CN110739833A - 一种逆变模块驱动及保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明属于变频器技术领域，尤其涉及一种逆变模块驱动及保护电路，包括驱动电路、过压钳位电路、降栅压电路、软关断电路和过流保护电路，通过过压钳位电路将逆变模块的门极电压钳在特定电压范围内，从而解决逆变模块在过大电流时因门极电压过高而损坏的情况，由降栅压电路实现降低逆变模块门极电压的目的，以及软关断电路，在驱动光耦未封锁前对逆变模块进行软关断，并且在降栅压电路或者软关断电路工作的情况下，通过隔离光耦可以将过大电流信号反馈给上位机控制器，封锁其驱动信号，避免逆变模块重复过大电流保护逆变模块，相比智能型光耦驱动电路成本更低，相比普通光耦驱动电路，电路效果更稳定可靠。

Description

一种逆变模块驱动及保护电路
技术领域
本发明属于变频器技术领域，尤其涉及一种逆变模块驱动及保护电路。
背景技术
随着电子技术的发展，逆变模块的应用越来越广泛，尤其是变频器及逆变器产品中逆变模块是必不可少的核心器件，只要该部件有异常该类产品几乎等同于报废品而无法实现应有的功能，因此，逆变模块的驱动及保护电路在变频器产品的设计中得到了应有的重视。可见逆变模块驱动电路的稳定可靠性直接影响到自身是否能正常工作，目前驱动逆变模块的方式多选于用光耦通过隔离方式来驱动。驱动光耦市面有普通驱动光耦和智能型光耦两种。普通光耦仅提供驱动和欠压保护能力，而智能型光耦除了普通光耦具备的功能外还具备了过电流保护功能、软关断功能等，如说明书附图2所示，但是智能型光耦成本偏高，使用智能型光耦在变频器中小功率机型上时成本远远超过产品设计的预算范围。
然而当前用户对于工业产品追求大都倾向于精美价廉小巧，很多变频器产品的厂家为了达到客户要求的同时减少产品的成本而不断的压缩产品的体积，减少产品应有的保护功能。尤其是在中小功率产品的设计上更能体现，很多厂家受困于成本的压力，在设计产品中的逆变模块驱动电路时直接采用传统的设计理念使用普通驱动光耦来替代智能型光耦，不做任何的保护处理，使逆变模块处于无保护状态，这对于产品本身来说就会存在很大的缺陷与隐患。
发明内容
针对现有技术的不足，该发明提供一种逆变模块驱动及保护电路，使普通光耦具备智能型光耦功能的同时还增加电压钳位及降栅压保护功能，提升电路可靠性。
为了实现上述目的，该发明提供一种逆变模块驱动及保护电路，包括驱动电路，采用驱动光耦接收驱动信号并驱动驱动逆变模块；
过压钳位电路，包括两个稳压二极管和一个三极管，将逆变模块的输入端电压钳在两个稳压二极管的稳压值与三极管集极与射极间的固定压降值之和；
降栅压电路，包括由通过逆变模块的电流所控制的第一开关元件，该开关元件将过压钳位电路中的一个稳压二极管引入并构成回路，将逆变模块的输入端电压钳在另一个稳压二极管的稳压值与三极管集极与射极间的固定压降值之和；
软关断电路，包括由通过逆变模块的电流所控制的第二开关元件，该开关元件控制逆变模块的输入端通断；
过流保护电路，包括间隔光耦，第一开关元件或者第二开关元件导通时，该间隔光耦工作并输出故障信号，用以上位机封锁驱动信号。
作为本发明一种逆变模块驱动及保护电路的进一步改进：包括隔离光耦U1、驱动光耦U2、第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4，其中第一三极管Q1和第二三极管Q2组成降栅压电路的第一开关元件；第一三极管Q1和第四三极管Q4组成软关断电路的第二开关元件。
