CN108631561A - 一种软硬件处理的隔离式igbt驱动反馈系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，包括依次电性连接的主控模块、驱动模块、IGBT开关模块，还包括光耦隔离检测模块，光耦隔离检测模块分别与IGBT开关模块、主控模块电性连接以检测IGBT通断信号并反馈到主控模块中；主控模块内设置有延时调节单元、波段选择单元以及软件滤波单元；主控模块将经过延时调节单元、波段选择单元以及软件滤波单元处理的IGBT通断信号与PWM信号进行比较，本设计实现有效的电气隔离，成本较低，能够对整个逆变回路进行检测，只要其中有任意一个环节出现异常，同时减少信号的误差，提高判断的准确性。
Description
技术领域
本发明涉及驱动电路领域，特别是逆变电路中IGBT驱动的反馈控制系统。
背景技术
牵引站稳压电源的核心是逆变电路，逆变电路的主要依次电性连接的主控模块、驱动模块、IGBT开关模块组成，而为了电路系统安全稳定运行，一般需要进行反馈监测；目前行业可采用以下的方法：
电阻式隔离反馈电路，通过运放比较器对电压进行比较，把该信号反馈到主控进行判断处理，该方式在于电阻占布板面积，且无法实现真正的电气隔离，较容易从驱动高压侧把干扰信号传递进控制侧，行业内用该电路都是在整机运行前检测一段时间后就屏蔽该功能，因为实时检测会极易受干扰，从而误报故障，有其固有的缺点；
驱动模块采用自带反馈功能的芯片，目前行业内集成反馈功能的芯片还是较少不易于采购，且价格较为昂贵，应用经验不多，该芯片可把驱动芯片输出的信号反馈到主控进行判断处理，该芯片的缺点只是能够对主控模块下发的PWM信号以及驱动模块输出的驱动信号进行反馈，IGBT开关模块的实际运行情况没有进行反馈，进而无法对整个驱动回路进行判断。
同时，后来行业里面也会尝试使用光耦隔离检测的方式，但是主控模块在只会在开机的一端时间内进行检测判断，这是因为在实际的应用过程中使用会存在一些问题：
其他线路的IGBT开关模块的开通或关断时刻产生的干扰信号，影响本检测线路中光电耦合器发光器的导通或关断；
实际应用时，IGBT开关模块在关断时刻，光电耦合器的发光器往往由于干扰信号而导致误导通现象，使得检测结果不准确；
实际硬件电路与理想电路相比较存在信号延迟，PWM信号的时间较窄，则无法保持光电耦合器的正常开通或关断
由于开机的一端时间内进行检测判断，只而在运行过程中假若逆变电路出现故障，主控模块无法得知，另外，主控模块的软件单元未做完善处理，使用过程中比较容易误触发。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种能够对完整驱动回路进行检测判断、并且误触发少的隔离式IGBT驱动反馈系统。
本发明采用的技术方案是：
一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，包括依次电性连接的主控模块、驱动模块、IGBT开关模块，主控模块输出PWM信号到驱动模块进而驱动IGBT开关模块开通或者关断运行，还包括光耦隔离检测模块，光耦隔离检测模块分别与IGBT开关模块、主控模块电性连接以检测IGBT通断信号并反馈到主控模块中；
主控模块内设置有延时调节单元、波段选择单元以及软件滤波单元；延时调节单元根据实际电路产生的滞后误差时间t1调整IGBT通断信号的，使IGBT通断信号与PWM信号匹配；
波段选择单元在IGBT通断信号上的开通时段截取预设时间长度t2的电平信号；
软件滤波单元，对IGBT通断信号进行软件滤波处理；
主控模块持续将经过延时调节单元、波段选择单元以及软件滤波单元处理的IGBT通断信号与PWM信号进行比较。
所述光耦隔离检测模块包括光电耦合器、电阻R1、电阻R2、电容C1；
光电耦合器包括发光器的正极、发光器的负极、受光器的输入极以及受光器的输出极；
电阻R1的一端与外部直流电源电性连接，电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端、发光器的正极电性连接；
电阻R2的另一端分别与电容C1的另一端、IGBT开关模块的集电极、发光器的负极电性连接；
受光器的输入极与外部直流电源电性连接，受光器的输出极接地。
所述光耦隔离检测模块还包括RC滤波模块，所述RC滤波模块分别与光耦隔离检测模块、IGBT开关模块的集电极电性连接。
所述RC滤波模块包括电阻R3以及电容C3；
电阻R3的一端分别与电容C3的一端、发光器的负极电性连接，电阻R3的另一端与IGBT开关模块的集电极电性连接；
电容C3的另一端接地。
所述光耦隔离检测模块还包括干扰隔离电路，干扰隔离电路分别与RC滤波模块、IGBT开关模块的集电极电性连接以阻碍干扰信号输入光耦隔离检测模块中。
所述干扰隔离电路包括二极管D2，所述二极管D2的正极与电阻R3的另一端电性连接，所述二极管D2的负极与IGBT开关模块的集电极电性连接。
还包括稳压管D1，该稳压管D1的阴极分别与电阻R1的一端、外部直流电源电性连接，稳压管D1的阳极分别与电阻R2的另一端、电容C1的另一端、IGBT开关模块的集电极、发光器的负极电性连接.
