CN108471231A - 一种用于吸收反向电动势的吸收装置 - Google Patents

一种用于吸收反向电动势的吸收装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于吸收反向电动势的吸收装置,包括IGBT模块、功率电阻、电压采样电路、控制及驱动电路,IGBT模块的栅极与控制及驱动电路的输出端连接,IGBT模块的集电极串接功率电阻,IGBT模块的发射极与线圈的一端电连接,功率电阻的另一端与线圈的另一端电连接;电压采样电路的输出端与控制及驱动电路的输入端连接。本发明通过控制及驱动电路控制IGBT模块导通,利用功率电阻吸收消耗反向电动势,在吸收反向电动势的过程中不会致使IGBT模块和功率电阻损坏,从而延长了一种用于吸收反向电动势的吸收装置的使用寿命。

Description

一种用于吸收反向电动势的吸收装置
技术领域
[0001] 本发明涉及电动机反向电动势吸收领域,尤其涉及一种用于吸收反向电动势的吸 收装置。
背景技术
[0002] 通常情况下,在电能和磁能转化的具有感性负载的设备中,在通、断电瞬间均会产 生反向电动势,尤其在断电瞬间电流的改变量和磁通量的变化率很大,时间很短,会产生很 高的反向电动势,而损坏供电设备中的电子元器件。
[0003] 目前,克服反向电动势最简单的方法,是在线圈两端反向并联一只二极管,当产生 反向电动势时电流通过二级管释放,即:将磁能转化为电能再将电能转化为热能消耗掉。但 此种方法,在会产生很高反向电动势的大功率电动机上应用,二极管极容易烧坏。
[0004] 有鉴于此,有必要对现有技术中的二极管予以改进,以解决上述问题。
发明内容
[0005]本发明的目的在于提供一种用于吸收电动机在断电瞬间所产生的反向电动势的 一种用于吸收反向电动势的吸收装置。
[0006] 为实现上述目的,本发明提供了一种用于吸收反向电动势的吸收装置,包括:IGBT 模块、功率电阻、电压采样电路、控制及驱动电路,所述IGBT模块的栅极与控制及驱动电路 的输出端连接,所述IGBT模块的集电极串接功率电阻,所述IGBT模块的发射极与线圈的一 端电连接,所述功率电阻的另一端与线圈的另一端电连接;所述电压采样电路的输出端与 控制及驱动电路的输入端连接; 所述电压采样电路用于采集、处理线圈两端的电压值,并向控制及驱动电路输出处理 后的低电平信号或高电平信号; 所述控制及驱动电路用于接收电压采样电路输出的高电平信号或低电平信号,所述控 制及驱动电路还用于驱动IGBT模块导通。
[0007]作为本发明的进一步改进,还包括定时电路,该定时电路用于计时结束后驱动 IGBT模块截止; 所述定时电路的输入端接收电压采样电路输出的低电平信号或高电平信号,所述定时 电路接收到高电平信号的瞬间,定时电路开始计时。
[0008]作为本发明的进一步改进,还包括供电电路,该供电电路用于向采样控制系统提 供电能。
[0009]作为本发明的进一步改进,所述供电电路包括变换器,该变换器的输入端与位于 电机输入端的滤波电路输出端连接,所述变换器的输出端与采样控制系统中各电路的电源 端电连接。
[0010]作为本发明的进一步改进,电压采样电路包括:运算放大器U1A、运算放大器U1B、 电阻R2、电阻似2、电阻册、基准源U2,运算放大器U1A的正电源端接供电电路的正输出,运算 放大器U1A的负电源端接供电电路的负输出;供电电路的正输出依序串接电阻R1、基准源U2 后与供电电路的负输出电连接,基准源U2输出基准电压至运算放大器U1A的反相输入端;线 圈的首引线串接电阻R2、电阻R22后与运算放大器U1A的正相输入端电连接,线圈的尾引线 串接电阻R6后与运算放大器U1A的正相输入端电连接; 运算放大器U1A的输出端与运算放大器U1B的反相输入端电连接,运算放大器U1B的正 相输入端接基准源U2的输出端,运算放大器U1B的输出端接定时电路或控制及驱动电路。 [0011]作为本发明的进一步改进,定时电路包括定时器U4、三极管Q1、二极管D3、电阻 R14、电阻R10、继电器J,三极管Q1的基极接电阻R14后与定时器U4的13引脚电连接,三极管 Q1的集电极接二极管D3的正极,二极管D3的负极接定时器U4的16引脚,定时器U4的16引脚 外接电源,定时器U4的8引脚接地,继电器J并接于二极管D3的两端,三极管Q1的集电极与地 之间还连接电阻R10。
