CN209982035U - 一种变频器制动单元保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频器制动单元保护电路，包括：制动单元包括制动电阻及制动IGBT器件，其中制动电阻的两端分别连接至变频器的正直流母线及制动IGBT器件的集电极，制动IGBT器件的发射极连接至变频器的负直流母线，该保护电路包括：预设脉冲信号，其用于发送至制动IGBT器件的栅极以使制动IGBT器件导通，其中，当制动IGBT器件导通时将产生一短路电流；漏电保护器，其用于当产生的短路电流超过第一预设值时触发漏电保护器的过载保护功能；以及IGBT退饱和检测单元，该IGBT退饱和检测单元的一输入端连接至制动IGBT器件的集电极，其输出端连接至变频器的控制板，用于当产生的短路电流超过第二预设值时触发IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到控制板。

Description

一种变频器制动单元保护电路

技术领域

本实用新型涉及变频器技术领域，更具体地涉及一种变频器制动单元保护电路。

背景技术

变频器需要外挂制动电阻进行能耗制动，但该制动电阻在安装过程中，较容易出现制动电阻的两端接线触碰到金属外壳的情况，且该金属外壳接地。如图1所示，图1是现有技术中变频器产品制动单元的结构框图，具体地，当制动电阻R1的正端因触碰到金属外壳而接地时，可以通过漏电断路器QF的过载保护功能进行漏电跳闸保护，但当该制动电阻R1的PB端接地时，则无法通过漏电断路器进行漏电跳闸保护，进而可能会造成以下三种危害：第一、人一旦触碰到该金属外壳时，就可能因漏电而危及人身安全；第二、制动电阻一直加有一半的直流母线电压，直接增大了变频器的功耗；第三、制动电阻一直处于工作状态，影响制动电阻寿命，且可能会导致该制动电阻发热严重而烧毁，甚至导致火灾。

为了解决因制动电阻漏电而造成的上述三种危害，在现有漏电保护开关技术中，常采用电流互感器原理来解决制动电阻漏电问题，然而，采用电流互感器原理来解决制动电阻漏电只能用于解决交流漏电的情况，具体地，当制动电阻正常工作时，三相电流矢量和为零，而当制动电阻发生接地漏电时，三相电流矢量和不为零，其中，当制动电阻的漏电流大于100mA时会自动启发保护动作，进而解决制动电阻漏电问题，然而，由于电流互感器只能感应到交流分量，无法检测出直流分量，且制动电阻安装在直流侧，当制动电阻发生对地短路时，折算到三相交流侧为直流偏置分量，利用电流互感器原理来解决制动电阻漏电的漏电保护功能无法启动。

