CN2641921Y - 电涡流缓速器制动力连续可调控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种电涡流缓速器制动力连续可调控制电路，由于在作为开关管的绝缘栅双极型晶体管的栅极G和发射极E之间的并联了一个稳压二极管D3，有效地钳制了G－E之间的电压的突然上升，能起到电流短路保护作用；同时由于在绝缘栅双极型晶体管的集电极C和发射极E之间并接了一浪涌吸收电路，可以有效地吸收由于绝缘栅双极型晶体管的高速开关所产生的浪涌电压，使起到开关作用绝缘栅双极型晶体管得到了很好的保护。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种机动车辆辅助制动系统中利用电涡流缓速器制动的装置，特别涉及利用绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为直流斩波器开关元件的电涡流缓速器制动力连续可调控制电路。
背景技术
现有电涡流缓速器对制动力矩的调节主要采用以下两种方法：1、有触点的继电器组合来分配励磁绕组的励磁电流；2、采用斩波器改变加载到励磁绕组中励磁电压的平均值来改变励磁绕组中励磁电流的变化。前一种方法，不管以何种形式整合励磁绕组，其中励磁电流都是阶跃式变化的，由此产生的制动力矩也是阶跃式变化的，由于这些缺陷的存在，司机很难根据车速的快慢来调整制动力矩的大小，结果由于刹车的作用，制动力矩时而过大，时而过小，给安全带来很大的隐患，同时还会造成司机和乘客的不适以及货物的损坏。后一种方法，可以使励磁绕组中产生连续可调的励磁电流，从而使制动力连续可调，但目前在缓速器中使用的技术中没有采取必要的措施保护好调节元件，因而容易造成元件损坏。产品不可靠，所以产品没有生命力。
车用电涡流缓速器制动力的大小主要取决于励磁绕组中励磁电流的大小，要使制动力连续可调，只要使励磁绕组中励磁电流连续可调即可。
励磁绕组供电电源为直流电压，要使励磁绕组中励磁电流连续可调，可利用斩波器改变加载到励磁绕组中励磁电压的平均值，再在励磁绕组中并上续流二极管，这样就保证了励磁绕组中励磁电流连续可调。
斩波器接在恒定直流电源与负载电路之间，如图1所示。斩波器将一系列电压脉冲加载到负载电路，其中设Tt为斩波器导通时间，T为通断周期，这些脉冲幅值与电源电压E相同，但负载电压平均值Ud是低于电源电压值的。通常，斩波器可采用两种方法来改变负载电压Ud。
第一、改变Tt，而周期T保持常数；
第二、改变周期T，而保持Tt为常数。
用数学表达式表示为：Ud＝Tt/T*E，比较成熟的技术采用第一种，简称脉宽调制(即PWM)。
目前直流斩波器开关元件可选用的有：功率晶体管(GTR)，功率MOS场效应管，和绝缘栅双极型晶体管(简称IGBT)。
由于绝缘栅双极型晶体管将功率晶体管与MOS场效应管的优点集于一身，既具备输入阻抗高、速度快，热稳定性好和驱动电路简单的特点，又具有通态电压低，耐高压和承受电流大等优点，因此，它广泛应用于各种斩波应用技术中。
现有技术中，将斩波器应用到电涡流缓速器励磁电流调节电路，是采用如图2所示的电路，根据绝缘栅双极型晶体管的特点，这种电路存在以下缺陷：
①、如图3所示，绝缘栅双极型晶体管的集电极C和栅极G之间相当于有一个等效电容，此电容有滤波作用，放电时间常数太长，不适用于高频开关电路，这样导致了励磁绕组中励磁电流脉动成份太大，制动力不够平滑，导致刹车过程中汽车有抖动现象。
②、要使绝缘栅双极型晶体管彻底关断，应使绝缘栅双极型晶体管关断的栅极驱动电压VGE小于-5V，如果这个负电压值不够小，可能因为集电极电压变化率du/dt的作用使绝缘栅双极型晶体管误导通或不能关断，如图3。当绝缘栅双极型晶体管从导通变为截止时，电压上升产生的du/dt使C-G-E间有一个小的感应电流Id，它可能使绝缘栅双极型晶体管误导通。如果VGE能保证小于-5V则感应电流通过电源放掉，如图中的Id，避免了IGBT管子的误导通。图2中没有能够提供一个可靠的负的VGE电压。
③、当电路发生短路时，IC电流会急剧上升，它的影响会使VGE电压产生一个尖峰脉冲，这个尖峰脉冲会进一步增加电流IC，形成正反馈作用，从而损坏绝缘栅双极型晶体管。
④、绝缘栅双极型晶体管是一种安全工作区宽，使用简单的功率开关元件，但开关速度高，易产生浪涌电压，现有技术没有能够提供吸收这种浪涌能量的浪涌钳位电路，因而也容易造成对绝缘栅双极型晶体管的损坏。
发明内容
本实用新型的目的，是为了克服上述电路中的不足，提供一种既能使电涡流缓速器制动力矩连续可调，又能可靠保护电路中的调节元件的电涡流缓速器制动力连续可调控制电路。
为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是，一种电涡流缓速器制动力连续可调控制电路，包括励磁绕组L、设置在电源和励磁绕组L之间的斩波器以及与励磁绕组L并联的续流二极管D5，所述的斩波器的开关元件为绝缘栅双极型晶体管，其特点是：还包括并联在绝缘栅双极型晶体管的栅极G和发射极E之间的稳压二极管D3、并联在绝缘栅双极型晶体管的集电极C和发射极E之间的浪涌吸收电路。
