有源電力濾波器功率單元的驅(qū)動保護(hù)電路的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電力系統(tǒng)交流配電輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是有源電力濾波器功率單元的驅(qū)動保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，電網(wǎng)諧波污染問題日益凸顯，另外又由于人們對供電可靠性和電能質(zhì)量的要求越來越高，所以傳統(tǒng)的無源電力濾波器已不能充分滿足電力用戶對電能質(zhì)量的要求。有源電力濾波器APF可以克服無源電力濾波器等傳統(tǒng)的諧波抑制方法的缺點，以其卓越的濾波性能受到廣泛的推廣和應(yīng)用。當(dāng)開發(fā)大容量的有源電力濾波器APF時，強電對驅(qū)動信號的電磁干擾和多功率單元的信號傳輸已成為該領(lǐng)域重點研究的對象。為了保證功率單元IGBT驅(qū)動信號可靠高速，并具有較強的抗電磁干擾能力，采用何種功率單元IGBT外圍驅(qū)動保護(hù)電路就是現(xiàn)今科研的重點課題。不同的硬件設(shè)計方案解決了不同的保護(hù)重點和范圍，如果在考慮到信號響應(yīng)速度、抗電磁干擾能力、裝置成本和研發(fā)周期以及PWM信號處理和功率單元IGBT的驅(qū)動保護(hù)在電路穩(wěn)定工作等相應(yīng)的問題設(shè)計的電路，那么電網(wǎng)諧波污染問題就會得到改善，電能質(zhì)量就會逐步提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實用新型設(shè)計的是有源電力濾波器功率單元的驅(qū)動保護(hù)電路，本電路是根據(jù)有源電力濾波器APF的動態(tài)響應(yīng)特征，在功率單元內(nèi)部配有IGBT功率器件，并由一個驅(qū)動保護(hù)電路接口板連接功率單元IGBT。本電路集成度高、控制能力強，能實現(xiàn)控制過程的高速度、高精度的要求，而且還具有較強的電磁抗干擾能力。
[0004]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:有源電力濾波器功率單元的驅(qū)動保護(hù)電路，是由供電電源±15V欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板、IGBT管壓降檢測電路、Vce過壓判斷電路、故障判斷電路、故障處理電路和驅(qū)動故障保護(hù)電路組成的，其特征是IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板與供電電源±15V欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路、IGBT管壓降檢測電路、故障判斷電路、驅(qū)動故障保護(hù)電路電信號連接，IGBT管壓降檢測電路與Vce過壓判斷電路電信號連接，故障判斷電路與故障處理電路電信號連接，故障處理電路與驅(qū)動故障保護(hù)電路電信號連接。
[0005]本電路集成度高、控制能力強，能實現(xiàn)驅(qū)動保護(hù)控制過程的高速度、高精度的要求，而且還具有較強的電磁抗干擾能力。
【附圖說明】
[0006]圖1是IGBT管壓降檢測電路圖；
[0007]圖2是Vce過壓判斷電路圖；
[0008]圖3是故障判斷電路圖；
[0009]圖4是驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路圖；
[0010]圖5是供電電源+15V欠壓保護(hù)電路圖；
[0011]圖6是供電電源-15V欠壓保護(hù)電路圖；
[0012]圖7是故障處理電路圖；
[0013]圖8是驅(qū)動故障保護(hù)電路圖；
[0014]圖9是本實用新型的原理框圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進(jìn)一步的說明。
[0016]有源電力濾波器功率單元的驅(qū)動保護(hù)電路，如附圖1至附圖9所示，是由供電電源±15V欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板、IGBT管壓降檢測電路、Vce過壓判斷電路、故障判斷電路、故障處理電路和驅(qū)動故障保護(hù)電路組成的，其特征是IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板與供電電源±15V欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路、IGBT管壓降檢測電路、故障判斷電路、驅(qū)動故障保護(hù)電路電信號連接，IGBT管壓降檢測電路與Vce過壓判斷電路電信號連接，故障判斷電路與故障處理電路電信號連接，故障處理電路與驅(qū)動故障保護(hù)電路電信號連接。