因此，如何设计提供一种结构简单且能保护该制动单元的变频器制动单元保护电路，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种变频器制动单元保护电路，可以有效弥补漏电断路器的不足，即所述漏电断路器可以同时应用于交直流漏电保护，进而可以解决因制动电阻漏电而造成的危害，还可以解决制动电阻外壳接地漏电以及制动电阻两端短路问题，可以有效保护变频器的制动单元，还可以提前预判变频器的接线隐患。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种变频器制动单元保护电路，其中，所述制动单元包括制动电阻及制动IGBT器件，其中所述制动电阻的两端分别连接至变频器的正直流母线及所述制动IGBT器件的集电极，所述制动IGBT器件的发射极连接至变频器的负直流母线，所述保护电路包括：一预设脉冲信号，所述预设脉冲信号用于发送至所述制动IGBT器件的栅极以使所述制动IGBT器件导通，其中，当所述制动IGBT器件导通时将产生一短路电流；一漏电保护器，所述漏电保护器用于当产生的短路电流超过第一预设值时触发所述漏电保护器的过载保护功能；以及一IGBT退饱和检测单元，所述IGBT退饱和检测单元的一输入端连接至所述制动IGBT器件的集电极，其输出端连接至所述变频器的控制板，用于当产生的短路电流超过第二预设值时触发所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述预设脉冲信号为PWM信号，所述PWM信号由所述控制板产生并主动发送至所述制动IGBT器件的栅极以使所述制动IGBT器件导通。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述短路电流由变压器漏感Ls决定，所述漏感Ls为所述变压器的3％短路阻抗。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述第一预设值为所述漏电保护器的动作阈值，以当所述短路电流超过所述漏电保护器的动作阈值时触发所述漏电保护器的过载保护功能；所述第二预设值为所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测阈值，以当所述短路电流超过所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测阈值时触发所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述IGBT退饱和检测单元包括一具备所述VCE检测功能的集成芯片，所述集成芯片的输入端作为所述IGBT退饱和检测单元的一输入端连接至所述制动IGBT器件的集电极，其输出端作为所述IGBT退饱和检测单元的输出端连接至所述控制板的输入端，所述VCE检测功能为实时监测所述制动IGBT器件的VCE饱和压降以判断所述VCE饱和压降是否超过VCE检测阈值，若超过所述VCE检测阈值输出VCE检测信号到所述控制板。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述集成芯片为IGBT隔离门级驱动光电耦合器，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的DESAT引脚作为所述集成芯片的输入端连接至所述制动IGBT器件的集电极，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的VS引脚作为所述集成芯片的输出端连接至所述控制板的输入端。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述IGBT退饱和检测单元还包括第一电源以及第一滤波单元，其中，所述第一滤波单元包括第一电阻以及第一电容，所述第一电阻的一端连接至所述第一电源，所述第一电阻的另一端连接至所述第一电容的一端以及所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的两ANODE引脚，所述第一电容的另一端连接至所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的两CATHODE引脚，其中，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的CATHODE引脚作为所述IGBT退饱和检测单元的另一输入端以接收所述预设脉冲信号。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述IGBT退饱和检测单元还包括第二电源以及第二滤波单元，所述第二电源连接至所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的FAULT引脚以及第二滤波单元的一端，所述第二滤波单元的另一端连接至所述VS引脚并作为所述集成芯片的输出端以输出VCE检测信号。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述IGBT退饱和检测单元还包括第三电源以及第三滤波单元，其中，所述第三滤波单元包括第二电阻以及第三电容，所述第二电阻的一端连接至所述第三电源，其另一端连接至所述第三电容的一端以及所述DESAT引脚，所述第三电容的另一端接地，其中，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的DESAT引脚用于监测所述制动IGBT器件的VCE饱和压降以判断所述VCE饱和压降是否超过VCE检测阈值，若超过所述VCE检测阈值所述VS引脚用于输出VCE检测信号到所述控制板。

在本实用新型提供的变频器制动单元保护电路中，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器包括ACPL-352J芯片、ACPL-329J芯片、ACPL-336J芯片、ACPL-333J芯片、ACPL-332J芯片、ACPL-331J芯片、ACPL-335J芯片、ACPL-339J芯片、ACPL-337J芯片。

本实用新型实施例提供了一种变频器制动单元保护电路。实施本实用新型实施例可以解决现有漏电保护开关技术只能应用于交流漏电保护而无法应用于直流漏电保护的问题，还可以有效解决现有漏电保护开关技术无法应用于制动电阻PB端对地短路、PB端直接接正极以及制动电阻两端短路等问题。本实施例提供的一种变频器制动单元保护电路通过变频器的控制板主动发送出的一预设脉冲信号以及一IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能来实现对所述变频器的制动单元的保护，可以有效地弥补漏电断路器的不足，即所述漏电断路器可以同时应用于交直流漏电保护，还可以解决制动电阻外壳接地漏电以及制动电阻两端短路问题，可以有效保护变频器的制动单元，还可以提前预判变频器的接线隐患。本实用新型所提供的一种变频器制动单元保护电路包括一预设脉冲信号、一漏电保护器以及一IGBT退饱和检测单元；通过变频器的控制板主动发送一预设脉冲信号到制动IGBT器件的栅极以触发所述制动IGBT器件导通，当所述制动IGBT器件导通时将产生一短路电流；其中，当产生的短路电流超过第一预设值触发所述漏电保护器的过载保护功能；以及当产生的短路电流超过第二预设值触发IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以实现保护所述变频器制动单元的目的，该变频器制动单元保护电路设计简洁，连线简单，其可行性较高，便于方案实施，且该变频器制动单元保护电路具有成本低、占用资源少、扩展性强等优点。

