本实用新型涉及两电平三相逆变器技术领域，具体为一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器。
背景技术：
目前，轨道机车行业的三相负载功率一般都较大，且都有空压机和冷却风扇，为满足功率需求，常规列车上电源的开关器件一般都选择igbt，igbt是绝缘栅双极型晶体管，是由bjt双极型三极管和mos绝缘栅场效应管组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，建有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点，适用于直流电压为600v及以上的变流系统等领域，mosfet是金属-氧化物半导体场效应晶体管，gtr是双极型晶体管，但是目前的igbt在使用时存在以下问题：由于igbt开关频率和开关损耗的限制，在高功率的要求下，逆变器中的三相电感和电容通常需要设计成较高的参数，并且，散热器的体积较为庞大、开关频率低，导致了电源重量和体积得不到减小，致使在一些对体积重量有要求的应用场合中使用困难，所以，人们急需一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器来解决上述问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，包括逆变器电路，所述逆变器电路包括输入电路、全桥逆变电路、输出电路和dsp控制板，所述输入电路的输出端与全桥逆变电路的输入端电性连接，所述全桥逆变电路的输出端与输出电路和dsp控制板的输入端电性连接，所述输入电路用于预充电，所述全桥逆变电路用于驱动逆变器电路，所述输出电路用于提升逆变器频率，所述dsp控制板作为逆变器电路的数字控制核心；
进一步的，所述输入电路包括主接触器km1、预充电接触器km2、预充电电阻r1、电压传感器hv1、电压传感器hv2和电流传感器ha1，所述电压传感器hv1和电压传感器hv2用于实时检测输入电压和中间级电容电压，所述电流传感器ha1用于采集输入电流；
主接触器km1、预充电接触器km2和预充电电阻r1之间构成预充电电路，当输入高压得电后，为防止对后级母线电容的瞬间充电造成损坏，会先闭合预充电接触器km2，并通过预充电电阻r1的限流作用先给中间级电容充电，充电至要求值后闭合主接触器km1，将预充电电阻r1短接，并释放预充电接触器km2，完成预充电。
进一步的，所述全桥逆变电路包括碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2、碳化硅mosfetq3、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电阻r2、pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5，所述电容c4、电容c5和电容c6用于吸收碳化硅mosfetq1、mosfetq2和mosfetq3的d极、s极之间的尖峰电压，所述电阻r2用于为直流母线电容提供放电回路，所述pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5用于提高pwm波的驱动能力；
碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3构成两电平逆变桥臂，针对于轨道交通行业的直流母线系统，碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3选用100v耐压、300a电流等级的碳化硅mosfet，通过pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5来提高pwm波驱动能力以满足碳化硅mosfet的通断条件，并具有检测碳化硅mosfet短路故障功能，该逆变器采用数字控制，pwm频率设为45khz，电容c1、电容c2和电容c3为直流母线支撑电容，电阻r2为放电电阻，为直流母线电容c1、c2、c3提供放电回路，保证在输入电压断电后能在5分钟内将母线电容c1、c2、c3上的电压放电至安全数值以下。
进一步的，所述输出电路包括三相输出电感l1、三相输出电感l2、三相输出电感l3、三相滤波电容c7、三相输出电流互感器ct1、三相输出电流互感器ct2、三相输出电流互感器ct3、三相共模磁环core、三相输出接触器con1、三相剩余电流互感器ct4和emi滤波板a6，所述三相输出电流互感器ct1、三相输出电流互感器ct2和三相输出电流互感器ct3用于检测输出电流，所述三相剩余电流互感器ct4用于检测三相漏电故障，所述三相共模磁环core和emi滤波板a6用于改善emi滤波性能，所述三相输出接触器con1用于控制负载通断；
三相输出电感l1、三相输出电感l2、三相输出电感l3和三相滤波电容c7构成三相lc滤波电路，将逆变后的交变方波滤为50hz的三相正弦交流电供给三相负载供电，由于碳化硅mosfet的应用，逆变器频率得以提升，三相输出电感l1、三相输出电感l2、三相输出电感l3设计为140uh，重量仅为1.7kg，c7选用了3*25uf的集成式电容，体积小，安装方便，三相剩余电流互感器ct4通过检测三相漏电电流大小来检测三相漏电故障，三相共模磁环core和emi滤波板a6构成emi滤波网络，用于改善emi滤波性能。
