用于变频器的驱动保护电路及其制成的变频器的制作方法

本实用新型具体涉及一种用于变频器的驱动保护电路及其制成的变频器。

背景技术：

在起重机行业，由于电机存在带载停机和带载下降的工况，因此起重机一般都配有制动器（如液压制动钳）和制动单元（或制动电阻）。在电机下降时，变频器系统处于发电状态，利用制动单元消耗母线上面的多余能量，保证直流母线不过压，在电机停机时，变频器控制制动液压钳抱死电机输出端，防止电机负载下溜。

传统的变频器系统在起重机高速带载下降过程中出现制动单元故障时，存在一定的风险，因为当制动单元因故障失去消耗能量的能力后，母线电压会迅速升高，直至变频器检测到母线电压过压。当变频器检测到母线电压过压后，此时现有的变频器保护方法是，一方面封锁变频器功率单元的PWM驱动信号，让功率模块停止工作，另一方面发出制动器抱闸信号去控制液压制动钳抱闸。但是从发出信号到液压制动器动作的响应时间一般是几百毫秒，在这几百毫秒的时间内，变频器的功率单元相当于是6个二极管组成的3相全桥不控整流电路，而永磁同步电机相当于一台高速运行的发电机，此时母线电压会迅速增加，如果电机转速过高，母线电压有可能会超过功率单元或是变频器母线电容的耐压值，从而导致炸机事故。

技术实现要素：

本实用新型的目的之一在于提供一种能够在变频器驱动的电机在带载下降过程中有效输出功率单元的PWM保护驱动信号，从而保证变频器及其直流母线电压安全的用于变频器的驱动保护电路。

本发明的目的之二在于提供一种包括了所述用于变频器的驱动保护电路的变频器。

本实用新型提供的这种用于变频器的驱动保护电路，包括方向及故障信号处理电路和PWM信号处理电路；方向及故障信号处理电路和PWM信号处理电路串联；变频器输出的电机运行方向信号和制动单元故障信号通过方向及故障信号处理电路后，与变频器的控制器输出的PWM信号一同输入到PWM信号处理电路，PWM信号处理电路输出最终的PWM驱动信号到变频器的功率单元从而控制功率单元的开通和关断。

所述的方向及故障信号处理电路包括方向及故障信号处理与门电路和反向电路；变频器输出的电机运行方向信号和制动单元故障信号通过方向及故障信号处理与门电路后分成两路，第一路信号为或门驱动信号，第二路信号则通过反向电路后得到与门驱动信号。

所述的PWM信号处理电路包括第一功率单元与门电路、第二功率单元或门电路、第三功率单元与门电路、第四功率单元或门电路、第五功率单元与门电路和第六功率单元或门电路；变频器输出的6路PWM控制信号，其中第一功率单元驱动信号与与门驱动信号通过第一功率单元与门电路后得到第一功率单元PWM信号并驱动第一功率单元；第二功率单元驱动信号与或门驱动信号通过第二功率单元或门电路后得到第二功率单元PWM信号并驱动第二功率单元；第三功率单元驱动信号与与门驱动信号通过第三功率单元与门电路后得到第三功率单元PWM信号并驱动第三功率单元；第四功率单元驱动信号与或门驱动信号通过第四功率单元或门电路后得到第四功率单元PWM信号并驱动第四功率单元；第五功率单元驱动信号与与门驱动信号通过第五功率单元与门电路后得到第五功率单元PWM信号并驱动第五功率单元；第六功率单元驱动信号与或门驱动信号通过第六功率单元或门电路后得到第六功率单元PWM信号并驱动第六功率单元。

本实用新型还提供了一种变频器，所述变频器包括了上述的用于变频器的驱动保护电路。

本实用新型提供的这种用于变频器的驱动保护电路，根据电机运行信号和制动单元的故障信号的状态来进行6路PWM驱动信号的保护处理，从而避免起重机用永磁同步电机带载运行过程中因制动单元失效而出现过压甚至炸机的事故发生。

附图说明

图1为本实用新型的功能模块图。

图2为本实用新型的电路原理示意图。

图3为本实用新型在一种情况下的电路工作示意图。

具体实施方式

如图1所示为本实用新型的功能模块图：本实用新型提供的这种用于变频器的驱动保护电路，包括方向及故障信号处理电路和PWM信号处理电路；方向及故障信号处理电路和PWM信号处理电路串联；变频器输出的电机运行方向信号和制动单元故障信号通过方向及故障信号处理电路后，与变频器的控制器输出的PWM信号一同输入到PWM信号处理电路，PWM信号处理电路输出最终的PWM驱动信号到变频器的功率单元从而控制功率单元的开通和关断。