[0012] 作为本发明的进一步改进,控制及驱动电路包括运算放大器U2A、IGBT驱动芯片 U3,运算放大器U2A负输入端接基准源U2输出基准电压,运算放大器U2A的正输入接运算放 大器U1A的输出端,运算放大器U2A的正电源端接电源,运算放大器U2A的负电源端接地,运 算放大器U2A的输出端接IGBT驱动芯片U3的输入端,IGBT驱动芯片U3的输出端接IGBT模块 的栅极。
[0013]与现有技术相比,本发明的有益效果是:本发明通过控制及驱动电路控制IGBT模 块导通,利用功率电阻吸收消耗反向电动势,在吸收反向电动势的过程中不会致使IGBT模 块和功率电阻损坏,从而延长了一种用于吸收反向电动势的吸收装置的使用寿命。
附图说明
[0014]图1为电动机与一种用于吸收反向电动势的吸收装置连接的结构框图。
[0015]图2为采样放大电路的电路示意图。
[0016]图3为控制及驱动电路的电路示意图。
[0017]图4为定时电路的电路示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明,但应当说明的是,这些 实施方式并非对本发明的限制,本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、 或者结构上的等效变换或替代,均属于本发明的保护范围之内。
[0019]为了克服二极管释放反向电动势时,会极容易烧坏二极管这一缺陷,本实施例提 供了一种用于吸收反向电动势的吸收装置,包括:IGBT模块、功率电阻以及采样控制系统, IGBT模块的栅极与采样控制系统的输出端连接,IGBT模块的集电极串接功率电阻,IGBT模 块的发射极与线圈的一端电连接,功率电阻的另一端与线圈的另一端电连接;采样控制系 统的输入端用于采集线圈两端的电压。采样控制系统用于采集电动机线圈两端的反向电动 势,并为击穿IGBT模块提供高电平。本实施例的反向电动势可实时吸收线圈两端的反向电 动势。
[0020]为了便于定时吸收反向电动势,本实施例还可以在采样控制系统中设置极限电 压,当反向电动势的电压达到极限电压后,采样控制系统才为击穿IGBT模块提供一个高电 平,IGBT模块控制功率电阻吸收反向电动势。
[0021]本实施例的采样控制系统可以是任何现有的采样单元,只要能实现对线圈两端反 向电动势的采集、处理、控制IGBT模块的击穿与截止等功能的任何采样控制单元,都能在本 实施例中使用。本实施例的采样控制系统优选包括:电压采样电路、控制及驱动电路,电压 采样电路的输出端与控制及驱动电路的输入端连接,控制及驱动电路的输出端与IGBT模块 电连接;电压采样电路用于采集、处理线圈两端的电压值,并向定时电路、控制及驱动电路 输出处理后的低电平信号或高电平信号;控制及驱动电路用于接收电压采样电路输出的高 电平信号或低电平信号,控制及驱动电路还用于驱动IGBT模块导通。
[0022]反向电动势吸收完之后,IGBT模块需要截止,使得功率电阻不再吸收反向电动势, 本实施例的采样控制系统还包括定时电路,该定时电路用于计时结束后驱动IGBT模块截 止; 定时电路的输入端接收电压采样电路输出的低电平信号或高电平信号,定时电路接收 到高电平信号的瞬间,定时电路开始计时。该定时电路可以采用现有己知的任何定时电路 形式,只要能完成定时功能即可。
[0023] 本实施例的采样控制系统可以单独配备一个电源,也可以在电机供电电路中取 电。无论采用何种供电方式,该采样控制系统都需要一个供电电路,供电电路用于向采样控 制系统提供电能,供电电路的输出端与采样控制系统的电源端电连接。优选供电电路包括 辅助变换器,该辅助变换器的输入端与位于电机输入端的滤波电路输出端连接,辅助变换 器的输出端与采样控制系统中各电路的电源端电连接。
[0024] 本实施例通过采样控制系统控制IGBT模块导通,利用功率电阻吸收消耗反向电动 势,在吸收反向电动势的过程中不会致使IGBT模块和功率电阻损坏,从而延长了一种用于 吸收反向电动势的吸收装置的使用寿命。
[0025] 请参图1所示,图1为电动机与一种用于吸收反向电动势的吸收装置连接的结构框 图。配合图1,详细描述一种用于吸收反向电动势的吸收装置的工作原理:直流电经EMI滤波 电路供给主电源变换器,使其输出满足电机工作的直流电源。在电机停转(尤其是急停)时, 会产生很高的反向电动势,造成主变换器过压保护。采用本实施方式中的一种用于吸收反 向电动势的吸收装置后,当电机输入端正常供电时,辅助变换器在EMI滤波电路的后级取 电,通过辅助变换器输出直流15V电压供给电压采样放大电路、定时电路和控制及驱动电 路,功率电阻和IGBT模块并联于主供电回路母线上。当电机两端产生反向电动势后,电压采 样放大电路输出高电平信号(15V)至定时电路和控制及驱动电路,定时电路开始计时,控制 及驱动电路驱动IGBT模块导通并利用功率电阻消耗反向电动势能量,定时电路计时到达设 定时间后IGBT模块截止,从而保证主电源变换器正常工作。
