CN102857081A - Igbt感应加热电源的逆变驱动电路 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电气技术领域，提出一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，所提出的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路包括有脉冲信号接收和整理电路（2）、隔离电路（3）以及电流放大电路（4）；脉冲信号接收和整理电路（2）通过光纤与外部电路相连通；隔离电路（3）与脉冲信号接收和整理电路（2）相连通；电流放大电路（4）与隔离电路（3）相连通；逆变驱动电路还包括有过压保护和du/dt保护电路（6）、瞬态抑制电路（5）以及报警输出电路（7）。本发明保证了驱动脉冲信号的质量，同时能够避免从IGBT方向耦合回来的信号干扰驱动电路工作；保证了IGBT的工作可靠性，同时有效避免了IGBT器件的损坏。
Description
技术领域
本发明属于电气技术领域，涉及一种感应加热电源的逆变器的驱动技术，具体涉及一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路。
背景技术
目前，感应加热以其加热效率高、升温快、可控性好等优点，广泛应用于熔炼、透热、淬火等领域，感应加热电源是其关键设备之一；在感应加热电源的主回路中，需要通过逆变电路产生交变电流，根据不同的加热生产工艺，逆变电路需要产生频率可调、功率可控的交变电路；目前逆变电路采用的器件主要有SCR、IGBT、MOSFET等。其中IGBT以体积小、可靠性能高、噪声低、效率高、反应快速等优点，得到广泛的应用；但是与传统的SCR器件相比，IGBT的抗过载能力比较差。因此，为了配套高频率、高功率的感应加热电源，设计一个驱动能力强，保护全面的IGBT驱动电路的必要的。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是公开一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路。
本发明为完成上述目的采用如下技术方案：
一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，所述的逆变驱动电路包括有脉冲信号接收和整理电路、隔离电路以及电流放大电路；所述的脉冲信号接收和整理电路通过光纤与电源主控制板相连通，用以接收来自电源主控制板通过光纤所传送的光脉冲信号，并将光脉冲信号转化成电脉冲信号；所述的隔离电路与脉冲信号接收和整理电路相连通，将电脉冲信号进行电光和光电转换得到单向传输的电脉冲信号；所述的电流放大电路与隔离电路相连通，对单向传输的电脉冲信号进行幅度放大，得到IGBT所需的开通电压+15V和关断电压-9V，同时为IGBT模块提供驱动电流；所述的逆变驱动电路还包括有过压保护和du/dt保护电路、瞬态抑制电路以及报警输出电路；所述的过压保护和du/dt保护电路与IGBT的集电极C相连通，用以在IGBT承受电压过高或IGBT所承受的电压过快时，输出保护信号给脉冲信号接收和整理电路以及电流放大电路；所述的瞬态抑制电路与电流放大电路的输出端相连通，用以检测IGBT的栅极G与发射极E之间的电压，抑制瞬间高电压，保证IGBT的稳定工作；所述的逆变驱动电路还具有供电电路；所述的供电电路为脉冲信号接收和整理电路、隔离电路、电流放大电路以及报警输出电路提供电源。
所述的脉冲信号接收和整理电路包括有光纤信号接收器RX1和施密特触发器集成电路U1；所述的光纤信号接收器RX1接收来自外部电路通过光纤传送的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电脉冲信号，再由施密特触发器集成电路U1对电脉冲信号进行整理和驱动，施密特触发器集成电路U1将电脉冲信号分成两路输出，两路电脉冲信号PWM1、PWM2送至隔离电路；同时，施密特触发器U1接收过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS2。
所述的隔离电路包括有光电耦合器U2、光电耦合器U3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容C11和滤波电容C12；所述光电耦合器U2的输出端由+5V和接地GND供电，光电耦合器U3的输出端由-5V和-9V供电，光电耦合器U2的输出由电阻R4上拉，光电耦合器U3的输出由电阻R5上拉；所述光电耦合器U2与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWM1相连，所述的光电耦合器U3与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWM2相连，由光电耦合器U2、光电耦合器U3分别对电脉冲信号PWM1和电脉冲信号PWM2进行电信号-光信号-电信号的转化，通过两次转换，用光信号实现电气隔离和信号的单相传输，防止后续电路的干扰影响到前级电路，隔离后的驱动脉冲信号P1、驱动脉冲信号P2传送至电流放大电路。
