一種隔離型igbt橋臂直通互鎖保護(hù)器的制造方法
【專利摘要】一種隔離型IGBT橋臂直通互鎖保護(hù)器，包括一臺主機(jī)、一條PWM驅(qū)動信號A電纜、一條PWM驅(qū)動信號B電纜和一條輔助電源電纜，主機(jī)外殼的一個側(cè)面設(shè)有PWM驅(qū)動信號A插座和PWM驅(qū)動信號B插座，主機(jī)另一個側(cè)面設(shè)有輔助電源插座；主機(jī)外殼內(nèi)部裝有一塊電路板，該電路板的電路由PWM驅(qū)動信號光電隔離互鎖輸入電路、驅(qū)動信號前級變換電路、高低壓變換電路、IGBT柵極驅(qū)動電路、IGBT橋臂電路組成；本實(shí)用新型具有隔離特性及高可靠性，并具有預(yù)先判斷功能，在直通故障發(fā)生之前就產(chǎn)生互鎖，從而避免IGBT橋臂直通故障的發(fā)生。
【專利說明】一種隔離型IGBT橋臂直通互鎖保護(hù)器【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及互鎖保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及IGBT橋臂直通互鎖保護(hù)器。
【背景技術(shù)】
[0002]橋臂直通是IGBT在使用過程中最嚴(yán)重的故障，該故障直接導(dǎo)致IGBT爆炸，因此，防止IGBT橋臂直通一直是業(yè)界重視的問題。目前，現(xiàn)有技術(shù)防止IGBT直通的保護(hù)設(shè)計主要有以下幾種:
[0003]一種是采用IC過電流檢測的保護(hù)設(shè)計。當(dāng)IGBT橋臂直通發(fā)生時，通過橋臂的電流IC在瞬間達(dá)到短路電流，采用IC過電流檢測保護(hù)的目的就是要在橋臂直通發(fā)生之后的瞬間，在極短的時間內(nèi)檢測到過流信號，并將該過流信號反饋給控制器，關(guān)斷PWM驅(qū)動信號避免過流的進(jìn)一步發(fā)生。由于過流發(fā)生在先，檢測反饋在后，該方法往往由于檢測反饋不及時而造成IGBT燒毀。
[0004]第二種是采用檢測Vce退飽和壓降的保護(hù)設(shè)計。當(dāng)IGBT橋臂直通發(fā)生時，由于IC電流的上升率極高，造成IGBT退飽和的現(xiàn)象發(fā)生，使得Vce壓降在極短時間內(nèi)快速升高，檢測Vce壓降的方法就是要在橋臂直通發(fā)生之后的瞬間，在極短的時間內(nèi)檢測到退飽和壓降Vce升高的信號，并將該信號反饋給控制器，關(guān)斷PWM驅(qū)動信號避免直通的進(jìn)一步發(fā)生。同樣，該方法由于橋臂直通故障發(fā)生在先，檢測反饋在后，往往由于檢測反饋不及時而造成IGBT燒毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型的目的在于提供一種隔離型IGBT橋臂直通互鎖保護(hù)器，該保護(hù)器具有隔離特性及高可靠性， 并具有預(yù)先判斷功能，在直通故障發(fā)生之前就產(chǎn)生互鎖，從而避免IGBT橋臂直通故障的發(fā)生。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0007]所述的一種隔離型IGBT橋臂直通互鎖保護(hù)器包括一臺主機(jī)、一條PWM驅(qū)動信號A電纜、一條PWM驅(qū)動信號B電纜和一條輔助電源電纜。