进一步的，所述dsp控制板包括dsp核心板和io板，所述io板上包括pwm驱动接口jp1、pwm驱动接口jp2、pwm驱动接口jp3，所述pwm驱动接口jp1与pwm驱动板a3电性连接，所述pwm驱动接口jp2与pwm驱动板a4电性连接，所述pwm驱动接口jp3与pwm驱动板a5电性连接，所述io板上还包括采集接口xs1、采集接口xs2、采集接口xs3、采集接口xs4、驱动接口xs5、反馈信号接口xs6和电源接口xs7，所述采集接口xs1用于逆变器输出电流和漏电流的采集，所述采集接口xs2用于逆变器输出电压的采集，所述采集接口xs3用于温度监控，所述采集接口xs4用于输入侧模拟量的采集，所述驱动接口xs5用于接触器的驱动，所述反馈信号接口xs6用于采集主接触器km1、预充电接触器km2和三相输出接触器con1的反馈信号，所述电源接口xs7用于供电；
采集接口xs3通过检测安装在三个碳化硅mosfet之间的ntc电阻来进行散热器温度监控，采集接口xs4采集的模拟量包括输入电压、中间级电容电压和输入电流，反馈信号接口xs6,是各接触器辅助触点的反馈信号接口，通过检测主接触器km1、预充接触器km2、输出接触器con1的辅助触点状态来判断各接触器是否故障。
进一步的，所述碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2、碳化硅mosfetq3均为采用1700v、300a的碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3，所述电容c1、电容c2和电容c3均为采用1100v、420uf的薄膜电容器，所述pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5的频率设为45khz，所述三相输出电感l1、三相输出电感l2和三相输出电感l3的电感量均为140uh，所述三相滤波电容c7为3*25uf的集成式电容，所述电源接口xs7的供电电源为110v；
利用1700v、300a的碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3达到功率大体积小体重轻的目的，并且碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3的工作开关频率达到了45khz。
与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：
1、该三相逆变器功率大，额定容量达到40kva，且体积小重量轻，与市面上的车载逆变器相比，可以达到同功率下体积更小重量更轻，适用于各种对于重量和安装空间有要求的车辆上，如单轨车、apm车等，安装在车辆上后不但能减轻列车总重量，同时也能缩小装机体积，为其他设备留出更多的实用空间，实用性强，尤其适用于dc1000v以下的大功率应用场合。
2、该三相逆变器采用两电平全桥逆变拓扑结构，利用碳化硅mosfet，降低了开关器件的损耗，并提高了开关频率，有效减小后级三相lc滤波电感和滤波电容参数，进而减小两者的体积和重量。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型逆变器电路的总结构示意图；
图2是本实用新型输入电路的结构示意图；
图3是本实用新型全桥逆变电路的结构示意图；
图4是本实用新型输出电路的结构示意图；
图5是本实用新型dsp控制板电路的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例：请参阅图1-5，本实用新型提供技术方案：一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，包括逆变器电路，逆变器电路包括输入电路、全桥逆变电路、输出电路和dsp控制板，输入电路的输出端与全桥逆变电路的输入端电性连接，全桥逆变电路的输出端与输出电路和dsp控制板的输入端电性连接，输入电路用于预充电，全桥逆变电路用于驱动逆变器电路，输出电路用于提升逆变器频率，dsp控制板作为逆变器电路的数字控制核心，
输入电路包括主接触器km1、预充电接触器km2、预充电电阻r1、电压传感器hv1、电压传感器hv2和电流传感器ha1，电压传感器hv1和电压传感器hv2用于实时检测输入电压和中间级电容电压，电流传感器ha1用于采集输入电流，主接触器km1一端与预充电接触器km2一端电性连接，预充电接触器另一端与预充电电阻r1电性连接，主接触器km1、预充电接触器km2和预充电电阻r1之间构成预充电电路，当输入高压得电后，为防止对后级母线电容的瞬间充电造成损坏，会先闭合预充电接触器km2，并通过预充电电阻r1的限流作用先给中间级电容充电，充电至要求值后闭合主接触器km1，将预充电电阻r1短接，并释放预充电接触器km2，完成预充电；
