CN108900109A - 一种伺服驱动器的逆变模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种伺服驱动器的逆变模块，该逆变模块包括驱动电路、分立IGBT模块与过流硬件保护电路、温度检测电路，IGBT驱动电路使PWM信号变成满足设计需求的IGBT驱动信号；分立IGBT模块完成逆变功能；过流硬件保护电路能关闭驱动信号；温度检测电路能防止产品过温损坏。采取本发明，因为驱动参数可以自己配置，所以可以自由选择IGBT的开关参数，调节出满意的dv/dt参数和死区时间，减小对系统的干扰；同时由于分立IGBT相互独立，售后维修时能更快的找到损坏点，可以有针对性改善，方便及缩短了维修周期；另外，减少了客户整机滤波模块的使用，从而缩小配电柜体积，相对降低了成本。

Description

一种伺服驱动器的逆变模块
技术领域
本发明涉及一种伺服驱动器的逆变模块。
背景技术
随着国家节能减排的推进以及电力电子器件的发展，逆变器（变频器、伺服、UPS、TPS）广泛应用于通讯信、交通、机械装备、电力系统和传动领域。伺服驱动器是一种将工频电压转换为其他频率、电压恒定的交流电，用来控制电机转矩和转速，达到精确控制的目的。伺服驱动器包括整流模块、软启动模块、滤波模块、控制模块、信号隔离模块及逆变模块，其工作原理是将交流220V经过整流电路转换为直流，之后经过软启动电路对滤波电路中的电容进行充电，控制部分（MCU）信号经过隔离后进入功率集成模块，通过控制直流电逆变为频率可调的交流电，从而控制电机运行。在逆变模块设计中最重要的是功率逆变桥的设计和选型，现在大多数厂商都采用IPM、PIM、CIB等功率集成模块做功率转换器件，这种方式具有以下不足：一是由于功率集成模块设计不是专门针对电机驱动器开发的产品，市场上大多数功率集成模块开关的dv/dt较大且不能调节，应用中会带来较大的共模干扰，造成系统工作不正常，需要额外增加滤波模块来满足客户需求，导致客户设备整机成本增加，配电柜尺寸增大；二是由于集成模块大多数一体成型，损坏后无法维修，造成售后成本高，且无法精确定位损坏原因，增加了研发失效分析的难度；三是由于功率集成模块的主要技术被垄断，市场价格较高，给企业增加了负担，且容易被竞争对手针对（集成模块厂商基本都有自己的驱动器产品）。
发明内容
本发明的目的是针对上述之不足，采用分立模块方案替代功率集成模块作为功率逆变器件，提供了一种伺服驱动器的逆变模块。
本发明采取的技术方案是：一种伺服驱动器的逆变模块，其特征在于该逆变模块包括驱动电路、分立IGBT模块与过流硬件保护电路、温度检测电路，在工作时，当伺服驱动器的控制部分（MCU）发出的PWM信号，经过光偶隔离后进入IGBT驱动电路，使PWM信号变成满足设计需求的IGBT驱动信号（包括dv/dt、死区配置和电平转换）；处理后的信号直接用来驱动分立IGBT模块完成逆变功能；正常工作中过流硬件保护电路不动作，只有发生短路时，经过采样电阻的电流超过设置的过流准位后，过流硬件保护电路会迅速保护拉低驱动电路使能管脚，关闭驱动信号，达到过流保护效果；温度检测电路是通过NTC随温度变化特性，让控制部分（MCU）实时知道产品温度，防止产品过温损坏。
