專利名稱：高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及高壓變頻器技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路。
背景技術(shù)：
高壓變頻器已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、電力、石化、水泥、給排水及中央集中空調(diào)等眾多領(lǐng)域中，不但有助于提高制造水平，尤其在精細(xì)加工領(lǐng)域，可以有效節(jié)約電能，是目前最理想的電機(jī)節(jié)能設(shè)備。高壓變頻器一般采用功率單元串聯(lián)技術(shù)，采用空間矢量脈寬調(diào)制(Space Vector Pulse Width Modulation, SVPWM)或者矢量控制算法，主控制器一般選用DSP或者ARM等處理器，主要完成電機(jī)控制策略和算法。高壓變頻器一般就地安裝于現(xiàn)場(chǎng)電機(jī)附近，由于工作條件惡劣，電磁環(huán)境復(fù)雜，高壓變頻器工作時(shí)會(huì)受到嚴(yán)重干擾。由于絕緣的需要，主控制器通過(guò)光纖將驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳輸至功率單元。功率單元主要承擔(dān)的是整流和逆變工作。功率單元整流部分利用二極管的單向?qū)ㄐ詫⒔涣餍盘?hào)變換成具有一定紋波的直流信號(hào)，再利用電解電容對(duì)紋波的抑制，可以得到穩(wěn)定的直流。功率單元逆變部分主要利用絕緣柵雙極性晶體管(簡(jiǎn)稱IGBT)的開(kāi)關(guān)特性，在主控制器發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)作用下將直流信號(hào)進(jìn)行逆變， 一般來(lái)說(shuō)一個(gè)IGBT組成逆變部分的一個(gè)橋臂，逆變過(guò)程中最重要的是不能使直流正負(fù)母排短路。在一些現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，主控制器發(fā)出的驅(qū)動(dòng)信號(hào)未經(jīng)過(guò)保護(hù)電路直接對(duì)功率單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在上電瞬間，主控制器進(jìn)入配置階段，此時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)處于高阻狀態(tài)，易引入干擾，從而引發(fā)功率單元中的IGBT誤導(dǎo)通，導(dǎo)致功率單元故障，甚至燒毀。在上電后的運(yùn)行期間，驅(qū)動(dòng)信號(hào)未經(jīng)過(guò)整形就對(duì)功率單元進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，導(dǎo)致功率單元未按照主控制器控制算法工作， 引發(fā)故障。在其它現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中，信號(hào)處理電路復(fù)雜，例如采用功率單元延時(shí)旁路等設(shè)計(jì)，不符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)可靠運(yùn)行的要求，甚至由于設(shè)計(jì)復(fù)雜，導(dǎo)致故障頻發(fā)。

實(shí)用新型內(nèi)容(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何避免高壓變頻器的功率單元發(fā)生故障甚至
梓臼咎 hm^Xo( 二 )技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，包括功率放大電路和與功率放大電路輸出端連接的光纖發(fā)送模塊，在所述功率放大電路的輸入端連接整形電路，所述整形電路用于將接收到的主控制器信號(hào)整形為矩形PWM 波。其中，所述整形電路包括CM0S緩沖門，與所述CMOS緩沖門的輸入端連接的第一上拉電阻及與所述CMOS緩沖門的輸出端連接的第二上拉電阻，所述CMOS緩沖門的輸入端連接所述主控制器，所述CMOS緩沖門的輸出端連接所述功率放大電路的輸入端。其中，所述CMOS緩沖門為SN74HC07。其中，所述功率放大電路為功率放大器芯片，所述功率放大器芯片的第一輸入端接高電平，第二輸入端連接所述整形電路的輸出端，第三輸出端連接所述光纖發(fā)送模塊。其中，所述功率放大器芯片為SN75451。(三)有益效果本實(shí)用新型的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路采用CMOS緩沖門，以及在CMOS 緩沖門的輸入和輸出端分別連接一個(gè)上拉電阻的方式實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)，避免了功率單元發(fā)生故障甚至燒毀；本電路設(shè)計(jì)具有簡(jiǎn)單高效特性，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單， 所選用電子器件均為常規(guī)元件；本電路設(shè)計(jì)具有更好的靈活性，可以應(yīng)用其它類似功率單兀。