CN205319700U - 有源电力滤波器功率单元的驱动保护电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于电力系统交流配电输电技术领域，具体涉及的是一种有源电力滤波器功率单元的驱动保护电路。该电路是由供电电源±15V欠压保护电路、驱动触发复位电路、IGBT驱动保护电路接口板、IGBT管压降检测电路、Vce过压判断电路、故障判断电路、故障处理电路和驱动故障保护电路组成的。本电路的设计的重点是解决有源电力滤波器的信号响应速度、抗电磁干扰能力、以及PWM信号处理和功率单元IGBT的驱动保护在电路中稳定工作等相应的问题，能使电网谐波污染问题得到改善，电能质量得到提高。本电路集成度高、控制能力强，能实现驱动保护控制过程的高速度、高精度的要求，而且还具有较强的电磁抗干扰能力。
Description
技术领域
本实用新型属于电力系统交流配电输电技术领域，具体涉及的是有源电力滤波器功率单元的驱动保护电路。
背景技术
随着现代化工业的发展，电网谐波污染问题日益凸显，另外又由于人们对供电可靠性和电能质量的要求越来越高，所以传统的无源电力滤波器已不能充分满足电力用户对电能质量的要求。有源电力滤波器APF可以克服无源电力滤波器等传统的谐波抑制方法的缺点，以其卓越的滤波性能受到广泛的推广和应用。当开发大容量的有源电力滤波器APF时，强电对驱动信号的电磁干扰和多功率单元的信号传输已成为该领域重点研究的对象。为了保证功率单元IGBT驱动信号可靠高速，并具有较强的抗电磁干扰能力，采用何种功率单元IGBT外围驱动保护电路就是现今科研的重点课题。不同的硬件设计方案解决了不同的保护重点和范围，如果在考虑到信号响应速度、抗电磁干扰能力、装置成本和研发周期以及PWM信号处理和功率单元IGBT的驱动保护在电路稳定工作等相应的问题设计的电路，那么电网谐波污染问题就会得到改善，电能质量就会逐步提高。
发明内容
本实用新型设计的是有源电力滤波器功率单元的驱动保护电路，本电路是根据有源电力滤波器APF的动态响应特征，在功率单元内部配有IGBT功率器件，并由一个驱动保护电路接口板连接功率单元IGBT。本电路集成度高、控制能力强，能实现控制过程的高速度、高精度的要求，而且还具有较强的电磁抗干扰能力。
本实用新型的目的是这样实现的：有源电力滤波器功率单元的驱动保护电路，是由供电电源±15V欠压保护电路、驱动触发复位电路、IGBT驱动保护电路接口板、IGBT管压降检测电路、Vce过压判断电路、故障判断电路、故障处理电路和驱动故障保护电路组成的，其特征是IGBT驱动保护电路接口板与供电电源±15V欠压保护电路、驱动触发复位电路、IGBT管压降检测电路、故障判断电路、驱动故障保护电路电信号连接，IGBT管压降检测电路与Vce过压判断电路电信号连接，故障判断电路与故障处理电路电信号连接，故障处理电路与驱动故障保护电路电信号连接。
本电路集成度高、控制能力强，能实现驱动保护控制过程的高速度、高精度的要求，而且还具有较强的电磁抗干扰能力。
附图说明
图1是IGBT管压降检测电路图；
图2是Vce过压判断电路图；
图3是故障判断电路图；
图4是驱动触发复位电路图；
图5是供电电源+15V欠压保护电路图；
图6是供电电源-15V欠压保护电路图；
图7是故障处理电路图；
图8是驱动故障保护电路图；
图9是本实用新型的原理框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。
有源电力滤波器功率单元的驱动保护电路，如附图1至附图9所示，是由供电电源±15V欠压保护电路、驱动触发复位电路、IGBT驱动保护电路接口板、IGBT管压降检测电路、Vce过压判断电路、故障判断电路、故障处理电路和驱动故障保护电路组成的，其特征是IGBT驱动保护电路接口板与供电电源±15V欠压保护电路、驱动触发复位电路、IGBT管压降检测电路、故障判断电路、驱动故障保护电路电信号连接，IGBT管压降检测电路与Vce过压判断电路电信号连接，故障判断电路与故障处理电路电信号连接，故障处理电路与驱动故障保护电路电信号连接。
本实用新型的工作原理：是IGBT管压降检测电路将检测到的过压判断电路处理后的电压通过IGBT驱动保护电路接口板接至IGBT集电极与发射极，并针对IGBT出现的故障信息进行及时的判断，起到快速保护的作用。同时针对故障信息及时封锁PWM波信号，不至于IGBT直通产生短路影响。在运行工作中IGBT驱动保护接口板将驱动电压信号送至故障判断电路和故障处理电路进行故障判断，如果有故障发生就将故障信息送至驱动故障保护电路进行故障电压封锁，并将封锁信号送至故障处理电路，将处理后的封锁信号通过IGBT驱动保护电路接口板禁止发出PWM驱动信号起到保护IGBT作用。针对提供给功率器件IGBT的电源电压值，需进行判断其正负15V电压的过欠压情况，保证IGBT可以可靠动作。供电电源±15V欠压保护电路通过IGBT驱动保护电路接口板检测供电电压值，实时保护IGBT供电电压避免发生欠压故障，保护IGBT安全工作电压在正常工作范围内，使驱动保护电路保证功率单元IGBT的PWM信号的真实可靠性，即PWM信号的上升沿和下降沿斜坡坡度要陡，这样功率单元IGBT之间才能配合实现开关准确，不出现直通等故障现象。驱动触发复位电路是针对出现的故障在清除后及时给予判断，将电压信号通过IGBT驱动保护电路接口板连接至IGBT，并恢复IGBT驱动发出PWM波，使IGBT功率单元可以正常工作。