通过以下的描述并结合附图，本实用新型将变得更加清晰，这些附图用于解释本实用新型的实施例。

附图说明

图1是现有技术中变频器产品的制动单元的结构框图；

图2是本实用新型提供的一种变频器制动单元保护电路的结构框图；

图3是本实用新型提供的一种变频器制动单元保护电路的方框原理图；

图4是本实用新型提供的一种变频器制动单元保护电路的具体电路图；以及

图5是本实用新型实施例提供的一种变频器制动单元保护电路的脉冲信号及短路电流示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本实用新型提供的一种变频器制动单元保护电路应用于变频器制动单元的保护。其中，所述制动单元包括制动电阻以及制动IGBT器件(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)，其中所述制动电阻的两端分别连接至变频器的正直流母线及所述制动IGBT器件的集电极，所述制动IGBT器件的发射极连接至变频器的负直流母线，该变频器制动单元保护电路包括一预设脉冲信号，所述预设脉冲信号用于发送至所述制动IGBT器件的栅极以使所述制动IGBT器件导通，其中，当所述制动IGBT器件导通时将产生一短路电流；一漏电保护器，所述漏电保护器用于当产生的短路电流超过第一预设值时触发所述漏电保护器的过载保护功能；以及一IGBT退饱和检测单元，所述IGBT退饱和检测单元的一输入端连接至所述制动IGBT器件的集电极，其输出端连接至所述变频器的控制板，用于当产生的短路电流超过第二预设值时触发所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板，其中，通过变频器的控制板主动发送一预设脉冲信号到制动IGBT器件的栅极以触发所述制动IGBT器件导通，当所述制动IGBT器件导通时将产生一短路电流；其中，当产生的短路电流超过第一预设值触发所述漏电保护器的过载保护功能；以及当产生的短路电流超过第二预设值触发IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以实现保护所述变频器制动单元的目的，该变频器制动单元保护电路设计简洁，连线简单，其可行性较高，便于方案实施，且该变频器制动单元保护电路具有成本低、占用资源少、扩展性强等优点。本实施例提供的一种变频器制动单元保护电路可以有效地弥补漏电断路器的不足，即所述漏电断路器可以同时应用于交直流漏电保护，还可以解决制动电阻外壳接地漏电以及制动电阻两端短路问题，可以有效保护变频器的制动单元，还可以提前预判变频器的接线隐患。

请参见图1，其是现有技术中变频器产品的制动单元的结构框图。当变频器1的PB端接地的情况下，例如，一变频器1需要外挂制动电阻110进行能耗制动，而该制动电阻110在安装过程中，较容易出现制动电阻110的两端接线触碰到金属外壳111的情况，且该金属外壳111接地，即导致变频器1的PB端接地，当断路器QF闭合上电后，电网给变频器1充电，1/2的六脉冲整流电压加在制动电阻110上，产生一个脉冲的直流。当充电完成后，脉冲的直流经过母线电容C滤成一条平滑的直线，从而在该制动电阻110上产生一个恒定的直流，若该制动电阻110的两端接线触碰到金属外壳111，则导致该PB端接地漏电，因此需要解决该PB端接地漏电问题；亦或者解决因该制动电阻110两端短路或者该变频器的正极A直接接PB端而危害到所述制动单元100的问题。

