CN109605481B - 高速模切机电磁线圈控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种高速模切机电磁线圈控制电路，包括电源转换模块提供正电压和负电压端口；第一IGBT管用于控制第一电磁线圈，第二IGBT管用于控制第二电磁线圈，第一电磁线圈和第二电磁线圈通过IGBT管与电源形成回路；第一IGBT管驱动电路和第二IGBT驱动电路的信号输入端口输入同样的驱动信号；第一IGBT管驱动电路和第二IGBT驱动电路的信号输出端口输出正电压驱动信号或负电压驱动信号，第一IGBT管驱动电路和第二IGBT驱动电路的信号输出端口输出的信号相反；上述技术方案相对现有技术的进步。

Description

高速模切机电磁线圈控制电路

技术领域

本发明属于切割设备领域，特别涉及切割设备电机启停机的改进。

背景技术

模切机主要应用于非金属材料的压印，其通过模具通过牙龈版世家一定的压力将印纸品或纸板轧切成一定形状，其是印刷后纸制品加工成型的重要设备；模切机内部的电机电感线圈需要负载控制开关进行控制，通常负载控制器为交流接触器；当交流接触器的触点断开时由于电感线圈的自感作用，其产生的感应电压与电源电压叠加后产生较高的电压；该感应电压再交流触点之间击穿空气并产生放电，这种放电会产生较高的热量从而烧坏交流接触器。

高速磨切机可达到23000车/时，其电磁离合器线圈交流电变化率高甲流接触器接触点极易被电弧烧坏，每台设备一个月需要更换2-3个交流接触器，增加了维修成本，同时交流接触器损坏会造成机器运行、停止不可控造成很大的安全隐患。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明使用IGBT管交流接触器，使用IGBT驱动电路输出正负电压驱动信号提高IGBT管的响应速度降低其自身的功耗。

更为具体地，高速模切机电磁线圈控制电路，包括:电源转换模块、第一IGBT管、第二IGBT管、第一IGBT管驱动电路和第二IGBT管驱动电路；

电源转换模块提供正电压端口和负电压端口，所述正电压端口提供正电压，负电压端口提供负电压；

第一IGBT管用于控制第一电磁线圈，第二IGBT管用于控制第二电磁线圈，第一电磁线圈和第二电磁线圈分别通过第一IGBT管和第二IGBT管与电源形成回路；

第一IGBT管驱动电路和第二IGBT管驱动电路分别与所述正电压端口和负电压端口连接；第一、第二IGBT管驱动电路信号输入端口输入同样的控制信号；

第一IGBT管驱动电路和第二IGBT管驱动电路根据控制信号将所述正电压或负电压转换为信号输出端口输出的正电压驱动信号或负电压驱动信号；第一IGBT管驱动电路和第二IGBT管驱动电路的信号输出端口输出的信号相反。

进一步地，所述第一IGBT管驱动电路包括发射极连接的NPN型三极管和PNP型三极管，两者的发射极连接第一IGBT管驱动电路的输出端口；

PNP型三极管和NPN型三极管的集电极分别连接所述正电压和负电压端口；

所述第一IGBT管驱动电路的NPN型三极管和PNP型三极管的基极与第一电阻连接，第一电阻通过光耦模块的输出端与所述正电压端口连接；

光耦模块的输出端通过第二电阻与所述负电压端口连接。

进一步地，所述第一IGBT管的栅极通过第三电阻与所述第一IGBT管驱动电路的输出端口连接；所述第一IGBT管的栅极通过第四电阻与地端连接。

进一步地，所述第二IGBT管驱动电路包括发射极连接的NPN型三极管和PNP型三极管，两者的发射极连接第二IGBT管驱动电路的输出端口；第二IGBT管驱动电路的PNP型三极管和NPN型三极管的集电极分别连接所述正电压端口和负电压端口；

