一种隔离型igbt桥臂直通互锁保护器的制造方法
【专利摘要】一种隔离型IGBT桥臂直通互锁保护器，包括一台主机、一条PWM驱动信号A电缆、一条PWM驱动信号B电缆和一条辅助电源电缆，主机外壳的一个侧面设有PWM驱动信号A插座和PWM驱动信号B插座，主机另一个侧面设有辅助电源插座；主机外壳内部装有一块电路板，该电路板的电路由PWM驱动信号光电隔离互锁输入电路、驱动信号前级变换电路、高低压变换电路、IGBT栅极驱动电路、IGBT桥臂电路组成；本实用新型具有隔离特性及高可靠性，并具有预先判断功能，在直通故障发生之前就产生互锁，从而避免IGBT桥臂直通故障的发生。
【专利说明】一种隔离型IGBT桥臂直通互锁保护器【技术领域】
[0001]本实用新型涉及互锁保护【技术领域】，特别是涉及IGBT桥臂直通互锁保护器。
【背景技术】
[0002]桥臂直通是IGBT在使用过程中最严重的故障，该故障直接导致IGBT爆炸，因此，防止IGBT桥臂直通一直是业界重视的问题。目前，现有技术防止IGBT直通的保护设计主要有以下几种:
[0003]一种是采用IC过电流检测的保护设计。当IGBT桥臂直通发生时，通过桥臂的电流IC在瞬间达到短路电流，采用IC过电流检测保护的目的就是要在桥臂直通发生之后的瞬间，在极短的时间内检测到过流信号，并将该过流信号反馈给控制器，关断PWM驱动信号避免过流的进一步发生。由于过流发生在先，检测反馈在后，该方法往往由于检测反馈不及时而造成IGBT烧毁。
[0004]第二种是采用检测Vce退饱和压降的保护设计。当IGBT桥臂直通发生时，由于IC电流的上升率极高，造成IGBT退饱和的现象发生，使得Vce压降在极短时间内快速升高，检测Vce压降的方法就是要在桥臂直通发生之后的瞬间，在极短的时间内检测到退饱和压降Vce升高的信号，并将该信号反馈给控制器，关断PWM驱动信号避免直通的进一步发生。同样，该方法由于桥臂直通故障发生在先，检测反馈在后，往往由于检测反馈不及时而造成IGBT烧毁。
【发明内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种隔离型IGBT桥臂直通互锁保护器，该保护器具有隔离特性及高可靠性， 并具有预先判断功能，在直通故障发生之前就产生互锁，从而避免IGBT桥臂直通故障的发生。
[0006]为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下:
[0007]所述的一种隔离型IGBT桥臂直通互锁保护器包括一台主机、一条PWM驱动信号A电缆、一条PWM驱动信号B电缆和一条辅助电源电缆。主机有一个长方形外壳，主机外壳的一个侧面设有PWM驱动信号A插座和PWM驱动信号B插座，PWM驱动信号A插座与PWM驱动信号A电缆相连，PWM驱动信号B插座与PWM驱动信号B电缆相连；主机另一个侧面设有辅助电源插座，该辅助电源插座与辅助电源电缆相连；主机外壳内部装有一块电路板，该电路板的电路由PWM驱动信号光电隔离互锁输入电路、驱动信号前级变换电路、高低压变换电路、IGBT栅极驱动电路、IGBT桥臂电路组成；电路板上的PWM驱动信号A与主机外壳的PWM驱动信号A插座相连，电路板上的PWM驱动信号B与主机外壳的PWM驱动信号B插座相连，电路板的+20VA、+20VB以及VDC与主机外壳的辅助电源插座相连。
[0008]所述的PWM驱动信号光电隔离互锁输入电路由光电隔离器件U1、光电隔离器件U2、PWM驱动信号A、PWM驱动信号B以及输入电阻R8组成，PWM驱动信号A与PWM驱动信号B的相位相反，光电隔离器件Ul的管脚2与光电隔离器件U2的管脚3相连，光电隔离器件Ul的管脚3与光电隔离器件U2的管脚2相连，PWM驱动信号A经电阻R8和光电隔离器件Ul的管脚2与光电隔离器件U2的管脚3之间的连线相接，PWM驱动信号B直接和光电隔离器件Ul的管脚3与光电隔离器件U2的管脚2之间的连线相接。
