CN201717818U - 一种电涡流缓速器驱动控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种电涡流缓速器驱动控制器,包括控制单元及其连接用于驱动电涡流缓速器的驱动单元，所述驱动单元包括驱动连接所述电涡流缓速器的大电流耐高压的绝缘栅双极型晶体管IGBT及其驱动电路。这种电涡流缓速器驱动控制器，可耐压300V，基本可杜绝在汽车上使用发生过电压失效，结合过电流、短路、温度检测和辅助电源过电压保护可在各种异常情况下都不会使控制器自身失效，极大地提高了可靠性，解决了电涡流缓速器行业电子控制方式可靠性不高的行业难题。

Description

一种电涡流缓速器驱动控制器

技术领域

本实用新型涉及汽车制动设备，具体涉及一种电涡流缓速器驱动控制器。 

背景技术

中国发明专利“电涡流缓速器驱动控制器及其控制方法”，专利号200510034403.9，公开了一种电涡流缓速器驱动控制器，同其他传统电涡流缓速器驱动控制器，采用具备各种辅助电路的智能功率模块（BTS550P）作为功率器件，但其耐压只有40V，极容易失效，是失效率高的根本原因。           

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是，如何提供一种电涡流缓速器驱动控制器，能更稳定、有效工作。 

本实用新型的技术问题这样解决：构建一种电涡流缓速器驱动控制器，包括控制单元及其连接用于驱动电涡流缓速器的驱动单元，所述驱动单元包括驱动连接所述电涡流缓速器的大电流耐高压的绝缘栅双极型晶体管IGBT及其驱动电路。这种IGBT耐压达300V，电流达400A，从而使电涡流缓速器驱动控制器能更稳定、有效工作。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，还包括与所述驱动控制器中辅助电源连接的过压保护单元。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，所述绝缘栅双极型晶体管IGBT输出栅极依次连接用于叠加输出电压的整流单元、变压器及其电源输入，作为隔离直流DC电源。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，所述电源输入包括直流电源和振荡电路。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，还包括一端连接所述驱动单元、另一端连接所述控制单元的过电流检测电路。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，所述过电流检测电路包括电流监视器U1、电流监视器U1二输入端对应连接两端的用于电流采样的采样电阻Rsenser、电流监视器U1输出端与地GND之间的并联的第一分压电阻R9和稳压二极管Z1，以及电流监视器U1输出端与所述控制单元之间的第二分压电阻R5。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，所述采样电阻Rsenser位于所述驱动控制器中绝缘栅双极型晶体管IGBT的输出栅极或另一栅极上。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，还包括一端连接所述驱动单元输出端、另一端连接所述控制单元的短路检测电路。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，还包括用于检测所述绝缘栅双极型晶体管IGBT工作温度的温度检测电路。 

按照本实用新型提供的驱动控制器，所述温度检测电路包括与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT热接触的热敏电阻Rt。 

本实用新型提供的电涡流缓速器驱动控制器，较现有技术具有以下优点： 

1、可耐压300V，基本可杜绝在汽车上使用发生过电压失效。2、能精确检测电流，通过控制方法可实现过电流保护和过电流自动减小电流输出，可有效防止电涡流缓速器定子线圈在匝间短路等异常情况不会失效。3、具备短路检测和快速短路保护功能，当输出端短路时可以在很短时间内切断出书，可有效防止短路造成失效。4、具备温度保护功能，检测到功率器件超温时降低输出电流，限制温度上升。5、具备以上功能的电涡流缓速器控制器可以在任何异常都不会使控制器自身失效，极大地提高了可靠性，解决了电涡流缓速器行业电子控制方式可靠性不高的行业难题。

附图说明

下面结合附图和具体实施例进一步对本实用新型进行详细说明。 

图1是本实用新型电涡流缓速器驱动控制器原理框图； 

图2是所示控制器中控制流程示意图；

图3是所示控制器中区别与传统区别部分的电路原理示意图。

具体实施方式

结合本实用新型具体实施例对本实用新型进行说明： 

如图1，3所示，本实用新型电涡流缓速器驱动控制器包括单片机、功率器件、功率器件驱动电路以及各辅助电路，包括：辅助电源的过压保护单元1、温度检测单元2、短路检测单元3和驱动电路中的隔离的直流DC电源4，图3中I端、PWM端、PB1端连接所述单片机对应端口，LOAD端连接负载，BAT端连接汽车发电机和电池。

