一种变频器的制动单元电路的制作方法

本实用新型涉及变频器应用技术领域，尤其涉及一种变频器的制动单元电路。

背景技术：

在施工升降机中，货梯在匀速下降过程中会将机械能转换成电能，为了消耗产生的电能需要在电梯内加装制动电阻。制动电阻会在制动的过程中消耗制动时产生的能量。因此，需要对变频器中的直流母线电压进行检测，并适时的对母线电容进行放电。目前施工升降机制动单元也是基于该原理进行制动，然而，施工现场环境复杂，施工人员在搬运货物时，容易将货物碰到电阻箱内的制动电阻，从而造成制动电阻与电阻箱(即大地)进行短路，而此种情况会造成制动单元或变频器短路，甚至危及人身安全，因此，需要在制动电阻短路时及时触发保护并切断对制动电阻的供电，防止设备损坏或者人员伤亡。

图1是是比较常见的制动单元的电路，当制动单元触发保护时，现有的制动单元无法为igbt器件提供续流通路，直接关断igbt会产生非常大的尖峰电压，导致igbt被击穿甚至损坏，无法实现短路保护的功能。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提出了一种具有电压异常保护和短路保护功能的变频器的制动单元电路。

本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种变频器的制动单元电路，包括变频器(1)、制动管驱动电路(2)和制动电阻(3)，变频器(1)的母线p与变频器(1)的正极电性连接，变频器(1)的母线n与变频器(1)的负极电性连接，制动管驱动电路(2)并联在变频器(1)的母线p和母线n之间；还包括正向电压吸收电路(4)和反向电压吸收电路(5)，变频器(1)的母线p通过正向电压吸收电路(4)与制动电阻的一端电性连接，制动电阻的另一端通过反向电压吸收电路(5)与变频器(1)的母线n电性连接，制动管驱动电路(2)分别与正向电压吸收电路(4)的控制端和反向电压吸收电路(5)的控制端电性连接；

变频器(1)的电流从母线p流出，到达正向电压吸收电路(4)，制动管驱动电路(2)驱动正向电压吸收电路(4)导通，电流经过正向电压吸收电路(4)达到制动电阻(3)的第一端，并经过制动电阻(3)的第二端到达反向电压吸收电路(5)，制动管驱动电路(2)驱动反向电压吸收电路(5)导通，电流再流回变频器(1)的母线n，组成一条制动回路。

在以上技术方案的基础上，优选的，所述正向电压吸收电路(4)包括第一igbt、第一快速恢复二极管d1、第二快速恢复二极管d2、第一电阻r2和第一电容c2，第一igbt的栅极与制动管驱动电路(2)电性连接，第一igbt的集电极与变频器(1)的母线p电性连接，第一igbt的发射极与第一快速恢复二极管d1的正极电性连接，第一快速恢复二极管d1的负极与制动电阻(3)的第一端电性连接，第一电阻r2和第一电容c2串联后并联在第一快速恢复二极管d1的两端；第二快速恢复二极管d2反向并联在第一igbt的发射极与变频器(1)的母线n之间；第一igbt的发射极还与制动管驱动电路(2)电性连接。

进一步优选的，所述反向电压吸收电路(5)包括第二igbt、第三快速恢复二极管d3、第四快速恢复二极管d4、第二电阻r3和第二电容c3，第二igbt的栅极与制动管驱动电路(2)电性连接，第二igbt的集电极与第三快速恢复二极管d3的负极电性连接，第三快速恢复二极管d3的正极与制动电阻(3)的第二端电性连接，第二电阻r3和第二电容c3串联后并联在第三快速恢复二极管d3两端；第二igbt的发射极与变频器(1)的母线n电性连接；第四快速恢复二极管d4反向并联在变频器(1)的母线p与第二igbt的集电极之间；第二igbt的发射极还与制动管驱动电路(2)电性连接。

更进一步优选的，所述变频器(1)母线p与母线n之间的电压超过制动管驱动电路(2)的预设值时，制动管驱动电路(2)分别为第一igbt的栅极和第二igbt的栅极提供高电平，使得第一igbt和第二igbt分别导通，变频器(1)母线p上的电流从第一igbt的集电极流向其发射极，进而流经第一快速恢复二极管d1并进入制动电阻(3)的第一端，然后从制动电阻(3)的第二端流出，并经过第三快速恢复二极管d3、第二igbt的集电极和发射极，最后回到变频器(1)的母线n，形成一条完整的制动回路。