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的一種高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路連接圖；圖2是圖1中光纖發(fā)送模塊對(duì)應(yīng)的光線接收模塊電路圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本實(shí)用新型，但不用來(lái)限制本實(shí)用新型的范圍。本實(shí)用新型的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路包括功率放大電路和與功率放大電路輸出端連接的光纖發(fā)送模塊，在所述功率放大電路的輸入端連接整形電路，所述整形電路用于將接收到的主控制器信號(hào)整形為矩形PWM(Pulse Width Modulation)波。電路具體實(shí)現(xiàn)方式如圖1所示整形電路包括CM0S緩沖門，與所述CMOS緩沖門的輸入端1_1連接的第一上拉電阻Rl，CMOS緩沖門的輸出端1-2連接的第二上拉電阻R2，CMOS緩沖門優(yōu)選為SN74HC07 (具體技術(shù)指標(biāo)參考該芯片手冊(cè))。SN74HC07的輸入端1-1連接主控制器，SN74HC07的輸出端 1-2連接功率放大電路的輸入端。其中，功率放大電路為功率放大器芯片，優(yōu)選為SN75451(具體技術(shù)指標(biāo)參考該芯片手冊(cè))。SN75451的第一輸入端2-1接高電平VCC，第二輸入端2-2連接SN74HC07的輸出端1-2，第三輸出端2-3連接光纖發(fā)送模塊。光纖發(fā)送模塊為HFBR-1521Z，第一輸入端3_1通過(guò)電阻R3連接VCC，第二輸入端 3-2連接SN75451的第三輸出端2_3。本實(shí)用新型的工作原理如下上述的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中，對(duì)主控制器發(fā)出的信號(hào)通過(guò)第一上拉電阻Rl將驅(qū)動(dòng)信號(hào)強(qiáng)制拉到高電平VCC。這樣在主控制器上電配置階段，處于高阻狀態(tài)的信號(hào)將有一個(gè)固定的高電平，從而在上電的一瞬間防止了因?yàn)轵?qū)動(dòng)信號(hào)的干擾引起功率單元中IGBT誤導(dǎo)通，從而保護(hù)了功率單元。因此，在上電瞬間使得CMOS緩沖門SN74HC07 輸入端1-1具有固定的高電平。芯片SN74HC07具有施密特特性，可以對(duì)來(lái)自主控制器的信號(hào)進(jìn)行整形，并且利用該特性可以抑制干擾信號(hào)。并且功率單元在上電后的正常工作期間，均可以利用該緩沖門對(duì)主控制器發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行整形，從而使得驅(qū)動(dòng)信號(hào)更加接近理想情況的矩形PWM波，這樣可以保證功率單元中的IGBT可靠地導(dǎo)通和截止。芯片SN74HC07輸出端是集電極開(kāi)路，必須用電阻上拉，采用第二上拉電阻R2上拉至高電平VCC。通過(guò)上拉電阻和該緩沖器的配合就可以簡(jiǎn)單高效的實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻器功率單元保護(hù)。上述的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路中經(jīng)過(guò)整形電路處理的信號(hào)，經(jīng)過(guò)功率放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大。該功率放大電路具有高速開(kāi)關(guān)特性，可以處理數(shù)據(jù)傳輸率達(dá)到上兆bits/s的信號(hào)，完全可以滿足高壓變頻器驅(qū)動(dòng)信號(hào)的傳輸需要，該功率放大電路具有300mA電流的驅(qū)動(dòng)能力。由于電信號(hào)到光纖信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)一般需要將近30mA的電流，一般的微處理器GPIO或者某些具有電平變換的緩沖器很難能承受如此大的電流(30mA)，在長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用當(dāng)中會(huì)導(dǎo)致燒毀。利用該驅(qū)動(dòng)器的優(yōu)異特性，配備電阻和光纖發(fā)送模塊之后就可以可靠地實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到光信號(hào)的轉(zhuǎn)換。功率放大電路優(yōu)選采用功率放大芯片SN75451。芯片SN74HC07的輸出端1_2經(jīng)上拉電阻后接到功率放大器芯片SN75451的INB輸入端2_2上，SN75451的INA輸入端2_1 接至高電平VCC，G端口 2-4接地，V端口 2-5接高電平VCC。