部件集电极-发射极电压是否降到0，判断当前半导体开关部件是否为故障半导体开关部件块。该方法虽然能够准确确定变频设备中当前半导体开关部件是否为故障部件。但是，由于变频设备的电路中往往包括多个半导体开关部件，如果对每个半导体开关部件都配置对应的检测电路，那么整个变频设备就需要多个检测电路，即降低了变频设备的可靠性，同时也增加了变频设备的成本。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型实施例提供一种换流组件中半导体开关部件故障定位装置及换流组件，以实现快速可靠的定位故障半导体开关部件的目的。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种换流组件中半导体开关部件故障定位装置，包括：

信号生成模块，所述信号生成模块与所述换流组件中至少两个半导体开关部件的输出端分别电连接，用于根据所述半导体开关部件在一个整流周期内输出的电流生成工作信号，所述工作信号包括：正常工作信号和故障工作信号；

故障触发模块，所述故障触发模块与所述信号生成模块电连接，用于接收所述信号生成模块生成的工作信号，并在所述半导体开关部件整流故障时，根据所述工作信号输出第一故障反馈信号；

定位模块，所述定位模块与故障触发模块电连接，用于在接收到所述第一故障反馈信号时，锁存所述工作信号，以根据锁存的工作信号定位故障半导体开关部件。

进一步的，所述故障触发模块为多输入与门。

进一步的，所述定位模块包括：

锁存单元，与所述故障触发模块电连接，用于在接收到所述第一故障反馈信号时，锁存所述工作信号；

信号源查找单元，与锁存单元相连，用于根据锁存的工作信号查找故障工作信号对应的多输入与门的信号源；

定位单元，与所述信号源查找单元相连，用于根据查找到的信号源与半导体开关部件的对应关系，定位故障半导体开关部件。

进一步的，所述定位模块采用现场可编程门阵列FPGA实现。

进一步的，所述装置还包括：逻辑保护模块，与所述换流组件的负载相连，用于在接收到所述第一故障反馈信号时,启动逻辑保护，所述逻辑保护模块采用所述FPGA实现。

进一步的，所述装置还包括：数字信号处理DSP，所述DSP与所述定位模块电连接；

所述定位模块用于：在接收到所述第一故障反馈信号时，向DSP发送第二故障反馈信号；

所述DSP用于：在接收到所述第二故障反馈信号时，启动程序保护。

进一步的，所述DSP还用于：在接收到所述第二故障反馈信号时，通过换流组件输出端连接的电流传感器采样换流组件输出端的电流峰值。

进一步的，所述多输入与门包括：整流多输入与门和逆变多输入与门；

所述整流多输入与门，用于接收换流组件中整流组件的半导体开关部件的整流工作信号,并在所述半导体开关部件整流故障时,根据所述整流工作信号输出故障反馈信号；

所述逆变多输入与门，用于接收换流组件中逆变组件的半导体开关部件的逆变工作信号,并在所述半导体开关部件逆变故障时,根据所述逆变工作信号输出故障反馈信号。

更进一步的，所述多输入与门包括：整流多输入与门和逆变多输入与门；

所述整流多输入与门，用于接收换流组件中整流组件的半导体开关部件的整流工作信号,并在所述半导体开关部件整流故障时,根据所述整流工作信号输出故障反馈信号；

所述逆变多输入与门，用于接收换流组件中逆变组件的半导体开关部件的逆变工作信号,并在所述半导体开关部件逆变故障时,根据所述逆变工作信号输 出故障反馈信号。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种换流组件，包括上述提供的任一换流组件中半导体开关部件故障定位装置。

本实用新型实施例提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置及换流组件，通过在故障触发模块根据半导体开关部件模块的工作信号生成的故障信号时，定位模块对半导体开关部件模块的工作信号进行锁存，并可根据锁存的工作信号确定发生故障的半导体开关部件模块的位置。在换流组件中半导体开关部件故障时，可以快速输出故障反馈信号，并且准确的定位故障半导体开关部件，方便换流组件中半导体开关部件的测试与维护，减少了工作量，降低了维护成本。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本实用新型实施例一提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置的电路连接示意图；