再进一步优选的，所述变频器(1)母线p与母线n之间的电压低于制动管驱动电路(2)的预设值时以及制动电阻(3)内部短路或者制动电阻(3)其第一端或者第二端与大地短路时，制动管驱动电路(2)关断第一igbt和第二igbt，变频器(1)的母线n上的电流依次流经续流第二快速恢复二极管d2、第一快速恢复二极管d1、第三快速恢复二极管d3和第四快速恢复二极管d4，回到变频器(1)的母线p，形成一条完整的续流回路。

更进一步的优选的，所述制动管驱动电路(2)包括电压检测模块(21)、触发锁存模块(22)和igbt驱动模块(23)，电压检测模块(21)与变频器(1)的母线p和母线n电性连接，电压检测模块(21)还与触发锁存模块(22)电性连接；触发锁存模块(22)分别与igbt驱动模块(23)和变频器(1)电性连接，igbt驱动模块(23)分别与第一igbt和第二igbt电性连接；

电压检测模块(21)检测到变频器(1)的母线p和母线n之间的电压超过其预设值时，电压检测模块(21)向触发锁存模块(22)发出触发信号，触发锁存模块(22)将该触发信号送至igbt驱动模块(23)中，为第一igbt和第二igbt提供栅极驱动电压，使得第一igbt和第二igbt导通；

电压检测模块(21)检测到变频器(1)的母线p和母线n之间的电压低于其预设值时，电压检测模块(21)向触发锁存模块(22)发出停止触发信号，触发锁存模块(22)将该停止触发信号送至igbt驱动模块(23)中，igbt驱动模块(23)关断第一igbt和第二igbt。

进一步优选的，还包括故障检测模块(24)，故障检测模块(24)分别与第一igbt的发射极、第二igbt的发射极和触发锁存模块(22)电性连接，故障检测模块(24)检测第一igbt或者第二igbt上的导通压降；

当第一igbt或者第二igbt上的导通压降超过故障检测模块(24)的预设值时，故障检测模块(24)向触发锁存模块(22)发出故障信号，触发锁存模块(22)将该故障信号锁存，然后将故障信号发送至变频器(1)和igbt驱动模块(23)中，igbt驱动模块(23)保持第一igbt或者第二igbt的关断状态。

进一步的优选的，所述制动管驱动电路(2)为acpl—332j或者acpl—316j型号igbt驱动电路。

本实用新型提供的一种变频器的制动单元电路，相对于现有技术，具有以下有益效果：

(1)本实用新型通过正向电压吸收电路和反向电压吸收电路与制动电阻在母线之间构成完整的制动回路，使得变频器在不同工况切换时能够可靠制动；

(2)正向电压吸收电路和反向电压吸收电路在正常制动时形成制动回路；

(3)正向电压吸收电路和反向电压吸收电路在母线电压过低及制动电阻短路时能隔离igbt，并形成完整的续流回路，抑制igbt上的尖峰电压，使其工作在安全工作区内；

(4)制动管驱动电路一方面监控母线电压，一方面监控igbt的导通压降，当导通压降异常或者制动电阻短路时，保持igbt的关断状态，防止igbt承受过高的尖峰电压而损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有变频器的一种制动电路的接线图；

图2为本实用新型一种变频器的制动单元电路的接线图；

图3为本实用新型一种变频器的制动单元电路的制动回路的电流示意图；

图4为本实用新型一种变频器的制动单元电路的续流回路的电流示意图；

图5为本实用新型一种变频器的制动单元电路的制动管驱动电路结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