请参见图2～图5，图2是本实用新型提供的一种变频器制动单元保护电路的结构框图，图3是本实用新型实施例提供的一种变频器制动单元保护电路的方框原理图；图4是本实用新型实施例提供的一种变频器制动单元保护电路的具体电路图；图5是本实用新型实施例提供的一种变频器制动单元保护电路的脉冲信号及短路电流示意图。其中，如图5所示，图5上半部分为预设脉冲信号示意图，其纵坐标为预设脉冲信号值，横坐标为时间；图5下半部分为短路电流示意图，其纵坐标为电流值，横坐标为时间。

所述变频器制动单元保护电路200用于保护一变频器1的制动单元100。所述制动单元100包括制动电阻110以及制动IGBT器件120，其中所述制动电阻110的两端分别连接至变频器1的正直流母线及制动IGBT器件120的集电极，所述制动IGBT器件120的发射极连接至变频器1的负直流母线。所述变频器制动单元保护电路200包括一预设脉冲信号210，所述预设脉冲信号210用于发送至所述制动IGBT器件120的栅极以使所述制动IGBT器件120导通，其中，当所述制动IGBT器件120导通时将产生一短路电流；一漏电保护器230，所述漏电保护器230用于当产生的短路电流超过第一预设值时触发所述漏电保护器230的过载保护功能；以及一IGBT退饱和检测单元220，所述IGBT退饱和检测单元220的一输入端连接至所述制动IGBT器件120的集电极，其输出端连接至所述变频器1的控制板300，用于当产生的短路电流超过第二预设值时触发所述IGBT退饱和检测单元220的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板300。

其中，在一实施例中，所述预设脉冲信号为PWM信号，所述PWM信号由所述变频器1的控制板300产生并发送至所述制动IGBT器件120的栅极，具体地，所述PWM信号由所述控制板300的上位机产生，所述上位机可以为数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)。

其中，在一实施例中，所述第一预设值为所述漏电保护器230的动作阈值，以当所述短路电流超过所述漏电保护器230的动作阈值时触发所述漏电保护器230的过载保护功能；所述第二预设值为所述IGBT退饱和检测单元220的VCE检测阈值，以当所述短路电流超过所述IGBT退饱和检测单元220的VCE检测阈值时触发所述IGBT退饱和检测单元220的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板300。具体地，在本实施例中，变频器1的控制板300主动发出一预设脉冲信号210到制动IGBT器件120的栅极，所述制动IGBT器件短时开通，使得该变频器1的PB端的接地点与负极B瞬间短路，进而产生了一个非常大的短路电流di/dt，其中，当产生的短路电流di/dt超过所述漏电保护器230的动作阈值时，触发所述漏电保护器230的过载保护功能，即所述漏电保护器230跳闸；而当产生的短路电流di/dt超过所述IGBT退饱和检测单元220的VCE检测阈值时，触发所述IGBT退饱和检测单元220的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板300。其中，在一实施例中，所述短路电流di/dt的电流大小取决于变压器漏感Ls以及线路电感Ld，由于线路电感Ld的大小可忽略不计，因此，所述短路电流di/dt由变压器漏感Ls所决定，所述漏感Ls为该变压器的3％短路阻抗。具体地，所述漏感Ls＝3％*(U*U/2πf*P)，所述短路电流di/dt＝1.35U/2Ls＝7065*P/U。其中，U为电网线电压，f为电压频率50Hz，P为主压器功率。具体可例如为若存在一2.2kW的变频器1，该变频器的功率选1.5倍，则所述变频器1的短路电流di/dt＝61kA/s，其中，若应用于该变频器1内的漏电保护器230的额定漏电动作电流为100mA，其额定漏电动作时间为0.1s，根据所述额定漏电动作电流以及额定漏电动作时间可知所述漏电保护器230的需要的动作阀值为I＝62A/s，由于所述变频器1的短路电流di/dt＝61kA/s远大于所述漏电保护器230的需要的动作阀值I＝62A/s，必然可以触发该漏电保护器230跳闸以保护所述制动单元100，可以有效地解决该制动电阻外壳接地漏电问题。