图2是本实用新型实施例二提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置的电路连接示意图；

图3是本实用新型实施例三提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置的电路连接示意图；；

图4本实用新型实施例四提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置的电路连接示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

1、半导体开关部件；2、信号生成模块；3、故障触发模块；

4、定位模块；5、DSP；6、整流多输入与门；7、逆变多输入与门；

8、光电耦合器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部内容。

在本实用新型实施例中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的或者是针对竖直、垂直或重力方向上而言的各部件相互位置关系描述用词。

实施例一

本实用新型实施例一提供了一种换流组件中半导体开关部件故障的定位装置。图1是本实用新型实施例一提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置的电路连接示意图。如图1所示，所述换流组件中半导体开关部件模块故障的定位装置包括：信号生成模块，所述信号生成模块与所述换流组件中至少两个半导体开关部件1的输出端分别电连接，用于根据所述半导体开关部件1在一个整流周期内输出的电流生成工作信号，所述工作信号包括：正常工作信号和故障工作信号；故障触发模块3，所述故障触发模块3与所述信号生成模块2电连接，用于接收所述信号生成模块2生成的工作信号，并在所述半导体开关部件1整流故障时，根据所述工作信号输出第一故障反馈信号；定位模块4，所述定位模块4与故障触发模块3电连接，用于在接收到所述第一故障反馈信号 时，锁存所述工作信号，以根据所述锁存的工作信号定位故障半导体开关部件1。

换流组件包括至少两个半导体开关部件1，信号生成模块2与换流部件中的半导体开关部件1分别对应连接，可以根据所述半导体开关部件1在一个整流周期内输出的电流生成工作信号。故障触发模块3与信号生成模块2分别连接，可以接收换流组件的半导体开关部件1模块的工作信号，该工作信号包括：正常工作信号和故障工作信号。示例性的，所述正常工作信号可以为数字信号“1”，代表半导体开关部件1正常工作，故障工作信号可以为数字信号“0”代表半导体开关部件1模块故障。在本实施例中，故障触发模块3为多输入与门，故障触发模块3可以由具有上述功能的IC实现。示例性的，可以包括多个2输入与门，或者由一个多输入与门。故障触发模块3信可以对输入的工作信号进行与运算，在所有半导体开关部件1能够正常工作时，故障触发模块3接收到的工作信号都为1，则经过与运算后，故障触发模块3输出结果为1；在所有半导体开关部件1中至少有一个半导体开关部件1不能够正常工作时，即输出结果中至少有一个0时，故障触发模块3经过与运算输出结果为0，则多输入与门输出故障信号，故障触发模块3与定位模块4电连接，定位模块4用于在接收到所述第一故障反馈信号时，锁存所述工作信号，以根据所述锁存的工作信号定位故障半导体开关部件1。具体的，定位模块4包括：锁存单元，与所述故障触发模块3电连接，用于在接收到所述第一故障反馈信号时，锁存所述工作信号；信号源查找单元，与锁存单元相连，用于根据锁存的工作信号查找故障工作信号对应的多输入与门的信号源；定位单元，与所述信号源查找单元相连，用于根据查找到的信号源与半导体开关部件1的对应关系，定位故障半导体开关部件1。锁存每个半导体开关部件1在当前周期内的工作信号。可以根 据所述锁存的工作信号定位故障半导体开关部件1。定位模块4可采用具有锁存功能的集成芯片IC来实现上述功能。

