CN110474626A - 一种基于数控车床伺服驱动器的igbt保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，属于IGBT技术领域，包括IGBT电路、U相驱动电路、V相驱动电路、W相驱动电路和短路检测电路，IGBT电路包括数个IGBT元件，U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路用于驱动IGBT电路，解决了准确判断IGBT电路短路现象的技术问题，本发明采用在IGBT驱动光耦的输出端增加快恢复二极管的方式，杜绝了IGBT驱动光耦在IGBT电路关断的时候产生误报警的现象，本发明可以调节短路电压的判断门限，提高了判断短路现象的准确性，本发明在比较器的输出端增加了抗干扰电容，极大的提高了比较器输出的准确性。
Description
技术领域
本发明属于IGBT技术领域，尤其涉及一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路。
背景技术
IGBT作为一种功率半导体开关器件，在大功率领域正得到广泛的应用，在应用时，如果IGBT出现短路现象，不但影响到整个系统的正常运行，还会损坏IGBT模块，危害整个功率系统。
传统的IGBT短路检测电路是通过检测短路时IGBT元件的UCE之间的电压值来判断，而传统的检测电路大部分只采用一个二极管来采集UCE之间的电压，电路结构简单，并且很容易出现误报警的现象，从而影响整个系统的正常运行。
传统的IGBT短路检测电路无法做到调节短路电压门限的功能，其短路报警范围不明确，容易出现不准确的现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，解决了准确判断IGBT电路短路现象的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，包括IGBT电路、U相驱动电路、V相驱动电路、W相驱动电路和短路检测电路，IGBT电路包括数个IGBT元件，U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路用于驱动IGBT电路；
短路检测电路包括基准电压电路、比较电路、隔离电路和采样电路，基准电压电路包括二极管Z8、电容C23和电阻R46，二极管Z8的正极连接地线、负极连接比较电路的正输入端，电容C23与二极管Z8并联，二极管Z8的负极还通过电阻R46连接正电源；
比较电路包括U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D，U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D的正输入端构成了比较电路的正输入端，U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D的输出端连接在一起构成了比较电路的输出端；
隔离电路包括光耦PC4，光耦PC4的输入端连接比较电路的输出端、输出端连接外部MCU控制器；
采样电路包括U相采样电路、V相采样电路和W相采样电路，U相采样电路包括二极管D34、二极管Z2、二极管D22、电阻R58、电阻R54、电阻R64、电阻R57、电阻R73、电阻R66、电容C31、电容C29和电容C35，二极管D22的负极连接IGBT电路的U相输出端、正极通过电阻R73连接二极管Z2的负极，二极管Z2的正极连接地线，二极管Z2的负极还通过电阻R57连接正电源，电容C35与二极管Z2并联连接，电阻R64一端连接二极管Z2的负极、另一端连接U相比较器U5B的负输入端，U相比较器U5B的负输入端还通过电阻R66连接地线，U相驱动电路的输出端连接二极管D34的负极，二极管D34的正极通过串联连接的电阻R58和电容C31连接地线，电阻R58和电容C31的连接节点还连接U相比较器U5B的负输入端，U相比较器U5B的负输入端通过电阻R54和电阻R64连接二极管Z2的负极，电容C29的一端连接U相比较器U5A的负输入端、另一端连接地线；