所述的电流放大电路包括有驱动模块U5、驱动模块U6、场效应管Q1、场效应管Q2、滤波电容C13、滤波电容C14，IGBT门极电阻R6、IGBT门极电阻R7，数字逻辑电路或门U4；所述的数字逻辑电路或门U4接收驱动脉冲信号P1以及过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS1，数字逻辑电路或门U4的输出与驱动模块U5相连，所述的驱动模块U5接+15V电源，驱动模块U5的输出与场效应管Q1相连，场效应管Q1的输出通过门极电阻R6与IGBT的栅极G相连，驱动模块U6接收驱动脉冲P2，驱动模块U6接-9V电源，驱动模块U6的输出与接场效应管Q2，场效应管Q2的输出通过门极电阻R7与IGBT的发射极E相连。
所述的瞬态抑制电路包括有瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8和吸收电容C15；所述的瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8、吸收电容C15并联；所述的瞬态抑制电路接在电流放大电路的输出端，检测IGBT的栅极G和集电极E之间的电压，抑制通过IGBT结电容耦合进来的瞬间高电压。
所述的过压保护和du/dt保护电路，包括有过压保护功能电路和du/dt检测功能电路两部分；所述的过压保护功能电路包括有稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、二极管D3和电阻R10；所述的du/dt检测功能电路由稳压二极管ZD5、电容C17、C18、二极管D2和电阻R9组成；过压保护电路和du/dt检测功能电路的输出接至数字逻辑电路或门的输入端，数字逻辑电路或门的输出分两路，一路直接输出+5V，另一路通过二极管D1输出两路保护信号PS1、PS2；所述的过压保护和du/dt保护电路接收来自IGBT的集电极C的反馈信号，当IGBT承受电压过高时，或者IGBT承受电压上升过快时，产生保护信号PS1、PS2，将保护信号PS1、PS2送往脉冲信号接收和整理电路和电流放大电路，启动保护动作，保护IGBT。
所述的报警输出电路为由电阻R11、稳压二极管ZD6、三极管Q3和电阻R12组成的电压检测电路，电压检测电路的输出接光电耦合器U7，所述的电压检测电路中串接有报警指示灯DL1，检测供电电路的输出电压，当综合电压下降幅度超过4V时，表明电路中故障，点亮报警指示灯DL1,同时将报警信号送出。
所述的供电电路包括有电源变换模块T1、稳压模块WY1和稳压模块WY2；所述的电源变换模块T1与交流200V电源相连，所述的电源变换模块T1的输出分为两路，其中一路通过并联的滤波电容C1、滤波电容C3、滤波电容C5输出+15V的直流电，另一路通过并联的滤波电容C2、滤波电容C4、滤波电容C6输出-9V的直流电；所述的+15V的直流电通过稳压模块WY1输出+5V的直流电；所述的-9V的直流电通过稳压模块WY2输出-5V的直流电；在稳压模块WY1的输出端具有滤波电容C7，在稳压模块WY2的输出端具有滤波电容C8。
本发明公开的一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，该逆变驱动电路采用独立电源供电，用光纤接收光脉冲信号，具有很强的稳定性和抗干扰性能；电路对接收到的脉冲信号进行信号调理、光电隔离等措施，保证驱动脉冲信号的质量，同时能够避免从IGBT方向耦合回来的信号干扰驱动电路工作；电路采用电流驱动模块和场效应管组成的电源放大电路，能够为各种IGBT模块提供足够大的驱动电流；电路中设计了瞬态抑制电路、过压保护电路、du/dt保护电路、报警输出电路，保证了IGBT的工作可靠性，同时有效避免了IGBT器件的损坏。
附图说明
图1 为本发明的原理框图。
图2 为本发明中供电电路的电气原理图。
图3为本发明中脉冲信号接收和整理电路的电气原理图。
图4 为本发明中隔离电路的电气原理图。
图5为本发明中电流放大电路的电气原理图。
图6为本发明中瞬态抑制电路的电气原理图。
图7为本发明中过压保护和du/dt保护电路的电气原理图。
图8为本发明中报警输出电路的电气原理图。
图中：1、供电电路，2、脉冲信号接收和整理电路，3、隔离电路，4、电流放大电路，5、瞬态抑制电路，6、过压保护和du/dt保护电路，7、报警输出电路。