所述的一种伺服驱动器的逆变模块，其特征在于其电路为：U1、U2、U3为IGBT驱动芯片，IGBT驱动信号PWMUN、PWMUP、PWMVN、PWMVP、PWMWN、PWMWP分别接到驱动芯片U1、U2、U3的第1脚、3脚；U1、U2、U3的第2脚分别对N接有电容C4、C11、C20，U3的第2脚通过电阻R22上拉D5V，设计短路闭锁时间；U1、U2、U3的第4脚接到D18V，且对N分别接有电容C6、C12、C21进行滤波；U1、U2、U3的第5脚分别对N并联接有R7/C6、R16/C13、R30/C22来配置逆变电路的死区时间；U1、U2、U3的第6/7脚短接后连接到N；D18V经过R1、D1后连接到U1的第14脚，第12、14脚之间并联电容C1、C2为U相上桥驱动提供自举电源；D18V经过R10、D4后连接到U2的第14脚，第12、14脚之间并联电容C8、C9为V相上桥驱动提供自举电源；D18V经过R20、D7后连接到U3的第14脚，第12、14脚之间并联电容C15、C16为W相上桥驱动提供自举电源；U1的第13脚经过电阻R4后连接到Q1的G脚，GUP信号经过D2、R2后又连接到U1的第13脚，Q1的G与E之间并联电容C3、电阻R5，U1的第8脚经过电阻R8后连接到Q4的G脚，GUN信号经过D3、R6后又连接到U1的第8脚，Q4的G与E之间并联电容C7、电阻R9；U2的第13脚经过电阻R13后连接到Q2的G脚，GVP信号经过D5、R11后又连接到U2的第13脚，Q2的G与E之间并联电容C10、电阻R14，U2的第8脚经过电阻R17后连接到Q5的G脚，GVN信号经过D6、R15后又连接到U2的第8脚，Q5的G与E之间并联电容C14、电阻R18；U3的第13脚经过电阻R23后连接到Q3的G脚，GWP信号经过D8、R21后又连接到U3的第13脚，Q3的G与E之间并联电容C18、电阻R25，U3的第8脚经过电阻R31后连接到Q6的G脚，GWN信号经过D9、R29后又连接到U3的第8脚，Q6的G与E之间并联电容C23、电阻R32；D5V经过电阻R26连接到U1、U2、U3的第9脚，之后经过电阻R33连接到N，构成一个电压准位；Q4、Q5、Q6的E脚都连接到N1处，之后经过采样电阻R36接到N，N1经过电阻连接到U5的第1脚，U5的第1/3脚并联电容C26，U5的第3脚对N接有电阻R40、电容C27，U5的第2脚连接到N，U5的第5脚连接到D5V，D5V与N之间接有滤波电容C25，U5的第4脚经过电阻R35连接到D5V，U5的第4脚经过电容C28连接到N，U5的第3脚经过电阻R39连接到U6的第1/2脚，并通过电阻R38连接到D5V，U6的第3脚连接到N；C24并联在母线PN上，+5V经过NTC电阻TH1、R41到GND。
采取本发明，因为驱动参数可以自己配置，所以可以自由选择IGBT的开关参数，调节出满意的dv/dt参数和死区时间，减小对系统的干扰；同时由于分立的6个IGBT相互独立，售后维修时可以更快的找到损坏点，方便及缩短了维修周期，且利于研发分析，可以更快的找到机器损坏的根本原因，针对性改善；另外，减少了客户整机滤波模块的使用，从而缩小配电柜体积，相对降低了成本。
附图说明
图1是现有技术中的伺服驱动器的控制框图。
图2是本发明的伺服驱动器的控制框图。
图3是本发明的驱动电路。
图4是本发明的分立IGBT模块与过流硬件保护电路。
图5是本发明的温度检测电路。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
参照图2，图3，图4，图5，该伺服驱动器的逆变模块包括驱动电路、分立IGBT芯片电路与过流硬件保护电路、温度检测电路，在工作时，当伺服驱动器的控制部分（MCU）发出的PWM信号，经过光偶隔离后进入IGBT驱动电路，使PWM信号变成满足设计需求的IGBT驱动信号，包括dv/dt、死区配置和电平转换等功能；处理后的信号直接用来驱动分立IGBT模块完成逆变功能；正常工作中过流硬件保护电路不动作，只有发生短路时，经过采样电阻R36的电流超过设置的过流准位后，过流硬件保护电路会迅速保护拉低驱动电路使能管脚，关闭驱动信号，达到过流保护效果。温度检测电路是通过NTC随温度变化特性，让控制部分（MCU）实时知道产品温度，防止产品过温损坏。