芯片SN75451在數(shù)字邏輯上屬于與門，將其INA輸入端2-1接到高電平VCC后，Y輸出端2-3實(shí)際上與其INB輸入端2_2 信號(hào)一致，從而光纖發(fā)送模塊HFBR1521Z就可以將芯片SN75451的Y輸出端2_3上的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光纖信號(hào)。實(shí)驗(yàn)中如果取高電平VCC為5V，R1和R2可以取阻值5. 1K，1/8W，封裝 0805的表貼電阻，電阻R3選擇150歐，1/2W直插電阻，從而通過(guò)計(jì)算可知R3流過(guò)的電流大約為30mA。上述經(jīng)光纖發(fā)送模塊HFBR1521Z轉(zhuǎn)換后的光信號(hào)通過(guò)光纖傳輸?shù)焦β蕟卧β蕟卧ㄟ^(guò)光纖接收電路即可實(shí)現(xiàn)將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。如圖2所示，功率單元利用光纖接收模塊HFBR2521Z將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。電信號(hào)用來(lái)驅(qū)動(dòng)功率單元中IGBT的導(dǎo)通和截止。光纖接收模塊HFBR2521Z供電電壓VCC可以選擇7V以下，由于該模塊輸出端4_1屬于集電極開(kāi)路門，必須使用上拉電阻R4將接收到得驅(qū)動(dòng)信號(hào)上拉至VCCl，R4可以選擇阻值 3. :3K，1/8W，封裝0805的表貼電阻，根據(jù)光纖接收模塊HFBR2521Z芯片手冊(cè)，VCCl可以選擇在0 18V的任意電平。通過(guò)選擇不同的VCCl可以將光纖接收模塊HFBR2521Z接收到的主控制器發(fā)來(lái)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)上拉至所需電平。本實(shí)用新型的保護(hù)電路設(shè)計(jì)具有簡(jiǎn)單高效特性，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，所選用電子器件均為常規(guī)元件，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，能夠可靠運(yùn)行。以上實(shí)施方式僅用于說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非對(duì)本實(shí)用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本實(shí)用新型的范疇，本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，包括功率放大電路和與功率放大電路輸出端連接的光纖發(fā)送模塊，其特征在于，在所述功率放大電路的輸入端連接整形電路，所述整形電路用于將接收到的主控制器信號(hào)整形為矩形PWM波。
2.如權(quán)利要求1所述的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于，所述整形電路包括CM0S緩沖門、與所述CMOS緩沖門的輸入端連接的第一上拉電阻及與所述CMOS緩沖門的輸出端連接的第二上拉電阻，所述CMOS緩沖門的輸入端連接所述主控制器，所述 CMOS緩沖門的輸出端連接所述功率放大電路的輸入端。
3.如權(quán)利要求2所述的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于，所述CMOS緩沖門為SN74HC07。
4.如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于， 所述功率放大電路為功率放大器芯片，所述功率放大器芯片的第一輸入端接高電平，第二輸入端連接所述整形電路的輸出端，第三輸出端連接所述光纖發(fā)送模塊。
5.如權(quán)利要求4所述的高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，其特征在于，所述功率放大器芯片為SN75451。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)電路，包括功率放大電路和與功率放大電路輸出端連接的光纖發(fā)送模塊，在功率放大電路的輸入端連接整形電路，整形電路用于將接收到的主控制器信號(hào)整形為矩形PWM波；整形電路包括CMOS緩沖門，與CMOS緩沖門的輸入端連接的第一上拉電阻及與CMOS緩沖門的輸出端連接的第二上拉電阻，CMOS緩沖門的輸入端連接所述主控制器，CMOS緩沖門的輸出端連接所述功率放大電路的輸入端。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了對(duì)高壓變頻器功率單元驅(qū)動(dòng)保護(hù)，避免了功率單元發(fā)生故障甚至燒毀。
文檔編號(hào)H02M1/32GK201994836SQ20112006160
公開(kāi)日2011年9月28日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者姜濤, 歐陽(yáng)君, 高冬青 申請(qǐng)人:北京國(guó)電四維清潔能源技術(shù)有限公司