一种用于加热成型设备的驱动电路的制作方法

本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其是一种用于加热成型设备的驱动电路。

背景技术：

在塑料和金属材料的生产加工过程中，经常要用到加热成型设备。注塑机是典型的加热成型设备，其他加热成型设备的原理与注塑机类似。

注塑机是将热塑性塑料或热固性塑料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备，注塑机利用安装在其料筒上的加热器件加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。电阻式注塑机的加热器件通常为电热丝，感应式注塑机的加热器件为感应线圈。为了实现注塑机的加热功率和时间等参数可控，通常使用带有MCU的驱动电路来驱动加热器件进行加热。传统的注塑机是单区加热的，也就是料筒上只安装单个加热器件，加热速度慢、效率低，如果在注塑机的料筒上安装多个可以独立工作的加热器件，利用分区加热的方法去工作，可以提高加热的速度和效率。

但是，由于利用分区加热原理的新型注塑机的加热器件数量较多，无法直接使用传统的注塑机上的驱动电路，如果通过简单重复传统驱动电路的结构和元件来构成用于新型注塑机的驱动电路，则会导致线路结构过于复杂的问题。而且，传统的驱动电路由于自身电路结构上的不足，在用于高功率、大电流加热时容易被烧毁。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种用于加热成型设备的驱动电路。

本实用新型所采取的技术方案是：

一种用于加热成型设备的驱动电路，所述加热成型设备包括多个加热器件，包括控制器、IGBT驱动电路、IGBT逆变电路和多路继电器模块，所述控制器依次通过IGBT驱动电路、IGBT逆变电路、多路继电器模块与各加热器件连接。

进一步地，所述IGBT逆变电路为半桥电路，所述IGBT逆变电路包括作为上桥臂的第一IGBT元件和作为下桥臂的第二IGBT元件，所述IGBT驱动电路包括用于驱动第一IGBT元件的上桥臂驱动电路和驱动第二IGBT元件的下桥臂驱动电路，所述上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路均与控制器连接。

进一步地，所述加热成型设备包括第一加热器件、第二加热器件、第三加热器件和第四加热器件，所述多路继电器模块包括第一达林顿模块、第二达林顿模块、第三达林顿模块、第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器，所述第一达林顿模块的输入端与控制器连接，所述第一达林顿模块的第一输出端和第二输出端分别与第二达林顿模块的输入端和第三达林顿模块的输入端连接，所述第二达林顿模块的第一输出端和第二输出端分别与第一继电器和第二继电器连接，所述第三达林顿模块的第一输出端和第二输出端分别与第三继电器和第四继电器连接；所述第一继电器、第二继电器、第三继电器和第四继电器分别用于控制第一加热器件、第二加热器件、第三加热器件和第四加热器件到IGBT逆变电路之间连接的通断。

进一步地，驱动电路还包括整流滤波电路，所述整流滤波电路连接到交流电源并用于为IGBT逆变电路供电。

进一步地，驱动电路还包括用于检测整流滤波电路供电电压的电压检测电路，所述电压检测电路的输出端与控制器的输入端连接。

进一步地，所述电压检测电路包括光耦隔离电路与电阻分压电路，所述控制器依次通过光耦隔离电路、电阻分压电路与整流滤波电路连接。

进一步地，驱动电路还包括用于检测IGBT逆变电路中的IGBT元件工作温度的IGBT温度检测电路，所述IGBT温度检测电路与控制器连接。

进一步地，驱动电路还包括电流采样电路、电流检测电路和相位分析电路，所述电流采样电路串接在IGBT逆变电路与多路继电器模块之间且分别与电流检测电路和相位分析电路连接，所述电流检测电路和相位分析电路均与控制器连接。

本实用新型的有益效果是：本实用新型应用工作频率高、电流密度大、功率密度大、易于控制和易于实现过零关断的IGBT元件作为功率元件，可以适应加热成型设备大电流和大功率的工作特点，使得本实用新型驱动电路不易烧毁。本实用新型在IGBT逆变电路与多个感应线圈之间设置多路继电器模块，多路继电器模块所包括的多个继电器都是可以独立控制的，无需重复设置多个IGBT逆变电路以及相应的IGBT驱动电路，即可完成PWM信号对多个感应线圈的驱动，降低接线复杂度。