具体实施方式
结合附图和具体实施例对本发明加以说明：
如图1所示，一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，所述的逆变驱动电路包括有脉冲信号接收和整理电路2、隔离电路3以及电流放大电路4；所述的脉冲信号接收和整理电路2通过光纤与电源主控制板相连通，用以接受来电源主控制板通过光纤所传送的光脉冲信号，并将光脉冲信号转化成电脉冲信号；所述的隔离电路3与脉冲信号接收和整理电路2相连通，将电脉冲信号进行电光和光电转换得到单向传输的电脉冲信号；所述的电流放大电路4与隔离电路3相连通，对单向传输的电脉冲信号进行幅度放大，得到IGBT所需的开通电压+15V和关断电压-9V，同时为IGBT模块提供驱动电流；所述的逆变驱动电路还包括有过压保护和du/dt保护电路6、瞬态抑制电路5以及报警输出电路7；所述的过压保护和du/dt保护电路6与IGBT的集电极C相连通，用以在IGBT承受电压过高或IGBT所承受的电压过快时，输出保护信号给脉冲信号接收和整理电路以及电流放大电路；所述的瞬态抑制电路5与电流放大电路4的输出端相连通，用以检测IGBT的栅极G与发射极E之间的电压，抑制瞬间高电压，保证IGBT的稳定工作；所述的逆变驱动电路还具有供电电路1；所述的供电电路1为脉冲信号接收和整理电路2、隔离电路3、电流放大电路4以及报警输出电路7提供电源。
如图3所示，所述的脉冲信号接收和整理电路包括有光纤信号接收器RX1和施密特触发器集成电路U1；所述的光纤信号接收器RX1接收来自外部电路通过光纤传送的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电脉冲信号，再由施密特触发器集成电路U1对电脉冲信号进行整理和驱动，施密特触发器集成电路U1将电脉冲信号分成两路输出，两路电脉冲信号PWM1、PWM2送至隔离电路；同时，施密特触发器U1接收过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS2；光纤信号接收器RX1的电源由电容C9滤波，施密特触发器集成电路U1的电源由电容C10滤波；所述的施密特触发器集成电路U1内部有三个施密特触发器组成，取名为U1A、U1B和U1C。
如图4所示，所述的隔离电路包括有光电耦合器U2、光电耦合器U3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容C11和滤波电容C12；所述光电耦合器U2的输出端由+5V和接地GND供电，光电耦合器U3的输出端由-5V和-9V供电，光电耦合器U2的输出由电阻R4上拉，光电耦合器U3的输出由电阻R5上拉；所述光电耦合器U2与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWM1相连，所述的光电耦合器U3与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWM2相连，由光电耦合器U2、光电耦合器U3分别对电脉冲信号PWM1和电脉冲信号PWM2进行电信号-光信号-电信号的转化，通过两次转换，用光信号实现电气隔离和信号的单相传输，防止后续电路的干扰影响到前级电路，隔离后的驱动信号PI、驱动脉冲信号P2传送至电流放大电路。
如图5所示，所述的电流放大电路包括有驱动模块U5、驱动模块U6、场效应管Q1、场效应管Q2、滤波电容C13、滤波电容C14，IGBT门极电阻R6、IGBT门极电阻R7，数字逻辑电路或门U4；所述的数字逻辑电路或门U4接收驱动脉冲信号P1以及过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS1，数字逻辑电路或门U4的输出与驱动模块U5相连，所述的驱动模块U5接+15V电源，驱动模块U5的输出与场效应管Q1相连，场效应管Q1的输出通过门极电阻R6与IGBT的栅极G相连，驱动模块U6接收驱动脉冲P2，驱动模块U6接-9V电源，驱动模块U6的输出与接场效应管Q2，场效应管Q2的输出通过门极电阻R7与IGBT的发射极E相连；在实际电路中，需要根据不同的IGBT模块，选择不同的门极电阻。
如图6所示，所述的瞬态抑制电路包括有瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8和吸收电容C15；所述的瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8、吸收电容C15并联；所述的瞬态抑制电路接在电流放大电路的输出端，检测IGBT的栅极G和集电极E之间的电压，抑制通过IGBT结电容耦合进来的瞬间高电压，此高压会影响到IGBT的门极信号，严重时会导致IGBT模块损坏，此瞬态抑制电路可以有效的保证IGBT稳定工作。