V相采样电路包括二极管D30、二极管Z4、二极管D33、电阻R68、电阻R50、电阻R56、电阻R71、电阻R115、电容C24和电容C36，二极管D30的负极连接IGBT电路的V相输出端、正极通过电阻R115连接二极管Z4的负极，二极管Z4的正极连接地线，二极管Z4的负极还通过电阻R71连接正电源，电容C36与二极管Z4并联连接，电阻R56一端连接二极管Z4的负极、另一端连接V相比较器U5D的负输入端，V相比较器U5D的负输入端还通过电阻R50连接地线，V相驱动电路的输出端连接二极管D33的负极，二极管D33的正极通过串联连接的电阻R68和电容C24连接地线，电阻R68和电容C24的连接节点还连接V相比较器U5D的负输入端；
W相采样电路包括二极管D29、二极管Z3、二极管D32、电阻R59、电阻R55、电阻R67、电阻R70、电阻R116、电容C26和电容C40，二极管D29的负极连接IGBT电路的W相输出端、正极通过电阻R116连接二极管Z3的负极，二极管Z3的正极连接地线，二极管Z3的负极还通过电阻R70连接正电源，电容C40与二极管Z3并联连接，电阻R67一端连接二极管Z3的负极、另一端连接W相比较器U5C的负输入端，W相比较器U5C的负输入端还通过电阻R55连接地线，W相驱动电路的输出端连接二极管D32的负极，二极管D32的正极通过串联连接的电阻R59和电容C26连接地线，电阻R59和电容C26的连接节点还连接W相比较器U5C的负输入端。
优选的，所述U相比较器U5A、所述U相比较器U5B、所述V相比较器U5C和所述W相比较器U5D的型号均为LM339；所述光耦PC4的型号为TLP185。
优选的，所述隔离电路还包括电容C19、二极管D31、电阻R44、电阻R32、电阻R43和电容C20，比较电路的输出端还通过电阻R43连接正电源，所述比较电路的输出端还通过电容C20连接地线，光耦PC4的1脚连接二极管D31的负极，二极管D31的正极通过电阻R44连接所述比较电路的输出端，电容C19与二极管D31并联，光耦PC4的4脚通过电阻R32连接正电源，光耦PC4的4脚连接所述外部MCU控制器。
优选的，所述二极管Z8为3.3V稳压二极管,所述二极管Z2、所述二极管Z3和所述二极管Z4均为10V稳压二极管。
本发明所述的一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，解决了准确判断IGBT电路短路现象的技术问题，本发明采用在IGBT驱动光耦的输出端增加快恢复二极管的方式，杜绝了IGBT驱动光耦在IGBT电路关断的时候产生误报警的现象，本发明可以调节短路电压的判断门限，提高了判断短路现象的准确性，本发明在比较器的输出端增加了抗干扰电容，极大的提高了比较器输出的准确性；本发明增加了备用比较器，使得系统工作更加稳定，本发明电路结构简单，加工调试方便，而且价格低廉，特别适合用于工业电路中，大大节省了成本，提高了模块的安全性能。
附图说明
图1为本发明的电路图。
具体实施方式
由图1所示的一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，包括IGBT电路、U相驱动电路、V相驱动电路、W相驱动电路和短路检测电路，IGBT电路包括数个IGBT元件，U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路用于驱动IGBT电路；
本实施例的IGBT电路用于驱动三相伺服驱动器，所述IGBT电路包由6个IGBT元件构成，所述IGBT电路为现有技术，故不详细叙述。
本发明的U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路均由IGBT驱动光耦及其外围电路构成，IGBT驱动光耦的5脚为输出控制端，IGBT驱动光耦的型号为PS9031。
如图1所示，本实施例以IGBT电路中的一个IGBT元件Q1为例，IGBT元件Q1的控制端连接V相驱动电路中IGBT驱动光耦U6的5脚，IGBT驱动光耦U6的5脚还连接二极管D33的负极。
短路检测电路包括基准电压电路、比较电路、隔离电路和采样电路，基准电压电路包括二极管Z8、电容C23和电阻R46，二极管Z8的正极连接地线、负极连接比较电路的正输入端，电容C23与二极管Z8并联，二极管Z8的负极还通过电阻R46连接正电源；