所述的浪涌吸收电路由电容C4、电阻R4和二极管D4组成，电阻R4和二极管D4并联后与电容C4相串接。
在本实用新型电涡流缓速器制动力连续可调控制电路中，由于在作为开关管的绝缘栅双极型晶体管的栅极G和发射极E之间的并联了一个稳压二极管D3，有效地钳制了G-E之间的电压的突然上升，能起到电流短路保护作用；同时由于在绝缘栅双极型晶体管的集电极C和发射极E之间并接了一浪涌吸收电路，可以有效地吸收由于绝缘栅双极型晶体管的高速开关所产生的浪涌电压，使起到开关作用绝缘栅双极型晶体管得到了很好的保护。
附图说明
图1是电涡流缓速器制动力连续可调控制电路的基本原理示意图；
图2是现有技术电涡流缓速器制动力连续可调控制电路的电路图；
图3是绝缘栅双极型晶体管产生感应电流示意图；
图4是本实用新型在绝缘栅双极型晶体管的栅极G和发射极E之间并联一个稳压二极管D3的局部电路图；
图5是本实用新型在绝缘栅双极型晶体管的集电极与发射极之间并接浪涌吸收电路图；
图6是本实用新型调控制电路的一具体运用实施例的电路图。
具体实施方式
请结合图4、图5所示，本实用新型的一种电涡流缓速器制动力连续可调控制电路包括励磁绕组L、设置在电源和励磁绕组L之间的斩波器以及与励磁绕组L并联的续流二极管D5，所述的斩波器的开关元件为绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：还包括并联在绝缘栅双极型晶体管的栅极G和发射极E之间的稳压二极管D3、并联在绝缘栅双极型晶体管的集电极C和发射极E之间的浪涌吸收电路。
所述的浪涌吸收电路由电容C4、电阻R4和二极管D4组成，电阻R4和二极管D4并联后与电容C4相串接。
图6是本实用新型电涡流缓速器制动力连续可调控制电路采用日本富士公司开发的EXB841专用驱动芯片的实际应用电路图。EXB841专用驱动芯片内部装有2500V的高隔离电压的光耦合器，有过电流保护，并且提供了过电流保护输出信号端子，同时提供了一个可靠的关断管子的负VGE电压，且具有很高的开关速度。在本实施例中，包括励磁绕组L、与励磁绕组并联的续流二极管D5，开关元件是一绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，并联在IGBT的栅极G和发射极E之间的稳压二极管D3、并联在IGBT的集电极C和发射极E之间的电容C3和RCD电路。RCD电路由电容C4、电阻R4和二极管D4组成，电阻R4和二极管D4并联，电容C4的一端与IGBT的集电极C相连，另一端与并联的电阻R4和二极管D4串联，并联的电阻R4和二极管D4的另一端与IGBT的发射极E相连。
EXB841的工作原理如下：
①、当输入端14脚和15脚流过10mA电流时，EXB 841内部光耦导通，输出脚3通过电阻RG给IGBT提供电流使之迅速导通。
②、当输入端14脚和15脚流过电流为零时，内部光耦截止，IGBT的栅极电荷通过EXB 841内部三极管迅速放电，使3脚电位下降到0V，由于此时3脚电位比1脚电位低5V，所以IGBT可靠关断。
③、IGBT正常导通时，3脚电位输出正常，若发生短路，IGBT承受大电流而退出饱和，VCE上升，通过EXB841内部调整电路，使3脚电流下降，关断IGBT。
图6所示电路的工作过程如下：由于EXB841的15脚接高电平，故控制脉冲输入端14脚为低电平时，IGBT导通，14脚为高电平时，IGBT截止，稳压管D3为栅极电压的正向限幅保护，电容C1、C2为正、反向电源的滤波电容，1脚还外接钳位二极管D2，此外，当集电极电流过大时，IGBT的饱和压降VCE将明显增加，使集电极电位升高，过高的集电极电位作为过流信号送至6脚。通过EXB841内部的保护电路，使栅极电位下降，IGBT截止，与此同时，5脚输出低电平，使光电耦合器PC导通，输出过电流保护动作信号。IGBT导通时，电磁电流通过IGBT管子流人励磁绕组，当IGBT截止时，励磁绕组中的励磁电流不能突变，通过续流二极管D5继续维持原来大小的励磁电流，随着时间的延长，励磁电流会慢慢下降，然而当输入EXB841的脉冲频率很高时，励磁电流基本维持不变，这就要求能提供高速开关IGBT的驱动电路，而EXB841正是具备这种高速特点的。由于很高的开关速度，很易产生浪涌电压，损坏IGBT管子，因此电路中用C3，C4、R4和D4组成两个浪涌电压吸收回路，其中C3电容吸收高频浪涌电压，C4、R4、D4组成的RCD电路吸收较大的浪涌能量，这样IGBT管子得到了很好的保护。
Claims (2)
1、一种电涡流缓速器制动力连续可调控制电路，包括励磁绕组L、设置在电源和励磁绕组L之间的斩波器以及与励磁绕组L并联的续流二极管D5，所述的斩波器的开关元件为绝缘栅双极型晶体管，其特征在于：还包括并联在绝缘栅双极型晶体管的栅极G和发射极E之间的稳压二极管D3、并联在绝缘栅双极型晶体管的集电极C和发射极E之间的浪涌吸收电路。
2、根据权利要求1所述的电涡流缓速器制动力连续可调控制电路，其特征在于：所述的浪涌吸收电路由电容C4、电阻R4和二极管D4组成，电阻R4和二极管D4并联后与电容C4相串接。
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