其中，为了防止所述变频器1的短路电流di/dt过大而烧毁所述制动IGBT器件120，所述变频器制动单元保护电路还包括一IGBT退饱和检测单元220，所述IGBT退饱和检测单元220具备一VCE检测功能，所述VCE检测功能是根据IGBT器件的退饱和特性判断该IGBT器件是否短路，即在本实施例中，当数倍额定电流流过所述制动IGBT器件120时，所述制动IGBT器件120的集电极与发射极的饱和电压VCE也相应抬高，进而可以通过检测该制动IGBT器件120的饱和电压VCE值判断该IGBT器件是否短路。另外，通过所述VCE检测功能还能有效地判断出PB端直接接正极A以及制动电阻两端短路的情况，可以有效地保护制动IGBT器件120不损坏。

其中，在一实施例中，所述IGBT退饱和检测单元220包括一具备所述VCE检测功能的集成芯片221，所述集成芯片221的输入端作为所述IGBT退饱和检测单元220的一输入端连接至所述制动IGBT器件120的集电极，其输出端作为所述IGBT退饱和检测单元220的输出端连接至所述控制板300的输入端，所述VCE检测功能用于实时监测所述制动IGBT器件的VCE饱和压降以判断所述VCE饱和压降是否超过VCE检测阈值，若超过所述VCE检测阈值输出VCE检测信号到所述控制板，即向所述控制板报警，进而可以及时、准确处理所述变频器的PB端直接接正极A以及制动电阻两端短路问题。

其中，在一实施例中，所述具备所述VCE检测功能的集成芯片221为IGBT隔离门级驱动光电耦合器U2，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U2的DESAT引脚作为所述集成芯片221的输入端连接至所述制动IGBT器件120的集电极，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U2的VS引脚作为所述集成芯片221的输出端连接至所述控制板300的输入端。其中，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1可以为高度集成的智能门极驱动光电耦合器，该高度集成的智能门极驱动光电耦合器U1具有有源米勒钳位、欠压锁定、故障和UVLO状态反馈以及去饱和检测等集成保护功能。具体地，该高度集成的智能门极驱动光电耦合器U1包括但不限于ACPL-329J芯片、ACPL-352J芯片、ACPL-336J芯片、ACPL-333J芯片、ACPL-332J芯片、ACPL-331J芯片、ACPL-335J芯片、ACPL-339J芯片、ACPL-337J芯片。其中，若高度集成的智能门极驱动光电耦合器U1为ACPL-329J芯片，所述高度集成的智能门极驱动光电耦合器U1包括16个引脚，所述16引脚分别为1引脚VS，2引脚VCC1，3引脚FAULT，4引脚VS，5引脚CATHODE，6引脚ANODE，7引脚ANODE，8引脚CATHODE，9引脚VEE，10引脚Vclamp，11引脚VOUT，12引脚VEE，13引脚VCC4，14引脚DESAT，15引脚VLED，16引脚VE。其中，3引脚FAULT为故障输出端子，11引脚VOUT为驱动输出端子，14引脚DESAT为饱和压降检测端子。

在一实施例中，所述IGBT退饱和检测单元220还包括第一电源VCC1以及第一滤波单元222，其中，所述第一滤波单元222包括第一电阻R1以及第一电容C1，所述第一电阻R1的一端连接至所述第一电源VCC1，所述第一电阻R1的另一端连接至所述第一电容C1的一端以及所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的两ANODE引脚，所述第一电容C1的另一端连接至所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的两CATHODE引脚，其中，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的CATHODE引脚作为所述IGBT退饱和检测单元220的另一输入端以接收所述预设脉冲信号。其中，所述预设脉冲信号即PWM信号从控制板300的上位机发送并输出到所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1，具体地，所述上位机可例如为数字信号处理器DSP，由于数字信号处理器DSP输出信号端一般不能直接连接到所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的输入端，因为所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的驱动电流较小，容易产生误触发信号，并且可能存在干扰信号导致所述制动IGBT器件120的栅极误触发，因此，需要在该IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的输入端配置一信号滤波整形电路，具体地，在本实施例中，在该IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的输入端设置第一滤波单元222，所述第一滤波单元222用于抑制所述PWM信号中的干扰信号，以避免误触发，其中，所述干扰信号可例如窄脉冲信号。