如图2所示，本实用新型提供了一种变频器的制动单元电路，包括变频器1、制动管驱动电路2、制动电阻3、正向电压吸收电路4和反向电压吸收电路5，变频器1的母线p与变频器1的正极电性连接，变频器1的母线n与变频器1的负极电性连接，制动管驱动电路2并联在变频器1的母线p和母线n之间；其中变频器1的电流从母线p流出，到达正向电压吸收电路4，制动管驱动电路2驱动正向电压吸收电路4导通，电流经过正向电压吸收电路4达到制动电阻3的第一端，并经过制动电阻3的第二端到达反向电压吸收电路5，制动管驱动电路2驱动反向电压吸收电路5导通，电流再流回变频器1的母线n，组成一条制动回路。由图2可知，本实用新型正常工作时，制动管驱动电路2会比较母线电压是否超过其预设的范围，当母线电压超过了制动管驱动电路2的设定值时，制动管驱动电路2会使得正向电压吸收电路4和反向电压吸收电路5导通，制动电阻3，即r1接入回路，起到正常制动功能。

如图2结合图3所示，正向电压吸收电路4包括第一igbt、第一快速恢复二极管d1、第二快速恢复二极管d2、第一电阻r2和第一电容c2，第一igbt的栅极与制动管驱动电路2电性连接，第一igbt的集电极与变频器1的母线p电性连接，第一igbt的发射极与第一快速恢复二极管d1的正极电性连接，第一快速恢复二极管d1的负极与制动电阻3的第一端电性连接，第一电阻r2和第一电容c2串联后并联在第一快速恢复二极管d1的两端；第二快速恢复二极管d2反向并联在第一igbt的发射极与变频器1的母线n之间；第一igbt的发射极还与制动管驱动电路2电性连接。第一电阻r2和第一电容c2构成了第一阻容吸收电路。正常制动状态下，第一igbt，即图中z1导通，电流从第一igbt的集电极流向发射极，然后经过第一快速恢复二极管d1进入制动电阻箱3中。

如图2结合图4所示，反向电压吸收电路5包括第二igbt、第三快速恢复二极管d3、第四快速恢复二极管d4、第二电阻r3和第二电容c3，第二igbt的栅极与制动管驱动电路2电性连接，第二igbt的集电极与第三快速恢复二极管d3的负极电性连接，第三快速恢复二极管d3的正极与制动电阻3的第二端电性连接，第二电阻r3和第二电容c3串联后并联在第三快速恢复二极管d3两端；第二igbt的发射极与变频器1的母线n电性连接；第四快速恢复二极管d4反向并联在变频器1的母线p与第二igbt的集电极之间；第二igbt的发射极还与制动管驱动电路2电性连接。第二电阻r3和第二电容c3也构成了第二阻容吸收电路。正常制动状态下，第二igbt，即图中z2导通，流经制动电阻箱3的电流依次经过第三快速恢复二极管d3、第二igbt的集电极和发射极，返回变频器1的母线n，即正向电压吸收电路4、制动电阻箱3和反向电压吸收电路5构成了一个完整的回路，即制动回路。

结合图3和图4可知，本实用新型实际使用时，第一igbt和第二igbt还受到制动管驱动电路2的控制。当变频器1的母线p与母线n之间的电压超过制动管驱动电路2的预设值时，制动管驱动电路2会给第一igbt和第二igbt的栅极提供高电平，使第一igbt和第二igbt分别持续导通。变频器1母线p上的电流从第一igbt的集电极流向其发射极，进而流经第一快速恢复二极管d1并进入制动电阻3的第一端，然后从制动电阻3的第二端流出，并经过第三快速恢复二极管d3、第二igbt的集电极和发射极，最后回到变频器1的母线n，形成一条完整的制动回路。

当变频器1的母线p与母线n之间的电压低于制动管驱动电路2的预设值时，制动管驱动电路2会给第一igbt和第二igbt的栅极提供低电平，使得第一igbt和第二igbt保持关断，此时，变频器1的母线n上的电流依次流经续流第二快速恢复二极管d2、第一快速恢复二极管d1、第三快速恢复二极管d3和第四快速恢复二极管d4，回到变频器1的母线p，形成一条完整的续流回路。在该续流的回路上，不论变频器1的母线p与母线n之间的电压超过预设值还是低于预设值，流过制动电阻3的电流方向始终保持不变。制动电阻3的引线较长，其寄生电感较大，由于制动电阻3的电流方向不变，因此寄生电感不会产生较大的感应电压，从而可以抑制第一igbt和第二igbt上的电压尖峰的峰值，使第一igbt和第二igbt位于安全工作区内。变频器1的母线p与母线n之间设置的电容c1，同样可以吸收尖峰电压信号。