如图7所示，所述的过压保护和du/dt保护电路，包括有过压保护功能电路和du/dt检测功能电路两部分；所述的过压保护功能电路包括有稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、二极管D3和电组R10；所述的du/dt检测功能电路由稳压二极管ZD5、电容C17、C18、D2和R9组成；过压保护功能电路和du/dt检测功能电路的输出接至数字逻辑电路或门的输入端，数字逻辑电路或门的输出分两路，一路直接输出+5V，另一路通过二极管D1输出两路保护信号PS1、PS2；所述的过压保护和du/dt保护电路接收来自IGBT的集电极C的反馈信号，当IGBT承受电压过高时，或者IGBT承受电压上升过快时，产生保护信号PS1、PS2，将保护信号PS1、PS2送往脉冲信号接收和整理电路和电流放大电路，启动保护动作，保护IGBT。
如图8所示，所述的报警输出电路为由电阻R11、稳压二极管ZD6、三极管Q3和电阻R12组成的电压检测电路，电压检测电路的输出接光电耦合器U7，所述的电压检测电路中串接有报警指示灯DL1，检测供电电路的输出电压，当综合电压下降幅度超过4V时，表明电路中故障，点亮报警指示灯DL1,同时将报警信号ULV+、ULV-送出；此报警信号ULV+、ULV可送至主控电路，主控电路接收的IGBT报警时，可整机急停，以防止出现电源损坏或者事故。
如图2所示，所述的供电电路包括有电源变换模块T1、稳压模块WY1和稳压模块WY2；所述的电源变换模块T1与交流200V电源相连，所述的电源变换模块T1的输出分为两路，其中一路通过并联的滤波电容C1、滤波电容C3、滤波电容C5输出+15V的直流电，另一路通过并联的滤波电容C2、滤波电容C4、滤波电容C6输出-9V的直流电；所述+15V的直流电通过稳压模块WY1输出+5V的直流电；所述-9V的直流电通过稳压模块WY2输出-5V的直流电；在稳压模块WY1的输出端具有滤波电容C7，在稳压模块WY2的输出端具有滤波电容C8。
Claims (8)
1.一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于：所述的逆变驱动电路包括有脉冲信号接收和整理电路（2）、隔离电路（3）以及电流放大电路（4）；所述的脉冲信号接收和整理电路（2）通过光纤与电源主控制板相连通，用以接受来自外部电路通过光纤所传送的光脉冲信号，并将光脉冲信号转化成电脉冲信号；所述的隔离电路（3）与脉冲信号接收和整理电路（2）相连通，将电脉冲信号进行电光和光电转换得到单向传输的电脉冲信号；所述的电流放大电路（4）与隔离电路（3）相连通，对单向传输的电脉冲信号进行幅度放大，得到IGBT所需的开通电压+15V和关断电压-9V，同时为IGBT模块提供驱动电流；所述的逆变驱动电路还包括有过压保护电路和du/dt保护电路（6）、瞬态抑制电路（5）以及报警输出电路（7）；所述的过压保护和du/dt保护电路（6）与IGBT的集电极C相连通，用以在IGBT承受电压过高或IGBT所承受的电压过快时，输出保护信号给脉冲信号接收和整理电路以及电流放大电路；所述的瞬态抑制电路（5）与电流放大电路（4）的输出端相连通，用以检测IGBT的栅极G与发射极E之间的电压，抑制瞬间高电压，保证IGBT的稳定工作；所述的逆变驱动电路还具有供电电路（1）；所述的供电电路（1）为脉冲信号接收和整理电路、隔离电路、电流放大电路以及报警输出电路提供电源。
2.根据权利要求1所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于：所述的脉冲信号接收和整理电路包括有光纤信号接收器RX1和施密特触发器集成电路U1；所述的光纤信号接收器RX1接收来自外部电路通过光纤传送的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电脉冲信号，再由施密特触发器集成电路U1对电脉冲信号进行整理和驱动，施密特触发器集成电路U1将电脉冲信号分成两路输出，两路电脉冲信号PWM1、PWM2送至隔离电路；同时，施密特触发器集成电路U1接收过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS2。