[0026]在本实施方式中,采样放大电路的电路示意图如图2所示,其中,采样放大电路至 少包括:运算放大器U1A、运算放大器U1B、电阻R2、电阻R22、电阻肪、基准源U2,运算放大器 U1A的正电源端接供电电路的正输出,运算放大器U1A的负电源端接供电电路的负输出;供 电电路的正输出依序串接电阻R1、基准源U2后与供电电路的负输出电连接,基准源U2输出 基准电压至运算放大器U1A的反相输入端;线圈的首引线串接电阻R2、电阻R22后与运算放 大器U1A的正相输入端电连接,线圈的尾引线串接电阻R6后与运算放大器U1A的正相输入端 电连接;运算放大器U1A的输出端与运算放大器U1B的反相输入端电连接,运算放大器U1B的 正相鈿入‘接基准源U2的输出端,运算放大器U1B的输出端接定时电路或控制及驱动电路。 基准源U2优选精密可调基准源,型号TL431,封装型式S0T-89。
[0027]其中,辅助变换器输出的直流MV,给运算放大器U1A的8脚(VCC)和4(GND)脚供电; 经电阻R1给基准源U2供电,基准源输出Vref电压(2.5V)至运算放大器U1A的2脚、运算放大 器U1B的5脚和运算放大器U2A的3脚,同时给IGBT驱动芯片U3供电。主功率变换输出的直流 电压经VO+、GNG采样,经电阻R2、电阻R22和电阻R6、电阻R6* (电阻R6*可设定电压值)分压送 至运算放大器U1A的3脚。当电机产生反向电动势其电压值高于设定值时,运算放大器U1A的 3脚将高于2脚电压,使1脚输出高电平信号至运算放大器U1B的6脚和U2A的5脚,运算放大器 U1B的7脚输出的低电平信号经电阻R9至定时器U4的12脚,定时器U4开始定时。IGBT驱动芯 片U3型号IXDDei4C,封装型式TO_22〇。定时器U4的型号为HCF4060M013TR,封装型式S0-16。 [0028] 在本实施方式中,控制及驱动电路的电路示意图如图3所示,该控制及驱动电路至 少包括:运算放大器U2A、IGBT驱动芯片U3,运算放大器U2A负输入端接基准源U2以输出基准 电压,运算放大器U2A的正输入接运算放大器U1A的输出端,运算放大器U2A的正电源端接电 源,运算放大器U2A的负电源端接地,运算放大器U2A的输出端接IGBT驱动芯片U3的输入端, IGBT驱动芯片U3的输出端接IGBT模块的栅极。
[0029]控制及驱动电路的工作原理是:运算放大器U2A的3脚收到高信号使1脚输出高信 号至IGBT驱动芯片U3的4脚(输入端),2脚(输出端)输出信号让IGBT模块导通,经功率电阻R 吸收电机产生的高于设定值的反向电动势。
[0030] 在本实施方式中,定时电路的结构示意图如图4所示,该定时电路至少包括定时器 U4、三极管Q1、二极管D3、电阻R14、电阻R10、继电器J,三极管Q1的基极接电阻R14后与定时 器U4的13引脚电连接,三极管Q1的集电极接二极管D3的正极,二极管D3的负极接定时器U4 的16引脚,定时器U4的16引脚外接电源,定时器U4的8引脚接地,继电器J并接于二极管D3的 两端,三极管Q1的集电极与地之间还连接电阻R10。
[0031] 定时电路的工作原理是:定时器U4的16脚接收到低电平信号,8脚输出高信号使三 极管Q1导通,继电器线包J得电其常开触电闭合,让一种用于吸收反向电动势的吸收装置状 态锁定。电阻R4、电阻R5、电容C1组成定时电路可设定锁定时间,当达到设定时间后13脚输 出低信号使得Q1截止,继电器触电断开自锁状态解除,一种用于吸收反向电动势的吸收装 置与母线电源断开。电阻R2、电阻R22和电阻R6、电阻R6*继续检测母线电压直到下一次出现 高于设定值的方向电动势电压。
[0032] 本实施方式的一种用于吸收反向电动势的吸收装置在吸收反向电动势时,通过调 节电阻R6*的阻值,使采样控制系统的极限电压可调;通过调节定时器U4的时间,使得功率 表电阻吸收反向电动势的时间可调。同时,由于极限电压可调,本实施方式的一种用于吸收 反向电动势的吸收装置可以在大功率电机供电系统中大量使用,产品电性能稳定且可靠性 尚。
[0033]上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说 明,它们并非用以限制本发明的保护范围,凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式 或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
[0034] 对于本领域技术人员而言,显然本发明不限于上述示范性实施例的细节,而且在 不背离本发明的精神或基本特征的情况下,能够以其他的具体形式实现本发明。因此,无论 从哪一点来看,均应将实施例看作是示范性的,而且是非限制性的,本发明的范围由所附权 利要求而不是上述说明限定,因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有 变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。 [0035]此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包 含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当 将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员 可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种用于吸收反向电动势的吸收装置,其特征在于,包括:IGBT模块、功率电阻、电压 采样电路、控制及驱动电路,所述IGBT模块的栅极与控制及驱动电路的输出端连接,所述 IGBT模块的集电极串接功率电阻,所述IGBT模块的发射极与线圈的一端电连接,所述功率 电阻的另一端与线圈的另一端电连接;所述电压采样电路的输出端与控制及驱动电路的输 入端连接; 所述电压采样电路用于采集、处理线圈两端的电压值,并向控制及驱动电路输出处理 后的低电平信号或高电平信号; 所述控制及驱动电路用于接收电压采样电路输出的高电平信号或低电平信号,所述控 制及驱动电路还用于驱动IGBT模块导通。
2.如权利要求1所述的一种用于吸收反向电动势的吸收装置,其特征在于,还包括定时 电路,该定时电路用于计时结束后驱动IGBT模块截止; 所述定时电路的输入端接收电压采样电路输出的低电平信号或高电平信号,所述定时 电路接收到高电平信号的瞬间,定时电路开始计时。
3. 如权利要求1或2所述的一种用于吸收反向电动势的吸收装置,其特征在于,还包括 供电电路,该供电电路用于向采样控制系统提供电能。
4. 如权利要求3所述的一种用于吸收反向电动势的吸收装置,其特征在于,所述供电电 路包括变换器,该变换器的输入端与位于电机输入端的滤波电路输出端连接,所述变换器 的输出端与采样控制系统中各电路的电源端电连接。
5. 如权利要求3所述的一种用于吸收反向电动势的吸收装置,其特征在于,电压采样电 路包括:运算放大器U1A、运算放大器U1B、电阻R2、电阻R22、电阻R6、基准源U2,运算放大器 U1A的正电源端接供电电路的正输出,运算放大器U1A的负电源端接供电电路的负输出;供 电电路的正输出依序串接电阻R1、基准源U2后与供电电路的负输出电连接,基准源U2输出 基准电压至运算放大器U1A的反相输入端;线圈的首引线串接电阻R2、电阻R22后与运算放 大器U1A的正相输入端电连接,线圈的尾引线串接电阻R6后与运算放大器U1A的正相输入端 电连接; 运算放大器U1A的输出端与运算放大器U1B的反相输入端电连接,运算放大器U1B的正 相输入端接基准源U2的输出端,运算放大器U1B的输出端接定时电路或控制及驱动电路。
6. 如权利要求2所述的一种用于吸收反向电动势的吸收装置,其特征在于,定时电路包 括定时器U4、三极管Q1、二极管D3、电阻R14、电阻R10、继电器J,三极管Q1的基极接电阻R14 后与定时器U4的13引脚电连接,三极管Q1的集电极接二极管D3的正极,二极管D3的负极接 定时器U4的16引脚,定时器U4的16引脚外接电源,定时器U4的8引脚接地,继电器J并接于二 极管D3的两端,三极管Q1的集电极与地之间还连接电阻Rl〇。
7. 如权利要求5所述的一种用于吸收反向电动势的吸收装置,其特征在于,控制及驱动 电路包括运算放大器U2A、IGBT驱动芯片U3,运算放大器U2A负输入端接基准源U2输出基准 电压,运算放大器U2A的正输入接运算放大器U1A的输出端,运算放大器U2A的正电源端接电 源,运算放大器U2A的负电源端接地,运算放大器U2A的输出端接IGBT驱动芯片U3的输入端, IGBT驱动芯片U3的输出端接IGBT模块的栅极。
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