专利名称：Igbt感应加热电源的逆变驱动电路的制作方法
技术领域：
IGBT感应加热电源的逆变驱动电路技术领域[0001]本实用新型属于电气技术领域，涉及一种感应加热电源的逆变器的驱动技术，具体涉及一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路。
背景技术：
[0002]目前，感应加热以其加热效率高、升温快、可控性好等优点，广泛应用于熔炼、透热、淬火等领域，感应加热电源是其关键设备之一；在感应加热电源的主回路中，需要通过逆变电路产生交变电流，根据不同的加热生产工艺，逆变电路需要产生频率可调、功率可控的交变电路；目前逆变电路采用的器件主要有SCR、IGBT,MOSFET等。其中IGBT以体积小、 可靠性能高、噪声低、效率高、反应快速等优点，得到广泛的应用；但是与传统的SCR器件相比，IGBT的抗过载能力比较差。因此，为了配套高频率、高功率的感应加热电源，设计一个驱动能力强，保护全面的IGBT驱动电路的必要的。实用新型内容[0003]为解决上述技术问题，本实用新型的目的是公开一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路。[0004]本实用新型为完成上述目的采用如下技术方案[0005]一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，所述的逆变驱动电路包括有脉冲信号接收和整理电路、隔离电路以及电流放大电路；所述的脉冲信号接收和整理电路通过光纤与电源主控制板相连通；所述的隔离电路与脉冲信号接收和整理电路相连通；所述的电流放大电路与隔离电路相连通；所述的逆变驱动电路还包括有过压保护和du/dt保护电路、 瞬态抑制电路以及报警输出电路；所述的过压保护和du/dt保护电路与IGBT的集电极C相连通，所述的过压保护和du/dt保护电路输出保护信号给脉冲信号接收和整理电路以及电流放大电路；所述的瞬态抑制电路与电流放大电路的输出端相连通；所述的逆变驱动电路还具有供电电路；所述的供电电路为脉冲信号接收和整理电路、隔离电路、电流放大电路以及报警输出电路提供电源。[0006]所述的脉冲信号接收和整理电路包括有光纤信号接收器RXl和施密特触发器集成电路Ul ;所述的光纤信号接收器RXl接收来自外部电路通过光纤传送的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电脉冲信号，再由施密特触发器集成电路Ul对电脉冲信号进行整理和驱动，施密特触发器集成电路Ul将电脉冲信号分成两路输出，两路电脉冲信号PWM1、PWM2 送至隔离电路；同时，施密特触发器Ul接收过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号 PS2。[0007]所述的隔离电路包括有光电稱合器U2、光电稱合器U3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、 电阻R5、滤波电容Cll和滤波电容C12 ;所述光电耦合器U2的输出端由+5V和接地GND供电，光电I禹合器U3的输出端由-5V和-9V供电,光电I禹合器U2的输出由电阻R4上拉,光电率禹合器U3的输出由电阻R5上拉；所述光电I禹合器U2与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWMl相连，所述的光电耦合器U3与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号 PWM2相连，由光电耦合器U2、光电耦合器U3分别对电脉冲信号PWMl和电脉冲信号PWM2进行电信号-光信号-电信号的转化，通过两次转换，用光信号实现电气隔离和信号的单相传输，防止后续电路的干扰影响到前级电路，隔离后的驱动脉冲信号P1、驱动脉冲信号P2传送至电流放大电路。[0008]所述的电流放大电路包括有驱动模块U5、驱动模块U6、场效应管Q1、场效应管Q2、 滤波电容C13、滤波电容C14，IGBT门极电阻R6、IGBT门极电阻R7，数字逻辑电路或门U4 ； 所述的数字逻辑电路或门U4接收驱动脉冲信号Pl以及过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PSI，数字逻辑电路或门U4的输出与驱动模块U5相连，所述的驱动模块U5接+15V 电源，驱动模块U5的输出与场效应管Ql相连，场效应管Ql的输出通过门极电阻R6与IGBT 的栅极G相连，驱动模块U6接收驱动脉冲P2，驱动模块U6接-9V电源，驱动模块U6的输出与接场效应管Q2，场效应管Q2的输出通过门极电阻R7与IGBT的发射极E相连。