具体实施例：
1、IGBT管压降检测电路
图1所示是IGBT管压降检测电路，该电路是检测IGBT两端管压降的差分电路，当IGBT开关管导通时Vout输出电压值为Vout=〔（Vc－Ve）/（R75＋R76）〕×R75，其中电阻R53=R56=R76=R75，R77=R57，电容C21和C20为滤波电容。
2、Vce过压判断电路
图2所示是Vce过压判断电路，是IGBT的集电极与发射极之间电压差，该电路是通过2个二极管串联和一个三极管组合连接来作为Vce过压的判断，这个电路的反应速度快，在温度55℃下Vce>6.5V就判断为过压。
3、故障判断电路
图3所示是故障判断电路，当正常工作时，端子SIGNAL为一个PWM波信号，当SIGNAL端为低电平时，Q25管截止，+15V通过电阻R8、R11对电容C2充电，当SIGNAL端为高电平时，Q25管导通，电容C2通过电阻R11放电。
4、驱动触发复位电路
图4所示是驱动触发复位电路，在该电路左边部分为RS触发器电路，由两个与非门组成，当R=1、S=0时，则Q=0，Q＿N=1，触发器置1；当R=0、S=1时，则Q=1，Q＿N=0，触发器置0；当R=S=1时，触发器状态保持不变；当R=S=0时，触发器状态不确定。正常工作时，R=S=1，保持Q=0，Q＿N=1。当欠压保护电路检测到电压过低时，PRO端被拉低到地，导致RS触发器置0，Q=1，Q＿N=0，保护信号关断上下2个输出电路，使得输出的驱动为高阻态。图4触发复位电路的右侧电路为驱动的复位电路，驱动保护后，如需重新输出PWM驱动信号，需在SIGNAL端输入一个宽度约4ms的高电平，Q4管导通，Q23管关断，C1通过电阻R7放电，使得触发器的6脚从1变成0，使得驱动复位。正常工作时，SIGNAL端为低电平，Q23管导通，+15V通过Q23管对电容C1充电；在正常工作工作状态时，SIGNAL端的电压远小于R7乘于C1，使得6脚恒为高电平。
5、供电电源+15V欠压保护电路
图5所示是供电电源+15V欠压保护电路，在正常工作时，在5.1V稳压管D24作用下，U8A电压跟随器TL074的3脚保持在5.1V左右，输出VREF5.1V参考电压，同时，+15V经过电阻R60、R61两个电阻分压，电压跟随器TL074的9脚电压为〔R60/(R61＋R60)〕×15V，当+15V电压低于约12V时，即电压跟随器TL074的9脚低于5.1V，8脚输出高电平，Q21管导通，PRO端被拉成地，使得驱动欠压进行保护。
6、供电电源-15V欠压保护电路
图6所示是供电电源-15V欠压保护电路，在电路中U8B电压跟随器TL074的6脚的电压是端子VREF与-15V经过电阻分压的值，根据线性电路原理，其U8B的5脚电压值略小于零。当-15V端高于约-12V时，其U8B的7脚输出高高电平，同样PRO端被拉成地，使得驱动欠压进行保护。
7、故障处理电路
图7所示是故障处理电路，在该电路中驱动保护检测到故障后，Q＿N端由1变0，Q13管导通，然后Q26管导通，DRV端输出-15V，从而达到保护目的。在驱动正常工作状态时，Q＿N端为1，Q10管截止，Q25管截止，DRV端由推挽电路输出决定。
8、驱动故障保护电路
图8所示是驱动故障保护电路，该电路是为驱动保护后，输出FAULT信号电路。正常时Q＿N端为高电平，Q7管导通，光耦U2截止，FAULT端为低电平；当驱动保护后，Q＿N端为低电平，Q7管截止，光耦U2导通，FAULT端为高电平。
Claims (1)
1.有源电力滤波器功率单元的驱动保护电路，是由供电电源±15V欠压保护电路、驱动触发复位电路、IGBT驱动保护电路接口板、IGBT管压降检测电路、Vce过压判断电路、故障判断电路、故障处理电路和驱动故障保护电路组成的，其特征是IGBT驱动保护电路接口板与供电电源±15V欠压保护电路、驱动触发复位电路、IGBT管压降检测电路、故障判断电路、驱动故障保护电路电信号连接，IGBT管压降检测电路与Vce过压判断电路电信号连接，故障判断电路与故障处理电路电信号连接，故障处理电路与驱动故障保护电路电信号连接。
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| CN201521072857.0U CN205319700U (zh) | 2015-12-22 | 2015-12-22 | 有源电力滤波器功率单元的驱动保护电路 |
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|---|---|---|---|---|
| CN107069667A (zh) * | 2016-12-28 | 2017-08-18 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 一种具备干扰抑制的igbt保护电路 |
| CN108008322A (zh) * | 2017-10-27 | 2018-05-08 | 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 | 多路电源的检测方法和电路 |
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