[0009]所述的驱动信号前级变换电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12以及晶体管Q2、晶体管Q5组成，光电隔离器件Ul的管脚8经电阻Rl与电源+20VA相连，光电隔离器件Ul的管脚6经电阻R4与晶体管Q2管脚I相连，光电隔离器件Ul的管脚5与地线GNDA相连；光电隔离器件U2的管脚8经电阻R9与电源+20VB相连，光电隔离器件U2的管脚6经电阻R12与晶体管Q5管脚I相连，光电隔离器件U2的管脚5与地线GNDB相连，晶体管Q2管脚2经电阻R3与电源+20VA相连，晶体管Q2管脚3与地线GNDA相连；R4与Q2之间的引出线经电阻R2与电源+20VA相连；晶体管Q5管脚2经电阻Rll与电源+20VB相连，晶体管Q2管脚3与地线GNDB相连；R12与晶体管Q5之间的引出线经电阻RlO与电源+20VB相连。
[0010]所述的闻低压变换电路由功率晶体管Ql、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q6、稳压管D2、稳压管D4，栅极电阻R5、电阻R6、电阻R13、电阻R14，电容E1、电容E2，电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6所组成，功率晶体管Ql的管脚I和晶体管Q3的管脚I相连后，接到晶体管Q2的管脚2与电阻R3之间的引出线上，晶体管Ql的管脚2接到电源+20VA上，晶体管Ql的管脚3经电阻R5、电阻R6与晶体管Q3的管脚2相连，晶体管Q3的管脚3与地线GNDA相连，稳压管D2跨接在光电隔离器Ul的管脚8与电阻Rl之间的引出线和地线GNDA之间，电容Cl跨接在晶体管Q2的管脚I和地线GNDA之间，电容C2、电容C3、电容El并在稳压管D2的两端；功率晶体管Q4的管脚I和晶体管Q6的管脚I相连后，接到晶体管Q5的管脚2与电阻Rll之间的引出线上，晶体管Q4的管脚2接到电源+20VB上，晶体管Q4的管脚3经电阻R13、电阻R14与晶体管Q6的管脚2相连，晶体管Q6的管脚3与地线GNDB相连，稳压管D4跨接在光电隔离器U2的管脚8与电阻R9之间的引出线和地线GNDB之间，电容C4跨接在晶体管Q5的管脚I和地线GNDB之间，电容C5、电容C6、电容E2并在稳压管D4的两端。
[0011]所述的IGBT栅极驱动电路由电阻R7、电阻R15，双向稳压管Dl、双向稳压管D3组成，电阻R7与双向稳压管Dl并联后，其中一端与电阻R5、电阻R6之间的引出线相连，另一端与稳压管D2、电容C2、电容C3、电容El的非地公共端相连；电阻R15与双向稳压管D3并联后，其中一端与电阻R13、电阻R14之间的引出线相连,另一端与稳压管D4、电容C5、电容C6、电容E2的非地公共端相连。
[0012]所述的IGBT桥臂电路由IGBT模块BG1、IGBT模块BG2组成，IGBT模块BGl的管脚I与电阻R5、电阻R6、电阻R7、双向稳压管Dl的公共端相连，IGBT模块BGl的管脚2与电源VDC相连，IGBT模块BGl的管脚3与IGBT模块BG2的管脚2相连，IGBT模块BG2的管脚I与电阻R13、电阻R14、电阻R15、双向稳压管D3的公共端相连，IGBT模块BG2的管脚3与稳压管D4、电容C5、电容C6、电容E2、电阻R15、双向稳压管D3的公共端相连。
[0013]本实用新型所述的光电隔离芯片U1、光电隔离芯片U2的型号为TLP559。