[0009]所述的瞬态抑制电路包括有瞬态抑制二极管ZDl、吸收电阻R8和吸收电容C15 ;所述的瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8、吸收电容C15并联；所述的瞬态抑制电路接在电流放大电路的输出端，检测IGBT的栅极G和集电极E之间的电压，抑制通过IGBT结电容耦合进来的瞬间高电压。[0010]所述的过压保护和du/dt保护电路，包括有过压保护功能电路和du/dt检测功能电路两部分；所述的过压保护功能电路包括有稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、二极管D3和电阻RlO ;所述的du/dt检测功能电路由稳压二极管 ZD5、电容C17、C18、二极管D2和电阻R9组成；过压保护功能电路和du/dt检测功能电路的输出接至数字逻辑电路或门的输入端，数字逻辑电路或门的输出分两路，一路直接输出 +5V,另一路通过二极管Dl输出两路保护信号PS1、PS2 ;所述的过压保护和du/dt保护电路接收来自IGBT的集电极C的反馈信号，当IGBT承受电压过高时，或者IGBT承受电压上升过快时，产生保护信号PS1、PS2，将保护信号PS1、PS2送往脉冲信号接收和整理电路和电流放大电路，启动保护动作，保护IGBT。[0011 ] 所述的报警输出电路为由电阻RlI、稳压二极管ZD6、三极管Q3和电阻R12组成的电压检测电路，电压检测电路的输出接光电耦合器U7，所述的电压检测电路中串接有报警指示灯DL1，检测供电电路的输出电压，当综合电压下降幅度超过4V时，表明电路中故障， 点亮报警指示灯DL1，同时将报警信号送出。[0012]所述的供电电路包括有电源变换模块Tl、稳压模块WYl和稳压模块WY2 ;所述的电源变换模块Tl与交流200V电源相连，所述的电源变换模块Tl的输出分为两路，其中一路通过并联的滤波电容Cl、滤波电容C3、滤波电容C5输出+15V的直流电，另一路通过并联的滤波电容C2、滤波电容C4、滤波电容C6输出-9V的直流电；所述的+15V的直流电通过稳压模块WYl输出+5V的直流电；所述的-9V的直流电通过稳压模块WY2输出-5V的直流电；在稳压模块WYl的输出端具有滤波电容C7，在稳压模块WY2的输出端具有滤波电容C8。[0013]本实用新型公开的一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，该逆变驱动电路采用独立电源供电，用光纤接收光脉冲信号，具有很强的稳定性和抗干扰性能；电路对接收到的脉冲信号进行信号调理、光电隔离等措施，保证驱动脉冲信号的质量，同时能够避免从IGBT方向耦合回来的信号干扰驱动电路工作；电路采用电流驱动模块和场效应管组成的电源放大电路，能够为各种IGBT模块提供足够大的驱动电流；电路中设计了瞬态抑制电路、过压保护电路、du/dt保护电路、报警输出电路，保证了 IGBT的工作可靠性，同时有效避免了 IGBT器件的损坏。
[0014]图[0015]图[0016]图[0017]图[0018]图[0019]图[0020]图[0021]图[0022]图I为本实用新型的原理框图。2为本实用新型中供电电路的电气原理图。3为本实用新型中脉冲信号接收和整理电路的电气原理图。4为本实用新型中隔离电路的电气原理图。5为本实用新型中电流放大电路的电气原理图。6为本实用新型中瞬态抑制电路的电气原理图。7为本实用新型中过压保护和du/dt保护电路的电气原理图。8为本实用新型中报警输出电路的电气原理图。图中I、供电电路，2、脉冲信号接收和整理电路，3、隔离电路，4、电流放大电路，5、 瞬态抑制电路，6、过压保护和du/dt保护电路，7、报警输出电路。
具体实施方式
[0023]结合附图和具体实施例对本实用新型加以说明[0024]如图I所示,一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路,所述的逆变驱动电路包括有脉冲信号接收和整理电路2、隔离电路3以及电流放大电路4 ;所述的脉冲信号接收和整理电路2通过光纤与电源主控制板相连通，用以接受来电源主控制板通过光纤所传送的光脉冲信号，并将光脉冲信号转化成电脉冲信号；所述的隔离电路3与脉冲信号接收和整理电路2相连通,将电脉冲信号进行电光和光电转换得到单向传输的电脉冲信号；所述的电流放大电路4与隔离电路3相连通，对单向传输的电脉冲信号进行幅度放大，得到IGBT所需的开通电压+15V和关断电压-9V，同时为IGBT模块提供驱动电流；所述的逆变驱动电路还包括有过压保护和du/dt保护电路6、瞬态抑制电路5以及报警输出电路7 ;所述的过压保护和du/dt保护电路6与IGBT的集电极C相连通，用以在IGBT承受电压过高或IGBT所承受的电压过快时，输出保护信号给脉冲信号接收和整理电路以及电流放大电路；所述的瞬态抑制电路5与电流放大电路4的输出端相连通，用以检测IGBT的栅极G与发射极E之间的电压，抑制瞬间高电压，保证IGBT的稳定工作；所述的逆变驱动电路还具有供电电路 I ;所述的供电电路I为脉冲信号接收和整理电路2、隔离电路3、电流放大电路4以及报警输出电路7提供电源。[0025]如图3所示，所述的脉冲信号接收和整理电路包括有光纤信号接收器RXl和施密特触发器集成电路Ul ;所述的光纤信号接收器RXl接收来自外部电路通过光纤传送的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电脉冲信号，再由施密特触发器集成电路Ul对电脉冲信号进行整理和驱动，施密特触发器集成电路Ul将电脉冲信号分成两路输出，两路电脉冲信号 PWMU PWM2送至隔离电路；同时，施密特触发器Ul接收过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS2 ;光纤信号接收器RXl的电源由电容C9滤波，施密特触发器集成电路Ul的电源由电容ClO滤波；所述的施密特触发器集成电路Ul内部有三个施密特触发器组成，取名6为 U1A、U1B 和 UlC0[0026]如图4所不,所述的隔离电路包括有光电稱合器U2、光电稱合器U3、电阻R2、电阻 R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容Cll和滤波电容C12 ;所述光电耦合器U2的输出端由+5V和接地GND供电，光电耦合器U3的输出端由-5V和-9V供电，光电耦合器U2的输出由电阻R4 上拉，光电I禹合器U3的输出由电阻R5上拉；所述光电I禹合器U2与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWMl相连，所述的光电耦合器U3与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWM2相连，由光电耦合器U2、光电耦合器U3分别对电脉冲信号PWMl和电脉冲信号PWM2进行电信号-光信号-电信号的转化，通过两次转换，用光信号实现电气隔离和信号的单相传输，防止后续电路的干扰影响到前级电路，隔离后的驱动信号PI、驱动脉冲信号P2传送至电流放大电路。[0027]如图5所示，所述的电流放大电路包括有驱动模块U5、驱动模块U6、场效应管Q1、 场效应管Q2、滤波电容C13、滤波电容C14，IGBT门极电阻R6、IGBT门极电阻R7，数字逻辑电路或门U4 ;所述的数字逻辑电路或门U4接收驱动脉冲信号Pl以及过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS1，数字逻辑电路或门U4的输出与驱动模块U5相连，所述的驱动模块U5接+15V电源，驱动模块U5的输出与场效应管Ql相连，场效应管Ql的输出通过门极电阻R6与IGBT的栅极G相连，驱动模块U6接收驱动脉冲P2，驱动模块U6接-9V电源， 驱动模块U6的输出与接场效应管Q2，场效应管Q2的输出通过门极电阻R7与IGBT的发射极E相连；在实际电路中，需要根据不同的IGBT模块，选择不同的门极电阻。[0028]如图6所示，所述的瞬态抑制电路包括有瞬态抑制二极管ZDl、吸收电阻R8和吸收电容C15 ;所述的瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8、吸收电容C15并联；所述的瞬态抑制电路接在电流放大电路的输出端，检测IGBT的栅极G和集电极E之间的电压，抑制通过IGBT 结电容耦合进来的瞬间高电压，此高压会影响到IGBT的门极信号，严重时会导致IGBT模块损坏，此瞬态抑制电路可以有效的保证IGBT稳定工作。