在一实施例中，所述IGBT退饱和检测单元220还包括第二电源VCC2以及第二滤波单元223，所述第二电源VCC2连接至所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的FAULT引脚以及第二滤波单元223的一端，所述第二滤波单元223的另一端连接至所述VS引脚并作为所述集成芯片221的输出端以输出VCE检测信号。具体地，所述第二滤波单元223包括第二电容C2，所述第二电源VCC2连接至所述FAULT引脚以及所述第二电容C2的一端，所述第二电容C2的另一端连接至所述VS引脚。其中，当IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的DESAT引脚监测到所述制动IGBT器件120的VCE饱和压降超过VCE检测阈值时，可判定所述制动IGBT器件120短路，所述VS引脚输出VCE检测信号到所述控制板300以向所述控制板300报警，此时需要在该IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的输出端配置一信号滤波整形电路，即在该IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的输出端设置第二滤波单元223，所述第二滤波单元223用于滤除所述VS引脚的震荡信号，以得到稳定的VCE检测信号。

在一实施例中，所述IGBT退饱和检测单元220还包括第三电源VCC3以及第三滤波单元224，其中，所述第三滤波单元224包括第二电阻R2以及第三电容C3，所述第二电阻R2的一端连接至所述第三电源VCC3，其另一端连接至所述第三电容C3的一端以及所述DESAT引脚，所述第三电容C3的另一端接地，其中，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的DESAT引脚用于监测所述制动IGBT器件120的VCE饱和压降以判断所述VCE饱和压降是否超过VCE检测阈值，此时需要在该IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的DESAT引脚配置一信号滤波整形电路，即在该IGBT隔离门级驱动光电耦合器U1的DESAT引脚设置第三滤波单元224，所述第三滤波单元224用于滤除输入到所述DESAT引脚的信号中的干扰信号，以得到较为准确的VCE饱和压降。

在上述实施例中，本实用新型实施例提供了一种变频器制动单元保护电路。其中，所述制动单元包括制动电阻以及制动IGBT器件，其中所述制动电阻的两端分别连接至变频器的正直流母线及制动IGBT器件的集电极，所述制动IGBT器件的发射极连接至变频器的负直流母线，该变频器制动单元保护电路包括一预设脉冲信号、一漏电保护器以及一IGBT退饱和检测单元；通过变频器的控制板主动发送一预设脉冲信号到制动IGBT器件的栅极以触发所述制动IGBT器件导通，当所述制动IGBT器件导通时将产生一短路电流；其中，当产生的短路电流超过第一预设值触发所述漏电保护器的过载保护功能；以及当产生的短路电流超过第二预设值触发IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以实现保护所述变频器制动单元的目的，该变频器制动单元保护电路设计简洁，连线简单，其可行性较高，便于方案实施，且该变频器制动单元保护电路具有成本低、占用资源少、扩展性强等优点。本实施例提供的一种变频器制动单元保护电路可以有效地弥补漏电断路器的不足，即所述漏电断路器可以同时应用于交直流漏电保护，还可以解决制动电阻外壳接地漏电、制动电阻两端短路以及变频器的PB端直接接正极A等问题，可以有效保护变频器的制动单元，还可以提前预判变频器的接线隐患。

