無刷雙饋電機(jī)變頻控制系統(tǒng)IGBT過流信號(hào)鎖存電路

湖南利能科技股份有限公司 鄒國輝

本文介紹了一種新型IGBT過流鎖存電路，通過簡單可靠的電路來實(shí)現(xiàn)IGBT過流信號(hào)輸出的鎖存，以便于工程技術(shù)人員根據(jù)鎖存的IGBT過流指示，查找并確定發(fā)生過流的IGBT模塊。本電路巧妙的利用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)了IGBT過流信號(hào)的鎖存于指示，減少了CPU運(yùn)行工作量，提高了控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性與安全性。

1.概述

在過去30年中，電能變換是一個(gè)不斷發(fā)展的領(lǐng)域，這個(gè)發(fā)展主要得益于功率開關(guān)速度的不斷提高，而且器功率等級(jí)也持續(xù)增加。同時(shí)由于數(shù)字控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)更加容易且功能更加豐富，從而使之能夠成為電力電子裝置的控制器。在電力電子技術(shù)飛速發(fā)展背景下，IGBT模塊使用越來越廣泛，而IGBT過流保護(hù)信號(hào)是IGBT驅(qū)動(dòng)電流必不可少的部分。IGBT過流信號(hào)發(fā)生時(shí)，需要控制系統(tǒng)快速封鎖IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)IGBT的保護(hù)，考慮到保護(hù)的可靠性和實(shí)時(shí)性，一般過流信號(hào)不會(huì)經(jīng)過CPU處理后進(jìn)行保護(hù)，而是直接通過硬件電路或CPLD實(shí)現(xiàn)，以此大多情況下IGBT過流信號(hào)不會(huì)進(jìn)入CPU。

一般鎖存電路均采用通用的數(shù)字鎖存器，由于大部分IGBT驅(qū)動(dòng)電路采用15V電源供電，因此IGBT提供的過流信號(hào)也是15V的電電路成本。

由于保護(hù)電路的存在，IGBT過流保護(hù)會(huì)隨著IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)的封鎖立即消失，這不利用保護(hù)電路實(shí)施保護(hù)，也不于開發(fā)調(diào)試人員和工程技術(shù)人員進(jìn)行問題分析排查。

2.無刷雙饋電機(jī)變頻控制系統(tǒng)IGBT過流信號(hào)鎖存原理

2.1 IGBT過流信號(hào)鎖存電路

為解決上述技術(shù)問題本文巧妙地提出了一種簡單的利用驅(qū)動(dòng)電路中多余的施密特觸發(fā)器組成的IBGT過流信號(hào)鎖存與指示電路如圖1。

主要包括鎖存信號(hào)上電清除或外部清除、利用CD40106 斯密特觸發(fā)器3進(jìn)行IGBT過流信號(hào)鎖存與指示。

鎖存信號(hào)上電清除或外部清除電路，上電時(shí)通過阻容電流進(jìn)行復(fù)位或外部CLR低電平清除鎖存信號(hào)及指示。當(dāng)CLR處電平低于5V時(shí)，施密特觸發(fā)器輸出15V高電平，此時(shí)指示燈不亮，施密特觸發(fā)器輸出的保護(hù)信號(hào)無效。

鎖存信號(hào)上電清除或外部清除電路，上電時(shí)通過阻容電流進(jìn)行復(fù)位或外部CLR 低電平清除鎖存信號(hào)及指示。

IGBT過流信號(hào)鎖存于指示電路，將斯密特除法器輸入通過電阻、二極管鉗位于施密特觸發(fā)器回滯區(qū)間內(nèi)，IGBT過流信號(hào)通過平信號(hào)。而大部分鎖存器供電電源均低于此電壓。因此不便與采用數(shù)字鎖存器實(shí)現(xiàn)。

圖1 無刷雙饋電機(jī)變頻控制系統(tǒng)IGBT過流信號(hào)鎖存電路

另外，施密特出發(fā)器是IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理與信號(hào)整形的常用器件，一般用于IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)處理一個(gè)IGBT模塊有兩路IGBT驅(qū)動(dòng)和兩路IGBT過流信號(hào)。利用一片CD40106施密特觸發(fā)器剛好可以完成一個(gè)IGBT模塊所有驅(qū)動(dòng)信號(hào)的整形和保護(hù)信號(hào)的鎖存，節(jié)約了二極管連接施密特觸發(fā)器輸入端，用于實(shí)現(xiàn)上升延觸發(fā)。

3.鎖存電路工作原理

IGBT過流信號(hào)鎖存于指示電路如圖2。

圖2 IGBT過流信號(hào)鎖存于指示電路

將斯密特觸發(fā)器輸入通過電阻R1、R2、二極管D1鉗位于施密特觸發(fā)器回滯區(qū)間內(nèi)（15V供電時(shí)回滯區(qū)間位5V～10V），IGBT過流信號(hào)通過二極管D2 連接施密特觸發(fā)器輸入端，用于實(shí)現(xiàn)上升延觸發(fā)。當(dāng)IGBT保護(hù)信號(hào)OC 由低電平變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，二極管D2導(dǎo)通，D1 截止，此時(shí)施密特觸發(fā)器輸入端電壓大于10V，施密特觸發(fā)器輸出低電平，此時(shí)指示燈滅，施密特觸發(fā)器輸出的保護(hù)信號(hào)有效。當(dāng)IBGT過流信號(hào)OC由于IGBT驅(qū)動(dòng)信號(hào)被封鎖，IBGT保護(hù)過流信號(hào)OC會(huì)立即變?yōu)榈碗娖?，?dāng)OC信號(hào)小于9.3V時(shí)，D2截止，D1導(dǎo)通，施密特觸發(fā)器輸入被鉗位在9.3V左右，此時(shí)施密特觸發(fā)器輸出仍為低電平，即施密特觸發(fā)器輸出的保護(hù)信號(hào)仍有效，指示燈仍不滅，從而實(shí)現(xiàn)了鎖存。

當(dāng)需要清除鎖存信號(hào)時(shí)，在CLR處提供一個(gè)低電平信號(hào)，可以將鎖存的IGBT過流保護(hù)信號(hào)清除。下次IBGT保護(hù)過流信號(hào)OC有效時(shí)，同樣可以實(shí)現(xiàn)鎖存。

4.結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種無刷雙饋電機(jī)變頻控制系統(tǒng)IGBT過流信號(hào)鎖存電路，研究了這種新型鎖存電路的工作原理，有實(shí)際應(yīng)用結(jié)論為基礎(chǔ)，在變頻控制系統(tǒng)中具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。