如图2所示为本实用新型的电路原理示意图：在具体实施时，方向及故障信号处理电路包括方向及故障信号处理与门电路U7（采用集成的与门芯片即可）和反向电路U8（采用集成反相器即可）；变频器输出的电机运行方向信号和制动单元故障信号通过方向及故障信号处理与门电路后分成两路，第一路信号为或门驱动信号，第二路信号则通过反向电路后得到与门驱动信号。PWM信号处理电路包括第一功率单元与门电路U1、第二功率单元或门电路U2、第三功率单元与门电路U3、第四功率单元或门电路U4、第五功率单元与门电路U5和第六功率单元或门电路U6；变频器输出的6路PWM控制信号（图中标示PWM1a_IN、PWM1b_IN、PWM2a_IN、PWM2b_IN、PWM3a_IN和PWM3b_IN），其中，PWM1a_IN、PWM2a_IN和PWM3a_IN分别代表控制功率模块上桥臂的三个开关管的PWM驱动信号，而PWM1b_IN、PWM2b_IN和PWM3b_IN则分别代表控制功率模块下桥臂的三个开关管的PWM驱动信号；第一功率单元驱动信号PWM1a_IN与与门驱动信号通过第一功率单元与门电路后得到第一功率单元PWM信号（PWM1a_OUT）并驱动第一功率单元；第二功率单元驱动信号与或门驱动信号通过第二功率单元或门电路后得到第二功率单元PWM信号（PWM1b_OUT）并驱动第二功率单元；第三功率单元驱动信号与与门驱动信号通过第三功率单元与门电路后得到第三功率单元PWM信号（PWM2a_OUT）并驱动第三功率单元；第四功率单元驱动信号与或门驱动信号通过第四功率单元或门电路后得到第四功率单元PWM信号（PWM2b_OUT）并驱动第四功率单元；第五功率单元驱动信号与与门驱动信号通过第五功率单元与门电路后得到第五功率单元PWM信号（PWM3a_OUT）并驱动第五功率单元；第六功率单元驱动信号与或门驱动信号通过第六功率单元或门电路后得到第六功率单元PWM信号（PWM3b_OUT）并驱动第六功率单元。

本实用新型的工作原理如下，以起重机为例：

起重机带载运行分为两种工况，一种是带载上升，另外一种是带载下降。在带载上升的工况下，变频器及永磁同步电机系统处于电动运行状态，从电网吸收能量并转换为机械能，驱动负载上升，此时母线上不存在多余能量的问题，因此当检测到制动单元的故障信号时，只需要按照变频器传统的故障处理流程进行处理，即立即控制电机停机，封锁6路PWM信号，并发出制动器抱闸信号控制液压制动钳抱闸。在这种工况下，由本实用新型设计的驱动保护电路（如图2所示）可以看出，电机运行信号为低电平（0），无论制动单元故障信号是何种状态，U7的输出均为0，通过U7非门以及U1、U3、U5的三个与门信号分别与上桥臂的三路PWM驱动信号PWM1a_IN、PWM2a_IN和PWM3a_IN相比较后，PWM1a_OUT、 PWM2a_OUT和PWM3a_OUT输出不受任何影响，同样，通过U2、U4和U6三个或门与下桥臂的三路PWM驱动信号PWM1b_IN、PWM2b_IN和PWM3b_IN相比较后，PWM1b_OUT、PWM2b_OUT和PWM3b_OUT输出也不受任何影响。由此说明，在上升工况下检测到制动单元故障时，变频器执行正常的保护即可，本实用新型设计的电路不会影响变频器的运行。

在带载下降的工况下，变频器及永磁同步电机系统处于发电运行状态，将负载的机械能转换为电能向直流母线充电，此时母线上会有大量富余能量，当检测到制动单元的故障信号时，如前所述，传统的保护方法由于制动液压钳抱闸响应需要几百毫秒的时间，直接封锁6路PWM驱动信号有可能会导致更为严重的过压甚至炸机事故，本实用新型在电机运行信号为高电平（1），且制动单元故障信号也为1时，U7的输出为1，经过U8以及U1~U6的逻辑处理，最终导致PWM1a_OUT、PWM2a_OUT和PWM3a_OUT强制为0，PWM1b_OUT、PWM2b_OUT和PWM3b_OUT强制为1，也就是上桥臂三个IGBT功率管强制关闭，下桥臂三个IGBT功率管强制导通，这种情况下，电机及功率单元所处状态的示意图如图3所示。此时，相当于利用功率模块的下桥臂三个IGBT将永磁同步电机的定子绕组短接了，那么，即便在制动液压钳抱闸响应的几百毫秒内，永磁同步电机处于高速下降的发电状态，其能量只会通过电机绕组消耗掉，而不会导致直流母线过压，避免了因制动单元故障无法工作导致的过压炸机事故，而且由于制动液压钳会在几百毫秒以后抱死，因此瞬时的能量也不会引起电机发热或是过流等问题。