主機(jī)有一個長方形外殼，主機(jī)外殼的一個側(cè)面設(shè)有PWM驅(qū)動信號A插座和PWM驅(qū)動信號B插座，PWM驅(qū)動信號A插座與PWM驅(qū)動信號A電纜相連，PWM驅(qū)動信號B插座與PWM驅(qū)動信號B電纜相連；主機(jī)另一個側(cè)面設(shè)有輔助電源插座，該輔助電源插座與輔助電源電纜相連；主機(jī)外殼內(nèi)部裝有一塊電路板，該電路板的電路由PWM驅(qū)動信號光電隔離互鎖輸入電路、驅(qū)動信號前級變換電路、高低壓變換電路、IGBT柵極驅(qū)動電路、IGBT橋臂電路組成；電路板上的PWM驅(qū)動信號A與主機(jī)外殼的PWM驅(qū)動信號A插座相連，電路板上的PWM驅(qū)動信號B與主機(jī)外殼的PWM驅(qū)動信號B插座相連，電路板的+20VA、+20VB以及VDC與主機(jī)外殼的輔助電源插座相連。
[0008]所述的PWM驅(qū)動信號光電隔離互鎖輸入電路由光電隔離器件U1、光電隔離器件U2、PWM驅(qū)動信號A、PWM驅(qū)動信號B以及輸入電阻R8組成，PWM驅(qū)動信號A與PWM驅(qū)動信號B的相位相反，光電隔離器件Ul的管腳2與光電隔離器件U2的管腳3相連，光電隔離器件Ul的管腳3與光電隔離器件U2的管腳2相連，PWM驅(qū)動信號A經(jīng)電阻R8和光電隔離器件Ul的管腳2與光電隔離器件U2的管腳3之間的連線相接，PWM驅(qū)動信號B直接和光電隔離器件Ul的管腳3與光電隔離器件U2的管腳2之間的連線相接。
[0009]所述的驅(qū)動信號前級變換電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12以及晶體管Q2、晶體管Q5組成，光電隔離器件Ul的管腳8經(jīng)電阻Rl與電源+20VA相連，光電隔離器件Ul的管腳6經(jīng)電阻R4與晶體管Q2管腳I相連，光電隔離器件Ul的管腳5與地線GNDA相連；光電隔離器件U2的管腳8經(jīng)電阻R9與電源+20VB相連，光電隔離器件U2的管腳6經(jīng)電阻R12與晶體管Q5管腳I相連，光電隔離器件U2的管腳5與地線GNDB相連，晶體管Q2管腳2經(jīng)電阻R3與電源+20VA相連，晶體管Q2管腳3與地線GNDA相連；R4與Q2之間的引出線經(jīng)電阻R2與電源+20VA相連；晶體管Q5管腳2經(jīng)電阻Rll與電源+20VB相連，晶體管Q2管腳3與地線GNDB相連；R12與晶體管Q5之間的引出線經(jīng)電阻RlO與電源+20VB相連。
[0010]所述的聞低壓變換電路由功率晶體管Ql、晶體管Q3、晶體管Q4、晶體管Q6、穩(wěn)壓管D2、穩(wěn)壓管D4，柵極電阻R5、電阻R6、電阻R13、電阻R14，電容E1、電容E2，電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6所組成，功率晶體管Ql的管腳I和晶體管Q3的管腳I相連后，接到晶體管Q2的管腳2與電阻R3之間的引出線上，晶體管Ql的管腳2接到電源+20VA上，晶體管Ql的管腳3經(jīng)電阻R5、電阻R6與晶體管Q3的管腳2相連，晶體管Q3的管腳3與地線GNDA相連，穩(wěn)壓管D2跨接在光電隔離器Ul的管腳8與電阻Rl之間的引出線和地線GNDA之間，電容Cl跨接在晶體管Q2的管腳I和地線GNDA之間，電容C2、電容C3、電容El并在穩(wěn)壓管D2的兩端；功率晶體管Q4的管腳I和晶體管Q6的管腳I相連后，接到晶體管Q5的管腳2與電阻Rll之間的引出線上，晶體管Q4的管腳2接到電源+20VB上，晶體管Q4的管腳3經(jīng)電阻R13、電阻R14與晶體管Q6的管腳2相連，晶體管Q6的管腳3與地線GNDB相連，穩(wěn)壓管D4跨接在光電隔離器U2的管腳8與電阻R9之間的引出線和地線GNDB之間，電容C4跨接在晶體管Q5的管腳I和地線GNDB之間，電容C5、電容C6、電容E2并在穩(wěn)壓管D4的兩端。