[0014]本实用新型通过光电隔离器件Ul和光电隔离器件U2构成了一个互锁环路，正常情况下，PWM驱动信号A和PWM驱动信号B互为反相，Ul和U2内部的发光二极管依次轮流导通，PWM驱动信号依次通过前级变换电路、高低压变换电路以及IGBT栅极驱动电路对IGBT桥臂电路进行驱动，系统正常工作；一旦出现PWM驱动信号A和PWM驱动信号B同时为高电平脉冲时，即意味着IGBT桥臂即将发生直通故障，此时Ul、U2内部发光二极管两端的电位差为零，因此不能构成回路而产生了互锁，自动切断了驱动脉冲的输入，从而自动避免了 IGBT桥臂直通现象的发生，使保护器对IGBT桥臂直通具有预先判断功能，同时，光电隔离器件的隔离特性大大提高了 H桥逆变的可靠性和稳定性，降低了设备的故障率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本实用新型的主机结构示意图。
[0016]图2为本实用新型的原理框图。
[0017]图3为本实用新型的电路原理图。
[0018]附图1中的部件标号为:1为主机,2为辅助电源插座,3为辅助电源电缆,4为PWM驱动信号A插座，5为PWM驱动信号A电缆，6为PWM驱动信号B插座，7为PWM驱动信号B电缆。
【具体实施方式】
[0019]下面结合实施例对本实用新型作进一步详细说明。
实施例
[0020]见图1、图2、图3，一种隔离型IGBT桥臂直通互锁保护器，包括一台主机1、一条PWM驱动信号A电缆5、一条PWM驱动信号B电缆7、一条辅助电源电缆3。主机I有一个长方形外壳，主机I外壳的一个侧面设有PWM驱动信号A插座4和PWM驱动信号B插座6,PWM驱动信号A插座4与PWM驱动信号A电缆5相连，PWM驱动信号B插座6与PWM驱动信号B电缆7相连；主机I另一个侧面设有辅助电源插座2，该辅助电源插座2与辅助电源电缆3相连；主机I外壳内部装有一块电路板，该电路板的电路由PWM驱动信号光电隔离互锁输入电路、驱动信号前级变换电路、高低压变换电路、IGBT栅极驱动电路、IGBT桥臂电路组成。电路板上的PWM驱动信号A与主机I外壳的PWM驱动信号A插座4相连，电路板上的PWM驱动信号B与主机I外壳的PWM驱动信号B插座6相连，电路板的+20VA、+20VB以及VDC与主机I外壳的辅助电源插座2相连。
[0021]所述的PWM驱动信号光电隔离互锁输入电路由光电隔离器件U1、光电隔离器件U2、PWM驱动信号A、PWM驱动信号B以及输入电阻R8组成，PWM驱动信号A与PWM驱动信号B的相位相反，光电隔离器件Ul的管脚2与光电隔离器件U2的管脚3相连，光电隔离器件Ul的管脚3与光电隔离器件U2的管脚2相连，PWM驱动信号A经电阻R8和光电隔离器件Ul的管脚2与光电隔离器件U2的管脚3之间的连线相接，PWM驱动信号B直接和光电隔离器件Ul的管脚3与光电隔离器件U2的管脚2之间的连线相接。
[0022]所述的驱动信号前级变换电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12以及晶体管Q2、晶体管Q5组成，光电隔离器件Ul的管脚8经电阻Rl与电源+20VA相连，光电隔离器件Ul的管脚6经电阻R4与晶体管Q2管脚I相连，光电隔离器件Ul的管脚5与地线GNDA相连；光电隔离器件U2的管脚8经电阻R9与电源+20VB相连，光电隔离器件U2的管脚6经电阻R12与晶体管Q5管脚I相连，光电隔离器件U2的管脚5与地线GNDB相连，晶体管Q2管脚2经电阻R3与电源+20VA相连，晶体管Q2管脚3与地线GNDA相连；R4与Q2之间的引出线经电阻R2与电源+20VA相连；晶体管Q5管脚2经电阻Rll与电源+20VB相连，晶体管Q2管脚3与地线GNDB相连；R12与晶体管Q5之间的引出线经电阻RlO与电源+20VB相连。
