無刷雙饋電機變頻控制系統IGBT過流信號鎖存電路

湖南利能科技股份有限公司 鄒國輝

本文介紹了一種新型IGBT過流鎖存電路，通過簡單可靠的電路來實現IGBT過流信號輸出的鎖存，以便于工程技術人員根據鎖存的IGBT過流指示，查找并確定發生過流的IGBT模塊。本電路巧妙的利用施密特觸發器實現了IGBT過流信號的鎖存于指示，減少了CPU運行工作量，提高了控制系統的穩定性與安全性。

1.概述

在過去30年中，電能變換是一個不斷發展的領域，這個發展主要得益于功率開關速度的不斷提高，而且器功率等級也持續增加。同時由于數字控制系統的實驗更加容易且功能更加豐富，從而使之能夠成為電力電子裝置的控制器。在電力電子技術飛速發展背景下，IGBT模塊使用越來越廣泛，而IGBT過流保護信號是IGBT驅動電流必不可少的部分。IGBT過流信號發生時，需要控制系統快速封鎖IGBT驅動信號，實現IGBT的保護，考慮到保護的可靠性和實時性，一般過流信號不會經過CPU處理后進行保護，而是直接通過硬件電路或CPLD實現，以此大多情況下IGBT過流信號不會進入CPU。

一般鎖存電路均采用通用的數字鎖存器，由于大部分IGBT驅動電路采用15V電源供電，因此IGBT提供的過流信號也是15V的電電路成本。

由于保護電路的存在，IGBT過流保護會隨著IGBT驅動信號的封鎖立即消失，這不利用保護電路實施保護，也不于開發調試人員和工程技術人員進行問題分析排查。

2.無刷雙饋電機變頻控制系統IGBT過流信號鎖存原理

2.1 IGBT過流信號鎖存電路

為解決上述技術問題本文巧妙地提出了一種簡單的利用驅動電路中多余的施密特觸發器組成的IBGT過流信號鎖存與指示電路如圖1。

主要包括鎖存信號上電清除或外部清除、利用CD40106 斯密特觸發器3進行IGBT過流信號鎖存與指示。

鎖存信號上電清除或外部清除電路，上電時通過阻容電流進行復位或外部CLR低電平清除鎖存信號及指示。當CLR處電平低于5V時，施密特觸發器輸出15V高電平，此時指示燈不亮，施密特觸發器輸出的保護信號無效。

鎖存信號上電清除或外部清除電路，上電時通過阻容電流進行復位或外部CLR 低電平清除鎖存信號及指示。

IGBT過流信號鎖存于指示電路，將斯密特除法器輸入通過電阻、二極管鉗位于施密特觸發器回滯區間內，IGBT過流信號通過平信號。而大部分鎖存器供電電源均低于此電壓。因此不便與采用數字鎖存器實現。

圖1 無刷雙饋電機變頻控制系統IGBT過流信號鎖存電路

另外，施密特出發器是IGBT驅動信號處理與信號整形的常用器件，一般用于IGBT驅動信號處理一個IGBT模塊有兩路IGBT驅動和兩路IGBT過流信號。利用一片CD40106施密特觸發器剛好可以完成一個IGBT模塊所有驅動信號的整形和保護信號的鎖存，節約了二極管連接施密特觸發器輸入端，用于實現上升延觸發。

3.鎖存電路工作原理

IGBT過流信號鎖存于指示電路如圖2。

圖2 IGBT過流信號鎖存于指示電路

將斯密特觸發器輸入通過電阻R1、R2、二極管D1鉗位于施密特觸發器回滯區間內（15V供電時回滯區間位5V～10V），IGBT過流信號通過二極管D2 連接施密特觸發器輸入端，用于實現上升延觸發。當IGBT保護信號OC 由低電平變為高電平時，二極管D2導通，D1 截止，此時施密特觸發器輸入端電壓大于10V，施密特觸發器輸出低電平，此時指示燈滅，施密特觸發器輸出的保護信號有效。當IBGT過流信號OC由于IGBT驅動信號被封鎖，IBGT保護過流信號OC會立即變為低電平，當OC信號小于9.3V時，D2截止，D1導通，施密特觸發器輸入被鉗位在9.3V左右，此時施密特觸發器輸出仍為低電平，即施密特觸發器輸出的保護信號仍有效，指示燈仍不滅，從而實現了鎖存。

當需要清除鎖存信號時，在CLR處提供一個低電平信號，可以將鎖存的IGBT過流保護信號清除。下次IBGT保護過流信號OC有效時，同樣可以實現鎖存。

4.結論

本文設計了一種無刷雙饋電機變頻控制系統IGBT過流信號鎖存電路，研究了這種新型鎖存電路的工作原理，有實際應用結論為基礎，在變頻控制系統中具有實際應用價值。