作为本发明一种逆变模块驱动及保护电路的进一步改进：逆变模块为IGBT，其中第二光耦U2用以驱动IGBT，第二光耦U2的输出端通过第十二电阻R12与IGBT的门极电连接，IGBT的射极接地，并且IGBT的门极与射极之间电连接并联的第十三电阻R13和第五电容C5，IGBT的集极电连接第一快恢复二极管D1的阴极，第一快恢复二极管D1的阳极依次经第七电阻R7和第六电阻R6接地；其中第一光耦U1的副边光三极管的集极一路经第一电阻R1电连接电源VCC，另一路引出FO信号，第一光耦U1的副边光三极管的射极接地，并且第一光耦U1的副边光三极管的集极与射极之间电连接第一电容C1,第一光耦U1的原边二极管的阳极电连接正电源VP+,第一光耦U1的原边二极管的阴极电连接第一三极管Q1的集极，第一三极管Q1的基极电连接于第七电阻R7和第六电阻R6之间，第一三极管Q1的射极一路经第五电阻R5与第二三极管Q2的基极电连接，另一路经第九电阻R9与第四三极管Q4的基极电连接，并且第五电阻R5与第二三极管Q2的基极之间引出第四电阻R4接地，第九电阻R9与第四三极管Q4的基极之间引出第十电阻R10接地，第二三极管Q2的射极接地，第二三极管Q2的集极电连接于第一稳压二极管Z1的阴极和第二稳压二极管Z2的阳极之间，第四三极管Q4的射极接地，第四三极管Q4的集极经第十一电阻R11与IGBT的门极电连接，其中第一稳压二极管Z1的阳极接地，第二稳压二极管Z2的阴极一路经第八电阻R8接地，另一路电连接于第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的集极经第十四电阻R14接地，第三三极管Q3的射极电连接于第二快恢复二极管D2的阴极，第二快恢复二极管D2的阳极与IGBT的门极电连接，其中在第七电阻R7和第六电阻R6之间引出接地的第三电容C3，在第十电阻R10和第四三极管Q4的基极之间引出接地的第四电容C4。
作为本发明一种逆变模块驱动及保护电路的进一步改进：所述第一三极管Q1、第二三极管Q2和第四三极管Q4为N型三极管，第三三极管Q3为P型三极管。
作为本发明一种逆变模块驱动及保护电路的进一步改进：所述第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2均为7.5V稳压二极管。
有益效果
该发明一种逆变模块驱动及保护电路，结合稳压二极管的稳定电压值及三极管基极与发射极间的压降所固有的特性，将逆变模块的门极电压钳在特定电压范围内，从而解决逆变模块在过大电流时因门极电压过高而损坏的情况；并且在对逆变模块的门极进行电压钳位的基础上，通过逆变模块通过大电流时自身Vce的增加，由外加降栅压电路实现降低逆变模块门极电压的目的，以及软关断电路，在驱动光耦未封锁前对逆变模块进行软关断，避免来自回路中尖峰电压的产生，从而达到保护逆变模块的效果；而且在降栅压电路或者软关断电路工作的情况下，通过隔离光耦可以将过大电流信号反馈给上位机控制器，封锁其驱动信号，避免逆变模块重复过大电流保护逆变模块。从而使普通光耦驱动电路更加安全可靠，而且相对智能型光耦成本更低。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为现有技术智能光耦驱动逆变模块的电路图；
图中：1、驱动电路，2、过压钳位电路，3、降栅压电路，4、软关断电路，5、过流保护电路。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
该发明提供的一种逆变模块驱动及保护电路，主要由一个普通驱动光耦和一个普通隔离光耦，三个通用N型三极管，一个通用P型三极管，两个7.5V稳压二极管，两个快恢复二极管及电阻、电容组成。其中逆变模块为IGBT。
其中逆变模块为IGBT，驱动光耦U2的输出端经第十二电阻R12与逆变模块IGBT的门极电连接，当逆变模块IGBT通过很大电流时，电压通过逆变模块IGBT门极和射极之间的第五电容C5向逆变模块IGBT的门极充电，使得逆变模块IGBT的门极电压上升，逆变模块IGBT门极电压越高逆变模块IGBT允许过的电流越大，通过的电流越大越容易损坏逆变模块IGBT，则设置过压钳位电路。