[0011]所述的IGBT柵極驅(qū)動電路由電阻R7、電阻R15，雙向穩(wěn)壓管Dl、雙向穩(wěn)壓管D3組成，電阻R7與雙向穩(wěn)壓管Dl并聯(lián)后，其中一端與電阻R5、電阻R6之間的引出線相連，另一端與穩(wěn)壓管D2、電容C2、電容C3、電容El的非地公共端相連；電阻R15與雙向穩(wěn)壓管D3并聯(lián)后，其中一端與電阻R13、電阻R14之間的引出線相連,另一端與穩(wěn)壓管D4、電容C5、電容C6、電容E2的非地公共端相連。
[0012]所述的IGBT橋臂電路由IGBT模塊BG1、IGBT模塊BG2組成，IGBT模塊BGl的管腳I與電阻R5、電阻R6、電阻R7、雙向穩(wěn)壓管Dl的公共端相連，IGBT模塊BGl的管腳2與電源VDC相連，IGBT模塊BGl的管腳3與IGBT模塊BG2的管腳2相連，IGBT模塊BG2的管腳I與電阻R13、電阻R14、電阻R15、雙向穩(wěn)壓管D3的公共端相連，IGBT模塊BG2的管腳3與穩(wěn)壓管D4、電容C5、電容C6、電容E2、電阻R15、雙向穩(wěn)壓管D3的公共端相連。
[0013]本實(shí)用新型所述的光電隔離芯片U1、光電隔離芯片U2的型號為TLP559。
[0014]本實(shí)用新型通過光電隔離器件Ul和光電隔離器件U2構(gòu)成了一個互鎖環(huán)路，正常情況下，PWM驅(qū)動信號A和PWM驅(qū)動信號B互為反相，Ul和U2內(nèi)部的發(fā)光二極管依次輪流導(dǎo)通，PWM驅(qū)動信號依次通過前級變換電路、高低壓變換電路以及IGBT柵極驅(qū)動電路對IGBT橋臂電路進(jìn)行驅(qū)動，系統(tǒng)正常工作；一旦出現(xiàn)PWM驅(qū)動信號A和PWM驅(qū)動信號B同時為高電平脈沖時，即意味著IGBT橋臂即將發(fā)生直通故障，此時Ul、U2內(nèi)部發(fā)光二極管兩端的電位差為零，因此不能構(gòu)成回路而產(chǎn)生了互鎖，自動切斷了驅(qū)動脈沖的輸入，從而自動避免了 IGBT橋臂直通現(xiàn)象的發(fā)生，使保護(hù)器對IGBT橋臂直通具有預(yù)先判斷功能，同時，光電隔離器件的隔離特性大大提高了 H橋逆變的可靠性和穩(wěn)定性，降低了設(shè)備的故障率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本實(shí)用新型的主機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2為本實(shí)用新型的原理框圖。
[0017]圖3為本實(shí)用新型的電路原理圖。
[0018]附圖1中的部件標(biāo)號為:1為主機(jī),2為輔助電源插座,3為輔助電源電纜,4為PWM驅(qū)動信號A插座，5為PWM驅(qū)動信號A電纜，6為PWM驅(qū)動信號B插座，7為PWM驅(qū)動信號B電纜。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
實(shí)施例
