CN108768143A - 一种下半桥及制动igbt驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种IGBT驱动电路，尤其是涉及一种下半桥及制动IGBT驱动电路，包括下半桥驱动电路以及制动IGBT驱动电路，所述下半桥驱动电路以及制动IGBT驱动电路同时与一个型号为acpl‑332j的驱动芯片连接，驱动芯片输入端连接一个输入外围电路。因此，本发明具有如下优点：1、高效节能、兼容性强；2、国内行业同规格产品中体积最小；3、手机APP调试；4、远程监控及云端数据存储。

Description

一种下半桥及制动IGBT驱动电路
技术领域
本发明涉及一种IGBT驱动电路，尤其是涉及一种用于一体化电梯变频器的下半桥及制动IGBT驱动电路。
背景技术
电梯变频器包括用于电梯轿厢升降运动驱动控制的电梯专用变频器和用于电梯轿门开关运动驱动控制的门机变频器。由于电梯所使用的门机变频器价值量和总体市场规模小、技术含量相对较低，一般电梯变频器主要指电梯专用变频器。因此，以下分析主要针对电梯专用变频器来展开，不再包含电梯用的门机变频器。
电梯作为特种设备，要求运行稳定、安全、舒适、高效。由于变频器具有精确的调速控制和节能功能，在电梯中得到了广泛应用，除液压梯和部分自动扶梯外，绝大部分电梯均采用了变频器以实现调速控制功能。
电梯变频器产品下游市场具有唯一性，电梯变频器行业需求状况和电梯行业的需求状况紧密相关。首先，我国巨大的人口数量和城市化进程将长期持续保持对新增电梯的巨大需求；其次，以往和当前城市化进程中不断积累起的巨大电梯存量将推动电梯维修改造市场的需求，而且我国经济平稳较快发展、人民生活水平提高以及人口老龄化等因素，使得建筑物加装电梯作为代步工具成为趋势。目前，我国变频器市场中内资品牌企业占据了约24％左右的市场份额，其他76％左右的市场份额仍由外资品牌占据。
上述因素将为电梯控制成套系统带来广阔的市场前景。
然后，由于电梯的运行直接与人的乘坐舒适感相联系，因此对电梯变频器调速控制的性能要求较高。电梯变频器作为变频器中的高端产品，一般不采用普通变频器的V/F变频控制技术，通常采用了闭环矢量控制和直接力矩控制的技术。随着电梯技术的不断发展和节能需求的提高，国外电梯变频技术又逐步发展到了四象限双PWM调制技术。应用该技术的电梯变频器能够实现能量的双向流动，当电梯满载上行时，电动机处于电动状态；当电梯满载下降时，电动机处于发电
状态，将势能转化成电能回馈给电网。
电梯变频器的控制技术基于通用的闭环矢量控制型变频器，但针对于电梯运行特性、乘坐舒适感和安全的需求，又显现其独特的专业性特征，要求相关技术开发和生产企业具有深厚的电梯行业底蕴。控制驱动一体化技术是目前电梯变频技术的新应用趋势之一，即将电梯信号控制功能与驱动控制功能集成于同一微机控制板上，采用这一技术的电梯变频器称为一体化电梯驱动控制器。由于一体化电梯驱动控制器的控制驱动性能匹配度高，电梯的运行性能更为出色，还能大大降低电梯整机厂商的制造成本，因此一体化电梯驱动控制器已经被越来越多的整机厂商认可并配套使用。相对于工业化国家来说，我国变频器行业起步比较晚，到20世纪90年代初，国内企业才开始认识变频器的作用，并开始尝试使用，国外的变频器产品正式涌进中国的市场。我国变频器的发展大致可以以下几个阶段：
1、变频器研制阶段。
20世纪70年代末到80年代中，主要是机械部天津电气传动所(电压型)和机械部西安电力电子技术所(电流型)，研制出产品，但可靠性差，需要完善。20世纪80年代初，大连电机厂引进了日本东芝技术，装备出产品，有一定影响。
2、通用变频器国外进口阶段
20世纪80年代中到90年代末，十多年时间主要是引进国外变频器，最早的是日本三垦SVF型和日本富士G5/P5型，北京和深圳为最早推荐的两个城市，对钢铁、石油、石化、化工、化纤、供水等行业影响较大。接着，三菱、安川、东芝、松下、明电舍、ABB、AB、西门子、丹佛斯、伦茨等相继进入中国，使通用变频器的应用更加广泛。这期间西门子、ABB、AB、罗宾康、西技来克的高压变频器有了一定的应用。中国台湾普传、辽无一厂、南自、成都佳灵、山东惠丰都研制出国产变频器。天传所和冶金自动化院研制出交-交变频装置。
3、通用和高压变频大发展阶段。
20世纪90年代末到现在是通用变频和高压变频大发展阶段。这个阶段有4个特点：
A.国外名牌全部进入中国并有部分在中国建厂；
B.压频式国产通用变频器有170多家；