所述第二IGBT管驱动电路的NPN型三极管和PNP型三极管的基极与第五电阻连接，第五电阻通过光耦模块的输出端与所述负电压端口连接；

光耦模块的输出端通过第六电阻与所述正电压端口连接。

进一步地，所述第二IGBT管的栅极通过第七电阻与所述第二IGBT管驱动电路的输出端口连接；所述第二IGBT管的栅极通过第八电阻与地端连接。

进一步地，其特征在于，包括控制信号产生模块输出端口，控制信号产生模块输出端口与所述第一IGBT管驱动电路的光藕模块和第二IGBT管驱动电路的光藕模块的输入端连接，向所述第一IGBT管驱动电路的光藕模块和第二IGBT管驱动电路的光藕模块输入控制信号。

进一步地，所述一IGBT管驱动电路的光藕模块和第二IGBT管驱动电路的光藕模块的输入端串联控制信号状态指示发光二极管。

进一步地，所述电源转换模块的第一输入端口连接电源，第二输入端口接地；电源转换模块还包括地端口用于连接地端。

进一步地，所述第一IGBT管和第二IGBT管两端并联续流二极管。

进一步地，所述第一IGBT管集电极连接第一电磁线圈和第一发光二极管；所述第二IGBT管集电极连接第二电磁线圈和第二发光二极管。

本发明相对现有技术的有益效果在于通过IGBT管代替甲流接触器在对电磁线圈开关时不存在电火花从而避免了被烧毁的情况。同时驱动电路使用正负电压对IGBT管进行驱动，提高了其相应速度同时降低IGBT本身的发热。

附图说明

参照图1所示的模块结构示意图，其中展示了IGBT管驱动电电路模块和IGBT管的连接方式。

参照图2所示的电路结构示意图，其中展示了IGBT驱动电路和信号产生模块一种实施方式示意图。

具体实施方式

参照图1至图2 所示的电路模块示意图。本发明使用IGBT管代替交流接触器，并实用续流的方式使得电磁线圈断电后产生的高压脉冲具有释放的回路，防止其脉冲对控制器件冲击。本发明高速模切机的电磁线圈一般是指高速模切机中的需要高负载输出的电机，该电机再模切机运行过程中需要频繁的开启或停止，需要实用电磁离合对其进行刹车。

参照图1，具体地高速模切机电磁线圈控制电路10，包括电源转换模块100其连接供电电源101，该供电电源101可以为市电或蓄电池供电，提供正电压和负电压端口out+、out-，该正电压端口out+输出正电压vcc，负电压端口out-输出负电压，正压和负压端口out+、out-提供的正向电压或负向电压用于驱动IGBT管驱动电路301、302。所述IGBT管驱动电路301、302根据相应的控制信号a+或a-输出正压或负压控制信号。

第一IGBT管401用于控制第一电磁线圈501，第二IGBT管402用于控制第二电磁线圈502。在模切机正常工作第一IGBT管401常开保持第一电磁线圈501的工作状态，第二IGBT管402常关保持第二电磁线圈502的关闭状态。相反的若模切机停止工作，第一IGBT管401常闭，第二IGBT管402常开。在第一IGBT管401常开或第二IGBT管402常开时，所述第一电磁线圈501和第二电磁线圈502分别通过第一和第二IGBT管401、402与电源101形成电流回路。第一电磁线圈501的第一端连接电源101第二端连接第一IGBT管的集电极403，所述第一IGBT管的发射极404接地。

第一IGBT管包括信号输入端口in1，第二IGBT管包括信号输入端口in2，所述控制信号输入端口与信号产生模块的输出端口out3（或out4）连接用于接收控制信号。第一、第二IGBT管控制电路301、302包括负压输入端口in3、in4、in5、in6，这些负压输入端口与所述电源转换模块的负压输出端口out-连接。第一、第二IGBT管控制电路包括正电压输入端in0、in6，其与所述正电压输出端口out+连接。第一IGBT管的栅极405连接第一IGBT管404驱动电路的输出端口out1，第二IGBT管的栅极406连接第二IGBT管驱动电路的输出端口out2，第一或第二IGBT管驱动电路301、302的输出控制信号控制所述IGBT管401、402的打开或关断。所述输出端口out1、out2输出的正电压为端口in0、in6处的正电压vcc，所述输出端口out1、out2输出的负电压为端口in2、in3处的负电压。