请继续参见图2～5，下面详细说明本实用新型提供的一种变频器制动单元保护电路100的第一实施例的工作原理。所述变频器制动单元保护电路200用于保护一变频器1的制动单元100。所述制动单元100包括制动电阻110以及制动IGBT器件120，其中所述制动电阻110的两端分别连接至变频器1的正直流母线及制动IGBT器件120的集电极，所述制动IGBT器件120的发射极连接至变频器1的负直流母线。所述变频器制动单元保护电路200包括一预设脉冲信号210，所述预设脉冲信号210用于发送至所述制动IGBT器件120的栅极以使所述制动IGBT器件120导通，其中，当所述制动IGBT器件120导通时将产生一短路电流；一漏电保护器230，所述漏电保护器230用于当产生的短路电流超过第一预设值时触发所述漏电保护器230的过载保护功能；以及一IGBT退饱和检测单元220，所述IGBT退饱和检测单元220的一输入端连接至所述制动IGBT器件120的集电极，其输出端连接至所述变频器1的控制板300，用于当产生的短路电流超过第二预设值时触发所述IGBT退饱和检测单元220的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板300。其中，在一实施例中，所述预设脉冲信号为PWM信号，所述PWM信号由所述变频器1的控制板300产生并发送至所述制动IGBT器件120的栅极，具体地，所述PWM信号由所述控制板300的上位机产生，所述上位机可以为数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)。

其中，若制动电阻110的两端接线触碰到金属外壳使PB端接地，在本实施例中，变频器1的控制板300主动发出一预设脉冲信号210到制动IGBT器件120的栅极，所述制动IGBT器件短时开通，使得该变频器1的PB端的接地点与负极B瞬间短路，进而产生了一个非常大的短路电流di/dt，其中，当产生的短路电流di/dt超过所述漏电保护器230的动作阈值时，触发所述漏电保护器230的过载保护功能，即所述漏电保护器230跳闸以保护所述制动单元100。

其中，若制动电阻110的两端短路或者变频器1的正极A直接接PB端，变频器1的控制板300主动发出一预设脉冲信号210到制动IGBT器件120的栅极，所述制动IGBT器件短时开通，使得该变频器1的正极A与负极B瞬间短路，进而产生了一个足够大的短路电流di/dt触发所述漏电保护器230的过载保护功能，即所述漏电保护器230跳闸以保护所述制动单元100，然而，该制动电阻110的两端短路或者变频器1的正极A直接接PB端，使得电路中失去制动电阻110的分流，导致该变频器1的正极A与负极B瞬间短路产生的短路电流di/dt远大于所述第二预设值，触发IGBT退饱和检测单元220的VCE检测功能，其中，所述IGBT退饱和检测单元220用于当监测到产生的短路电流di/dt超过第二预设值时触发所述IGBT退饱和检测单元220的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板300，即输出VCE检测信号向所述控制板报警，进而可以及时、准确处理所述变频器的PB端直接接正极A以及制动电阻两端短路问题。所述VCE检测功能是根据IGBT器件的退饱和特性判断该IGBT器件是否短路，即在本实施例中，当数倍额定电流流过所述制动IGBT器件120时，所述制动IGBT器件120的集电极与发射极的饱和电压VCE也相应抬高，进而可以通过检测该制动IGBT器件120的饱和电压VCE值判断该IGBT器件是否短路。另外，通过所述VCE检测功能还能有效地判断出PB端直接接正极A以及制动电阻两端短路的情况，可以有效地保护制动IGBT器件120不损坏。

以上结合较佳实施例对本实用新型进行了描述，但本实用新型并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本实用新型的本质进行的修改。

Claims (10)

1.一种变频器制动单元保护电路，所述制动单元包括制动电阻及制动IGBT器件，其中所述制动电阻的两端分别连接至变频器的正直流母线及所述制动IGBT器件的集电极，所述制动IGBT器件的发射极连接至变频器的负直流母线，其特征在于，所述保护电路包括：