与传统电涡流缓速器相比，本实用新型创新点在于： 

㈠IGBT及其驱动电路

技术问题1：车载大电流设备为了安全性，一端是直接搭铁的，所以另一端需提供正电驱动，所以功率器件必须与电源正极连接（高电位端），由功率器件的栅极驱动电路驱动功率器件输出正电。这种方式简称功率器件的高端栅极驱动。这种高端栅极驱动要求驱动电压比输出电压也就是电源电压高10~15V，所以必须解决栅极驱动电压大于供电电压的难题。

目前的解决方式有两种： 

1、   在驱动芯片IR2127外围增加自举电路或充电泵电路。这种方法只适用于工作频率较高的情况，在频率周期信号的作用下通过对电容的充放电实现栅极驱动电压短时间高于电源电压。而缓速器需要稳定的开通或者以较低频率（100hz以内）开通，所以这种方式不适用；

2、   在驱动芯片IR2127外围增加隔离的浮动电源，工作时该电源电压叠加到电源电压，实现栅极电压高于电源电压。这种方式需要隔离的DC-DC模块来实现。但目前汽车级别（耐温125℃）的DC-DC模块基本找不到，或者价格昂贵，高达几百元。

本发明的解决方案：用变压器T1及其外围分立器件实现隔离的DC电源，再叠加到驱动芯片IR2127（芯片U2），实现栅极驱动电压大于电源电压的目的。因为使用了最基本的变压器和其他电阻、电容、三极管等分立器件，只要这些器件达到汽车级别即可。这样大大提高了该部分电路的可靠性，同时其成本也很低（10元以内）。这样该方案就成为缓速器功率器件驱动用的最优的方案。 

技术问题2：电子式电涡流缓速器的功率器件一般都采用场效应管MOSFET或智能MOSFET，该器件的特点是由于MOSFET内部结构局限，工作电流大的不可能耐压高，而耐压高的不可能工作电流大。而目前电涡流缓速器的电子式控制方采用的这类功率器件一般都优先选择工作电流满足要求，但其耐压一般从40V~200V不等。而在车辆载电子设备抗扰度标准要求耐压高于200V，这样就很难实现。并且从实际使用情况看也是如此，电涡流缓速器驱动控制器90%以上的失效都是由于过电压导致功率器件击穿。 

所以本发明的创新就是将电力电子行业常用的，工作电流大又耐高压的功率器件IGBT应用于电涡流缓速器驱动控制器。选择耐压300V，电流400A的IGBT器件。 

㈡辅助电源的过压保护单元1 

因为原来的驱动控制器采用的功率器件耐压不高，高电压直接击穿了功率器件而短路从而掩盖了或者间接保护了辅助电源。采用了耐压300V的功率器件后，虽然功率器件自身不会被过电压击穿，但是该过电压会施加到驱动控制器辅助电源上。

所以本发明的目的是在辅助电源前增加过压保护单元1，解决辅助电源的过电压击穿问题。具体电路由三极管Q1和Q2、电阻R1、R2、R3和R4以及瞬态抑制二极管（TVS管）TV1组成。 

工作原理是：电源电压与地GND之间电压超过一定值后，TVS管TV1击穿拉低PNP三级管Q2基极电压，Q2导通，使P-MOSFET源极和栅极电压小于开通电压，P-MOSFET截止，达到保护辅助电源的目的。 

㈢过电流检测电路 

在电涡流缓速器定子线圈在出现匝间短路时，会产生过电流，会导致功率器件过电流击穿。本发明增加过电流检测电路，再将信号输入到单片机I/O口用于做过电流保护用。

具体电路由电流取样电阻Rsenser、稳压二极管Z1、芯片U1、电阻R5、R6和R9组成。工作原理是：芯片U1为不需要另外供电的电流监视器，从电流采样电阻Rsenser两端提取到电压信号后转换为电流信号，经R5和R9分压转换为相对于GND的电压信号，由Z1稳压后经过R5输入到单片机的I/O口。 