全桥逆变电路包括碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2、碳化硅mosfetq3、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电阻r2、pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5，电容c4、电容c5和电容c6用于吸收碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3的d极、s极之间的尖峰电压，电阻r2用于为直流母线电容提供放电回路，pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5用于提高pwm波的驱动能力，电阻r2的第一端与电容c1的第一端电性连接，电容c1的第一端与电容c4的第一端电性连接，电容c4的第一端与碳化硅mosfetq1的第一端电性连接，电阻r2的第二端与电容c1、电容c4和碳化硅mosfetq1的第二端电性连接，电容c2的第一端与电容c5的第一端电性连接，电容c5的第一端与碳化硅mosfetq2的第一端电性连接，电容c2的第二端与电容c5的第二端、碳化硅mosfetq2的第二端电性连接，电容c3的第一端与电容c6的第一端电性连接，电容c6的第一端与碳化硅mosfetq3的第一端电性连接，电容c3的第二端与电容c6、碳化硅mosfetq3的第二端电性连接，碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3构成两电平逆变桥臂，针对于轨道交通行业的直流母线系统，碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3选用100v耐压、300a电流等级的碳化硅mosfet，通过pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5来提高pwm波驱动能力以满足碳化硅mosfet的通断条件，并具有检测碳化硅mosfet短路故障功能，该逆变器采用数字控制，pwm频率设为45khz，电容c1、电容c2和电容c3为直流母线支撑电容，电阻r2为放电电阻，为直流母线电容c1、c2、c3提供放电回路，保证在输入电压断电后能在5分钟内将母线电容c1、c2、c3上的电压放电至安全数值以下；
输出电路包括三相输出电感l1、三相输出电感l2、三相输出电感l3、三相滤波电容c7、三相输出电流互感器ct1、三相输出电流互感器ct2、三相输出电流互感器ct3、三相共模磁环core、三相输出接触器con1、三相剩余电流互感器ct4和emi滤波板a6，三相输出电流互感器ct1、三相输出电流互感器ct2和三相输出电流互感器ct3用于检测输出电流，三相剩余电流互感器ct4涌用于检测三相漏电故障，三相共模磁环core和emi滤波板a6用于改善emi滤波性能，三相输出接触器con1用于控制负载通断，三相输出电感l1的第一端与碳化硅mosfetq1电性连接，三相输出电感l1的第二端与三相输出电流互感器ct1的第一端电性连接，三相输出电流互感器ct1的第二端通过三相共模磁环core与三相输出接触器con1的第二引脚电性连接，三相输出电感l2第一端与碳化硅mosfetq2电性连接，三相输出电感l2的第二端通过三相共模磁环core与三相输出接触器con1的第四引脚电性连接，三相输出电感l3的第一端与碳化硅mosfetq3电性连接，三相输出电感l3的第二端通过三相共模磁环core与三相输出接触器con1的第六引脚电性连接，三相输出电感l1、三相输出电感l2、三相输出电感l3和三相滤波电容c7构成三相lc滤波电路，将逆变后的交变方波滤为50hz的三相正弦交流电供给三相负载供电，由于碳化硅mosfet的应用，逆变器频率得以提升，三相输出电感l1、三相输出电感l2、三相输出电感l3设计为140uh，重量仅为1.7kg，c7选用了3*25uf的集成式电容，体积小，安装方便，三相剩余电流互感器ct4通过检测三相漏电电流大小来检测三相漏电故障，三相共模磁环core和emi滤波板a6构成emi滤波网络，用于改善emi滤波性能；
dsp控制板包括dsp核心板和io板，io板上包括pwm驱动接口jp1、pwm驱动接口jp2、pwm驱动接口jp3，pwm驱动接口jp1与pwm驱动板a3电性连接，主要传输pwm波，pwm驱动接口jp2与pwm驱动板a4电性连接，主要用于传输传输故障反馈信号，pwm驱动接口jp3与pwm驱动板a5电性连接，主要用于传输驱动电源，io板上还包括采集接口xs1、采集接口xs2、采集接口xs3、采集接口xs4、驱动接口xs5、反馈信号接口xs6和电源接口xs7，采集接口xs1用于逆变器输出电流和漏电流的采集，采集接口xs2用于逆变器输出电压的采集，采集接口xs3用于温度监控，采集接口xs4用于输入侧模拟量的采集，驱动接口xs5用于接触器的驱动，反馈信号接口xs6用于采集主接触器km1、预充电接触器km2和三相输出接触器con1的反馈信号，电源接口xs7用于供电，采集接口xs3的第七引脚与电阻ntc1的第一端电性连接，采集接口xs3的第三引脚与电阻ntc1的第二端电性连接，采集接口xs3的第四引脚与电阻ntc2的第一端电性连接，采集接口xs3的第九引脚与电阻ntc2的第二端电性连接，采集接口xs1的第一引脚与三相输出电流互感器ct3的s1引脚电性连接，采集接口xs1的第二引脚与三相输出电流互感器ct2的s1引脚电性连接，采集接口xs1的第三引脚与三相输出电流互感器ct1的s1引脚电性连接，采集接口xs1的第四引脚与三相剩余电流互感器ct4的s1引脚电性连接，采集接口xs1的第六引脚与三相输出电流互感器ct3的s2引脚电性连接，采集接口xs1的第七引脚与三相输出电流互感器ct2的s2引脚电性连接，采集接口xs1的第八引脚与三相输出电流互感器ct1的s2引脚电性连接，采集接口xs1的第九引脚与三相剩余电流互感器ct4的s2引脚电性连接，采集接口xs3采集接口xs3通过检测安装在三个碳化硅mosfet之间的ntc电阻来进行散热器温度监控，采集接口xs4采集的模拟量包括输入电压、中间级电容电压和输入电流，反馈信号接口xs6,是各接触器辅助触点的反馈信号接口，通过检测主接触器km1、预充接触器km2、输出接触器con1的辅助触点状态来判断各接触器是否故障；
碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2、碳化硅mosfetq3均为采用1700v、300a的碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3，电容c1、电容c2和电容c3均为采用1100v、420uf的薄膜电容器，pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5的频率设为45khz，三相输出电感l1、三相输出电感l2和三相输出电感l3的电感量均为140uh，三相滤波电容c7为3*25uf的集成式电容，电源接口xs7的供电电源为110v；
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，其特征在于：包括逆变器电路，所述逆变器电路包括输入电路、全桥逆变电路、输出电路和dsp控制板，所述输入电路的输出端与全桥逆变电路的输入端电性连接，所述全桥逆变电路的输出端与输出电路和dsp控制板的输入端电性连接，所述输入电路用于预充电，所述全桥逆变电路用于驱动逆变器电路，所述输出电路用于提升逆变器频率，所述dsp控制板作为逆变器电路的数字控制核心。
2.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，其特征在于：所述输入电路包括主接触器km1、预充电接触器km2、预充电电阻r1、电压传感器hv1、电压传感器hv2和电流传感器ha1，所述电压传感器hv1和电压传感器hv2用于实时检测输入电压和中间级电容电压，所述电流传感器ha1用于采集输入电流。
3.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，其特征在于：所述全桥逆变电路包括碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2、碳化硅mosfetq3、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电阻r2、pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5，所述电容c4、电容c5和电容c6用于吸收碳化硅mosfetq1、mosfetq2和mosfetq3的d极、s极之间的尖峰电压，所述电阻r2用于为直流母线电容提供放电回路，所述pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5用于提高pwm波的驱动能力。
4.根据权利要求3所述的一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，其特征在于：所述输出电路包括三相输出电感l1、三相输出电感l2、三相输出电感l3、三相滤波电容c7、三相输出电流互感器ct1、三相输出电流互感器ct2、三相输出电流互感器ct3、三相共模磁环core、三相输出接触器con1、三相剩余电流互感器ct4和emi滤波板a6，所述三相输出电流互感器ct1、三相输出电流互感器ct2和三相输出电流互感器ct3用于检测输出电流，所述三相剩余电流互感器ct4用于检测三相漏电故障，所述三相共模磁环core和emi滤波板a6用于改善emi滤波性能，所述三相输出接触器con1用于控制负载通断。
5.根据权利要求4所述的一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，其特征在于：所述dsp控制板包括dsp核心板和io板，所述io板上包括pwm驱动接口jp1、pwm驱动接口jp2、pwm驱动接口jp3，所述pwm驱动接口jp1与pwm驱动板a3电性连接，所述pwm驱动接口jp2与pwm驱动板a4电性连接，所述pwm驱动接口jp3与pwm驱动板a5电性连接，所述io板上还包括采集接口xs1、采集接口xs2、采集接口xs3、采集接口xs4、驱动接口xs5、反馈信号接口xs6和电源接口xs7，所述采集接口xs1用于逆变器输出电流和漏电流的采集，所述采集接口xs2用于逆变器输出电压的采集，所述采集接口xs3用于温度监控，所述采集接口xs4用于输入侧模拟量的采集，所述驱动接口xs5用于接触器的驱动，所述反馈信号接口xs6用于采集主接触器km1、预充电接触器km2和三相输出接触器con1的反馈信号，所述电源接口xs7用于供电。
6.根据权利要求5所述的一种基于碳化硅mosfet的大功率三相逆变器，其特征在于：所述碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2、碳化硅mosfetq3均为采用1700v、300a的碳化硅mosfetq1、碳化硅mosfetq2和碳化硅mosfetq3，所述电容c1、电容c2和电容c3均为采用1100v、420uf的薄膜电容器，所述pwm驱动板a3、pwm驱动板a4和pwm驱动板a5的频率设为45khz，所述三相输出电感l1、三相输出电感l2和三相输出电感l3的电感量均为140uh，所述三相滤波电容c7为3*25uf的集成式电容，所述电源接口xs7的供电电源为110v。
技术总结