附图说明

图1为本实用新型的结构原理图；

图2为本实用新型控制器和IGBT温度检测电路的电路图；

图3为本实用新型IGBT逆变电路的电路图；

图4为本实用新型上桥臂驱动电路的电路图；

图5为本实用新型下桥臂驱动电路的电路图；

图6为本实用新型多路继电器模块的电路图；

图7为本实用新型整流滤波电路的电路图；

图8为本实用新型电压检测电路的电路图；

图9为本实用新型相位分析电路的电路图；

图10为本实用新型电流检测电路图。

具体实施方式

本实用新型一种用于加热成型设备的驱动电路，所述加热成型设备包括多个加热器件，这些加热器件可以是用来感应加热的感应线圈。如图1所示，包括控制器、IGBT驱动电路、IGBT逆变电路和多路继电器模块，所述控制器依次通过IGBT驱动电路、IGBT逆变电路、多路继电器模块与各加热器件连接。

本实用新型中，控制器可以使用MCU芯片来实现，其中存储了现有的加热控制算法。本实用新型应用在用可分区加热的新型加热成型设备中，MCU中的加热控制程序既可以是针对分区加热所设计的算法，也可以是用在传统的注塑机上的算法。

如图2所示，控制器U8可以使用型号为MB95430H的芯片，其是F2MC-8FX家族通用产品之一，是内置闪存的高性能8位微控制器。

IGBT逆变电路包含IGBT元件，其一般接在高压直流电源上。MCU发出的信号通常是PWM信号，IGBT驱动电路接在控制器与IGBT逆变电路之间实现电气匹配。IGBT逆变电路中的IGBT元件在经过电平转换的PWM信号控制下，将高压直流电逆变成具有一定频率的交流电，然后将交流电输出到感应线圈中。IGBT元件具有工作频率高、电流密度大、功率密度大、易于控制和易于实现过零关断等特点，将其应用在本实用新型中，可以适应加热成型设备大电流和大功率的特性，使得驱动电路不易烧毁。

由于本实用新型需要驱动多个感应线圈，在IGBT逆变电路与多个感应线圈之间设置多路继电器模块。多路继电器模块具有一个输入端和多个输出端，每个输出端与输入端的接通情况都是可以独立控制的，也就是说多路继电器模块可以将IGBT逆变电路输出的一路交流电分成多路，分别控制其输出。通过应用多路继电器模块，无需设置多个IGBT逆变电路以及相应的IGBT驱动电路，即可完成PWM信号对多个感应线圈的驱动，降低接线复杂度。

进一步作为优选的实施方式，如图3所示，所述IGBT逆变电路为半桥电路，所述IGBT逆变电路包括作为上桥臂的第一IGBT元件C9和作为下桥臂的第二IGBT元件C15。所述IGBT驱动电路包括用于驱动第一IGBT元件C9的上桥臂驱动电路和驱动第二IGBT元件的下桥臂驱动电路，所述上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路均与控制器连接，其中上桥臂驱动电路如图4所示，下桥臂驱动电路驱动如图5所示，由图4和图5可知，上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路可以是完全相同的电路。

参考图3，IGBT逆变电路具体包括第一IGBT元件C9和第二IGBT元件C15，这两个IGBT元件一个作为上桥臂、另一个作为下桥臂构成半桥电路。第一IGBT元件C9对应上桥臂驱动电路，第二IGBT元件C15对应下桥臂驱动电路，上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路组成IGBT驱动电路。上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路均与控制器连接并接收控制器发出的PWM信号。一般地，控制器发出两路PWM信号，分别用于驱动上桥臂驱动电路和下桥臂驱动电路，这两路PWM信号是互补的，频率均为7.5-20kHz。

进一步作为优选的实施方式，如图6所示，所述加热成型设备包括第一加热器件、第二加热器件、第三加热器件和第四加热器件，所述多路继电器模块包括第一达林顿模块U7、第二达林顿模块U10、第三达林顿模块U11、第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3和第四继电器K5，所述第一达林顿模块U7的输入端与控制器连接，所述第一达林顿模块U7的第一输出端和第二输出端分别与第二达林顿模块U10的输入端和第三达林顿模块U11的输入端连接，所述第二达林顿模块U10的第一输出端和第二输出端分别与第一继电器K1和第二继电器K2连接，所述第三达林顿模块U11的第一输出端和第二输出端分别与第三继电器K3和第四继电器K5连接；所述第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3和第四继电器K5分别用于控制第一加热器件、第二加热器件、第三加热器件和第四加热器件到IGBT逆变电路之间连接的通断。

图6所示为多路继电器模块的电路图，其中OUT1-OUT4分别接到四个加热器件，COM是四个加热器件所要连接的公共端。OUT1-OUT4分别通过第一继电器K1、第二继电器K2、第三继电器K3和第四继电器K5连接到IGBT逆变电路，而三块型号均为ULN2003A的达林顿模块级联，即第一达林顿模块U7作为第一级，第二达林顿模块U10和第三达林顿模块U11作为第二级，可以根据控制器的指令来控制四个继电器的通断，从而控制四个加热器件与IGBT逆变电路之间的连接。