在驱动电路中，U1、U2、U3为IGBT驱动芯片，IGBT驱动信号PWMUN、PWMUP、PWMVN、PWMVP、PWMWN、PWMWP分别接到驱动芯片U1、U2、U3的第1脚、3脚；U1、U2、U3的第2脚分别对N接有电容C4、C11、C20，U3的第2脚通过电阻R22上拉D5V，设计短路闭锁时间；U1、U2、U3的第4脚接到D18V，且对N分别接有电容C6、C12、C21进行滤波；U1、U2、U3的第5脚分别对N并联接有R7/C6、R16/C13、R30/C22来配置逆变电路的死区时间；U1、U2、U3的第6/7脚短接后连接到N；D18V经过R1、D1后连接到U1的第14脚，第12、14脚之间并联电容C1、C2为U相上桥驱动提供自举电源；D18V经过R10、D4后连接到U2的第14脚，第12、14脚之间并联电容C8、C9为V相上桥驱动提供自举电源；D18V经过R20、D7后连接到U3的第14脚，第12、14脚之间并联电容C15、C16为W相上桥驱动提供自举电源；U1的第13脚经过电阻R4后连接到Q1的G脚，GUP信号经过D2、R2后又连接到U1的第13脚，Q1的G与E之间并联电容C3、电阻R5，U1的第8脚经过电阻R8后连接到Q4的G脚，GUN信号经过D3、R6后又连接到U1的第8脚，Q4的G与E之间并联电容C7、电阻R9；U2的第13脚经过电阻R13后连接到Q2的G脚，GVP信号经过D5、R11后又连接到U2的第13脚，Q2的G与E之间并联电容C10、电阻R14，U2的第8脚经过电阻R17后连接到Q5的G脚，GVN信号经过D6、R15后又连接到U2的第8脚，Q5的G与E之间并联电容C14、电阻R18；U3的第13脚经过电阻R23后连接到Q3的G脚，GWP信号经过D8、R21后又连接到U3的第13脚，Q3的G与E之间并联电容C18、电阻R25，U3的第8脚经过电阻R31后连接到Q6的G脚，GWN信号经过D9、R29后又连接到U3的第8脚，Q6的G与E之间并联电容C23、电阻R32；通过调节此部分电路参数可以灵活改变IGBT开通、关断时的dv/dt和di/dt，从根本上降低干扰产生，减少客户系统额外增加的滤波模块。
在分立IGBT芯片电路与过流硬件保护电路中，D5V经过电阻R26连接到U1、U2、U3的第9脚，之后经过电阻R33连接到N，构成一个电压准位；Q4、Q5、Q6的E脚都连接到N1处，之后经过采样电阻R36接到N，N1经过电阻连接到U5的第1脚，U5的第1/3脚并联电容C26，U5的第3脚对N接有电阻R40、电容C27，U5的第2脚连接到N，U5的第5脚连接到D5V，D5V与N之间接有滤波电容C25，U5的第4脚经过电阻R35连接到D5V，U5的第4脚经过电容C28连接到N，U5的第3脚经过电阻R39连接到U6的第1/2脚，并通过电阻R38连接到D5V，U6的第3脚连接到N，此部分构成了过流准位设置电路，通过调节此部分参数可以灵活调整IGBT过流准位，适合不同额定电流的分立IGBT；C24为Snubber电容，并联在母线PN上，滤除IGBT开关产生的高频噪声。
在温度检测电路中，+5V经过NTC电阻TH1、R41到GND，通过NTC随温度的变化导致的电压变化来让MCU实时了解驱动器温度。

Claims (2)

1.一种伺服驱动器的逆变模块，其特征在于该逆变模块包括驱动电路、分立IGBT模块与过流硬件保护电路、温度检测电路，在工作时，当伺服驱动器的控制部分（MCU）发出的PWM信号，经过光偶隔离后进入IGBT驱动电路，使PWM信号变成满足设计需求的IGBT驱动信号（包括dv/dt、死区配置和电平转换）；处理后的信号直接用来驱动分立IGBT模块完成逆变功能；正常工作中过流硬件保护电路不动作，只有发生短路时，经过采样电阻的电流超过设置的过流准位后，过流硬件保护电路会迅速保护拉低驱动电路使能管脚，关闭驱动信号，达到过流保护效果；温度检测电路是通过NTC随温度变化特性，让控制部分（MCU）实时知道产品温度，防止产品过温损坏。
2.根据权利要求1所述的一种伺服驱动器的逆变模块，其特征在于其电路为：U1、U2、U3为IGBT驱动芯片，IGBT驱动信号PWMUN、PWMUP、PWMVN、PWMVP、PWMWN、PWMWP分别接到驱动芯片U1、U2、U3的第1脚、3脚；U1、U2、U3的第2脚分别对N接有电容C4、C11、C20，U3的第2脚通过电阻R22上拉D5V，设计短路闭锁时间；U1、U2、U3的第4脚接到D18V，且对N分别接有电容C6、C12、C21进行滤波；U1、U2、U3的第5脚分别对N并联接有R7/C6、R16/C13、R30/C22来配置逆变电路的死区时间；U1、U2、U3的第6/7脚短接后连接到N；D18V经过R1、D1后连接到U1的第14脚，第12、14脚之间并联电容C1、C2为U相上桥驱动提供自举电源；D18V经过R10、D4后连接到U2的第14脚，第12、14脚之间并联电容C8、C9为V相上桥驱动提供自举电源；D18V经过R20、D7后连接到U3的第14脚，第12、14脚之间并联电容C15、C16为W相上桥驱动提供自举电源；U1的第13脚经过电阻R4后连接到Q1的G脚，GUP信号经过D2、R2后又连接到U1的第13脚，Q1的G与E之间并联电容C3、电阻R5，U1的第8脚经过电阻R8后连接到Q4的G脚，GUN信号经过D3、R6后又连接到U1的第8脚，Q4的G与E之间并联电容C7、电阻R9；U2的第13脚经过电阻R13后连接到Q2的G脚，GVP信号经过D5、R11后又连接到U2的第13脚，Q2的G与E之间并联电容C10、电阻R14，U2的第8脚经过电阻R17后连接到Q5的G脚，GVN信号经过D6、R15后又连接到U2的第8脚，Q5的G与E之间并联电容C14、电阻R18；U3的第13脚经过电阻R23后连接到Q3的G脚，GWP信号经过D8、R21后又连接到U3的第13脚，Q3的G与E之间并联电容C18、电阻R25，U3的第8脚经过电阻R31后连接到Q6的G脚，GWN信号经过D9、R29后又连接到U3的第8脚，Q6的G与E之间并联电容C23、电阻R32；D5V经过电阻R26连接到U1、U2、U3的第9脚，之后经过电阻R33连接到N，构成一个电压准位；Q4、Q5、Q6的E脚都连接到N1处，之后经过采样电阻R36接到N，N1经过电阻连接到U5的第1脚，U5的第1/3脚并联电容C26，U5的第3脚对N接有电阻R40、电容C27，U5的第2脚连接到N，U5的第5脚连接到D5V，D5V与N之间接有滤波电容C25，U5的第4脚经过电阻R35连接到D5V，U5的第4脚经过电容C28连接到N，U5的第3脚经过电阻R39连接到U6的第1/2脚，并通过电阻R38连接到D5V，U6的第3脚连接到N；C24并联在母线PN上，+5V经过NTC电阻TH1、R41到GND。
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