C.高压变频器除国外品牌外，出现了20多家；
D.无论通用变频器或高压变频器技术都有相当大的提高，技术更臻成熟，使用领域更加广阔。
近年来，随着国内企业自主研发能力的不断提高，外资品牌在闭环矢量控制技术上的垄断被逐步打破，涌现出苏州默纳克、新时达等一些掌握了闭环矢量控制型电梯变频器核心技术的企业。这些企业在产品技术上已接近或达到国际先进水平，产品价格相对外资品牌而言也形成了一定的优势，在电梯变频器领域具备了一定的竞争实力。
现阶段，将对我国多个节能环保产业的发展推出相关优惠政策和税收方面的支持，势必对生产节能环保设备的企业带来多方面的利好。在这些设备中，变频器在节能环保方面的优势比较明显。工业中大量传动系统中都用到电机，通过变频器改变工作频率和幅度达到节能的效果，使变频器产业受益颇多。电动机使用变频器的作用就是为了调速，并降低启动电流。为了产生可变的电压和频率，该设备首先要把电源的交流电变换为直流电(DC)，这个过程叫整流。把直流电(DC)变换为交流电(AC)的装置，其科学术语为“inverter”(逆变器)。一般逆变器是把直流电源逆变为一定的固定频率和一定电压的逆变电源。对于逆变为频率可调、电压可调的逆变器我们称为变频器。变频器输出的波形是模拟正弦波，主要是用在三相异步电动机调速用，又叫变频调速器。对于主要用在仪器仪表的检测设备中的波形要求较高的可变频率逆变器，要对波形进行整理，可以输出标准的正弦波，叫变频电源。一般变频电源是变频器价格的15--20倍。
变频不是到处可以省电，有不少场合用变频并不一定能省电。作为电子电路，变频器本身也要耗电(约额定功率的3-5％)。一台1.5匹的空调自身耗电算下来也有20-30W,相当于一盏长明灯.变频器在工频下运行，具有节电功能，是事实。但是他的前提条件是：大功率并且为风机/泵类负载；装置本身具有节电功能(软件支持)；长期连续运行。这是体现节电效果的三个条件。除此之外，无所谓节不节电，没有什么意义。如果不加前提条件的说变频器工频运行节能，就是夸大或是商业炒作。知道了原委，你会巧妙的利用他为你服务。一定要注意使用场合和使用条件才好正确应用，否则就是盲从、轻信而“受骗上当”。功率因数补偿节能无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。软启动节能电机硬启动对电网造成严重的冲击，而且还会对电网容量要求过高，启动时产生的大电流和震动时对挡板和阀门的损害极大，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备和阀门的使用寿命。节省了设备的维护费用。
从理论上讲，变频器可以用在所有带有电动机的机械设备中，电动机在启动时，电流会比额定高5-6倍，不但会影响电机的使用寿命而且消耗较多的电量.系统在设计时在电机选型上会留有一定的余量，电机的速度是固定不变，但在实际使用过程中，有时要以较低或者较高的速度运行，因此进行变频改造是非常有必要的。变频器可实现电机软启动、补偿功率因素、通过改变设备输入电压频率达到节能调速的目的，而且能给设备提供过流、过压、过载等保护功能。
发明内容
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种下半桥及制动IGBT驱动电路，其特征在于，包括下半桥驱动电路以及制动IGBT驱动电路，所述下半桥驱动电路以及制动IGBT驱动电路同时与一个型号为acpl-332j的驱动芯片连接，驱动芯片输入端连接一个输入外围电路。
优选的，所述制动IGBT驱动电路包括跨接在驱动芯片14角和16角的依次并联的稳压二极管ZD22和电容C17，依次串联的电容C16和电容C20 跨接在驱动芯片11角和16角，依次串联的稳压二极管ZD26和稳压二极管 ZD1跨接驱动芯片9角和16角；电阻R16一端接电容C16和电容C20的连接节点后与驱动芯片13角连接，另一端与驱动芯片16角连接；电阻R11一端接电容C16和电容C20的连接节点后，另一端与驱动芯片16角连接。
优选的，下半桥驱动电路包括两个型号为pbss304nx的NPN晶体管，分别是晶体管QB2和晶体管QB4，所述晶体管QB2和晶体管QB4的基极对接后连接一个电阻RB3后接驱动芯片11角，晶体管QB2的发射极接电阻RA2 后与驱动芯片11角连接；电阻RA2上并联一个二极管DA2；晶体管QB2的集电极接24VN，晶体管QB2的发射极还接有电阻RAB2和电阻RB4后与晶体管QB4的集电极连接；电阻RAB2和电阻RB4的连接节点为输出，输出高低电平端跨接依次并联的电容C25、电阻R30、以及反向串联的稳压二极管ZD2 和稳压二极管ZD4。