通过利用第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2、第三三极管Q3、第二快恢复二极管D2本身固有的特性，结合第八电阻R8使得第三三极管Q3的基极电压值处于第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2两个稳压值之和，此时第三三极管Q3发射极电压值等于第一稳压二极管Z1稳压值加上第二稳压二极管Z2稳压值再加上第三三极管Q3的开通电压值Vbe，逆变模块IGBT的门极电压等于第三三极管Q3发射机电压值加上第二快恢复二极管D2的管压降，因为第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2的稳压值、第三三极管Q3的Vbe及第二快恢复二极管D2的管压降固定不变，所以使得逆变模块IGBT门极电压钳在这四者固有电压特性之和。因此当大电流通过逆变模块IGBT，其门极电压升高时会很快被钳在以上设计的电压值，从而达到了过压钳位功能。
如上过压钳位电路所述，当逆变模块IGBT过大电流时，其门极电压越高越容易损坏逆变模块IGBT，门极电压置低就能限制了逆变模块通过的电流，电流越小对逆变模块IGBT本身的损伤越小，则设置降栅压电路。利用逆变模块IGBT通过大电流时自身Vce电压值的增大这个特性，并结合三极管及稳压二极管特性实现逆变模块IGBT门极电压的降低。当逆变模块IGBT过大电流时，随着逆变模块IGBT的Vce电压上升，第一快恢复二极管D1阴极电压抬高，第一快恢复二极管D1阳极同步抬高，当第一快恢复二极管D1阳极电压抬高到某个电压值时，通过第六电阻R6、第七电阻R7所分到的电压值达到第一三极管Q1的开通值而使第一三级管Q1进入开通状态，第一三极管Q1开通后，间隔光耦U1、第一三极管Q1、第四电阻R4、第五电阻R5组成回路，回路中电流由VP+开始通过间隔光耦U1、第一三极管Q1、第四电阻R4、第五电阻R5回到参考地VE，当第四电阻R4上分到电压值达到第二三极管Q2开通电压值时第二二极管Q2开通，使得第一稳压二极管Z1在过压钳位回路中失效，结合过压钳位电路实现过程的描述，逆变模块IGBT门极电压被钳到了第二稳压二极管Z2的稳压值、第三三极管Q3的Vbe及第二快恢复二极管D2的管压降三者之和，相比于过压钳位电路所述，逆变模块IGBT门极电压降了第一稳压二极管Z1的稳压值，实现了逆变模块IGBT降栅压功能。
逆变模块IGBT关断过快，会导致过高的尖峰电压从而击穿逆变模块IGBT，则设置软关断电路，在驱动光耦U2未封锁前对逆变模块IGBT进行软关断，避免回路中尖峰电压的产生，从而保护逆变模块IGBT。当逆变模块IGBT过大电流时，随着逆变模块IGBT的Vce电压上升，第一稳压二极管D1阴极电压抬高，第一稳压二极管D1阳极同步抬高，当第一稳压二极管D1阳极电压抬高到某个电压值时，通过第六电阻R6、第七电阻R7所分到的电压值达到第一三极管Q1的开通值，而使第一三极管Q1进入开通状态，第一三极管Q1开通后间隔光耦U1、第一三极管Q1、第九电阻R9、第十电阻R10组成回路，回路中电流由VP+开始通过间隔光耦U1、第一三极管Q1、第九电阻R9、第十电阻R10回到参考地VE，当第十电阻R10上分到电压值达到第四三极管Q4开通电压值时，第四三极管Q4开通，从而使逆变模块IGBT的门极电压通过电阻第十一电阻R11、第四三极管Q4进入关断状态，通过调整第四电容C4、第九电阻R9、第十一电阻R11的参数值可以调整逆变模块IGBT的关断速度，使得逆变模块IGBT先进入栅压降低后再进入关断，调整第十一电阻R11可以改变关断时间，从而达到软关断功能。
结合上述降栅压电路和软关断电路的具体实施方式，当逆变模块IGBT过大电流时，隔离光耦U1的原边二极管处于导通状态，从而驱动了隔离光耦U1副边光三极管，使得FO信号(故障信号)拉为低电平，触发上位机的中断信号，使得上位机封锁驱动信号PWM+、PWM-的输出。电路中在实现钳位、降栅压、软关断的同时，实现了源头信号的封锁，避免大电流重复流过逆变模块IGBT，起到了很好的保护作用。