第一IGBT管驱动电路301和第二IGBT驱动电路302的信号输入端口in1、in2输入同样的驱动信号。第一IGBT驱动电路301和第二IGBT驱动电路302的输入端in1、in2与控制信号产生模块201连接的输出端口out3（或out4）连接，信号控制产生模块201用于产生控制高速模切机启停的控制信号，信号控制模块的控制信号可与模切机的人机控制结构逻辑关联，从而实现操作人员对高速模切机的控制。

所述控制信号产生模块201产生的控制信号，包括第一信号和第二信号，第一IGBT管驱动电路301和第二IGBT管驱动电路302对输入的第一信号和第二信号执行相反的输出。输入所述第一信号时第一IGBT管驱动电路301的输出端口out1输出正电压驱动信号，同时第二IGBT管驱动电路302的输出端口out2输出负电压驱动信号；输入所述第二信号时第二IGBT管驱动电路302的输出端口out2输出正电压驱动信号，同时第一IGBT管驱动电路301的输出端口out1输出负电压驱动信号。总之，第一IGBT管驱动电路301和第二IGBT管302驱动电路的信号输出端口输出的信号相反。

第一IGBT管驱动电路301和第二IGBT管驱动电路302将信号产生模块201的驱动信号转换成对IGBT管401、402的直接驱动的驱动信号，该驱动信号为IGBT管驱动电路输入端口(in0-in6)输入的正电压或负电压，也即所述电源转换模块提供的正电压或负电压。第一IGBT管和第二IGBT管驱动电路301、302输出的负压信号使得第一、第二IGBT401、402管栅极和发射极之间具有较大的压差，大电压差下使得所述IGBT管快速关闭截止。

上述技术方案。所述IGBT管401、402在驱动信号的驱动下能够代替交流接触器避免其在空气中放电烧毁的问题；同时为了提高IGBT管的响应速度使用关闭信号负电压对其驱动，其相应速度提高降低能够降低IGBT管发热防止烧毁。

参照图2，进一步地，所述第一IGBT管驱动电路301包括NPN型三极管311和PNP型三极管312。两者的发射极连接在一起，同时两者的连接节点作为第一IGBT管驱动电路的输出端口out1。

PNP型三极管311和NPN型三极管312的集电极分别连接电源转换模块的所述正电压out+和负电压端口out-；在图中所述三极管接通时所述电源转换模块100输出端口out+、out-输出的正电压vcc或负电压作为第一IGBT管驱动电路301的输出电压。

所述NPN型三极管311和PNP型三极管312的基极与第一电阻r1连接，第一电阻r1通过光耦模块的输出端与所述正电压端口连接。更为具体地，第一电阻r1与光耦模块313输出端的发射极e1连接，光耦模块输出端的集电极c1与所述正电压端口out+连接。

光耦模块313的输出端通过第二电阻r2与所述负电压端口out-连接；更为具体地，光耦模块输出端的发射极e1与所述第二电阻r2连接，第二电阻r2与负电压端口out-连接。该光耦模块313用于隔离第一IGBT管驱动电路301与控制信号产生模块201，防止第一IGBT管驱动电路301干扰控制信号产生模块201。

在第一IGBT管驱动电路301输入端in1输入信号为第一信号时所述NPN三极管311向输出端口out1输出正电压，在第一IGBT管驱动电路输入端in1输入信号为第二信号时和PNP型三极管312向输出端口ut1输出负电压控制信号。这里所述第一信号为所述光耦模块313打开状态，第二信号为光耦模块313处于关断的状态。光耦模块313打开时，所述第一电阻r1与所述正电压端口out+连接，所述NPN型三极管311的栅极得到偏置电压，NPN型三极管311的发射极与集电极导通打开。所述PNP型三极管312关断，第一IGBT管驱动电路301的输出端口out1相当于与所述正电压端口out+连接，输出正电压。相反当光耦模块313关断时，所述PNP型三极管312的栅极通过第一电阻r1和第二电阻r2与所述负电压端口out-连接，PNP三极管312的发射极与集电极导通，NPN型三极管311关断，第一IGBT驱动电路301输出的输出端口out1相当于直接与所述负电压输出端口out-连接，输出负电压。