[0029]如图7所示，所述的过压保护和du/dt保护电路，包括有过压保护功能电路和du/ dt检测功能电路两部分；所述的过压保护功能电路包括有稳压二极管ZD2、稳压二极管 ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、二极管D3和电组RlO ;所述的du/dt检测功能电路由稳压二极管ZD5、电容C17、C18、D2和R9组成；过压保护功能电路和du/dt检测功能电路的输出接至数字逻辑电路或门的输入端，数字逻辑电路或门的输出分两路，一路直接输出 +5V,另一路通过二极管Dl输出两路保护信号PS1、PS2 ;所述的过压保护和du/dt保护电路接收来自IGBT的集电极C的反馈信号，当IGBT承受电压过高时，或者IGBT承受电压上升过快时，产生保护信号PS1、PS2，将保护信号PS1、PS2送往脉冲信号接收和整理电路和电流放大电路，启动保护动作，保护IGBT。[0030]如图8所不,所述的报警输出电路为由电阻R11、稳压二极管ZD6、三极管Q3和电阻R12组成的电压检测电路，电压检测电路的输出接光电耦合器U7，所述的电压检测电路中串接有报警指示灯DL1，检测供电电路的输出电压，当综合电压下降幅度超过4V时，表明电路中故障，点亮报警指示灯DL1，同时将报警信号ULV+、ULV-送出；此报警信号ULV+、ULV 可送至主控电路，主控电路接收的IGBT报警时，可整机急停，以防止出现电源损坏或者事故。[0031 ] 如图2所示，所述的供电电路包括有电源变换模块Tl、稳压模块WYl和稳压模块WY2 ;所述的电源变换模块Tl与交流200V电源相连，所述的电源变换模块Tl的输出分为两路，其中一路通过并联的滤波电容Cl、滤波电容C3、滤波电容C5输出+15V的直流电，另一路通过并联的滤波电容C2、滤波电容C4、滤波电容C6输出-9V的直流电；所述+15V的直流电通过稳压模块WYl输出+5V的直流电；所述-9V的直流电通过稳压模块WY2输出-5V的直流电；在稳压模块WYl的输出端具有滤波电容C7，在稳压模块WY2的输出端具有滤波电容C8。
权利要求1.一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于所述的逆变驱动电路包括有脉冲信号接收和整理电路(2)、隔离电路(3)以及电流放大电路(4);所述的脉冲信号接收和整理电路(2)通过光纤与电源主控制板相连通；所述的隔离电路(3)与脉冲信号接收和整理电路(2)相连通；所述的电流放大电路(4)与隔离电路(3)相连通；所述的逆变驱动电路还包括有过压保护电路和du/dt保护电路(6 )、瞬态抑制电路(5 )以及报警输出电路(7 );所述的过压保护和du/dt保护电路(6)与IGBT的集电极C相连通，所述的过压保护和du/dt保护电路(6)输出保护信号给脉冲信号接收和整理电路以及电流放大电路；所述的瞬态抑制电路(5)与电流放大电路(4)的输出端相连通；所述的逆变驱动电路还具有供电电路(I);所述的供电电路(I)为脉冲信号接收和整理电路、隔离电路、电流放大电路以及报警输出电路提供电源。
2.根据权利要求I所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于所述的脉冲信号接收和整理电路包括有光纤信号接收器RXl和施密特触发器集成电路Ul ;所述的光纤信号接收器RXl接收来自外部电路通过光纤传送的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电脉冲信号，再由施密特触发器集成电路Ul对电脉冲信号进行整理和驱动，施密特触发器集成电路Ul将电脉冲信号分成两路输出，两路电脉冲信号PWMl、PWM2送至隔离电路；同时，施密特触发器集成电路Ul接收过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PS2。
3.根据权利要求I所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于所述的隔离电路包括有光电耦合器U2、光电耦合器U3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、滤波电容Cll和滤波电容C12 ;所述光电耦合器U2的输出端由+5V和接地GND供电，光电耦合器U3的输出端由_5V和-9V供电,光电I禹合器U2的输出由电阻R4上拉,光电I禹合器U3的输出由电阻R5上拉；所述光电耦合器U2与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWMl相连，所述的光电耦合器U3与脉冲信号接收和整理电路传来的电脉冲信号PWM2相连，由光电率禹合器U2、光电稱合器U3分别对电脉冲信号PWMl和电脉冲信号PWM2进行电信号-光信号-电信号的转化，通过两次转换，用光信号实现电气隔离和信号的单相传输，防止后续电路的干扰影响到前级电路，隔离后的驱动脉冲信号P1、驱动脉冲信号P2传送至电流放大电路。