[0023]所述的闻低压变换电路由功率晶体管Ql、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q6、稳压管D2、稳压管D4，栅极电阻R5、电阻R6、电阻R13、电阻R14，电容E1、电容E2，电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6所组成，功率晶体管Ql的管脚I和晶体管Q3的管脚I相连后，接到晶体管Q2的管脚2与电阻R3之间的引出线上，晶体管Ql的管脚2接到电源+20VA上，晶体管Ql的管脚3经电阻R5、电阻R6与晶体管Q3的管脚2相连，晶体管Q3的管脚3与地线GNDA相连，稳压管D2跨接在光电隔离器Ul的管脚8与电阻Rl之间的引出线和地线GNDA之间，电容Cl跨接在晶体管Q2的管脚I和地线GNDA之间，电容C2、电容C3、电容El并在稳压管D2的两端；功率晶体管Q4的管脚I和晶体管Q6的管脚I相连后，接到晶体管Q5的管脚2与电阻Rll之间的引出线上，晶体管Q4的管脚2接到电源+20VB上，晶体管Q4的管脚3经电阻R13、电阻R14与晶体管Q6的管脚2相连，晶体管Q6的管脚3与地线GNDB相连，稳压管D4跨接在光电隔离器U2的管脚8与电阻R9之间的引出线和地线GNDB之间，电容C4跨接在晶体管Q5的管脚I和地线GNDB之间，电容C5、电容C6、电容E2并在稳压管D4的两端。
[0024]所述的IGBT栅极驱动电路由电阻R7、电阻R15，双向稳压管Dl、双向稳压管D3组成，电阻R7与双向稳压管Dl并联后，其中一端与电阻R5、电阻R6之间的引出线相连，另一端与稳压管D2、电容C2、电容C3、电容El的非地公共端相连；电阻R15与双向稳压管D3并联后，其中一端与电阻R13、电阻R14之间的引出线相连,另一端与稳压管D4、电容C5、电容C6、电容E2的非地公共端相连。
[0025]所述的IGBT桥臂电路由IGBT模块BG1、IGBT模块BG2组成，IGBT模块BGl的管脚I与电阻R5、电阻R6、电阻R7、双向稳压管Dl的公共端相连，IGBT模块BGl的管脚2与电源VDC相连，IGBT模块BGl的管脚3与IGBT模块BG2的管脚2相连，IGBT模块BG2的管脚I与电阻R13、电阻R14、电阻R15、双向稳压管D3的公共端相连，IGBT模块BG2的管脚3与稳压管D4、电容C5、电容C6、电容E2、电阻R15、双向稳压管D3的公共端相连。
[0026]本实用新型所述的光电隔离芯片U1、光电隔离芯片U2的型号为TLP559。
【权利要求】
1.一种隔离型IGBT桥臂直通互锁保护器，包括一台主机、一条PWM驱动信号A电缆、一条PWM驱动信号B电缆和一条辅助电源电缆,其特征是:主机有一个长方形外壳，主机外壳的一个侧面设有PWM驱动信号A插座和PWM驱动信号B插座，PWM驱动信号A插座与PWM驱动信号A电缆相连,PWM驱动信号B插座与PWM驱动信号B电缆相连；主机另一个侧面设有辅助电源插座，该辅助电源插座与辅助电源电缆相连；主机外壳内部装有一块电路板，该电路板的电路由PWM驱动信号光电隔离互锁输入电路、驱动信号前级变换电路、高低压变换电路、IGBT栅极 驱动电路、IGBT桥臂电路组成；电路板上的PWM驱动信号A与主机外壳的PWM驱动信号A插座相连，电路板上的PWM驱动信号B与主机外壳的PWM驱动信号B插座相连，电路板的+20VA、+20VB以及VDC与主机外壳的辅助电源插座相连。