技术难点是电流取样电阻是连接在电源正极的有较高的共模电压，并且在出现过电压时共模电压大于200V，如果用传统的轨至轨运放只能解决正常情况下的共模电压问题，出现过电压时仍然会被击穿。 

本发明的解决方案是：利用一种浮地的、不需要额外供电的电流监视器IC（芯片U1），将有共模电压的取样电压信号，转换为电流信号，在经过经R5和R9分压转换为相对于GND的电压信号(0~5V)。这样只需要根据电流大小选择合理的R5和R9使U1的IN+(IN-)端与OUT端之间电压差不超过20V，即可实现过电压时不会被击穿。 

㈣短路检测单元3 

IGBT自身不具备短路保护功能，当输出端短路时必须另外设计短路检测和保护功能。

具体电路由：电阻R14、R15和R18、稳压二极管Z2以及电容C3组成，工作原理是输出端（LOAD）短路时，电压被箝位与GND相等，则样通过电阻R14、R15和R18采样，Z2稳压保护，C3滤波后输入到单片机I/O口。当单片机I/O口输出信号驱动IGBT工作后，延时5uS检测是否有短路（低点品），如果短路则单片机停止输出。 

㈤温度检测单元2 

为防止IGBT过热击穿，设计了温度检测单元2。

具体电路由热敏电阻Rt、电阻R7和R8以及电容C1组成。工作原理：Rt为NPC热敏电阻，安装到IGBT外壳上，当温度升高时，Rt减小。5V电压Rt与R7分压，经C1和R8滤波后，输入到单片机IO口，当检测到电压小于一定值时，认为超温。 

如图2所示，该控制器中单片机内置控制程序，具体包括： 

201)判断是否拖刹和速度信号无效，否进入下一步；

202)驱动控制准备灯亮；

203)接收输入档位信号；

204)接收并判断防抱死制动系统ABS信号是否有效或短路检测电路是否短路，是，返回步骤201），否进入下一步；

205)接收并根据所述绝缘栅双极型晶体管IGBT的过电流检测电路和温度检测电路检测结果限制输入档位对应的脉冲宽度调制PWM输出占空比，并控制其输出；

206) 驱动控制指示灯亮、控制制动灯亮。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型权利要求的涵盖范围。 

Claims (10)

1.一种电涡流缓速器驱动控制器，包括控制单元及其连接用于驱动电涡流缓速器的驱动单元，其特征在于，所述驱动单元包括驱动连接所述电涡流缓速器的大电流耐高压的绝缘栅双极型晶体管及其驱动电路。

2.根据权利要求1所述驱动控制器，其特征在于，还包括与所述驱动控制器中辅助电源连接的过压保护单元(1)。

3.根据权利要求1所述驱动控制器，其特征在于，所述绝缘栅双极型晶体管输出栅极依次连接整流单元、变压器及其电源输入。

4.根据权利要求3所述驱动控制器，其特征在于，所述电源输入包括直流电源和振荡电路。

5.根据权利要求1所述驱动控制器，其特征在于，还包括一端连接所述驱动单元、另一端连接所述控制单元的过电流检测电路。

6.根据权利要求5所述驱动控制器，其特征在于，所述过电流检测电路包括电流监视器、电流监视器二输入端对应连接两端的用于电流采样的采样电阻、电流监视器输出端与地之间的并联的第一分压电阻和稳压二极管，以及电流监视器输出端与所述控制单元之间的第二分压电阻。

7.根据权利要求6所述驱动控制器，其特征在于，所述采样电阻位于所述驱动控制器中绝缘栅双极型晶体管的输出栅极或另一栅极上。

8.根据权利要求1所述驱动控制器，其特征在于，还包括一端连接所述驱动单元输出端、另一端连接所述控制单元的短路检测电路(3)。

9.根据权利要求1所述驱动控制器，其特征在于，还包括用于检测所述绝缘栅双极型晶体管工作温度的温度检测电路(2)。

10.根据权利要求9所述驱动控制器，其特征在于，所述温度检测电路包括与所述绝缘栅双极型晶体管热接触的热敏电阻。

Images