[0020]見圖1、圖2、圖3，一種隔離型IGBT橋臂直通互鎖保護(hù)器，包括一臺主機(jī)1、一條PWM驅(qū)動信號A電纜5、一條PWM驅(qū)動信號B電纜7、一條輔助電源電纜3。主機(jī)I有一個長方形外殼，主機(jī)I外殼的一個側(cè)面設(shè)有PWM驅(qū)動信號A插座4和PWM驅(qū)動信號B插座6,PWM驅(qū)動信號A插座4與PWM驅(qū)動信號A電纜5相連，PWM驅(qū)動信號B插座6與PWM驅(qū)動信號B電纜7相連；主機(jī)I另一個側(cè)面設(shè)有輔助電源插座2，該輔助電源插座2與輔助電源電纜3相連；主機(jī)I外殼內(nèi)部裝有一塊電路板，該電路板的電路由PWM驅(qū)動信號光電隔離互鎖輸入電路、驅(qū)動信號前級變換電路、高低壓變換電路、IGBT柵極驅(qū)動電路、IGBT橋臂電路組成。電路板上的PWM驅(qū)動信號A與主機(jī)I外殼的PWM驅(qū)動信號A插座4相連，電路板上的PWM驅(qū)動信號B與主機(jī)I外殼的PWM驅(qū)動信號B插座6相連，電路板的+20VA、+20VB以及VDC與主機(jī)I外殼的輔助電源插座2相連。
[0021]所述的PWM驅(qū)動信號光電隔離互鎖輸入電路由光電隔離器件U1、光電隔離器件U2、PWM驅(qū)動信號A、PWM驅(qū)動信號B以及輸入電阻R8組成，PWM驅(qū)動信號A與PWM驅(qū)動信號B的相位相反，光電隔離器件Ul的管腳2與光電隔離器件U2的管腳3相連，光電隔離器件Ul的管腳3與光電隔離器件U2的管腳2相連，PWM驅(qū)動信號A經(jīng)電阻R8和光電隔離器件Ul的管腳2與光電隔離器件U2的管腳3之間的連線相接，PWM驅(qū)動信號B直接和光電隔離器件Ul的管腳3與光電隔離器件U2的管腳2之間的連線相接。
[0022]所述的驅(qū)動信號前級變換電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12以及晶體管Q2、晶體管Q5組成，光電隔離器件Ul的管腳8經(jīng)電阻Rl與電源+20VA相連，光電隔離器件Ul的管腳6經(jīng)電阻R4與晶體管Q2管腳I相連，光電隔離器件Ul的管腳5與地線GNDA相連；光電隔離器件U2的管腳8經(jīng)電阻R9與電源+20VB相連，光電隔離器件U2的管腳6經(jīng)電阻R12與晶體管Q5管腳I相連，光電隔離器件U2的管腳5與地線GNDB相連，晶體管Q2管腳2經(jīng)電阻R3與電源+20VA相連，晶體管Q2管腳3與地線GNDA相連；R4與Q2之間的引出線經(jīng)電阻R2與電源+20VA相連；晶體管Q5管腳2經(jīng)電阻Rll與電源+20VB相連，晶體管Q2管腳3與地線GNDB相連；R12與晶體管Q5之間的引出線經(jīng)電阻RlO與電源+20VB相連。
[0023]所述的聞低壓變換電路由功率晶體管Ql、晶體管Q3、晶體管Q4、晶體管Q6、穩(wěn)壓管D2、穩(wěn)壓管D4，柵極電阻R5、電阻R6、電阻R13、電阻R14，電容E1、電容E2，電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6所組成，功率晶體管Ql的管腳I和晶體管Q3的管腳I相連后，接到晶體管Q2的管腳2與電阻R3之間的引出線上，晶體管Ql的管腳2接到電源+20VA上，晶體管Ql的管腳3經(jīng)電阻R5、電阻R6與晶體管Q3的管腳2相連，晶體管Q3的管腳3與地線GNDA相連，穩(wěn)壓管D2跨接在光電隔離器Ul的管腳8與電阻Rl之間的引出線和地線GNDA之間，電容Cl跨接在晶體管Q2的管腳I和地線GNDA之間，電容C2、電容C3、電容El并在穩(wěn)壓管D2的兩端；功率晶體管Q4的管腳I和晶體管Q6的管腳I相連后，接到晶體管Q5的管腳2與電阻Rll之間的引出線上，晶體管Q4的管腳2接到電源+20VB上，晶體管Q4的管腳3經(jīng)電阻R13、電阻R14與晶體管Q6的管腳2相連，晶體管Q6的管腳3與地線GNDB相連，穩(wěn)壓管D4跨接在光電隔離器U2的管腳8與電阻R9之間的引出線和地線GNDB之間，電容C4跨接在晶體管Q5的管腳I和地線GNDB之間，電容C5、電容C6、電容E2并在穩(wěn)壓管D4的兩端。