2.根据权利要求1所述的一种隔离型IGBT桥臂直通互锁保护器，其特征是:所述的PWM驱动信号光电隔离互锁输入电路由光电隔离器件Ul、光电隔离器件U2、PWM驱动信号A、PWM驱动信号B以及输入电阻R8组成，PWM驱动信号A与PWM驱动信号B的相位相反，光电隔离器件Ul的管脚2与光电隔离器件U2的管脚3相连，光电隔离器件Ul的管脚3与光电隔离器件U2的管脚2相连，PWM驱动信号A经电阻R8和光电隔离器件Ul的管脚2与光电隔离器件U2的管脚3之间的连线相接，PWM驱动信号B直接和光电隔离器件Ul的管脚3与光电隔离器件U2的管脚2之间的连线相接；所述的驱动信号前级变换电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R9、电阻R10、电阻R11、电阻R12以及晶体管Q2、晶体管Q5组成，光电隔离器件Ul的管脚8经电阻Rl与电源+20VA相连，光电隔离器件Ul的管脚6经电阻R4与晶体管Q2管脚I相连，光电隔离器件Ul的管脚5与地线GNDA相连；光电隔离器件U2的管脚8经电阻R9与电源+20VB相连，光电隔离器件U2的管脚6经电阻R12与晶体管Q5管脚I相连，光电隔离器件U2的管脚5与地线GNDB相连，晶体管Q2管脚2经电阻R3与电源+20VA相连，晶体管Q2管脚3与地线GNDA相连；R4与Q2之间的引出线经电阻R2与电源+20VA相连；晶体管Q5管脚2经电阻Rll与电源+20VB相连，晶体管Q2管脚3与地线GNDB相连；R12与晶体管Q5之间的引出线经电阻RlO与电源+20VB相连；所述的高低压变换电路由功率晶体管Q1、晶体管Q3、晶体管Q4、晶体管Q6、稳压管D2、稳压管D4，栅极电阻R5、电阻R6、电阻R13、电阻R14，电容E1、电容E2，电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6所组成，功率晶体管Ql的管脚I和晶体管Q3的管脚I相连后，接到晶体管Q2的管脚2与电阻R3之间的引出线上，晶体管Ql的管脚2接到电源+20VA上，晶体管Ql的管脚3经电阻R5、电阻R6与晶体管Q3的管脚2相连，晶体管Q3的管脚3与地线GNDA相连，稳压管D2跨接在光电隔离器Ul的管脚8与电阻Rl之间的引出线和地线GNDA之间，电容Cl跨接在晶体管Q2的管脚I和地线GNDA之间，电容C2、电容C3、电容El并在稳压管D2的两端；功率晶体管Q4的管脚I和晶体管Q6的管脚I相连后，接到晶体管Q5的管脚2与电阻Rll之间的引出线上，晶体管Q4的管脚2接到电源+20VB上，晶体管Q4的管脚3经电阻R13、电阻R14与晶体管Q6的管脚2相连，晶体管Q6的管脚3与地线GNDB相连，稳压管D4跨接在光电隔离器U2的管脚8与电阻R9之间的引出线和地线GNDB之间，电容C4跨接在晶体管Q5的管脚I和地线GNDB之间，电容C5、电容C6、电容E2并在稳压管D4的两端；所述的IGBT栅极驱动电路由电阻R7、电阻Rl5，双向稳压管D1、双向稳压管D3组成，电阻R7与双向稳压管Dl并联后,其中一端与电阻R5、电阻R6之间的引出线相连,另一端与稳压管D2、电容C2、电容C3、电容El的非地公共端相连；电阻R15与双向稳压管D3并联后，其中一端与电阻R13、电阻R14之间的引出线相连，另一端与稳压管D4、电容C5、电容C6、电容E2的非地公共端相连；所述的IGBT桥臂电路由IGBT模块BG1、IGBT模块BG2组成，IGBT模块BGl的管脚I与电阻R5、电阻R6、电阻R7、双向稳压管Dl的公共端相连，IGBT模块BGl的管脚2与电源VDC相连，IGBT模块BGl的管脚3与IGBT模块BG2的管脚2相连，IGBT模块BG2的管脚I与电阻R13、电阻R14、电阻R15、双向稳压管D3的公共端相连，IGBT模块BG2的管脚3与稳压管D4、电容C5、电容C6、电容E2、电阻R15、双向稳压管D3的公共 端相连；本实用新型所述的光电隔离芯片U1、光电隔离芯片U2的型号为TLP559。
【文档编号】H03K17/56GK203788255SQ201420122236
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年3月18日 优先权日:2014年3月18日
【发明者】黄松林, 王庆顺, 任传富, 王建明 申请人:沈阳大学