优选的，所述输入外围电路包括跨接在驱动芯片5角和7角的依次并联的电容C23和电阻R31，驱动芯片6角和7角连接，驱动芯片5角和8角连接，并且驱动芯片7角和8角之间连接一二极管，输入负极还接有一电阻R33后与驱动芯片5角连接，输入正极接驱动芯片7角，输入负极还接有电容C119后接地，输入正极还接有电容C82后接地。
因此，本发明具有如下优点：1、高效节能、兼容性强；2、国内行业同规格产品中体积最小；3、手机APP调试；4、远程监控及云端数据存储。
附图说明
附图1是本发明下桥臂驱动与刹车驱动电路拓扑图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：首先，介绍一下本发明的具体硬件结构。
本发明电梯变频器包括IO板、以及同时与IO板连接的驱动板、电容板、板载PG卡和LCD显示面板。
其中，驱动板包括MCU芯片组，以及同时与MCU芯片连接的Enthernet 网络模块、CAN总线模块、USB模块、开关电源、检测电路模块、上电启动模块、模拟量检测模块、PIM模块、主继电器、以及IGBT驱动模块。
本发明还包括与MCU芯片连接的RSL模块、RS485网络模块、RS422网络模块、以及DB9模块；所述MCU芯片组包括MCU芯片以及与MCU芯片连接的信号复位单元、晶振单元、EEPROM存储芯片、实时时钟单元、编码信号处理单元以及风扇控制单元；Enthernet网络模块包括w5500芯片、OCU SPI通信芯片、以及对外RJ45网络接口；所述主继电器为1或3路抱闸继电器。
开关电源包括上桥驱动电路、下桥驱动电路、继电器及风扇电路、 mosfet驱动电路、变压器输出反馈电路、以及一路5v输出端；所述检测电路模块包括PIM温度检测电路、母线电压检测电路、母线电流检测电路、启动继电器状态检测电路、制动检测电路、U/V/W电流检测电路以及短路检测电路；上电启动模块包括启动电阻以及与启动电阻连接的继电器；所述 PIM模块包括三相整流电路、三相逆变电路、以及制动电路；所述IGBT驱动模块包括上半桥驱动电路、下半桥驱动电路以及制动IGBT驱动电路。
上半桥驱动电路包括一个型号为ACPL-W341的光耦以及通过外围电路与光耦连接的稳压子电路，所述稳压子电路包括两个型号为pbss304nx的 NPN晶体管，分别是晶体管QB1和晶体管QB3，所述晶体管QB1和晶体管QB3 的基极对接后连接一个电阻RB1后与光耦连接，晶体管QB1的发射极接电阻RA1后与电阻RB1连接后与光耦连接；电阻RA1上并联一个二极管DA1；晶体管QB1的集电极与光耦连接，晶体管QB1的发射极还接有电阻RAB1；晶体管QB1的集电极接电阻RB2后与电阻RAB1并联后输出；所述外围单路包括极性电容E13、两个串联的电容C22和电容C26、依次串联的电阻R23 和稳压二极管ZD5；所述极性电容E13、电容C26和稳压二极管ZD5并联后接光耦，电容C22和电阻R23与晶体管QB1集电极连接后接光耦；输出高电平和低电平两端跨接电阻R24、电容C24以及两个反向串联的稳压二极管 ZD3和稳压二极管ZD6。
如图1所示，下半桥驱动电路以及制动IGBT驱动电路同时与一个型号为acpl-332j的驱动芯片连接，驱动芯片输入端连接一个输入外围电路；所述制动IGBT驱动电路包括跨接在驱动芯片14角和16角的依次并联的稳压二极管ZD22和电容C17，依次串联的电容C16和电容C20跨接在驱动芯片11角和16角，依次串联的稳压二极管ZD26和稳压二极管ZD1跨接驱动芯片9角和16角；电阻R16一端接电容C16和电容C20的连接节点后与驱动芯片13角连接，另一端与驱动芯片16角连接；电阻R11一端接电容C16 和电容C20的连接节点后，另一端与驱动芯片16角连接。
下半桥驱动电路包括两个型号为pbss304nx的NPN晶体管，分别是晶体管QB2和晶体管QB4，所述晶体管QB2和晶体管QB4的基极对接后连接一个电阻RB3后接驱动芯片11角，晶体管QB2的发射极接电阻RA2后与驱动芯片11角连接；电阻RA2上并联一个二极管DA2；晶体管QB2的集电极接 24VN，晶体管QB2的发射极还接有电阻RAB2和电阻RB4后与晶体管QB4的集电极连接；电阻RAB2和电阻RB4的连接节点为输出，输出高低电平端跨接依次并联的电容C25、电阻R30、以及反向串联的稳压二极管ZD2和稳压二极管ZD4。输入外围电路包括跨接在驱动芯片5角和7角的依次并联的电容C23和电阻R31，驱动芯片6角和7角连接，驱动芯片5角和8角连接，并且驱动芯片7角和8角之间连接一二极管，输入负极还接有一电阻R33 后与驱动芯片5角连接，输入正极接驱动芯片7角，输入负极还接有电容 C119后接地，输入正极还接有电容C82后接地。