则本发明物料成本相比传统方案有很大的优势，而且电路工作逻辑总体遵循逆变模块合理的关断顺序，正常时钳位，异常时先降栅压后软关断，电路效果稳定可靠。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种逆变模块驱动及保护电路，其特征在于：
包括驱动电路，采用驱动光耦接收驱动信号并驱动逆变模块；
过压钳位电路，包括两个稳压二极管和一个三极管，将逆变模块的门极输入端电压钳在两个稳压二极管的稳压值与三极管集极与射极间的固定压降值之和；
降栅压电路，包括由通过逆变模块的电流所控制的第一开关元件，该开关元件将过压钳位电路中的一个稳压二极管引入并构成回路，将逆变模块的门极输入端电压钳在另一个稳压二极管的稳压值与三极管集极与射极间的固定压降值之和；
软关断电路，包括由通过逆变模块的电流所控制的第二开关元件，该开关元件控制逆变模块的输入端通断；
过流保护电路，包括隔离光耦，第一开关元件或者第二开关元件导通时，该隔离光耦工作并输出故障信号，用以上位机封锁驱动信号。
2.根据权利要求1所述的一种逆变模块驱动及保护电路，其特征在于：包括隔离光耦U1、驱动光耦U2、第一稳压二极管Z1、第二稳压二极管Z2、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4，其中第一三极管Q1和第二三极管Q2组成降栅压电路的第一开关元件；第一三极管Q1和第四三极管Q4组成软关断电路的第二开关元件。
3.根据权利要求2所述的一种逆变模块驱动及保护电路，其特征在于：逆变模块为IGBT，其中第二光耦U2用以驱动IGBT，第二光耦U2的输出端通过第十二电阻R12与IGBT的门极电连接，IGBT的射极接地，并且IGBT的门极与射极之间电连接并联的第十三电阻R13和第五电容C5，IGBT的集极电连接第一快恢复二极管D1的阴极，第一快恢复二极管D1的阳极依次经第七电阻R7和第六电阻R6接地；其中第一光耦U1的副边光三极管的集极一路经第一电阻R1电连接电源VCC，另一路引出FO信号，第一光耦U1的副边光三极管的射极接地，并且第一光耦U1的副边光三极管的集极与射极之间电连接第一电容C1,第一光耦U1的原边二极管的阳极电连接正电源VP+,第一光耦U1的原边二极管的阴极电连接第一三极管Q1的集极，第一三极管Q1的基极电连接于第七电阻R7和第六电阻R6之间，第一三极管Q1的射极一路经第五电阻R5与第二三极管Q2的基极电连接，另一路经第九电阻R9与第四三极管Q4的基极电连接，并且第五电阻R5与第二三极管Q2的基极之间引出第四电阻R4接地，第九电阻R9与第四三极管Q4的基极之间引出第十电阻R10接地，第二三极管Q2的射极接地，第二三极管Q2的集极电连接于第一稳压二极管Z1的阴极和第二稳压二极管Z2的阳极之间，第四三极管Q4的射极接地，第四三极管Q4的集极经第十一电阻R11与IGBT的门极电连接，其中第一稳压二极管Z1的阳极接地，第二稳压二极管Z2的阴极一路经第八电阻R8接地，另一路电连接于第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的集极经第十四电阻R14接地，第三三极管Q3的射极电连接于第二快恢复二极管D2的阴极，第二快恢复二极管D2的阳极与IGBT的门极电连接，其中在第七电阻R7和第六电阻R6之间引出接地的第三电容C3，在第十电阻R10和第四三极管Q4的基极之间引出接地的第四电容C4。
4.根据权利要求3所述的一种逆变模块驱动及保护电路，其特征在于：所述第一三极管Q1、第二三极管Q2和第四三极管Q4为N型三极管，第三三极管Q3为P型三极管。
5.根据权利要求4所述的一种逆变模块驱动及保护电路，其特征在于：所述第一稳压二极管Z1和第二稳压二极管Z2均为7.5V稳压二极管。
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