还包括去耦电容C2，去耦电容C2的一端分别与受光器的输入极、外部直流电源电性连接，去耦电容C2的另一端接地。
所述主控模块在每次驱动IGBT开关模块导通时将IGBT通断信号与PWM信号进行比较。
所述软件滤波单元将IGBT通断信号开通时段中小于预设时间t3的低电平信号屏蔽滤除。
本发明的有益效果：
本发明IGBT驱动反馈系统，采用光耦隔离检测模块，实现有效的电气隔离，成本较低，光耦隔离检测模块接入IGBT开关模块，能够对整个逆变回路进行检测，只要其中有任意一个环节出现异常，主控模块可以及时判断处理，排查逆变回路中的故障，主控模块持续地实时监控逆变回路的运行情况，避免故障事态扩大化,单一器件失效，可瞬速响应，保护其它器件不受损坏，减少损失，同时，延时调节单元、波段选择单元以及软件滤波单元对IGBT通断信号进行处理，减少信号的误差，提高判断的准确性。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
图1是本发明IGBT驱动反馈系统的原理图。
图2是本发明IGBT驱动反馈系统的电路示意图。
具体实施方式
如图1、图2所示，本设计软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，包括依次电性连接的主控模块1、驱动模块2、IGBT开关模块3，主控模块1输出PWM信号到驱动模块2进而驱动IGBT开关模块3开通或者关断运行，还包括光耦隔离检测模块4，光耦隔离检测模块4分别与IGBT开关模块3、主控模块1电性连接以检测IGBT通断信号并反馈到主控模块1中；
主控模块1内设置有延时调节单元5、波段选择单元6以及软件滤波单元7；延时调节单元5根据实际电路产生的滞后误差时间t1调整IGBT通断信号的，使IGBT通断信号与PWM信号匹配，此处是由于实际硬件电路与理想电路相比较会存在信号延迟，开通或关断延迟大概达到3us-7us，并且构建出来的硬件电路滞后误差时间t1是固定的，此处根据实际检测设定在3us-7us，将IGBT通断信号减去滞后误差时间t1，也就是将IGBT通断信号提前滞后误差时间t1，即可与PWM信号匹配；
波段选择单元6在IGBT通断信号上的开通时段截取预设时间长度t2的电平信号；
软件滤波单元7，对IGBT通断信号进行软件滤波处理；
主控模块1持续将经过延时调节单元5、波段选择单元6以及软件滤波单元7处理的IGBT通断信号与PWM信号进行比较。
本设计采用光耦隔离检测模块4，实现有效的电气隔离，成本较低，光耦隔离检测模块4接入IGBT开关模块3，能够对整个逆变回路进行检测，只要其中有任意一个环节出现异常，主控模块1可以及时判断处理，排查逆变回路中的故障，主控模块1持续地实时监控逆变回路的运行情况，避免故障事态扩大化,单一器件失效，可瞬速响应，保护其它器件不受损坏，减少损失，同时，延时调节单元5、波段选择单元6以及软件滤波单元7对IGBT通断信号进行处理，减少信号的误差，提高判断的准确性。
其中，在硬件的电路设计上，光耦隔离检测模块4包括光电耦合器41、电阻R1、电阻R2、电容C1；
光电耦合器41包括发光器的正极、发光器的负极、受光器的输入极以及受光器的输出极；
电阻R1的一端与外部直流电源电性连接，电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端、发光器的正极电性连接；
电阻R2的另一端分别与电容C1的另一端、IGBT开关模块3的集电极、发光器的负极电性连接；
受光器的输入极与外部直流电源电性连接，受光器的输出极接地。
光耦隔离检测模块4还包括RC滤波模块42，所述RC滤波模块42分别与光耦隔离检测模块4、IGBT开关模块3的集电极电性连接。
RC滤波模块42包括电阻R3以及电容C3，电阻R3的一端分别与电容C3的一端、发光器的负极电性连接，电阻R3的另一端与IGBT开关模块3的集电极电性连接，电容C3的另一端接地。
光耦隔离检测模块4还包括干扰隔离电路43，干扰隔离电路43分别与RC滤波模块42、IGBT开关模块3的集电极电性连接以阻碍干扰信号输入光耦隔离检测模块4中。