3.根据权利要求1所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于：所述的隔离电路包括有光电耦合器U2、光电耦合器U3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容C11和滤波电容C12；所述光电耦合器U2的输出端由+5V和接地GND供电，光电耦合器U3的输出端由-5V和-9V供电，光电耦合器U2的输出由电阻R4上拉，光电耦合器U3的输出由电阻R5上拉；所述光电耦合器U2与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWM1相连，所述的光电耦合器U3与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWM2相连，由光电耦合器U2、光电耦合器U3分别对电脉冲信号PWM1和电脉冲信号PWM2进行电信号-光信号-电信号的转化，通过两次转换，用光信号实现电气隔离和信号的单相传输，防止后续电路的干扰影响到前级电路，隔离后的驱动脉冲信号P1、驱动脉冲信号P2传送至电流放大电路。
4.根据权利要求1所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于：所述的电流放大电路包括有驱动模块U5、驱动模块U6、场效应管Q1、场效应管Q2、滤波电容C13、滤波电容C14，IGBT门极电阻R6、IGBT门极电阻R7，数字逻辑电路或门U4；所述的数字逻辑电路或门U4接收驱动脉冲信号P1以及过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS1，数字逻辑电路或门U4的输出与驱动模块U5相连，所述的驱动模块U5接+15V电源，驱动模块U5的输出与场效应管Q1相连，场效应管Q1的输出通过门极电阻R6与IGBT的栅极G相连，驱动模块U6接收驱动脉冲信号P2，驱动模块U6接-9V电源，驱动模块U6的输出与接场效应管Q2，场效应管Q2的输出通过门极电阻R7与IGBT的发射极E相连。
5.根据权利要求1所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于：所述的瞬态抑制电路包括有瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8和吸收电容C15；所述的瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8、吸收电容C15并联；所述的瞬态抑制电路接在电流放大电路的输出端，检测IGBT的栅极G和集电极E之间的电压，抑制通过IGBT结电容耦合进来的瞬间高电压。
6.根据权利要求1所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于：所述的过压保护和du/dt保护电路，包括有过压保护功能电路和du/dt检测功能电路两部分；所述的过压保护功能电路包括有稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、二极管D3和电组R10；所述的du/dt检测功能电路由稳压二极管ZD5、电容C17、C18、D2和R9组成；过压保护功能电路和du/dt检测功能电路的输出接至数字逻辑电路或门的输入端，数字逻辑电路或门的输出分两路，一路直接输出+5V，另一路通过二极管D1输出两路保护信号PS1、PS2；所述的过压保护和du/dt保护电路接收来自IGBT的集电极C的反馈信号，当IGBT承受电压过高时，或者IGBT承受电压上升过快时，产生保护信号PS1、PS2，将保护信号PS1、PS2送往脉冲信号接收和整理电路和电流放大电路，启动保护动作，保护IGBT。
7.根据权利要求1所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于：所述的报警输出电路为由电阻R11、稳压二极管ZD6、三极管Q3和电阻R12组成的电压检测电路，电压检测电路的输出接光电耦合器U7，所述的电压检测电路中串接有报警指示灯DL1，检测供电电路的输出电压，当综合电压下降幅度超过4V时，表明电路中故障，点亮报警指示灯DL1,同时将报警信号送出。
8.根据权利要求1所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于：所述的供电电路包括有电源变换模块T1、稳压模块WY1和稳压模块WY2；所述的电源变换模块T1与交流200V电源相连，所述的电源变换模块T1的输出分为两路，其中一路通过并联的滤波电容C1、滤波电容C3、滤波电容C5输出+15V的直流电，另一路通过并联的滤波电容C2、滤波电容C4、滤波电容C6输出-9V的直流电；所述的+15V的直流电通过稳压模块WY1输出+5V的直流电；所述的-9V的直流电通过稳压模块WY2输出-5V的直流电；在稳压模块WY1的输出端具有滤波电容C7，在稳压模块WY2的输出端具有滤波电容C8。
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