比较电路包括U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D，U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D的正输入端构成了比较电路的正输入端，U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D的输出端连接在一起构成了比较电路的输出端；
本实施例中，U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D均采用价格低廉的LM339，LM339输出端为集电极开路，本发明在U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D的输出端增加了抗干扰电容C20，防止LM339输出端误动作。
隔离电路包括光耦PC4，光耦PC4的输入端连接比较电路的输出端、输出端连接外部MCU控制器；
本发明对外输出数字信号，可以直接连接MCU的IO口，从而方便MCU做进一步的处理。
采样电路包括U相采样电路、V相采样电路和W相采样电路，U相采样电路包括二极管D34、二极管Z2、二极管D22、电阻R58、电阻R54、电阻R64、电阻R57、电阻R73、电阻R66、电容C31、电容C29和电容C35，二极管D22的负极连接IGBT电路的U相输出端、正极通过电阻R73连接二极管Z2的负极，二极管Z2的正极连接地线，二极管Z2的负极还通过电阻R57连接正电源，电容C35与二极管Z2并联连接，电阻R64一端连接二极管Z2的负极、另一端连接U相比较器U5B的负输入端，U相比较器U5B的负输入端还通过电阻R66连接地线，U相驱动电路的输出端连接二极管D34的负极，二极管D34的正极通过串联连接的电阻R58和电容C31连接地线，电阻R58和电容C31的连接节点还连接U相比较器U5B的负输入端，U相比较器U5B的负输入端通过电阻R54和电阻R64连接二极管Z2的负极，电容C29的一端连接U相比较器U5A的负输入端、另一端连接地线；
U相采样电路的输出分为两路，一路输出给U相比较器U5B作为备用，另一路输出给U相比较器U5A正常使用，本发明采用冗余设计，极大的提高了整个电路的可靠性，杜绝了U相短路判断时由于比较器自身出问题而出现的无报警的现象。
本发明采用的二极管D22、二极管D33、二极管D39、二极管D34、二极管D30、二极管D29均为快恢复二极管1N4148，当IGBT电路处于关断状态时，IGBT驱动光耦U3、IGBT驱动光耦U7或IGBT驱动光耦U6的5脚会输出一个负7.5V的电压值，该电压值会引起U相采样电路、V相采样电路或W相采样电路误报警，具体电路原理如下：当负7.5V的电压值出现时，通过IGBT电路会使U相采样电路、V相采样电路或W相采样电路中的二极管D22、二极管D30或二极管D29上的压降增加，从而使二极管Z2、二极管Z4或二极管Z3产生稳压值，在通过分压电阻分压后使比较电路误动作。
本实施例采用的稳压二极管Z8为3.3V稳压二极管,稳压二极管Z2、稳压二极管Z3和稳压二极管Z4均为10V稳压二极管。
本发明采用稳压二极管Z8为比较电路提供3.3V的基准电压，并采用滤波电容C23对基准电压进行滤波，极大的提高了基准电压的稳定性。
U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D的正输入端的基准电压均由稳压二极管Z8提供，其值为3.3V。
以V相采样电路为例，当IGBT电路处于关断状态时，U6的5脚输出一个负7.5V的电压值，该电压值会通过IGBT电路施加到V相采样电路上，引起稳压二极管Z4工作，使得稳压二极管Z4的负极输出预定的稳压值，在通过分压电阻R56和分压电阻R50分压后得到分压Ua，本实施例中的Ua＝5V，Ua施加到V相比较器U5D的负极，由于此时Ua大于V相比较器U5D的正极上的电压，此时的V相比较器U5D会输出高电平，出现误报警现象，本发明采用二极管D33对所述负7.5V的电压值进行降压，二极管D33的压降为0.6V，那么二极管D33的正极获得的电压值为-7.5V+0.6V＝-5.9V，该-5.9V会被施加到分压电阻R56和分压电阻R50的连接节点，而此时分压电阻R56和分压电阻R50的分压值为5V，那么此时施加到V相比较器U5D的负输入端的电压为-0.9V，小于其正输入端施加的3.3V电压，所以此时V相比较器U5D不动作，确保了其不会出现误报警现象。