4.根据权利要求I所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于所述的电流放大电路包括有驱动模块U5、驱动模块U6、场效应管Ql、场效应管Q2、滤波电容C13、滤波电容C14，IGBT门极电阻R6、IGBT门极电阻R7，数字逻辑电路或门U4 ;所述的数字逻辑电路或门U4接收驱动脉冲信号Pl以及过压保护和du/dt保护电路送来的保护信号PSl，数字逻辑电路或门U4的输出与驱动模块U5相连，所述的驱动模块U5接+15V电源，驱动模块U5的输出与场效应管Ql相连，场效应管Ql的输出通过门极电阻R6与IGBT的栅极G相连，驱动模块U6接收驱动脉冲信号P2，驱动模块U6接-9V电源，驱动模块U6的输出与接场效应管Q2，场效应管Q2的输出通过门极电阻R7与IGBT的发射极E相连。
5.根据权利要求I所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于所述的瞬态抑制电路包括有瞬态抑制二极管ZD1、吸收电阻R8和吸收电容C15 ;所述的瞬态抑制二极管ZDI、吸收电阻R8、吸收电容Cl5并联；所述的瞬态抑制电路接在电流放大电路的输出端，检测IGBT的栅极G和集电极E之间的电压，抑制通过IGBT结电容耦合进来的瞬间高电压。
6.根据权利要求I所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于所述的过压保护和du/dt保护电路，包括有过压保护功能电路和du/dt检测功能电路两部分；所述的过压保护功能电路包括有稳压二极管ZD2、稳压二极管ZD3、稳压二极管ZD4、稳压二极管ZD5、二极管D3和电组RlO ;所述的du/dt检测功能电路由稳压二极管ZD5、电容C17、C18、D2和R9组成；过压保护功能电路和du/dt检测功能电路的输出接至数字逻辑电路或门的输入端，数字逻辑电路或门的输出分两路，一路直接输出+5V，另一路通过二极管Dl输出两路保护信号PS1、PS2 ;所述的过压保护和du/dt保护电路接收来自IGBT的集电极C的反馈信号，当IGBT承受电压过高时，或者IGBT承受电压上升过快时，产生保护信号PS1、PS2，将保护信号PS1、PS2送往脉冲信号接收和整理电路和电流放大电路，启动保护动作，保护IGBT。
7.根据权利要求I所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于所述的报警输出电路为由电阻R11、稳压二极管ZD6、三极管Q3和电阻R12组成的电压检测电路，电压检测电路的输出接光电耦合器U7，所述的电压检测电路中串接有报警指示灯DLl，检测供电电路的输出电压，当综合电压下降幅度超过4V时，表明电路中故障，点亮报警指示灯DLl,同时将报警信号送出。
8.根据权利要求I所述的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，其特征在于所述的供电电路包括有电源变换模块Tl、稳压模块WYl和稳压模块WY2 ;所述的电源变换模块Tl与交流200V电源相连，所述的电源变换模块Tl的输出分为两路，其中一路通过并联的滤波电容Cl、滤波电容C3、滤波电容C5输出+15V的直流电，另一路通过并联的滤波电容C2、滤波电容C4、滤波电容C6输出-9V的直流电；所述的+15V的直流电通过稳压模块WYl输出+5V的直流电；所述的-9V的直流电通过稳压模块WY2输出-5V的直流电；在稳压模块WYl的输出端具有滤波电容C7，在稳压模块WY2的输出端具有滤波电容C8。
专利摘要本实用新型属于电气技术领域，提出一种IGBT感应加热电源的逆变驱动电路，所提出的IGBT感应加热电源的逆变驱动电路包括有脉冲信号接收和整理电路(2)、隔离电路(3)以及电流放大电路(4)；脉冲信号接收和整理电路(2)通过光纤与外部电路相连通；隔离电路(3)与脉冲信号接收和整理电路(2)相连通；电流放大电路(4)与隔离电路(3)相连通；逆变驱动电路还包括有过压保护和du/dt保护电路(6)、瞬态抑制电路(5)以及报警输出电路(7)。本实用新型保证了驱动脉冲信号的质量，同时能够避免从IGBT方向耦合回来的信号干扰驱动电路工作；保证了IGBT的工作可靠性，同时有效避免了IGBT器件的损坏。
文档编号H02M1/092GK202818081SQ201220462978
公开日2013年3月20日 申请日期2012年9月12日 优先权日2012年9月12日
发明者葛运旺, 张宗杰, 张刚, 武超, 布挺, 赵旭东, 常灵香, 杨帆 申请人:洛阳升华感应加热有限公司, 洛阳理工学院