一预设脉冲信号，所述预设脉冲信号用于发送至所述制动IGBT器件的栅极以使所述制动IGBT器件导通，其中，当所述制动IGBT器件导通时将产生一短路电流；

一漏电保护器，所述漏电保护器用于当产生的短路电流超过第一预设值时触发所述漏电保护器的过载保护功能；以及

一IGBT退饱和检测单元，所述IGBT退饱和检测单元的一输入端连接至所述制动IGBT器件的集电极，其输出端连接至所述变频器的控制板，用于当产生的短路电流超过第二预设值时触发所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板。

2.根据权利要求1所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述预设脉冲信号为PWM信号，所述PWM信号由所述控制板产生并主动发送至所述制动IGBT器件的栅极以使所述制动IGBT器件导通。

3.根据权利要求1所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述短路电流由变压器漏感Ls决定，所述漏感Ls为所述变压器的3％短路阻抗。

4.根据权利要求1所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述第一预设值为所述漏电保护器的动作阈值，以当所述短路电流超过所述漏电保护器的动作阈值时触发所述漏电保护器的过载保护功能；所述第二预设值为所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测阈值，以当所述短路电流超过所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测阈值时触发所述IGBT退饱和检测单元的VCE检测功能，以输出VCE检测信号到所述控制板。

5.根据权利要求1所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述IGBT退饱和检测单元包括一具备所述VCE检测功能的集成芯片，所述集成芯片的输入端作为所述IGBT退饱和检测单元的一输入端连接至所述制动IGBT器件的集电极，其输出端作为所述IGBT退饱和检测单元的输出端连接至所述控制板的输入端，所述VCE检测功能为实时监测所述制动IGBT器件的VCE饱和压降以判断所述VCE饱和压降是否超过VCE检测阈值，若超过所述VCE检测阈值输出VCE检测信号到所述控制板。

6.根据权利要求5所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述集成芯片为IGBT隔离门级驱动光电耦合器，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的DESAT引脚作为所述集成芯片的输入端连接至所述制动IGBT器件的集电极，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的VS引脚作为所述集成芯片的输出端连接至所述控制板的输入端。

7.根据权利要求6所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述IGBT退饱和检测单元还包括第一电源以及第一滤波单元，其中，所述第一滤波单元包括第一电阻以及第一电容，所述第一电阻的一端连接至所述第一电源，所述第一电阻的另一端连接至所述第一电容的一端以及所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的两ANODE引脚，所述第一电容的另一端连接至所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的两CATHODE引脚，其中，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的CATHODE引脚作为所述IGBT退饱和检测单元的另一输入端以接收所述预设脉冲信号。

8.根据权利要求6所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述IGBT退饱和检测单元还包括第二电源以及第二滤波单元，所述第二电源连接至所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的FAULT引脚以及第二滤波单元的一端，所述第二滤波单元的另一端连接至所述VS引脚并作为所述集成芯片的输出端以输出VCE检测信号。

9.根据权利要求6所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述IGBT退饱和检测单元还包括第三电源以及第三滤波单元，其中，所述第三滤波单元包括第二电阻以及第三电容，所述第二电阻的一端连接至所述第三电源，其另一端连接至所述第三电容的一端以及所述DESAT引脚，所述第三电容的另一端接地，其中，所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器的DESAT引脚用于监测所述制动IGBT器件的VCE饱和压降以判断所述VCE饱和压降是否超过VCE检测阈值，若超过所述VCE检测阈值所述VS引脚用于输出VCE检测信号到所述控制板。

10.根据权利要求6所述的变频器制动单元保护电路，其特征在于：所述IGBT隔离门级驱动光电耦合器包括ACPL-352J芯片、ACPL-329J芯片、ACPL-336J芯片、ACPL-333J芯片、ACPL-332J芯片、ACPL-331J芯片、ACPL-335J芯片、ACPL-339J芯片、ACPL-337J芯片。

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