V相采样电路包括二极管D30、二极管Z4、二极管D33、电阻R68、电阻R50、电阻R56、电阻R71、电阻R115、电容C24和电容C36，二极管D30的负极连接IGBT电路的V相输出端、正极通过电阻R115连接二极管Z4的负极，二极管Z4的正极连接地线，二极管Z4的负极还通过电阻R71连接正电源，电容C36与二极管Z4并联连接，电阻R56一端连接二极管Z4的负极、另一端连接V相比较器U5D的负输入端，V相比较器U5D的负输入端还通过电阻R50连接地线，V相驱动电路的输出端连接二极管D33的负极，二极管D33的正极通过串联连接的电阻R68和电容C24连接地线，电阻R68和电容C24的连接节点还连接V相比较器U5D的负输入端；
W相采样电路包括二极管D29、二极管Z3、二极管D32、电阻R59、电阻R55、电阻R67、电阻R70、电阻R116、电容C26和电容C40，二极管D29的负极连接IGBT电路的W相输出端、正极通过电阻R116连接二极管Z3的负极，二极管Z3的正极连接地线，二极管Z3的负极还通过电阻R70连接正电源，电容C40与二极管Z3并联连接，电阻R67一端连接二极管Z3的负极、另一端连接W相比较器U5C的负输入端，W相比较器U5C的负输入端还通过电阻R55连接地线，W相驱动电路的输出端连接二极管D32的负极，二极管D32的正极通过串联连接的电阻R59和电容C26连接地线，电阻R59和电容C26的连接节点还连接W相比较器U5C的负输入端。
用户可以通过调节稳压二极管Z8的型号来调节器稳压值，即，调节本发明的比较器上的基准电压，还可以通过调节稳压二极管Z2、稳压二极管Z3和稳压二极管Z4的型号来调节分压值，从而实现调节短路电压门限值，以V相采样电路为例，通过调节二极管D30的型号，可以实现调节其稳压值，从而分压电阻R56和分压电阻R50的分压值Ua，实现提高或降低短路电压的门限值，增加了电路的自由度，提高了短路报警的准确性。
优选的，所述U相比较器U5A、所述U相比较器U5B、所述V相比较器U5C和所述W相比较器U5D的型号均为LM339；所述光耦PC4的型号为TLP185。
优选的，所述隔离电路还包括电容C19、二极管D31、电阻R44、电阻R32、电阻R43和电容C20，比较电路的输出端还通过电阻R43连接正电源，所述比较电路的输出端还通过电容C20连接地线，光耦PC4的1脚连接二极管D31的负极，二极管D31的正极通过电阻R44连接所述比较电路的输出端，电容C19与二极管D31并联，光耦PC4的4脚通过电阻R32连接正电源，光耦PC4的4脚连接所述外部MCU控制器。
本发明所述的一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，解决了准确判断IGBT电路短路现象的技术问题，本发明采用在IGBT驱动光耦的输出端增加快恢复二极管的方式，杜绝了IGBT驱动光耦在IGBT电路关断的时候产生误报警的现象，本发明可以调节短路电压的判断门限，提高了判断短路现象的准确性，本发明在比较器的输出端增加了抗干扰电容，极大的提高了比较器输出的准确性；本发明增加了备用比较器，使得系统工作更加稳定，本发明电路结构简单，加工调试方便，而且价格低廉，特别适合用于工业电路中，大大节省了成本，提高了模块的安全性能。
Claims (4)
1.一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，其特征在于：包括IGBT电路、U相驱动电路、V相驱动电路、W相驱动电路和短路检测电路，IGBT电路包括数个IGBT元件，U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路用于驱动IGBT电路；
短路检测电路包括基准电压电路、比较电路、隔离电路和采样电路，基准电压电路包括二极管Z8、电容C23和电阻R46，二极管Z8的正极连接地线、负极连接比较电路的正输入端，电容C23与二极管Z8并联，二极管Z8的负极还通过电阻R46连接正电源；