所述第一IGBT管的栅极通过第三电阻r3与所述第一IGBT管驱动电路301的输出端口out1连接；所述第一IGBT管的栅极405通过第四电阻r4与地端GND连接。此时如果所述第一IGBT管驱动电路301输出的电压为正电压则所述第一IGBT管401导通，若所述第一IGBT管驱动电路输出的电压为负电压则所述第一IGBT管401关断，所述负压相对地GND能够形成更大的电压差，该电压差在所述第一IGBT管401关断时能够更快速的将其栅极405的状态复位，从而提高其相应速度，降低IGBT发热功耗。

以所述正电压为+15V负电压为-15V，第三电阻r3和第四电阻r4的电阻值相等为例说明。所述第一IGBT管驱动电路301的NPN型三极管311导通时，输出端口out1输出电压约为15v，所述第一IGBT管401栅极405偏置电压约为7.5v，类似地，当所述PNP型三极管312导通时输出端口out1输出的电压约为-15v，所述IGBT管栅极偏置电压约为-7.5v。

所述第二IGBT管驱动电路302包括两个与所述第一IGBT管驱动电路相同的三极管321、322。两者的发射极连接在一起，三极管发射极的连接节点同时作为第一IGBT管驱动电路的输出端口out2；同样地，第二IGBT管驱动电路302也输出正压和负压控制信号；但输出的信号值与第一IGBT管驱动电路301相反，即第一IGBT管驱动电路301输出正向电压控制信号时，第二IGBT管驱动电路302输输出负向电压；第一IGBT管驱动电路输出负向电压时第二IGBT管驱动电路302输出正向电压。

NPN型三极管321和PNP型三极管322的集电极分别连接所述正电压和负电压端口；PNP型三极管和NPN型三极管接通时所述电源转换模块100输出端口输出的正电压vcc或负电压作为第二IGBT管驱动电路302的输出电压。

所述NPN型三极管321和PNP型三极管322的基极与第五电阻r5连接，第五电阻r5通过光耦模块323的输出端与所述负电压端口out-连接。更为具体地，第五电阻与r5光耦模块323输出端的集电极c2连接，光耦模块输出端的发射极e2与所述负电压端口out-连接。

光耦模块323的输出端通过第六电阻r6与所述正电压端口out+连接；更为具体地，光耦模块输出端的集电极c2与所述第六电阻r6连接，第六电阻r6与正电压端口out+连接。该光耦模块323用于隔离第二IGBT管323与控制信号产生模块202，防止第二IGBT管402驱动模块干扰控制信号产生模块202。

在第二IGBT管驱动电路302输入端in2输入信号为第一信号时所述PNP三极管322向输出端口out2输出负电压，在第二IGBT管驱动电路302输入端in2输入信号为第二信号时NPN型三极管321向输出端口out2输出正电压控制信号。这里所述第一信号为所述光耦模块323打开状态，第二信号为光耦模块323处于关断的状态。光耦模块323打开时，所述第五电阻r5与所述负电压端口out-连接，所述PNP型三极管322的栅极得到偏置电压，PNP型三极管322的发射极与集电极导通打开。所述NPN型三极管321关断，第二IGBT管驱动电路302的输出端口out2相当于与所述负电压端口out-连接，输出负电压。相反当光耦模块323关断时，所述NPN型三极管321的栅极通过第五电阻r5和第六电阻r6与所述正电压端口out+连接，NPN三极管321的发射极与集电极导通，PNP型三极管322关断，第二IGBT驱动电路302输出的输出端口out2相当于直接与所述正电压输出端口out+连接，输出正电压。