[0017]本實用新型的工作原理:是IGBT管壓降檢測電路將檢測到的過壓判斷電路處理后的電壓通過IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板接至IGBT集電極與發(fā)射極，并針對IGBT出現(xiàn)的故障信息進(jìn)行及時的判斷，起到快速保護(hù)的作用。同時針對故障信息及時封鎖PWM波信號，不至于IGBT直通產(chǎn)生短路影響。在運行工作中IGBT驅(qū)動保護(hù)接口板將驅(qū)動電壓信號送至故障判斷電路和故障處理電路進(jìn)行故障判斷，如果有故障發(fā)生就將故障信息送至驅(qū)動故障保護(hù)電路進(jìn)行故障電壓封鎖，并將封鎖信號送至故障處理電路，將處理后的封鎖信號通過IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板禁止發(fā)出PffM驅(qū)動信號起到保護(hù)IGBT作用。針對提供給功率器件IGBT的電源電壓值，需進(jìn)行判斷其正負(fù)15V電壓的過欠壓情況，保證IGBT可以可靠動作。供電電源±15V欠壓保護(hù)電路通過IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板檢測供電電壓值，實時保護(hù)IGBT供電電壓避免發(fā)生欠壓故障，保護(hù)IGBT安全工作電壓在正常工作范圍內(nèi)，使驅(qū)動保護(hù)電路保證功率單元IGBT的PffM信號的真實可靠性，S卩PWM信號的上升沿和下降沿斜坡坡度要陡，這樣功率單元IGBT之間才能配合實現(xiàn)開關(guān)準(zhǔn)確，不出現(xiàn)直通等故障現(xiàn)象。驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路是針對出現(xiàn)的故障在清除后及時給予判斷，將電壓信號通過IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板連接至IGBT，并恢復(fù)IGBT驅(qū)動發(fā)出PffM波，使IGBT功率單元可以正常工作。
[0018]具體實施例:
[0019]1、IGBT管壓降檢測電路
[0020]圖1所示是IGBT管壓降檢測電路，該電路是檢測IGBT兩端管壓降的差分電路，當(dāng)1681'開關(guān)管導(dǎo)通時￥0此輸出電壓值為￥01^=〔(￥(:—￥6)/(1?75 + 1?76)〕\1?75，其中電阻1?53=1?56=R76=R75，R77=R57，電容C21和C20為濾波電容。
[0021]2、Vce過壓判斷電路
[0022]圖2所示是Vce過壓判斷電路，是IGBT的集電極與發(fā)射極之間電壓差，該電路是通過2個二極管串聯(lián)和一個三極管組合連接來作為Vce過壓的判斷，這個電路的反應(yīng)速度快，在溫度55 °C下Vce>6.5V就判斷為過壓。
[0023]3、故障判斷電路
[0024]圖3所示是故障判斷電路，當(dāng)正常工作時，端子SIGNAL為一個PWM波信號，當(dāng)SIGNAL端為低電平時，Q25管截止，+ 15V通過電阻R8、R11對電容C2充電，當(dāng)SIGNAL端為高電平時，Q25管導(dǎo)通，電容C2通過電阻Rl I放電。
[0025]4、驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路
[0026]圖4所示是驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路，在該電路左邊部分為RS觸發(fā)器電路，由兩個與非門組成，當(dāng)R= 1、S=O時，則Q=O，Q—N= I，觸發(fā)器置I;當(dāng)R=O、S=I時，則Q=I，Q—N =0，觸發(fā)器置O;當(dāng)R=S=I時，觸發(fā)器狀態(tài)保持不變;當(dāng)R=S=O時，觸發(fā)器狀態(tài)不確定。正常工作時，R=S=I，保持Q=O，Q—N=I。當(dāng)欠壓保護(hù)電路檢測到電壓過低時，PRO端被拉低到地，導(dǎo)致RS觸發(fā)器置O，Q=1，Q—N =0，保護(hù)信號關(guān)斷上下2個輸出電路，使得輸出的驅(qū)動為高阻態(tài)。圖4觸發(fā)復(fù)位電路的右側(cè)電路為驅(qū)動的復(fù)位電路，驅(qū)動保護(hù)后，如需重新輸出PWM驅(qū)動信號，需在SIGNAL端輸入一個寬度約4ms的高電平，Q4管導(dǎo)通，Q23管關(guān)斷，Cl通過電阻R7放電，使得觸發(fā)器的6腳從I變成0，使得驅(qū)動復(fù)位。正常工作時，SIGNAL端為低電平，Q23管導(dǎo)通，+15V通過Q23管對電容Cl充電；在正常工作工作狀態(tài)時，SIGNAL端的電壓遠(yuǎn)小于R7乘于Cl，使得6腳恒為高電平。