[0024]所述的IGBT柵極驅(qū)動電路由電阻R7、電阻R15，雙向穩(wěn)壓管Dl、雙向穩(wěn)壓管D3組成，電阻R7與雙向穩(wěn)壓管Dl并聯(lián)后，其中一端與電阻R5、電阻R6之間的引出線相連，另一端與穩(wěn)壓管D2、電容C2、電容C3、電容El的非地公共端相連；電阻R15與雙向穩(wěn)壓管D3并聯(lián)后，其中一端與電阻R13、電阻R14之間的引出線相連,另一端與穩(wěn)壓管D4、電容C5、電容C6、電容E2的非地公共端相連。
[0025]所述的IGBT橋臂電路由IGBT模塊BG1、IGBT模塊BG2組成，IGBT模塊BGl的管腳I與電阻R5、電阻R6、電阻R7、雙向穩(wěn)壓管Dl的公共端相連，IGBT模塊BGl的管腳2與電源VDC相連，IGBT模塊BGl的管腳3與IGBT模塊BG2的管腳2相連，IGBT模塊BG2的管腳I與電阻R13、電阻R14、電阻R15、雙向穩(wěn)壓管D3的公共端相連，IGBT模塊BG2的管腳3與穩(wěn)壓管D4、電容C5、電容C6、電容E2、電阻R15、雙向穩(wěn)壓管D3的公共端相連。
[0026]本實(shí)用新型所述的光電隔離芯片U1、光電隔離芯片U2的型號為TLP559。
【權(quán)利要求】
1.一種隔離型IGBT橋臂直通互鎖保護(hù)器，包括一臺主機(jī)、一條PWM驅(qū)動信號A電纜、一條PWM驅(qū)動信號B電纜和一條輔助電源電纜,其特征是:主機(jī)有一個長方形外殼，主機(jī)外殼的一個側(cè)面設(shè)有PWM驅(qū)動信號A插座和PWM驅(qū)動信號B插座，PWM驅(qū)動信號A插座與PWM驅(qū)動信號A電纜相連,PWM驅(qū)動信號B插座與PWM驅(qū)動信號B電纜相連；主機(jī)另一個側(cè)面設(shè)有輔助電源插座，該輔助電源插座與輔助電源電纜相連；主機(jī)外殼內(nèi)部裝有一塊電路板，該電路板的電路由PWM驅(qū)動信號光電隔離互鎖輸入電路、驅(qū)動信號前級變換電路、高低壓變換電路、IGBT柵極 驅(qū)動電路、IGBT橋臂電路組成；電路板上的PWM驅(qū)動信號A與主機(jī)外殼的PWM驅(qū)動信號A插座相連，電路板上的PWM驅(qū)動信號B與主機(jī)外殼的PWM驅(qū)動信號B插座相連，電路板的+20VA、+20VB以及VDC與主機(jī)外殼的輔助電源插座相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隔離型IGBT橋臂直通互鎖保護(hù)器，其特征是:所述的PWM驅(qū)動信號光電隔離互鎖輸入電路由光電隔離器件Ul、光電隔離器件U2、PWM驅(qū)動信號A、PWM驅(qū)動信號B以及輸入電阻R8組成，PWM驅(qū)動信號A與PWM驅(qū)動信號B的相位相反，光電隔離器件Ul的管腳2與光電隔離器件U2的管腳3相連，光電隔離器件Ul的管腳3與光電隔離器件U2的管腳2相連，PWM驅(qū)動信號A經(jīng)電阻R8和光電隔離器件Ul的管腳2與光電隔離器件U2的管腳3之間的連線相接，PWM驅(qū)動信號B直接和光電隔離器件Ul的管腳3與光電隔離器件U2的管腳2之間的連線相接；所述的驅(qū)動信號前級變換電路由電阻R1、電阻R2、電阻R3、電阻R4、電阻R9、電阻R10、電阻R11、電阻R12以及晶體管Q2、晶體管Q5組成，光