比较电路包括U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D，U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D的正输入端构成了比较电路的正输入端，U相比较器U5A、U相比较器U5B、V相比较器U5C和W相比较器U5D的输出端连接在一起构成了比较电路的输出端；
隔离电路包括光耦PC4，光耦PC4的输入端连接比较电路的输出端、输出端连接外部MCU控制器；
采样电路包括U相采样电路、V相采样电路和W相采样电路，U相采样电路包括二极管D34、二极管Z2、二极管D22、电阻R58、电阻R54、电阻R64、电阻R57、电阻R73、电阻R66、电容C31、电容C29和电容C35，二极管D22的负极连接IGBT电路的U相输出端、正极通过电阻R73连接二极管Z2的负极，二极管Z2的正极连接地线，二极管Z2的负极还通过电阻R57连接正电源，电容C35与二极管Z2并联连接，电阻R64一端连接二极管Z2的负极、另一端连接U相比较器U5B的负输入端，U相比较器U5B的负输入端还通过电阻R66连接地线，U相驱动电路的输出端连接二极管D34的负极，二极管D34的正极通过串联连接的电阻R58和电容C31连接地线，电阻R58和电容C31的连接节点还连接U相比较器U5B的负输入端，U相比较器U5B的负输入端通过电阻R54和电阻R64连接二极管Z2的负极，电容C29的一端连接U相比较器U5A的负输入端、另一端连接地线；
V相采样电路包括二极管D30、二极管Z4、二极管D33、电阻R68、电阻R50、电阻R56、电阻R71、电阻R115、电容C24和电容C36，二极管D30的负极连接IGBT电路的V相输出端、正极通过电阻R115连接二极管Z4的负极，二极管Z4的正极连接地线，二极管Z4的负极还通过电阻R71连接正电源，电容C36与二极管Z4并联连接，电阻R56一端连接二极管Z4的负极、另一端连接V相比较器U5D的负输入端，V相比较器U5D的负输入端还通过电阻R50连接地线，V相驱动电路的输出端连接二极管D33的负极，二极管D33的正极通过串联连接的电阻R68和电容C24连接地线，电阻R68和电容C24的连接节点还连接V相比较器U5D的负输入端；
W相采样电路包括二极管D29、二极管Z3、二极管D32、电阻R59、电阻R55、电阻R67、电阻R70、电阻R116、电容C26和电容C40，二极管D29的负极连接IGBT电路的W相输出端、正极通过电阻R116连接二极管Z3的负极，二极管Z3的正极连接地线，二极管Z3的负极还通过电阻R70连接正电源，电容C40与二极管Z3并联连接，电阻R67一端连接二极管Z3的负极、另一端连接W相比较器U5C的负输入端，W相比较器U5C的负输入端还通过电阻R55连接地线，W相驱动电路的输出端连接二极管D32的负极，二极管D32的正极通过串联连接的电阻R59和电容C26连接地线，电阻R59和电容C26的连接节点还连接W相比较器U5C的负输入端。
2.如权利要求1所述的一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，其特征在于：所述U相比较器U5A、所述U相比较器U5B、所述V相比较器U5C和所述W相比较器U5D的型号均为LM339；所述光耦PC4的型号为TLP185。
3.如权利要求1所述的一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，其特征在于：所述隔离电路还包括电容C19、二极管D31、电阻R44、电阻R32、电阻R43和电容C20，比较电路的输出端还通过电阻R43连接正电源，所述比较电路的输出端还通过电容C20连接地线，光耦PC4的1脚连接二极管D31的负极，二极管D31的正极通过电阻R44连接所述比较电路的输出端，电容C19与二极管D31并联，光耦PC4的4脚通过电阻R32连接正电源，光耦PC4的4脚连接所述外部MCU控制器。
4.如权利要求1所述的一种基于数控车床伺服驱动器的IGBT保护电路，其特征在于：所述二极管Z8为3.3V稳压二极管,所述二极管Z2、所述二极管Z3和所述二极管Z4均为10V稳压二极管。
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