在本实用新型制动时，如果制动电阻3的第一端与第二端短路，此时母线中的电流依次流经第一igbt、第一快速恢复二极管d1、第三快速恢复二极管d3和第二igbt，由于过流容易导致各器件永久性损坏。此时制动管驱动电路2保持关断第一igbt和第二igbt，反向连接的第二快速恢复二极管d2和第四快速恢复二极管d4，与第一快速恢复二极管d1、第三快速恢复二极管d3和制动电阻3构成完整的续流回路，可减小寄生电感产生的感应电压，有效抑制各igbt上的尖峰电压信号，使第一igbt和第二igbt位于安全工作区内。

另外，如果本实用新型制动时，制动电阻3的第一端或者第二端与大地发生短路时，由于变频器1母线供电通常是由交流电网整流而来，短路时，电流会经第一igbt、第一快速恢复二极管d1，再由制动电阻3的第一端或者第二端与大地形成回路，上述器件内的电流会急速升高，导致部分器件过流而永久性损坏。同样的，在该情况下，制动管驱动电路2保持关断第一igbt和第二igbt，如前所述，反向连接的第二快速恢复二极管d2和第四快速恢复二极管d4，与第一快速恢复二极管d1、第三快速恢复二极管d3和制动电阻3构成完整的续流回路，可减小寄生电感产生的感应电压，有效抑制各igbt上的尖峰电压信号，使第一igbt和第二igbt位于安全工作区内。

另外，当本实用新型没有制动时，如果制动电阻3的第一端或者第二端与大地发生短路时，虽然第一igbt和第二igbt没有导通，但是第一igbt和第二igbt均含有体二极管，在承受反向电压时可自动导通，从而形成电流回路。本实用新型的第一快速恢复二极管d1、第三快速恢复二极管d3与第一igbt和第二igbt含有体二极管方向相反，防止短路时igbt的体二极管自动导通而产生过大电流流经第一igbt和第二igbt，阻止第一igbt和第二igbt内部形成过电流的回路，从而保护各igbt。

如图5所示，图示提供了一种制动管驱动电路2的结构框图。制动管驱动电路2包括电压检测模块21、触发锁存模块22和igbt驱动模块23，电压检测模块21与变频器1的母线p和母线n电性连接，电压检测模块21还与触发锁存模块22电性连接；触发锁存模块22分别与igbt驱动模23和变频器1电性连接，igbt驱动模块23分别与第一igbt和第二igbt电性连接；

电压检测模块21检测到变频器1的母线p和母线n之间的电压超过其预设值时，经过电压比较后，电压检测模块21向触发锁存模块22发出触发信号，触发锁存模块22将该触发信号送至igbt驱动模块23中，为第一igbt和第二igbt提供栅极驱动电压，使得第一igbt和第二igbt导通；

电压检测模块21检测到变频器1的母线p和母线n之间的电压低于其预设值时，经过电压比较后，电压检测模块21向触发锁存模块22发出停止触发信号，触发锁存模块22将该停止触发信号送至igbt驱动模块23中，igbt驱动模块23关断第一igbt和第二igbt。

以上方案是基于母线电压是否超过预设来判断的，从而维持各igbt导通或者关断。本实用新型的制动管驱动电路2还包括故障检测模块24，故障检测模块24分别与第一igbt的发射极、第二igbt的发射极和触发锁存模块22电性连接，故障检测模块24检测第一igbt或者第二igbt上的导通压降，可通过对母线电压和各igbt的发射极电压进行测量和比较获取导通压降。

当第一igbt或者第二igbt上的导通压降超过故障检测模块24的预设值时，故障检测模块24向触发锁存模块22发出故障信号，触发锁存模块22将该故障信号锁存，然后将故障信号发送至变频器1和igbt驱动模块23中，igbt驱动模块23保持第一igbt或者第二igbt的关断状态。

本实用新型中的制动管驱动电路2可以是美国安华高科技公司的acpl—332j或者acpl—316j型号igbt驱动电路，其集成了电压监控和短路软关断功能，能为igbt的可靠工作提供保障。本发明中的触发锁存模块22可以采用rs触发器进行故障状态锁存，并让制动管驱动电路2一直输出关断igbt的驱动信号，直到变频器1发送故障复位信号来解除故障状态

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。