電隔離器件Ul的管腳8經(jīng)電阻Rl與電源+20VA相連，光電隔離器件Ul的管腳6經(jīng)電阻R4與晶體管Q2管腳I相連，光電隔離器件Ul的管腳5與地線GNDA相連；光電隔離器件U2的管腳8經(jīng)電阻R9與電源+20VB相連，光電隔離器件U2的管腳6經(jīng)電阻R12與晶體管Q5管腳I相連，光電隔離器件U2的管腳5與地線GNDB相連，晶體管Q2管腳2經(jīng)電阻R3與電源+20VA相連，晶體管Q2管腳3與地線GNDA相連；R4與Q2之間的引出線經(jīng)電阻R2與電源+20VA相連；晶體管Q5管腳2經(jīng)電阻Rll與電源+20VB相連，晶體管Q2管腳3與地線GNDB相連；R12與晶體管Q5之間的引出線經(jīng)電阻RlO與電源+20VB相連；所述的高低壓變換電路由功率晶體管Q1、晶體管Q3、晶體管Q4、晶體管Q6、穩(wěn)壓管D2、穩(wěn)壓管D4，柵極電阻R5、電阻R6、電阻R13、電阻R14，電容E1、電容E2，電容Cl、電容C2、電容C3、電容C4、電容C5、電容C6所組成，功率晶體管Ql的管腳I和晶體管Q3的管腳I相連后，接到晶體管Q2的管腳2與電阻R3之間的引出線上，晶體管Ql的管腳2接到電源+20VA上，晶體管Ql的管腳3經(jīng)電阻R5、電阻R6與晶體管Q3的管腳2相連，晶體管Q3的管腳3與地線GNDA相連，穩(wěn)壓管D2跨接在光電隔離器Ul的管腳8與電阻Rl之間的引出線和地線GNDA之間，電容Cl跨接在晶體管Q2的管腳I和地線GNDA之間，電容C2、電容C3、電容El并在穩(wěn)壓管D2的兩端；功率晶體管Q4的管腳I和晶體管Q6的管腳I相連后，接到晶體管Q5的管腳2與電阻Rll之間的引出線上，晶體管Q4的管腳2接到電源+20VB上，晶體管Q4的管腳3經(jīng)電阻R13、電阻R14與晶體管Q6的管腳2相連，晶體管Q6的管腳3與地線GNDB相連，穩(wěn)壓管D4跨接在光電隔離器U2的管腳8與電阻R9之間的引出線和地線GNDB之間，電容C4跨接在晶體管Q5的管腳I和地線GNDB之間，電容C5、電容C6、電容E2并在穩(wěn)壓管D4的兩端；所述的IGBT柵極驅(qū)動電路由電阻R7、電阻Rl5，雙向穩(wěn)壓管D1、雙向穩(wěn)壓管D3組成，電阻R7與雙向穩(wěn)壓管Dl并聯(lián)后,其中一端與電阻R5、電阻R6之間的引出線相連,另一端與穩(wěn)壓管D2、電容C2、電容C3、電容El的非地公共端相連；電阻R15與雙向穩(wěn)壓管D3并聯(lián)后，其中一端與電阻R13、電阻R14之間的引出線相連，另一端與穩(wěn)壓管D4、電容C5、電容C6、電容E2的非地公共端相連；所述的IGBT橋臂電路由IGBT模塊BG1、IGBT模塊BG2組成，IGBT模塊BGl的管腳I與電阻R5、電阻R6、電阻R7、雙向穩(wěn)壓管Dl的公共端相連，IGBT模塊BGl的管腳2與電源VDC相連，IGBT模塊BGl的管腳3與IGBT模塊BG2的管腳2相連，IGBT模塊BG2的管腳I與電阻R13、電阻R14、電阻R15、雙向穩(wěn)壓管D3的公共端相連，IGBT模塊BG2的管腳3與穩(wěn)壓管D4、電容C5、電容C6、電容E2、電阻R15、雙向穩(wěn)壓管D3的公共 端相連；本實(shí)用新型所述的光電隔離芯片U1、光電隔離芯片U2的型號為TLP559。
【文檔編號】H03K17/56GK203788255SQ201420122236
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】黃松林, 王慶順, 任傳富, 王建明 申請人:沈陽大學(xué)