在本实施例中，定位模块4采用现场可编程门阵列FPGA，FPGA可以被用来实现一些基本的逻辑门电路(比如AND、OR、XOR、NOT)或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器(Flip－flop)或者其他更加完整的记忆块。虽然FPGA一般来说比ASIC(专用集成电路)的速度要慢，实现同样的功能比ASIC电路面积要大。但其具有成本和快速成品的优势。示例性的，在半导体开关部件1发生故障时，通过现场可编程门阵列FPGA依次查看当前锁存的每个半导体开关部件1的工作信号，如果锁存半导体开关部件1的工作信号为0，则定位对应的半导体开关部件1模块故障；如果锁存半导体开关部件1的工作信号为1，则定位对应的半导体开关部件1模块正常。具体的，由于对于每个半导体开关部件1多输入与门都有对应的接口，可以根据所述锁存的工作信号查找故障信号对应的多输入与门的信号源；根据所述信号源与半导体开关部件1的对应关系，定位故障半导体开关部件1。定位模块4也可采用具有锁存功能的集成芯片IC来实现上述功能。

此外，本实施例中半导体开关部件可以为：IGBT、GTO、IGCT或IEGT中的任意一种或者多种组合。

本实施例提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置，通过在故障触发模块根据半导体开关部件的工作信号生成的故障信号时，定位模块对半导体开关部件的工作信号进行锁存，并可根据锁存的工作信号确定发生故障的半导体开关部件的位置。在换流组件中半导体开关部件故障时，可以快速输出故障反馈信号，并且准确的定位故障半导体开关部件，方便换流组件中半导体开 关部件的测试与维护，减少了工作量，降低了维护成本。

实施例二

图2是本实用新型实施例二提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置的电路连接示意图。本实施例以上述实施例为基础。进一步的，所述多输入与门包括：整流多输入与门6和逆变多输入与门7；所述整流多输入与门6，用于接收换流组件中整流组件的半导体开关部件的整流工作信号,并在所述半导体开关部件整流故障时,根据所述整流工作信号输出故障反馈信号所述逆变多输入与门7，用于接收换流组件中逆变组件的半导体开关部件的逆变工作信号,并在所述半导体开关部件逆变故障时,根据所述逆变工作信号输出故障反馈信号。

由图2可以看出，本实施例提供的所述多输入与门包括：整流多输入与门6和逆变多输入与门7，所述整流多输入与门6，接收整流组件的半导体开关部件1模块的整流工作信号,并在所述半导体开关部件1整流模块故障时,根据所述整流工作信号输出故障反馈信号；所述逆变多输入与门7接收逆变半导体开关部件1模块的逆变工作信号,并在所述半导体开关部件1逆变模块故障时,根据所述逆变工作信号输出故障反馈信号。

一般来说,换流包括整流和逆变两个步骤，即电流产生交流-直流-交流变化。整流电路是把交流电能转换为直流电能的电路。三相整流电路主要完成三相交流电到直流电的转换，在直流电动机的调速等领域得到广泛应用。在本实施例中，在整流过程中，三相半导体开关部件整流桥电路的交流侧与外部交流电源连接，直流侧连接负载，半导体开关部件1整流驱动电路的信号输出端和三相半导体开关部件逆变桥电路的脉冲信号输入端连接；三相半导体开关部件 逆变桥电路的每个半导体开关部件1的输出端通过信号生成模块2与整流多输入门相连接，整流多输入门接收信号生成模块2生成的工作信号。由上述结构可以看出，在整流端共包括6个半导体开关部件1，整流多输入与门6为6输入与门，可以接收三相整流电路中6个半导体开关部件1对应的工作信号。

相应的，在逆变过程中，三相半导体开关部件逆变桥电路的整流侧与整流桥输出的直流电源连接，交流侧连接负载，半导体开关部件逆变驱动电路的信号输出端和三相半导体开关部件逆变桥电路的脉冲信号输入端连接；三相半导体开关部件逆变桥电路的每个半导体开关部件1的输出端通过信号生成模块2与逆变多输入门相连接。逆变多输入门接收信号生成模块2生成的工作信号。在逆变端共包括6个半导体开关部件1逆变多输入与门7为6输入与门，可以接收三相整流电路中逆变半导体开关部件对应的工作信号。

本实施例通过将多输入与门优化为整流多输入与门和逆变多输入与门，通过整流多输入与门和逆变多输入与门可以确定当前故障的半导体开关部件属于整流部件或者逆变部件，方便对半导体开关部件模块的测试与维护，减少了工作量，降低了维护成本。