基于该发明技术方案，我们开发出一款高效节能、兼容性强，又不乏创新点的电梯专用变频器(以下列举部分创新点及关键技术)。
关键技术1：IGBT上桥臂驱动。
电路说明：
1、ACPL-W341具有3A最大峰值电流输出，绝缘电压达1140V，0.2us最大传导延时，同时具有低电压保护功能。该光耦一般适用于IGBT/MOSFET 驱动、交流电机直流无刷驱动、工业变频器和开关电源等。
2、上桥臂与下桥臂采用互锁的连接方式，更好地防止上下桥臂直通情况；
3、开关电源输出驱动电压为24V,经过稳压二极管作用，输出的驱动IGBT 门极电压高电平：15.8V；低电平：8.2V；
4、光耦输入10mA时，正向导通电压最大为1.95V；因为输入电压为5V, 故导通的二极管电流为I＝(5V-1.95V)/240Ω＝12.7mA；在推荐的范围 (7～16mA)内；
5、IGBT驱动电阻选取为10Ω，因为驱动光耦最大电流为 I＝(15.8V-1.15V)/10Ω≈1.5A，约为W341标称的3A的50％。
关键技术2：下桥臂驱动与刹车驱动。
电路功能：驱动下桥臂与刹车，并兼有过流保护功能；
电路说明：
1、本电路为新电路。
2、该光耦具有IGBT过流保护功能，当14脚(DESAT)的电压高于7V，而驱动输入信号为有效，则Fault输出低电平，同时以软开关的形式关闭输出信号。Fault信号采用开了集电极开路的形式，便于多路333J进行逻辑与操作。
3、下桥臂驱动的关闭与开通电压分别为-7.5V,16V。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (4)

1.一种下半桥及制动IGBT驱动电路，其特征在于，包括下半桥驱动电路以及制动IGBT驱动电路，所述下半桥驱动电路以及制动IGBT驱动电路同时与一个型号为acpl-332j的驱动芯片连接，驱动芯片输入端连接一个输入外围电路。
2.根据权利要求1所述的一种下半桥及制动IGBT驱动电路，其特征在于，所述制动IGBT驱动电路包括跨接在驱动芯片14角和16角的依次并联的稳压二极管ZD22和电容C17，依次串联的电容C16和电容C20跨接在驱动芯片11角和16角，依次串联的稳压二极管ZD26和稳压二极管ZD1跨接驱动芯片9角和16角；电阻R16一端接电容C16和电容C20的连接节点后与驱动芯片13角连接，另一端与驱动芯片16角连接；电阻R11一端接电容C16和电容C20的连接节点后，另一端与驱动芯片16角连接。
3.根据权利要求1所述的一种下半桥及制动IGBT驱动电路，其特征在于，下半桥驱动电路包括两个型号为pbss304nx的NPN晶体管，分别是晶体管QB2和晶体管QB4，所述晶体管QB2和晶体管QB4的基极对接后连接一个电阻RB3后接驱动芯片11角，晶体管QB2的发射极接电阻RA2后与驱动芯片11角连接；电阻RA2上并联一个二极管DA2；晶体管QB2的集电极接24VN，晶体管QB2的发射极还接有电阻RAB2和电阻RB4后与晶体管QB4的集电极连接；电阻RAB2和电阻RB4的连接节点为输出，输出高低电平端跨接依次并联的电容C25、电阻R30、以及反向串联的稳压二极管ZD2和稳压二极管ZD4。
4.根据权利要求3所述的一种下半桥及制动IGBT驱动电路，其特征在于，所述输入外围电路包括跨接在驱动芯片5角和7角的依次并联的电容C23和电阻R31，驱动芯片6角和7角连接，驱动芯片5角和8角连接，并且驱动芯片7角和8角之间连接一二极管，输入负极还接有一电阻R33后与驱动芯片5角连接，输入正极接驱动芯片7角，输入负极还接有电容C119后接地，输入正极还接有电容C82后接地。
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CN108539962A (zh) * 2018-04-27 2018-09-14 浙江大维高新技术股份有限公司 一种一体化电梯变频器

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