加热成型设备一般是四分区加热，也就是包括四个加热器件。这四个加热器件分别通过四个继电器连接到IGBT逆变电路。由于继电器的通断是可控的，因此，四个加热器件与IGBT逆变电路之间的连接通断受继电器控制。如图6所示，对于继电器K1-K5的控制，可以使用三个达林顿模块进行级联，其中第一达林顿模块U7作为第一级，第二达林顿模块U10和第三达林顿模块U11作为第二级，第一达林顿模块U7接收控制器的控制信号，并进一步推动第二达林顿模块U10和第三达林顿模块U11，第二达林顿模块U10和第三达林顿模块U11分别控制四个继电器的通断，从而完成对四个加热器件的独立控制。

多路继电器模块中，各继电器起到控制电路通断的作用，因此也可以用可控硅、开关二极管或者大电流电子开关IC等具有相似功能的器件来代替。

进一步作为优选的实施方式，驱动电路还包括整流滤波电路，所述整流滤波电路连接到交流电源并用于为IGBT逆变电路供电。IGBT逆变电路所接的电源是高压直流电源，其可以通过整流滤波电路将交流电源中的交流电通过整流滤波获得。

图7为整流滤波电路的电路图，其通过U、V和W连接到三相交流电源的三个相线，通过整流和滤波，可以将其转换成直流电。本实用新型中，优选地应输出540V的直流电供IGBT逆变电路使用。

进一步作为优选的实施方式，驱动电路还包括用于检测整流滤波电路供电电压的电压检测电路，所述电压检测电路的输出端与控制器的输入端连接。

整流滤波电路所输出的直流电将影响IGBT逆变电路的工作质量，因此直流电的质量，尤其是其电压的稳定性将非常关键。设置电压检测电路检测整流滤波电路的直流电压并反馈给控制器，可以及时获取整流滤波电路的电压信息，分析IGBT逆变电路的工作状态。

进一步作为优选的实施方式，所述电压检测电路包括光耦隔离电路与电阻分压电路，所述控制器依次通过光耦隔离电路、电阻分压电路与整流滤波电路连接。

图8为电压检测电路的电路图，电压检测电路的输出端为电阻R36的接地端，其连接到控制器的输入端SYS9，图中可变电阻VR1和其他电阻R32、R33和R34组成了电阻分压电路，通过电阻分压电路，可以从整流滤波电路的输出电压中获得分压，并将分压通过光耦隔离电路U5的电-光-电转换后输送给控制器相应的电压检测接口。光耦隔离电路U5将分压电路与连接到控制器的SYS9端电气隔离，可以避免分压电路端电压异常从而烧毁控制器。

进一步作为优选的实施方式，驱动电路还包括用于检测IGBT逆变电路中的IGBT元件工作温度的IGBT温度检测电路，所述IGBT温度检测电路与控制器连接。

如图2所示，热敏电阻J2与必要的外围电路组成了本实用新型中的IGBT温度检测电路。在实际电路中，热敏电阻J2可以是多个实体的电阻器件，分别与第一IGBT元件C9和第二IGBT元件C15物理接触以测量其温度。

IGBT工作时发热升温将影响IGBT的工作，因此设置IGBT温度检测电路可以及时将IGBT的温度信息反馈给控制器，控制器可以根据现有算法来进行进一步控制。

进一步作为优选的实施方式，驱动电路还包括电流采样电路、电流检测电路和相位分析电路，所述电流采样电路串接在IGBT逆变电路与多路继电器模块之间且分别与电流检测电路和相位分析电路连接，所述电流检测电路和相位分析电路均与控制器连接。

电流采样电路可以是一个霍尔电流传感器，其设置在IGBT逆变电路与多路继电器模块之间，使得IGBT逆变电路向多路继电器模块输出的交流电必经过电流采样电路。电流采样电路通过霍尔原理获得所流过的电流信息，这些信号分成两路，一路发送给电流检测电路进行电流大小分析，另一路发送给相位分析电路进行相位分析。控制通过电流检测电路检测到的电流大小，可以判断驱动电路过流或者空载，从而根据现有控制算法给出相应的提示。相位分析电路对电流的相位与电压的相位进行比较分析，使得控制器能够根据电压与电流相位的重叠程度来决定是否控制PLL锁相环进行锁相处理。

参考图3，作为电流采样电路的霍尔电流传感器可以使用型号为BIW-BR5-100A的器件，其可以获取IGBT逆变电路所输出的电流信息。

图9为相位分析电路的电路图，其主要使用了型号为AHC74的D类触发器U9，从而达到相位分析的效果。

参考图10，电流检测电路主要由电阻R35、R37、R38和R40组成。

以上是对本实用新型的较佳实施进行了具体说明，但对本实用新型创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。