实施例三

图3是本实用新型实施例三提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置的电路连接示意图。本实施例以上述实施例为基础。进一步的，换流组件中半导体开关部件故障的定位装置还包括：逻辑保护模块，与所述换流组件的负载相连，用于在接收到所述第一故障反馈信号时,启动逻辑保护，所述逻辑保护模块采用所述FPGA实现。和数字信号处理器DSP5，所述DSP5与所述定位模块4电连接；所述定位模块4用于：在接收到所述第一故障反馈信号时，向DSP5 发送第二故障反馈信号；所述DSP5用于：在接收到所述第二故障反馈信号时，启动程序保护。在本实施例中，定位模块4由FPGA实现，FPGA由于其逻辑处理能力较强，且在接收故障信号的时序上优于DSP5，启动一级保护，即通过逻辑处理开启逻辑保护。而DSP5的内部采用程序和数据分开的哈佛结构，具有专门的硬件乘法器，广泛采用流水线操作，提供特殊的DSP5指令，可以用来快速的实现各种数字信号处理算法，适用于电机控制、电力传动、现场数据采集及处理等领域。其优越性表现为：1.灵活性好：当处理方法和参数发生变化时，处理系统只需通过改变软件设计以适应相应的变化。2.精度高：信号处理系统可以通过A/D变换的位数、处理器的字长和适当的算法满足精度要求。3.可靠性好：处理系统受环境温度、湿度，噪声及电磁场的干扰所造成的影响较小。在本实施例中，DSP5和FPGA共同作为换流组件的控制单元，在接收到故障信号时，协同对换流组件及其负载进行保护。；DSP5由于其程序运算方面的优势，用于在接收到定位模块4发送的第二故障信号时，启动二级保护，即通过程序处理开启程序保护。通过DSP5和FPGA的协同配合，实现在半导体开关部件1故障时，能够及时开启保护，以使得换流组件和负载避免由于半导体开关部件1故障导致的损害。

此外，在本实施例中，可以在换流组件的输出端设有电流传感器，所述电流传感器与换流组件输出端相连接，可以采集到换流组件的电流值。电流传感器与DSP5连接，在DSP5接收到定位模块4发送的第二故障信号时，DSP5可以通过电流传感器采样换流组件输出端的电流峰值，并存储该峰值，方便工作人员查看。

本实施例通过增加数字信号处理器DSP,可以与逻辑保护模块协同工作，在半导体开关部件故障时，能够及时开启保护，以使得换流组件的负载避免由于 半导体开关部件故障导致的损害。

实施例四

图4是本实用新型实施例四提供的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置的电路连接示意图。本实施例以上述实施例为基础，进一步的，将信号生成部件具体优化为光电耦合器8，所述光电耦合器8采集半导体开关部件输出的电信号，并将所述电信号转换为数字信号。

光电耦合器8以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。参见图4，在本实施例中，所述光电耦合器8分别与换流组件中的每个半导体开关部件1的输出端和多输入与门电连接，示例性的，，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。光电耦合器8的发光源与换流组件中的每个半导体开关部件1的输出端电连接，在导体开关部件的输出端输出电流时，输入的电信号驱动发光二极管(LED)发光源产生光信号，并通过光纤将光信号传输给光电耦合器8的受光器，受光器主要由光敏器件构成，光敏器件一般都是光敏晶体管，在接收到光信号转换为高电平数字信号。

本实施例通过将信号生成部件具体优化为光电耦合器，利用光电耦合器将电信号转为相应的高电平信号。由于光电耦合器具有良好的隔离作用，可以避免在将电信号转换为数字信号时受到换流组件中其它部件的电磁信号干扰，有效提高工作信号的准确度。

本实用新型实施例还提供一种换流组件，该换流组件包括上述任一实施例所描述的换流组件中半导体开关部件故障的定位装置，具有上述实施例相同的 功能。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。