所述第二IGBT管的栅极通过第七电阻r7与所述第二IGBT管驱动电路的输出端口out+连接；所述IGBT管的栅极通过第八电阻r8与地端连接。此时如果所述第二IGBT管驱动电路302输出的电压为正电压则所述第二IGBT管402导通，若所述第一IGBT管驱动电路302输出的电压为负电压则所述第二IGBT管402关断，所述负压相对地能够形成更大的电压差，该电压差在所述第二IGBT管关断时能够更快速的将其栅极的状态复位，从而提高其相应速度，降低IGBT发热功耗。

以所述正电压为+15V负电压为-15V，第七电阻r7和第八电阻r8的电阻值相等为例说明。所述第二IGBT管驱动电路302的NPN型321三极管导通时，输出端口out2输出电压约为15v，所述IGBT管栅极偏置电压约为7.5v，类似地，当所述PNP型三极管322导通时输出端口out2输出的电压约为-15v，所述IGBT管栅极偏置电压约为-7.5v。

控制信号产生模块201输出端口out3、out4与所述第一IGBT管驱动电路302和第二IGBT管驱动电路的光耦模块的输入端in1、in2连接。所述控制信号产生模块201、202向两个光耦模块输入控制信号相同。当信号产生模块的输出端口out3、out4输出第一信号时即光耦模块313、323内部的led发光使得光耦模块的输出端导通，则第一IGBT管驱动地电路301输出正向电压所述第一IGBT管导通，同时第二IGBT管控制电路302输出负向电压第二IGBT管关断。相反若信号产生模块输出第二信号时即光耦模块内部的led关闭使得光耦模块的输出端关断，则第一IGBT管驱动电路301输出负向电压所述第一IGBT管关断，同时第二IGBT管驱动电路302输出正向电压第二IGBT管打开。

相应的在模切机正常工作时信号控制模块输入第一控制信号，保持第一IGBT管401控制的第一线圈501常开，此时第二IGBT控制的第二线圈502常闭。当模切机需要停止工作或刹车时，信号控制模块输入第二控制信号，保持第二IGBT管402控制的第二线圈502常开，此时第一IGBT控制的第一线圈501常闭，从而完成刹车或关闭模切机运行。

所述与第一IGBT管驱动电路301连接的控制信号产生模块201可包括处理器221和外部电路202，外部电路202包括制信号状态指示发光二极管203，该发光二极管在第一信号时发光在第二信号时熄灭，所述光耦模块313还串联一保护电阻r9。所述处理器221优选的为可编程控制器，处理器内部运行的程序控制所述不同控制信号的时序。

与第二IGBT管驱动电路连接的控制信号产生模块具有相同的结构、原理不再赘述。需要注意的是处理器221的输出端口a+、a-与第二IGBT管驱动电路的信号产生模块的端口a+、a-连接。

所述电源转换模块的第一输入端口in+连接电源，第二输入端口in-接地；电源转换模块还包括地端口com用于连接地端。所述电源可以为市电或蓄电池电源，该电源转换模块提供正向电压vcc和负向电压，电源转换模块的正电压端口out+和负电压端口out-分别与所述第一IGBT管驱动电路301和第二IGBT管驱动电路302连接。

所述第一IGBT管和第二IGBT管两端并联续流二极管421、422。续流二极管421、422用于所述IGBT管断开时形成电磁线圈501、502的放电回路。保护其他器件防止被电脉冲冲击。在所述第一IGBT管401和第二IGBT管402的集电极分别连接第一发光二极管431和第二发光二极管以及各自的保护电阻433、434，当所述第一IGBT管401和第二IGBT管402打开时，相应的指示二极管431、432发光以指示工作状态。

本发明相对现有技术的有益效果在于通过IGBT管代替甲流接触器在对电磁线圈开关时不存在电火花从而避免了被烧毁的情况。同时驱动电路使用正负电压对IGBT管进行驱动，提高了其相应速度同时降低IGBT本身的发热。