干扰隔离电路43包括二极管D2，所述二极管D2的正极与电阻R3的另一端电性连接，所述二极管D2的负极与IGBT开关模块3的集电极电性连接。
还包括稳压管D1，该稳压管D1的阴极分别与电阻R1的一端、外部直流电源电性连接，稳压管D1的阳极分别与电阻R2的另一端、电容C1的另一端、IGBT开关模块3的集电极、发光器的负极电性连接.
还包括去耦电容C2，去耦电容C2的一端分别与受光器的输入极、外部直流电源电性连接，去耦电容C2的另一端接地。
主控模块1控制IGBT开关模块3进行开通，PWM信号为高电平，IGBT开关模块3则处于导通状态，如图2所示，C1点电位和GND1电位几乎相等，因此光电耦合器41的发光器导通，受光器的输出端FK1输出高电平信号；
主控模块1控制IGBT开关模块3进行关断，PWM信号为低电平，则IGBT处于关断状态，C1点电位处于悬浮状态，光电耦合器41的发光器的正极L1+和负极L1-等电位，光电耦合器41的发光器不导通，受光器的输出端FK1输出低电平信号；
电阻R1、电阻R3在主要起限流作用，限制光电耦合器的发光器内流过的电流在可设定的范围内保持正常工作，而电阻R3和电容C3组成的RC滤波模块42，在IGBT开关模块3开通或关断时刻都可以滤除一些干扰信号，防止电路上的误触发信号；
电容C1、电阻R2在电路中主要起保护光电耦合器41的发光器的作用，使得光电耦合器41的发光器在关断的时刻比较安全；同时电阻R1、电阻R2组成一个上拉电路，当IGBT开关模块3关断时刻，C1点电位处于悬浮状态，因此光电耦合器41的发光器的L1-引脚处于悬浮状态，悬浮状态下引脚易容易受干扰，因此通过电阻R1、电阻R2组成一个上拉电路，当IGBT开关模块3关断时刻把L1-的引脚设定为高电平状态；
而在IGBT开关模块3关断时刻，C1点电位处于高压状态，通过二极管D2和二极管D3把C1点的高压状态与光电耦合器41的发光器的输入侧低压状态隔离；
去耦电容C2则滤除一些外部电源干扰信号，防止影响光电耦合器正常工作。
主控模块1正常工作时，主控模块1发出PWM高低电平快速变换的信号从而控制功率器件IGBT开关模块3正常工作，IGBT开关模块3在开通时刻，光电耦合器41的输出端反馈一个高电平信号，IGBT开关模块3在关断时刻，光电耦合器41的输出端反馈一个低电平信号，因此主控模块1通过发出的PWM信号与反馈IGBT通断信号，即可判断硬件回路是否正常。
而在软件控制处理上，由于在实际的应用过程中，测得IGBT开关模块3在关断时刻，因其光电耦合器41发光器的负极L1-的引脚电位是受上拉电阻固定电平的，比较容易受其它线路的IGBT开关模块3的干扰，从而光电耦合器41发光器容易误导通。
而IGBT开关模块3只在开通时刻IGBT功率器件才有存在损坏的风险，关断时刻则IGBT功率器件不会损坏，因此对判断整个电路回路是否正常工作，只在IGBT开通时刻才进行判断，关断时刻不进行判断处理因此，进一步地，主控模块1在每次驱动IGBT开关模块3导通时将IGBT通断信号与PWM信号进行比较。
由此波段选择单元6在IGBT通断信号上的开通时段截取预设时间长度t2的电平信号也是为了解决以上问题，而预设时间长度t2可以是5us-25us，主控模块在驱动IGBT开关模块3导通时进行比较相当于有效防止了IGBT开关模块3关断时可能受到的干扰，即使IGBT开关模块3关断时受到的干扰，在获知IGBT开关模块3关断时不会损坏的情况下，主控模块1无需理会IGBT开关模块3关断时IGBT通断信号到底是怎样，从而不会引起误判断，保证系统的稳定运行。
另外，提为了高系统的稳定性，避免错误信号误触发，软件滤波单元7将IGBT通断信号开通时段中小于预设时间t3的低电平信号屏蔽滤除，此处主控模块1采取的措施是不对小于预设时间t3的低电平信号进行处理，直接忽略，预设时间t3可以是3-7us。