[0027]5、供電電源+15V欠壓保護(hù)電路
[0028]圖5所示是供電電源+15V欠壓保護(hù)電路，在正常工作時，在5.1V穩(wěn)壓管D24作用下，U8A電壓跟隨器TL074的3腳保持在5.1V左右，輸出VREF5.1V參考電壓，同時，+ 15V經(jīng)過電阻R60、R61兩個電阻分壓，電壓跟隨器TL074的9腳電壓為〔R6Q/(R61+R6Q)〕X 15V，當(dāng)+15V電壓低于約12V時，即電壓跟隨器TL074的9腳低于5.1￥，8腳輸出高電平，021管導(dǎo)通，？如端被拉成地，使得驅(qū)動欠壓進(jìn)行保護(hù)。
[0029]6、供電電源-15V欠壓保護(hù)電路
[0030]圖6所示是供電電源-15V欠壓保護(hù)電路，在電路中U8B電壓跟隨器TL074的6腳的電壓是端子VREF與-15V經(jīng)過電阻分壓的值，根據(jù)線性電路原理，其U8B的5腳電壓值略小于零。當(dāng)-15V端高于約-12V時，其U8B的7腳輸出高高電平，同樣PRO端被拉成地，使得驅(qū)動欠壓進(jìn)行保護(hù)。
[0031]7、故障處理電路
[0032]圖7所示是故障處理電路，在該電路中驅(qū)動保護(hù)檢測到故障后，Q—N端由I變0，Q13管導(dǎo)通，然后Q26管導(dǎo)通，DRV端輸出-15V，從而達(dá)到保護(hù)目的。在驅(qū)動正常工作狀態(tài)時，Q—N端為I，QlO管截止，Q25管截止，DRV端由推挽電路輸出決定。
[0033]8、驅(qū)動故障保護(hù)電路
[0034]圖8所示是驅(qū)動故障保護(hù)電路，該電路是為驅(qū)動保護(hù)后，輸出FAULT信號電路。正常時Q—N端為高電平，Q7管導(dǎo)通，光耦U2截止，F(xiàn)AULT端為低電平；當(dāng)驅(qū)動保護(hù)后，Q—N端為低電平，Q7管截止，光耦U2導(dǎo)通，F(xiàn)AULT端為高電平。
【主權(quán)項】
1.有源電力濾波器功率單元的驅(qū)動保護(hù)電路，是由供電電源±15V欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板、IGBT管壓降檢測電路、Vce過壓判斷電路、故障判斷電路、故障處理電路和驅(qū)動故障保護(hù)電路組成的，其特征是IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板與供電電源±15V欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路、IGBT管壓降檢測電路、故障判斷電路、驅(qū)動故障保護(hù)電路電信號連接，IGBT管壓降檢測電路與Vce過壓判斷電路電信號連接，故障判斷電路與故障處理電路電信號連接，故障處理電路與驅(qū)動故障保護(hù)電路電信號連接。
【專利摘要】本實用新型屬于電力系統(tǒng)交流配電輸電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種有源電力濾波器功率單元的驅(qū)動保護(hù)電路。該電路是由供電電源±15V欠壓保護(hù)電路、驅(qū)動觸發(fā)復(fù)位電路、IGBT驅(qū)動保護(hù)電路接口板、IGBT管壓降檢測電路、Vce過壓判斷電路、故障判斷電路、故障處理電路和驅(qū)動故障保護(hù)電路組成的。本電路的設(shè)計的重點是解決有源電力濾波器的信號響應(yīng)速度、抗電磁干擾能力、以及PWM信號處理和功率單元IGBT的驅(qū)動保護(hù)在電路中穩(wěn)定工作等相應(yīng)的問題，能使電網(wǎng)諧波污染問題得到改善，電能質(zhì)量得到提高。本電路集成度高、控制能力強，能實現(xiàn)驅(qū)動保護(hù)控制過程的高速度、高精度的要求，而且還具有較強的電磁抗干擾能力。
【IPC分類】H02M1/44, H02H7/10, H02J3/01
【公開號】CN205319700
【申請?zhí)枴緾N201521072857
【發(fā)明人】楊秋梅, 徐文靜, 曹鴻玲, 莊開江
【申請人】哈爾濱九洲電氣技術(shù)有限責(zé)任公司
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2015年12月22日