Claims (9)

1.高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，包括：

电源转换模块、第一IGBT管、第二IGBT管、第一IGBT管驱动电路和第二IGBT管驱动电路；

电源转换模块提供正电压端口和负电压端口，所述正电压端口提供正电压，负电压端口提供负电压；

第一IGBT管用于控制第一电磁线圈，第二IGBT管用于控制第二电磁线圈，第一电磁线圈

和第二电磁线圈分别通过第一IGBT管和第二IGBT管与电源形成回路；

第一IGBT管驱动电路和第二IGBT管驱动电路分别与所述正电压端口和负电压端口连接；第一、第二IGBT管驱动电路信号输入端口输入同样的控制信号；

第一IGBT管驱动电路和第二IGBT管驱动电路根据控制信号将所述正电压或负电压转换为信号输出端口输出的正电压驱动信号或负电压驱动信号；第一IGBT管驱动电路和第二

IGBT管驱动电路的信号输出端口输出的信号相反；

所述第一IGBT管驱动电路包括NPN型三极管、PNP型三极管、光耦模块、第一电阻和第二电阻；所述第一IGBT管驱动电路的NPN型三极管和PNP型三极管的基极与第一电阻连接，第一电阻与光耦模块的发射极连接 ，第一电阻通过光耦模块的发射极与所述正电压端口连接，光耦模块的发射极与第二电阻连接，第二电阻与负电压端口连接；

所述第二IGBT管驱动电路包括NPN型三极管、PNP型三极管、光耦模块、第五电阻和第六电阻；所述第二IGBT管驱动电路的NPN型三极管和PNP型三极管的基极与第五电阻连接，第五电阻与光耦模块集电极连接 ，第五电阻通过光耦模块的集电极与所述负电压端口连接，光耦模块的集电极与所述第六电阻连接，第六电阻与正电压端口连接。

2.如权利要求1所述的高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，所述第一IGBT管的栅

极通过第三电阻与所述第一IGBT管驱动电路的输出端口连接；所述第一IGBT管的栅极通过第四电阻与地端连接。

3.如权利要求1所述的高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，所述第二IGBT管驱动

电路包括发射极连接的NPN型三极管和PNP型三极管，两者的发射极连接第二IGBT管驱动电路的输出端口；

第二IGBT管驱动电路的PNP型三极管和NPN型三极管的集电极分别连接所述正电压端口和负电压端口；

所述第二IGBT管驱动电路的NPN型三极管和PNP型三极管的基极与第五电阻连接，第五电阻通过光耦模块的输出端与所述负电压端口连接；

光耦模块的输出端通过第六电阻与所述正电压端口连接。

4.如权利要求3所述的高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，所述第二IGBT管的栅

极通过第七电阻与所述第二IGBT管驱动电路的输出端口连接；所述第二IGBT管的栅极通过第八电阻与地端连接。

5.如权利要求2至4任一项所述的高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，包括控制信号产生模块输出端口，控制信号产生模块输出端口与所述第一IGBT管驱动电路的光藕模块和第二IGBT管驱动电路的光藕模块的输入端连接，向所述第一IGBT管驱动电路的光藕模块和第二IGBT管驱动电路的光藕模块输入控制信号。

6.如权利要求5所述的高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，所述第一IGBT管驱动电路的光藕模块和第二IGBT管驱动电路的光藕模块的输入端串联控制信号状态指示发光二极管。

7.如权利要求1所述的高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，所述电源转换模块的

第一输入端口连接电源，第二输入端口接地；电源转换模块还包括地端口用于连接地端。

8.如权利要求1所述的高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，所述第一IGBT管和第

二IGBT管两端并联续流二极管。

9.如权利要求1所述的高速模切机电磁线圈控制电路，其特征在于，所述第一IGBT管集电

极连接第一电磁线圈和第一发光二极管；所述第二IGBT管集电极连接第二电磁线圈和第二

发光二极管。

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