以上所述仅为本发明的优先实施方式，本发明并不限定于上述实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，包括依次电性连接的主控模块、驱动模块、IGBT开关模块，主控模块输出PWM信号到驱动模块进而驱动IGBT开关模块开通或者关断运行，其特征在于：还包括光耦隔离检测模块，光耦隔离检测模块分别与IGBT开关模块、主控模块电性连接以检测IGBT通断信号并反馈到主控模块中；
主控模块内设置有延时调节单元、波段选择单元以及软件滤波单元；延时调节单元根据实际电路产生的滞后误差时间t1调整IGBT通断信号的，使IGBT通断信号与PWM信号匹配；
波段选择单元在IGBT通断信号上的开通时段截取预设时间长度t2的电平信号；
软件滤波单元，对IGBT通断信号进行软件滤波处理；
主控模块持续将经过延时调节单元、波段选择单元以及软件滤波单元处理的IGBT通断信号与PWM信号进行比较。
2.根据权利要求1所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：所述光耦隔离检测模块包括光电耦合器、电阻R1、电阻R2、电容C1；
光电耦合器包括发光器的正极、发光器的负极、受光器的输入极以及受光器的输出极；
电阻R1的一端与外部直流电源电性连接，电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、电容C1的一端、发光器的正极电性连接；
电阻R2的另一端分别与电容C1的另一端、IGBT开关模块的集电极、发光器的负极电性连接；
受光器的输入极与外部直流电源电性连接，受光器的输出极接地。
3.根据权利要求2所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：所述光耦隔离检测模块还包括RC滤波模块，所述RC滤波模块分别与光耦隔离检测模块、IGBT开关模块的集电极电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：所述RC滤波模块包括电阻R3以及电容C3；
电阻R3的一端分别与电容C3的一端、发光器的负极电性连接，电阻R3的另一端与IGBT开关模块的集电极电性连接；
电容C3的另一端接地。
5.根据权利要求4所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：所述光耦隔离检测模块还包括干扰隔离电路，干扰隔离电路分别与RC滤波模块、IGBT开关模块的集电极电性连接以阻碍干扰信号输入光耦隔离检测模块中。
6.根据权利要求5所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：所述干扰隔离电路包括二极管D2，所述二极管D2的正极与电阻R3的另一端电性连接，所述二极管D2的负极与IGBT开关模块的集电极电性连接。
7.根据权利要求2所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：还包括稳压管D1，该稳压管D1的阴极分别与电阻R1的一端、外部直流电源电性连接，稳压管D1的阳极分别与电阻R2 的另一端、电容C1的另一端、IGBT开关模块的集电极、发光器的负极电性连接。
8.根据权利要求2所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：还包括去耦电容C2，去耦电容C2的一端分别与受光器的输入极、外部直流电源电性连接，去耦电容C2的另一端接地。
9.根据权利要求1所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：所述主控模块在每次驱动IGBT开关模块导通时将IGBT通断信号与PWM信号进行比较。
10.根据权利要求1所述的一种软硬件处理的隔离式IGBT驱动反馈系统，其特征在于：所述软件滤波单元将IGBT通断信号开通时段中小于预设时间t3的低电平信号屏蔽滤除。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |